JP7366663B2 - 全固体二次電池用正極活物質複合体及びその製造方法 - Google Patents

全固体二次電池用正極活物質複合体及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明は、レート特性に優れる全固体二次電池用正極活物質複合体、及びその製造方法に関する。
電解液を使用するリチウムイオン二次電池等は、可燃性の有機溶媒に係る安全性を保障するための技術が必要となる。これに対し、Li7La3Zr212などの酸化物系の固体電解質や、75Li2S・25P25などの硫化物系の固体電解質を備えた全固体リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高いうえに可燃物を用いないことから、構造の簡素化を図ることができ、製造コストや生産性にも優れるリチウムイオン二次電池として期待されている。
こうした全固体リチウムイオン二次電池は、アルミ箔等の正極集電体、正極活物質、固体電解質、負極活物質、及び銅箔等の負極集電体といった、構成材料のすべてが固体物質で構成されている。上記全固体リチウムイオン二次電池の製造では、固体材料間の固-固界面の接触を改良して界面抵抗を低減し、得られるリチウムイオン二次電池の性能を向上させるために、これらの構成材料を積層してプレスする工程を経るのが一般的である。さらに、例えば、特許文献1では、強塩基性の正極活物質の表面を被覆するように、酸性を示すポリアニオン構造部を備えるコート層が形成された正極活物質材料により、正極活物質と固体電解質材料との初期界面抵抗の低減を試みている。
特開2012-99323号公報
しかしながら、特許文献1に記載の技術を用いても、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗が充分に低減できず、得られる全固体二次電池の放電容量を効果的に高めて、レート特性の向上を有効に図るには、未だ改善の余地がある。
したがって、本発明の課題は、正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗を有効に低減し、全固体二次電池の放電容量を向上させることのできる全固体二次電池用正極活物質複合体を提供することにある。
そこで本発明者は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、特定のリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に特定のリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなるリチウム複合粒子(C)の表面に、さらに1種以上のリチウム系固体電解質粒子(D)が担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E)であれば、全固体二次電池とした場合の正極活物質と固体電解質材料との界面抵抗や吸着水分量が十分に低減され、放電容量及びレート特性に優れる全固体二次電池が得られることを見出した。
したがって、本発明は、リチウム複合粒子(C)の表面に、1種以上のリチウム系固体電解質粒子(D)が担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体であって、
リチウム複合粒子(C)は、下記式(1)、又は式(2):
LiNiaCobMnc1 v2・・・(1)
(式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
LiNidCoeAlf2 w2 ・・・(2)
(式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、xは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(3)、式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、又は式(8):
LigMnhFei3 xPO4 ・・・(3)
(式(3)中、M3はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h、i、及びxは、0<g≦1.2、0.3≦h≦1、0≦i≦0.7、及び0≦x≦0.3を満たし、かつg+(Mnの価数)×h+(Feの価数)×i+(M3の価数)×x=3を満たす数を示す。)
LijMnkFel4 ySiO4 ・・・(4)
(式(4)中、M4はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦2.4、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、0≦y≦1.2、及びk+l≠0を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M4の価数)×y=4を満たす数を示す。)
LiM5 pCoq2 ・・・(5)
(式(5)中、M5はNi、Mn、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(5)中、p及びqは、0≦p≦0.1、0<q≦1、及び(M5の価数)×p+3q=3を満たす数を示す。)
LiM6 rMns4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(6)中、o及びpは、0≦r≦0.1、0<s≦2、及び(M6の価数)×r+(Mnの価数)×s=7を満たす数を示す。)
LiNitMn1-t4 ・・・(7)
(式(7)中、tは0.3≦t≦0.7を満たす数を示す。)
Li2MnO3-LiM82 ・・・(8)
(式(8)中、M8はNi、Mn、Co、Al、Fe、Cr、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、及びCeから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。)
で表されるいずれか1種以上のリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなる粒子である、全固体二次電池用正極活物質複合体を提供するものである。
また、本発明は、次の工程(I)~工程(IV):
(I)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
(II)リチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)の造粒体(d)を得る工程、
(III)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
(IV)リチウム複合粒子(C)及び造粒体(d)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(d)を解砕させながら、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化する工程
を備える、上記全固体二次電池用正極活物質複合体の製造方法を提供するものである。
本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体によれば、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面にリチウム正極活物質粒子(B)、及びリチウム系固体電解質粒子(D)が重層的に複合化されて担持されてなるため、これを用いた全固体二次電池において、正極活物質粒子と固体電解質粒子間の界面抵抗や吸着水分量を十分に低減し、飛躍的に高められたレート特性を有する全固体二次電池を実現することができる。
以下、本発明について詳細に説明する。
本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体は、リチウム複合粒子(C)の表面に、1種以上のリチウム系固体電解質粒子(D)が担持してなる。かかるリチウム複合粒子(C)は、下記式(1)、又は式(2):
LiNiaCobMnc1 v2・・・(1)
(式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
LiNidCoeAlf2 w2 ・・・(2)
(式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、xは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(3)、式(4)、式(5)、式(6)、式(7)、又は式(8):
LigMnhFei3 xPO4 ・・・(3)
(式(3)中、M3はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h、i、及びxは、0<g≦1.2、0.3≦h≦1、0≦i≦0.7、及び0≦x≦0.3を満たし、かつg+(Mnの価数)×h+(Feの価数)×i+(M3の価数)×x=3を満たす数を示す。)
LijMnkFel4 ySiO4 ・・・(4)
(式(4)中、M4はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦2.4、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、0≦y≦1.2、及びk+l≠0を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M4の価数)×y=4を満たす数を示す。)
LiM5 pCoq2 ・・・(5)
(式(5)中、M5はNi、Mn、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(5)中、p及びqは、0≦p≦0.1、0<q≦1、及び(M5の価数)×p+3q=3を満たす数を示す。)
LiM6 rMns4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(6)中、o及びpは、0≦r≦0.1、0<s≦2、及び(M6の価数)×r+(Mnの価数)×s=7を満たす数を示す。)
LiNitMn1-t4 ・・・(7)
(式(7)中、tは0.3≦t≦0.7を満たす数を示す。)
Li2MnO3-LiM82 ・・・(8)
(式(8)中、M8はNi、Mn、Co、Al、Fe、Cr、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、及びCeから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。)
で表されるいずれか1種以上のリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなる粒子である。
上記リチウム複合粒子(C)を構成するリチウム複合酸化物二次粒子(A)は、上記式(1)、又は(2)で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる二次粒子である。
上記式(1)で表されるリチウム複合酸化物粒子(いわゆるNi-Co-Mn酸化物であり、以後「NCM系複合酸化物」と称する。)及び上記式(2)で表されるリチウム複合酸化物粒子(いわゆるNi-Co-Al酸化物であり、以後「NCA系複合酸化物」と称する。)は共に層状岩塩型構造を有する粒子であり、凝集することによって、リチウム複合酸化物二次粒子(A)を形成する。したがって、二次粒子についても「NCM系複合酸化物二次粒子(A)」、「NCA系複合酸化物二次粒子(A)」等と称する。
上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)を形成する。式(1)中のM1は、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。
また、上記式(1)中のa、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数である。
上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子において、Ni、Co及びMnは、電子伝導性に優れ、電池容量及び出力特性に寄与することが知られている。また、サイクル特性の観点からは、かかる遷移元素の一部が他の金属元素M1により置換されていることが好ましい。これら金属元素M1により置換されることにより、式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子の結晶構造が安定化されるため、充放電を繰り返しても結晶構造の崩壊が抑制でき、優れたサイクル特性が実現し得ると考えられる。
上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33 Mn0.342、LiNi0.8Co0.1Mn0.12、LiNi0.6Co0.2Mn0.22、LiNi0.2Co0.4Mn0.42、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.032、又はLiNi0.33Co0.31Mn0.33Zn0.032等が挙げられる。なかでも、LiNi0.33Co0.33 Mn0.342、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.032等のNi量の少ない組成からなる粒子が好ましい。
さらに、互いに組成が異なる2種以上の上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子は、コア部(内部)とシェル部(表層部)とを有するコア-シェル構造のリチウム複合酸化物二次粒子(A)(NCM系複合酸化物二次粒子(A))を形成してもよい。
コア部は1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。コア部を2相以上で構成する態様として、同心円状に複数の相が層状となって積層された構造でもよいし、コア部の表面から中心部に向けて遷移的に組成が変化する構造でもよい。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
このような組成が異なる2種以上のNCM系複合酸化物粒子によってコア-シェル構造を形成してなるNCM系複合酸化物二次粒子(A)として、具体的には(コア部)-(シェル部)が、例えば(LiNi0.8Co0.1Mn0.12)-(LiNi0.2Co0.4Mn0.42)、(LiNi0.8Co0.1Mn0.12)-(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)、又は(LiNi0.8Co0.1Mn0.12)-(LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.032)等からなる粒子が挙げられる。
上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子の一次粒子としての平均粒径は、好ましくは500nm以下であり、より好ましくは300nm以下である。このように、NCM系複合酸化物粒子の一次粒子としての平均粒径を少なくとも500nm以下にすることで、リチウムイオンの挿入及び脱離に伴う上記一次粒子の膨張収縮量を抑制することができ、粒子割れを有効に防止することができる。なお、上記一次粒子の平均粒径の下限値は特に限定されないが、ハンドリングの観点から、50nm以上が好ましい。
ここで、平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡観察において、数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味し、以後の説明においても同義である。
また、上記一次粒子が凝集して形成するNCM系複合酸化物二次粒子(A)の平均粒径は、好ましくは25μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。かかる二次粒子(A)の平均粒径が25μm以下であると、サイクル特性に優れた電池を得ることができる。なお、上記二次粒子(A)の平均粒径の下限値は特に限定されないが、ハンドリングの観点から1μm以上が好ましく、5μm以上がより好ましい。
上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子が、NCM系複合酸化物二次粒子(A)においてコア-シェル構造を形成してなる場合、コア部を形成する一次粒子としての平均粒径は、好ましくは50nm~500nmであり、より好ましくは50nm~300nmである。そして、上記一次粒子が凝集して形成するコア部の平均粒径は、好ましくは1μm~25μmであり、より好ましくは1μm~20μmである。
また、かかるコア部の表面を被覆するシェル部を構成するNCM系複合酸化物粒子の一次粒子としての平均粒径は、好ましくは50nm~500nmであり、より好ましくは50nm~300nmであって、かかる一次粒子が凝集して形成するシェル部の層厚は、好ましくは0.1μm~5μmであり、より好ましくは0.1μm~2.5μmである。
上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子からなるNCM系複合酸化物二次粒子(A)の内部空隙率は、リチウムイオンの挿入に伴うNCM系複合酸化物の膨張を二次粒子(A)の内部空隙内で許容させる観点から、NCM系複合酸化物二次粒子(A)の100体積%中、4体積%~12体積%が好ましく、5体積%~10体積%がより好ましい。
かかる平均粒径及び内部空隙率を有することで、上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子からなるNCM系複合酸化物二次粒子(A)の表面では、NCM系複合酸化物粒子をリチウム正極活物質粒子(B)が複合化して担持されて存在するため、リチウムイオンの挿入に伴うNCM系複合酸化物の膨張をNCM系複合酸化物二次粒子(A)の内部側に向かわせることができる。
上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子は、上記NCM系複合酸化物粒子と同様、リチウム複合酸化物二次粒子(A)を形成する。式(2)中のM2は、Mg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。
また、上記式(2)中のd、e、f、wは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数である。
上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子は、式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子よりも、さらに電池容量及び出力特性に優れている。加えて、Alの含有により、雰囲気中の湿分による変質も生じ難く、安全性にも優れている。
上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33Al0.342、LiNi0.8Co0.1Al0.12、LiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.032、LiNi0.8Co0.15Al0.03Zn0.032等からなる粒子が挙げられる。なかでも、LiNi0.8Co0.15Al0.052、LiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.032からなる粒子が好ましい。
さらに、NCM系複合酸化物粒子同様に、互いに組成が異なる2種以上の上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子は、コア部(内部)とシェル部(表層部)とを有するコア-シェル構造のリチウム複合酸化物二次粒子(A)(NCA系複合酸化物二次粒子(A))を形成していてもよい。
上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物の一次粒子としての平均粒径、及び上記一次粒子が凝集して形成されるNCA系複合酸化物二次粒子(A)の平均粒径、並びにかかる二次粒子(A)の内部空隙率は、上記のNCM系複合酸化物粒子及びNCM系複合酸化物二次粒子(A)と同様である。すなわち、上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子の一次粒子としての平均粒径は、好ましくは500nm以下であり、より好ましくは300nm以下であり、上記一次粒子からなるNCA系複合酸化物二次粒子(A)の平均粒径は、好ましくは25μm以下であり、より好ましくは20μm以下である。また、上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子からなるNCA系複合酸化物二次粒子(A)の内部空隙率は、かかる二次粒子の体積100%中、4体積%~12体積%が好ましく、5体積%~10体積%がより好ましい。
かかる平均粒径及び内部空隙率を有することで、NCM系複合酸化物粒子同様に、上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子からなるNCA系複合酸化物二次粒子(A)の表面では、NCA系複合酸化物粒子にリチウム正極活物質粒子(B)が複合化して担持されて存在するため、リチウムイオンの挿入に伴うNCA系複合酸化物の膨張をNCA系複合酸化物二次粒子(A)の内部側に向かわせることができる。
本発明のリチウム複合酸化物二次粒子(A)は、上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子と上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子が混在していてもよい。その混在状態は、上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子である一次粒子と上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子である一次粒子が共存してなる二次粒子を形成してもよく、また上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子のみからなる二次粒子と上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子のみからなる二次粒子とが混在してもよく、さらには上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子である一次粒子と上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子である一次粒子が共存してなる二次粒子、上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子のみからなる二次粒子と上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子のみからなる二次粒子とが混在するものであってもよい。
次に、上記リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に複合化されて担持してなる、リチウム正極活物質粒子(B)を説明する。
下記式(3)、又は式(4):
LigMnhFei3 xPO4 ・・・(3)
(式(3)中、M3はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h、i、及びxは、0<g≦1.2、0.3≦h≦1、0≦i≦0.7、及び0≦x≦0.3を満たし、かつg+(Mnの価数)×h+(Feの価数)×i+(M3の価数)×x=3を満たす数を示す。)
LijMnkFel4 ySiO4 ・・・(4)
(式(4)中、M4はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦2.4、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、0≦y≦1.2、及びk+l≠0を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M4の価数)×y=4を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、オリビン型構造を有する正極活物質からなる粒子である。
上記式(3)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)としては、リチウム複合粒子(C)の平均放電電圧の観点から、0.5≦g≦1.2が好ましく、0.6≦g≦1.1がより好ましく、0.65≦g≦1.05がさらに好ましい。具体的には、例えばLiMnPO4、LiMn0.9Fe0.1PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、LiMn0.75Fe0.15Mg0.1PO4、LiMn0.75Fe0.19Zr0.03PO4、LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.5Fe0.5PO4、Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4、Li0.6Mn0.84Fe0.36PO4等が挙げられる。なかでも、LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4、Li1.2Mn0.63Fe0.27PO4、又はLi0.6Mn0.84Fe0.36PO4が好ましい。
また、上記式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)としては、具体的には、例えばLi2Mn0.45Fe0.45Co0.1SiO4、Li2Mn0.54Fe0.36Al0.066SiO4、Li2Mn0.45Fe0.45Zn0.1SiO4、Li2Mn0.54Fe0.360.066SiO4、Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4、Li2Mn0.658Fe0.282Zr0.02SiO4、Li2.2Mn0.594Fe0.252Zr0.027SiO4、Li1.2Mn0.294Fe0.392Zr0.042SiO4等が挙げられる。なかでも、Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4、Li2Mn0.658Fe0.282Zr0.02SiO4、Li2.2Mn0.594Fe0.252Zr0.027SiO4、又はLi1.2Mn0.294Fe0.392Zr0.042SiO4が好ましい。
さらに、上記式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、式(3)又は式(4)で表されるリチウム系ポリアニオン粒子からなるコア部(内部)とシェル部(表層部)を有するコア-シェル構造を形成するものであってもよい。
このリチウム系ポリアニオン粒子のコア-シェル構造によって、リチウム正極活物質粒子(B)から電解液に溶出しやすいMn含有量の多いリチウム系ポリアニオンをコア部に配置し、電解液に接し易いシェル部にはMn含有量の少ないリチウム系ポリアニオンを配置したりすることによって、リチウム系ポリアニオン粒子に起因するサイクル特性の低下の抑制と安全性の確保をより向上させることができる。このとき、コア部は1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。コア部を2相以上で構成する態様として、同心円状に複数の相が層状となって積層された構造でもよいし、コア部の表面から中心部に向けて遷移的に組成が変化する構造でもよい。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
このような組成が異なる2種以上のリチウム系ポリアニオン粒子によってコア-シェル構造を形成してなるリチウム正極活物質粒子(B)として、具体的には(コア部)-(シェル部)が、例えば(LiMnPO4)-(LiFePO4)、(LiMn0.5Co0.5PO4)-(LiFePO4)、(Li2MnSiO4)-(LiFePO4)、又は(Li2MnSiO4)-(Li2FeSiO4)等からなる粒子が挙げられる。
上記式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の平均粒径は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面のみにおいて、リチウム複合酸化物粒子と密に複合化する観点から、リチウム正極活物質粒子(B)が式(3)で表される場合には、好ましくは50nm~200nmであり、より好ましくは50nm~150nmであり、さらに好ましくは50nm~100nmである。また、リチウム正極活物質粒子(B)が式(4)で表される場合には、好ましくは20nm~200nmであり、より好ましくは20nm~150nmであり、さらに好ましくは20nm~100nmである。
なお、コア-シェル構造を形成してなるリチウム正極活物質粒子(B)の平均粒径は、かかるリチウム正極活物質粒子(B)に式(3)で表されるリチウム系ポリアニオンを含む場合には、好ましくは50nm~200nmであり、より好ましくは50nm~150nmであり、さらに好ましくは50nm~100nmであり、式(4)で表されるリチウム系ポリアニオンを含む場合には、好ましくは20nm~200nmであり、より好ましくは20nm~150nmであり、さらに好ましくは20nm~100nmである。
上記式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の25℃での20MPa加圧時におけるリチウムイオン伝導度は、1×10-7S/cm以上であることが好ましく、1×10-6S/cm以上であることがより好ましい。
上記式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、その表面に炭素(c)が担持されてなるのが好ましい。このリチウム正極活物質粒子(B)の表面における炭素(c)の担持量は、炭素(c)が担持されてなるリチウム正極活物質粒子(B)全量100質量%中に、好ましくは0.1質量%~10質量%であり、より好ましくは0.1質量%~7質量%であり、さらに好ましくは0.1質量%~5質量%である。
式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の表面に担持される炭素(c)は、リチウム正極活物質粒子(B)と炭素源(c’)とが一括して焼成されることによって、リチウム正極活物質粒子(B)の表面上に堅固に担持されるか、リチウム正極活物質粒子(B)とともに圧縮力及びせん断力を付加されながら混合されて、リチウム正極活物質粒子(B)の表面上に堅固に担持される。焼成されて炭素(c)となる炭素源(c’)として、セルロースナノファイバー(c’-1)、リグノセルロースナノファイバー(c’-2)、水溶性炭素材料(c’-3)から選ばれる1種又は2種以上が挙げられ、また圧縮力及びせん断力を付加されながら混合される炭素(c)として、水不溶性炭素材料(c4)が挙げられる。
上記炭素源(c’)としてのセルロースナノファイバー(c’-1)とは、全ての植物細胞壁の約5割を占める骨格成分であって、かかる細胞壁を構成する植物繊維をナノサイズまで解繊等することにより得ることができる軽量高強度繊維であり、セルロースナノファイバー(c’-1)由来の炭素(c1)は、周期的構造を有する。かかるセルロースナノファイバー(c’-1)の繊維径は、1nm~100nmであり、水への良好な分散性も有している。また、セルロースナノファイバー(c’-1)を構成するセルロース分子鎖では、炭素による周期的構造が形成されていることから、これが炭化されつつ、上記式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)とも相まって、かかる粒子の表面に堅固に担持されることにより、良好な電子伝導性を付与することができる。
上記炭素源(c’)としてのリグノセルロースナノファイバー(c’-2)とは、セルロースナノファイバー(c’-1)よりもさらに優れた水への分散性を有している。そして、リグノセルロースナノファイバー(c’-2)が炭化されてなる炭素(c2)は、セルロースナノファイバー由来の周期的構造とリグニン由来の三次元網目構造を有する複合的な三次元構造を形成し、上記式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)に有効に担持されることができる。かかるリグノセルロースナノファイバー(c’-2)の繊維径は、30nm~1000nmである。
上記炭素源(c’)としての水溶性炭素材料(c’-3)とは、25℃の水100gに、水溶性炭素材料(c’-3)の炭素原子換算量で0.4g以上、好ましくは1.0g以上溶解する炭素材料を意味し、炭化されることで炭素として上記リチウム正極活物質粒子(B)の表面に存在することとなる。かかる水溶性炭素材料(c’-3)としては、例えば、糖類、ポリオール、ポリエーテル、及び有機酸から選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。より具体的には、例えば、グルコース、フルクトース、ガラクトース、マンノース等の単糖類;マルトース、スクロース、セロビオース等の二糖類;デンプン、デキストリン等の多糖類;エチレングリコール、プロピレングリコール、ジエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブタンジオール、プロパンジオール、ポリビニルアルコール、グリセリン等のポリオールやポリエーテル;クエン酸、酒石酸、アスコルビン酸等の有機酸が挙げられる。なかでも、溶媒への溶解性及び分散性を高めて炭素源として効果的に機能させる観点から、グルコース、フルクトース、スクロース、デキストリンが好ましく、グルコースがより好ましい。
なお、式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の表面に存在する、セルロースナノファイバー(c’-1)由来の炭素(c1)、リグノセルロースナノファイバー(c’-2)由来の炭素(c2)、又は水溶性炭素材料(c’-3)由来の炭素(c3)の原子換算量(炭素の担持量)は、式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)について炭素・硫黄分析装置を用いて測定した炭素量として、確認することができる。
炭素(c)として式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)に担持される水不溶性炭素材料(c4)とは、25℃の水100gに対する溶解量が、水不溶性炭素材料(c4)の炭素原子換算量で0.4g未満である水不溶性の炭素材料であって、焼成等せずともそのもの自体が導電性を有する。かかる水不溶性炭素材料(c4)としては、グラファイト、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、及びサーマルブラックから選ばれる1種又は2種以上が挙げられる。なかでも、吸着水分量低減の観点から、グラファイトが好ましい。グラファイトとしては、人造グラファイト(鱗片状、塊状、土状、グラフェン)、天然グラファイトのいずれであってもよい。水不溶性炭素材料(c4)の平均粒径は、複合化の観点から、好ましくは0.5μm~20μmであり、より好ましくは1.0μm~15μmである。
リチウム複合酸化物二次粒子(A)への複合化によって担持される、上記式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の担持量は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の活物質としての性能を最大限に使用する観点から、複合化して得られるリチウム複合粒子(C)の全量100質量%中に、好ましくは5質量%~45質量%であり、より好ましくは10質量%~45質量%であり、さらに好ましくは15質量%~45質量%である。
なお、ここでのリチウム正極活物質粒子(B)の担持量は、上記炭素(c)の担持量を含むものである。
また、式(3)又は式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の担持によりリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に形成される担持層の厚さは、好ましくは100nm~3μmであり、より好ましくは300nm~3μmであり、さらに好ましくは500nm~3μmである。
ここで、リチウム正極活物質粒子(B)の担持層の厚さとは、リチウム複合粒子(C)の断面(クロスセクション)に関するTEM観察において、十個のリチウム複合粒子(C)表面におけるリチウム正極活物質粒子(B)の担持層の厚さの測定値の平均値を意味し、以後の説明においても同義である。
下記式(5):
LiM5 pCoq2 ・・・(5)
(式(5)中、M5はNi、Mn、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(5)中、p及びqは、0≦p≦0.1、0<q≦1、及び(M5の価数)×p+3q=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する正極活物質からなる粒子である。
上記式(5)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)としては、高温サイクル特性の観点からは、M5としてNi及びMnから選択されるいずれか1種以上の元素であるものが好ましく、より好ましくはM5の50モル%以上がNiである。
具体的には、LiCoO2、LiMn0.05Co0.952、LiAl0.05Co0.952、LiMg0.03Co0.982、LiSi0.03Co0.962を用いることができる。なかでも、LiCoO2が好ましい。
上記式(5)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の平均粒径は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面のみにおいて、リチウム複合酸化物粒子と密に複合化する観点から、好ましくは100nm~500nmであり、より好ましくは100nm~400nmであり、さらに好ましくは100nm~300nmである。
リチウム複合酸化物二次粒子(A)への複合化によって担持される、上記式(5)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の担持量は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の活物質としての性能を最大限に使用する観点から、複合化して得られるリチウム複合粒子(C)の全量100質量%中に、好ましくは5質量%~50質量%であり、より好ましくは10質量%~50質量%であり、さらに好ましくは15質量%~50質量%である。
この際の、式(5)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の担持によりリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に形成される担持層の厚さは、好ましくは100nm~3μmであり、より好ましくは300nm~3μmであり、さらに好ましくは500nm~3μmである。
下記式(6):
LiM6 rMns4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(6)中、o及びpは、0≦r≦0.1、0<s≦2、及び(M6の価数)×r+(Mnの価数)×s=7を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する正極活物質からなる粒子である。
上記式(6)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)としては、具体的には、LiMn24、LiNi0.5Mn1.54、LiCoMnO4、LiCrMnO4、LiFeMnO4、LiAlMnO4、LiCu0.5Mn1.54を用いることができる。なかでも、LiMn24が好ましい。
上記式(6)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の平均粒径は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面のみにおいて、リチウム複合酸化物粒子と密に複合化する観点から、好ましくは100nm~500nmであり、より好ましくは100nm~400nmであり、さらに好ましくは100nm~300nmである。
リチウム複合粒子(C)における式(6)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の担持量及び担持により形成される担持層の厚さは、上記式(5)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)と同じであって、担持量は、リチウム複合粒子(C)の全量100質量%中に、好ましくは5質量%~50質量%であり、より好ましくは10質量%~50質量%であり、さらに好ましくは15質量%~50質量%であり、担持層の厚さは、好ましくは100nm~3μmであり、より好ましくは300nm~3μmであり、さらに好ましくは500nm~3μmである。
下記式(7):
LiNitMn1-t4 ・・・(7)
(式(7)中、tは0.3≦t≦0.7を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、スピネル構造を有する正極活物質からなる粒子である。
上記式(7)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)としては、具体的には、LiNi0.4Mn0.64、LiNi0.5Mn0.54、LiNi0.6Mn0.44を用いることができる。なかでも、LiNi0.5Mn0.54が好ましい。
上記式(7)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の平均粒径は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面のみにおいて、リチウム複合酸化物粒子と密に複合化する観点から、好ましくは100nm~500nmであり、より好ましくは100nm~400nmであり、さらに好ましくは100nm~300nmである。
リチウム複合粒子(C)における式(7)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の担持量及び担持より形成される担持層の厚さは、上記式(5)及び式(6)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)と同じであって、担持量は、リチウム複合粒子(C)の全量100質量%中に、好ましくは5質量%~50質量%であり、より好ましくは10質量%~50質量%であり、さらに好ましくは15質量%~50質量%であり、担持層の厚さは、好ましくは100nm~3μmであり、より好ましくは300nm~3μmであり、さらに好ましくは500nm~3μmである。
下記式(8):
Li2MnO3-LiM82 ・・・(8)
(式(8)中、M8はNi、Mn、Co、Al、Fe、Cr、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、及びCeから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する固溶体を形成する正極活物質からなる粒子である。
上記式(8)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)としては、高温サイクル特性の観点からは、M8としてCo、Ni及びMnから選択される1種または2種以上の元素であるものが好ましい。
具体的には、Li2MnO3-LiNiO2、Li2MnO3-LiCoO2、Li2MnO3-LiMn24、Li2MnO3-LiNixMn1-x2(0<x<1)、Li2MnO3-LiNixCo1-x2(0<x<1)、Li2MnO3-LiCoxMn1-x2(0<x<1)、Li2MnO3-LiNi1-x-yCoxMny2(0<x<1、0<y<1、0<x+y<1)を用いることができる。なかでも、Li2MnO3-LiNi1/3Co1/3Mn1/32が好ましい。
上記式(8)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の平均粒径は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面のみにおいて、リチウム複合酸化物粒子と密に複合化する観点から、好ましくは50nm~200nmであり、より好ましくは50nm~150nmであり、さらに好ましくは50nm~100nmである。
リチウム複合粒子(C)における式(8)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の担持量及び担持により形成される担持層の厚さは、上記式(3)及び式(4)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)と同じであって、担持量は、リチウム複合粒子(C)の全量100質量%中に、好ましくは5質量%~45質量%であり、より好ましくは10質量%~45質量%であり、さらに好ましくは15質量%~45質量%であり、担持層の厚さは、好ましくは100nm~3μmであり、より好ましくは300nm~3μmであり、さらに好ましくは500nm~3μmである。
次に、上記リチウム複合粒子(C)に複合化して担持されてなるリチウム系固体電解質粒子(D)を説明する。リチウム系固体電解質粒子(D)とは、全固体二次電池、特に全固体リチウムイオン二次電池に用いることができる固体電解質であれば、その種類に制限はない。具体的には、たとえば、下記式(9)、又は(10):
Li1+mAln9 zTio(PO43 ・・・(9)
(式(9)中、M9はSc、In、Fe、Cr、Ga、Y、La、Zn、Si、Mn、Ge、Nd、Sr又はVから選ばれる1種又は2種以上を示し、m、n、o及びzは、0≦m≦4、0<n≦2、0<o<2、0≦x≦2、m+3n+(M9の価数)×z+4o=8を満たす数を示す。)
Li3PO4-Li4SiO4 ・・・(10)
で表される粒子が好ましい。
上記式(9)で表されるリチウム系固体電解質(D)は、NASICON型の結晶構造を有する化学的安定性に優れる酸化物系の固体電解質であり、室温において10-4S/cm台の高いリチウムイオン伝導度を示す。
式(9)中のM9はSc、In、Fe、Cr、Ga、Y、La、Zn、Si、Mn、Ge、Nd、Sr又はVから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。
また、上記式(9)中のm、n、o及びzは、0≦m≦4、0<n≦2、0<o<2、0≦z≦2、m+3n+(M3の価数)×z+4o=8を満たす数である。
より具体的には、例えば、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO43、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO43、Li1.1Al0.1Ti1.9(PO43、Li1.3Al0.27Ga0.03Ti1.7(PO43、Li1.3Al0.27Sc0.03Ti1.7(PO43、Li1.3Al0.270.03Ti1.7(PO43が挙げられる。なかでも、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43が好ましい。
リチウム系固体電解質粒子(D)の平均粒径は、リチウム複合粒子(C)の表面のみにおいて、リチウム正極活物質粒子(B)と密に複合化する観点から、好ましくは10nm~1μmであり、より好ましくは10nm~750nmであり、さらに好ましくは10nm~500nmである。
リチウム系固体電解質粒子(D)の担持量は、全固体二次電池用正極活物質複合体(E)の全量100質量%中に、好ましくは0.01質量%~50質量%であり、より好ましくは0.4質量%~50質量%であり、さらに好ましくは3質量%~50質量%である。より具体的には、全固体二次電池用正極活物質複合体(E)に含まれるリチウム正極活物質粒子(B)が上記式(3)、式(4)及び式(8)で表される場合、全固体二次電池用正極活物質複合体(E)の全量100質量%中に、好ましくは0.1質量%~50質量%であり、より好ましくは2質量%~50質量%であり、さらに好ましくは13質量%~50質量%であり、リチウム正極活物質粒子(B)が上記式(5)、式(6)及び式(7)で表される場合、全固体二次電池用正極活物質複合体(E)の全量100質量%中に、好ましくは0.01質量%~20質量%であり、より好ましくは0.4質量%~20質量%であり、さらに好ましくは3質量%~20質量%である。
この際の、リチウム複合粒子(C)におけるリチウム系固体電解質粒子(D)の担持により形成される担持層の厚さは、好ましくは10nm~1μmであり、より好ましくは100nm~1μmであり、さらに好ましくは500nm~1μmである。
ここで、リチウム系固体電解質粒子(D)の担持層の厚さとは、全固体二次電池用正極活物質複合体(E)の断面(クロスセクション)に関するTEM観察において、十個の全固体二次電池用正極活物質複合体(E)表面におけるリチウム系固体電解質粒子(D)担持層の厚さの測定値の平均値を意味する。
本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体(E)の平均粒径は、好ましくは5μm~25μmであり、より好ましくは7μm~20μmであり、さらに好ましくは10μm~18μmである。かかる全固体二次電池用正極活物質複合体(E)の平均粒径が5μmよりも小さい場合、タップ密度が低下して作成した電極に十分な剥離強度が付与できず、電池のサイクル特性が低下するおそれがある。また、平均粒径が25μmよりも大きい場合、電極を均一に塗工することが困難になって均一な電極が得られず、電池の放電容量が低下するおそれがある。
また、本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体(E)のタップ密度は、好ましくは0.5g/cm3~2.5g/cm3であり、より好ましくは0.5g/cm3~2.0g/cm3である。かかる正極活物質複合体のタップ密度が0.5g/cm3よりも小さい場合、上述のとおり電池のサイクル特性が低下するおそれがある。
本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体(E)の製造方法は、次の工程(I)~工程(IV):
(I)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
(II)リチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)の造粒体(d)を得る工程、
(III)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
(IV)リチウム複合粒子(C)及び造粒体(d)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(d)を解砕させながら、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化する工程
を備える。
本発明の製造方法が備える工程(I)は、リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程である。
より具体的には、所定の大きさを有するリチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリー(A-1)を調整後、スラリー(A-1)を噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)からなる造粒体(b)を得る工程である。
スラリー(A-1)における、リチウム正極活物質粒子(B)の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは10質量部~30質量部であり、より好ましくは15質量部~30質量部である。
用いるリチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(3)又は式(4)のリチウム正極活物質粒子(B)であって、表面に炭素(c)を担持させる場合、スラリー(A-1)に炭素源(c’)を添加すればよい。スラリー(A-1)における、セルロースナノファイバー(c’-1)及び/又はリグノセルロースナノファイバー(c’-2)の含有量は、その炭素原子換算量が、リチウム正極活物質粒子(B)及び炭素(c)の合計量100質量%中に、0.1質量%~12質量%となるような量であるのが望ましい。
具体的には、例えば炭素源(c’)として、セルロースナノファイバー(c’-1)及び/又はリグノセルロースナノファイバー(c’-2)を用いる場合、かかる炭素源(c’)の添加量は、スラリー(A-1)における水100質量部に対し、炭素原子換算量で好ましくは0.05質量部~40質量部であり、より好ましくは0.05質量部~15質量部である。また炭素源(c’)として、水溶性炭素材料(c’-3)を用いる場合、かかる炭素源(c’)の添加量は、スラリー(A-1)における水100質量部に対し、炭素原子換算量で好ましくは0.05質量部~35質量部であり、より好ましくは0.05質量部~13質量部である。
さらに炭素源(c’)として、セルロースナノファイバー(c’-1)及び/又はリグノセルロースナノファイバー(c’-2)と、水溶性炭素材料(c’-3)とを用いる場合、スラリー(A-1)における、これら炭素源(c’)の合計含有量は、リチウム正極活物質粒子(B)及び炭素(c)の合計量100質量%中に、炭素原子換算量で0.1質量%~12質量%となるようにすればよい。
かかるスラリー(A-1)を調製するにあたり、リチウム正極活物質粒子(B)を均一に分散させる観点から、または上記式(3)又は式(4)のリチウム正極活物質粒子(B)には、リチウム正極活物質粒子(B)と炭素源(c’)を均一に分散させる観点から、分散機(ホモジナイザー)を用いた処理を行うことが好ましい。かかる分散機としては、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等が挙げられる。なかでも、分散効率の観点から、超音波攪拌機が好ましい。スラリー(A-1)の分散均一性の程度は、例えば、UV・可視光分光装置を使用した光線透過率や、E型粘度計を使用した粘度で定量的に評価することもでき、また目視によって白濁度が均一であることを確認することで、簡便に評価することもできる。分散機で処理する時間は、好ましくは1分間~30分間であり、より好ましくは2分間~15分間である。
スラリー(A-1)にセルロースナノファイバー(c’-1)及び/又はリグノセルロースナノファイバー(c’-2)を含む場合、上記スラリー(A-1)は、未だ凝集状態にあるセルロースナノファイバーを有効に取り除く観点から、さらに、湿式分級することが好ましい。湿式分級には、篩や市販の湿式分級機を使用することができる。篩の目開きは、用いるセルロースナノファイバー(c’-1)及び/又はリグノセルロースナノファイバー(c’-2)の繊維長により変動し得るが、作業効率の観点から、150μm前後であるのが好ましい。
以上より、得られるスラリー(A-1)の固形分濃度は、好ましくは10質量%~35質量%であり、より好ましくは15質量%~30質量%である。
次いで、得られたスラリー(A-1)を噴霧乾燥して、造粒体(b)を得る。本発明の製造方法では、リチウム正極活物質粒子(B)が堅固に凝集されてなる堅牢な二次粒子となることを回避して、過度な負荷を与えることなく容易に解砕させることのできる造粒体(b)とする。
用いる噴霧乾燥としては、スプレードライ法による噴霧乾燥が好適であり、かかる装置として、例えば、4流体ノズルを備えたマイクロミストドライヤー(例えば、藤崎電気(株)製 MDL-050M)を用いることができる。噴霧乾燥に用いる装置の処理条件としては、エアー圧が0.3MPa~0.8MPaであるのが好ましく、0.5MPa~0.7MPaであるのがより好ましく、エアー流量が20NL/分~60NL/分であるのが好ましく、50NL/分~60NL/分であるのがより好ましい。また、熱風量は0.6m3/分~1.2m3/分であるのが好ましく、0.8m3/分~1.1m3/分であるのがより好ましく、熱風温度は、110℃~160℃が好ましく、120℃~140℃がより好ましい。
噴霧乾燥の際の熱風の供給量G(L/分)と、スラリー(A-1)の供給量S(L/分)の比(G/S)は、500~10000が好ましく、1000~9000がより好ましい。
工程(I)で得られる造粒体(b)の粒径は、レーザー回折・散乱法に基づく粒度分布におけるD50値で、好ましくは5μm~25μmであり、より好ましくは5μm~16μmである。
ここで、粒度分布測定におけるD50値とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られる値であり、D50値は累積50%での粒径(メジアン径)を意味する。
また、造粒体(b)の空隙率は、水銀圧入法に基づく空隙率で、45体積%~80体積%であって、好ましくは50体積%~80体積%である。
なお、上記式(3)又は式(4)のリチウム正極活物質粒子(B)と共に炭素源(c’)を含むスラリー(A-1)から得られた造粒体(b)については、焼成する必要がある。この焼成によって、炭素源(c’)を炭化させて、式(3)又は式(4)のリチウム正極活物質粒子(B)の表面に炭素(c)を担持させることができる。
焼成温度は、炭素源(c’)を有効に炭化させる観点、及び焼成後の造粒体(b)の空隙率を45体積%~80体積%に調整して適度な解砕性を付与する観点から、好ましくは500℃~800℃であり、より好ましくは600℃~770℃であり、特に好ましくは650℃~750℃である。また、焼成時間は、好ましくは10分間~3時間、より好ましくは30分間~1.5時間とするのがよい。
工程(I)で得られる造粒体(b)の崩壊強度は、好ましくは1.8KN/mm以下であり、より好ましくは1.75KN/mm以下である。かかる崩壊強度とは、リチウム正極活物質粒子(B)からなる造粒体(b)の圧縮による解砕のし易さを示し、下記式(9)により求められる値を意味する。
造粒体(b)の崩壊強度(KN/mm)=10/(t0-t10) ・・・(9)
式(9)中のt0は、直径20mmの円筒容器内に表面に造粒体(b)を3g投入し、高さ1cmからの落下によるタッピングを10回繰返した後の密充填状態における造粒体(b)の層厚(mm)を示し、t10は、かかる密充填状態の造粒体(b)に、上部から10KNの荷重を掛けた際の造粒体(b)の層厚(mm)を示す。
続く工程(II)は、リチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)の造粒体(d)を得る工程である。
より具体的には、所定の大きさを有するリチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリー(B-1)を調整後、スラリー(B-1)を噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)からなる造粒体(d)を得る工程である。
スラリー(B-1)における、リチウム系固体電解質粒子(D)の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは10質量部~30質量部であり、より好ましくは15質量部~30質量部である。
かかるスラリー(B-1)を調製するにあたり、リチウム系固体電解質粒子(D)を均一に分散させる観点から、分散機(ホモジナイザー)を用いた処理を行うことが好ましい。かかる分散機としては、例えば、離解機、叩解機、低圧ホモジナイザー、高圧ホモジナイザー、グラインダー、カッターミル、ボールミル、ジェットミル、短軸押出機、2軸押出機、超音波攪拌機、家庭用ジューサーミキサー等が挙げられる。なかでも、分散効率の観点から、超音波攪拌機が好ましい。スラリー(B-1)の分散均一性の程度は、例えば、UV・可視光分光装置を使用した光線透過率や、E型粘度計を使用した粘度で定量的に評価することもでき、また目視によって白濁度が均一であることを確認することで、簡便に評価することもできる。分散機で処理する時間は、好ましくは1分間~30分間であり、より好ましくは2分間~15分間である。
以上より、得られるスラリー(B-1)の固形分濃度は、好ましくは9質量%~25質量%であり、より好ましくは13質量%~250質量%である。
次いで、得られたスラリー(B-1)を噴霧乾燥して、造粒体(d)を得る。本発明の製造方法では、リチウム系固体電解質粒子(D)が堅固に凝集されてなる堅牢な二次粒子となることを回避して、過度な負荷を与えることなく容易に解砕させることのできる造粒体(d)とする。
噴霧乾燥の際の熱風の供給量G(L/分)と、スラリー(B-1)の供給量S(L/分)の比(G/S)は、500~10000が好ましく、1000~9000がより好ましい。
得られる造粒体(d)の粒径は、レーザー回折・散乱法に基づく粒度分布におけるD50値で、好ましくは5μm~25μmであり、より好ましくは5μm~20μmである。
また、造粒体(d)の空隙率は、水銀圧入法に基づく空隙率で、好ましくは45体積%~80体積%であり、より好ましくは50体積%~80体積%である。
得られる造粒体(d)の崩壊強度は、好ましくは1.8KN/mm以下であり、より好ましくは1.75KN/mm以下である。
続く工程(III)は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び工程(I)で得られた造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程である。かかる工程を経ることにより、造粒体(b)が解砕してなる微細なリチウム正極活物質粒子(B)を、緻密かつ広範囲に被覆するように、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面にリチウム正極活物質粒子(B)を担持してなるリチウム複合粒子(C)を得ることができる。
工程(III)では、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する前に、リチウム複合酸化物二次粒子(A)と造粒体(b)の混合物を、充分に乾式混合するのが好ましい。乾式混合の方法としては、ボールミルやVブレンダー等の、通常の乾式混合機による混合であるのが好ましく、自公転可能な遊星ボールミルによる混合がより好ましい。
圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する(以下、「複合化する」ともいう)処理は、インペラやローター工具等を備える密閉容器で行うのがよい。かかる密閉容器を備える装置として、高速せん断ミル、ブレード型混練機、高速混合機等が挙げられ、具体的には、例えば、粒子設計装置 COMPOSI、メカノハイブリット、高性能流動式混合機FMミキサー(日本コークス工業社製)微粒子複合化装置 メカノフュージョン、ノビルタ(ホソカワミクロン社製)、表面改質装置ミラーロ、ハイブリダイゼーションシステム(奈良機械製作所社製)、アイリッヒインテンシブミキサー(日本アイリッヒ社製)を好適に用いることができる。上記複合化する処理条件としては、温度が、好ましくは5℃~80℃、より好ましくは10℃~50℃である。また、雰囲気としては、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気又は還元性ガス雰囲気であるのが好ましい。
より具体的には、例えば、複合化を行う装置として、インペラを備えた乾式粒子複合化装置であるノビルタ(ホソカワミクロン社製)を用いる場合、かかるインペラの回転数は、造粒体(b)を効率的に解砕させつつ、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面にリチウム正極活物質粒子(B)を良好に被覆するように担持させる観点から、好ましくは2000rpm~6000rpmであり、より好ましくは2000rpm~4000rpmである。また、複合化する時間は、好ましくは1分間~10分間であり、より好ましくは1分間~7分間である。
また、かかる複合化を行う装置として、ローター工具を備えた高速攪拌混合機であるアイリッヒインテンシブミキサー(日本アイリッヒ社製)を用いた場合、かかるローター工具の回転数は、好ましくは2000rpm~8000rpmであり、より好ましくは2000rpm~6000rpmである。また、複合化する時間は、好ましくは1分間~10分間であり、より好ましくは1分間~7分間である。
工程(III)における、上記複合化する時間及び/又はインペラ等の回転数は、密閉容器に投入するリチウム複合酸化物二次粒子(A)と造粒体(b)の混合物の量に応じて適宜調整する必要がある。そして、密閉容器を稼動させることにより、インペラ等と密閉容器内壁との間でこれら混合物に圧縮力及びせん断力が付加されつつ、造粒体(b)を良好に解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化する処理を行うことが可能となり、上記リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面において、上記リチウム正極活物質粒子(B)が良好に複合化されて被覆するように担持してなる、リチウム複合粒子(C)を得ることができる。
例えば、上記複合化を、回転数2000rpm~5000rpmで回転するインペラを備える密閉容器内で1分間~8分間行う場合、密閉容器に投入する上記混合物の量は、有効容器(インペラを備える密閉容器のうち、上記混合物を収容可能な部位に相当する容器)1cm3当たり、好ましくは0.1g~0.7gであり、より好ましくは0.15g~0.4gである。
工程(III)において複合化させるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の配合量と、リチウム正極活物質粒子(B)の配合量との質量比(粒子(A):粒子(B))は、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に良好にリチウム正極活物質粒子(B)を担持させる観点から、好ましくは95:5~50:50であり、より好ましくは90:10~50:50であり、さらに好ましくは85:15~50:50である。
より具体的には、用いるリチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(3)、式(4)、及び式(8)の場合の質量比(粒子(A):粒子(B))は、好ましくは95:5~55:45であり、より好ましくは90:10~55:45であり、さらに好ましくは85:15~55:45であり、リチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(5)、式(6)、及び式(7)の場合の質量比(粒子(A):粒子(B))は、好ましくは95:5~50:50であり、より好ましくは90:10~50:50であり、さらに好ましくは85:15~50:50である。
かかる量となるよう、上記混合物中における造粒体(b)の量を調整すればよい。
なお、用いるリチウム正極活物質粒子(B)が上記式(3)及び式(4)で表される場合、上記方法のほか、工程(III)において炭素(c)として水不溶性炭素材料(c4)を用いてもよい。この場合、工程(I)において得られる造粒体(b)は、炭素(c)を担持しておらず、工程(III)において、リチウム複合酸化物二次粒子(A)と造粒体(b)に、さらに水不溶性炭素材料(c4)を添加して、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合すればよい。工程(III)において水不溶性炭素材料(c4)を添加する場合、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の配合量と、リチウム正極活物質粒子(B)及び水不溶性炭素材料(c4)の合計配合量との質量比(粒子(A):(粒子(B)+水不溶性炭素材料(c4)))は、好ましくは95:5~60:40であり、より好ましくは92:8~65:35であり、さらに好ましくは90:10~70:30である。かかる量となるよう、上記混合物中における造粒体(b)及び水不溶性炭素材料(c4)の配合量を調整すればよい。
続く工程(IV)は、工程(III)で得られたリチウム複合粒子(C)及び工程(II)で得られた造粒体(d)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(d)を解砕させながら、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化して、全固体二次電池用正極活物質複合体(E)を得る工程である。かかる工程を経ることにより、リチウム正極活物質粒子(B)が複合化されたリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面において、造粒体(d)が解砕してなる、微細なリチウム系固体電解質粒子(D)を、緻密かつ広範囲に被覆するように担持させてなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E)を得ることができる。
工程(IV)における複合化の方法は、上記工程(III)における方法と同じである。
工程(IV)において複合化させるリチウム複合粒子(C)の配合量と、リチウム系固体電解質粒子(D)の配合量との質量比(粒子(C):粒子(D))は、リチウム複合粒子(C)の表面に良好にリチウム系固体電解質粒子(D)を担持させる観点から、好ましくは99.99:0.01~50:50であり、より好ましくは99.6:0.4~50:50であり、さらに好ましくは97:3~50:50である。
より具体的には、リチウム複合粒子(C)に含まれるリチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(3)、式(4)、及び式(8)で表される場合における質量比(粒子(C):粒子(D))は、好ましくは99.9:0.1~50:50であり、より好ましくは98:2~50:50であり、さらに好ましくは87:13~50:50であり、リチウム複合粒子(C)に含まれるリチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(5)、式(6)、及び式(7)で表される場合における質量比(粒子(A):粒子(B))は、好ましくは99.99:0.01~80:20であり、より好ましくは99.6:0.4~80:20であり、さらに好ましくは97:3~80:20である。
かかる量となるよう、上記混合物中における造粒体(d)の量を調整すればよい。
さらに、本発明の製造方法は、次の工程(I’)~工程(III’):
(I’)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
(II’)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面にリチウム正極活物質粒子(B)を複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
(III’)リチウム複合粒子(C)及びリチウム系固体電解質粒子(D)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、リチウム複合粒子(C)の表面にリチウム系固体電解質粒子(D)を複合化する工程
を備える製造方法であってもよい。
この製造方法が備える工程(I’)は、上記製造方法が備える工程(I)と同じであり、工程(II’)は、上記製造方法が備える工程(III’)と同じである。そこで、以下、工程(III’)について説明する。
工程(III’)は、工程(II’)で得られたリチウム複合粒子(C)に、造粒していないリチウム系固体電解質粒子(D)を圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化し、全固体二次電池用正極活物質複合体(E)を得る工程である。かかる工程を経ることにより、リチウム正極活物質粒子(B)が複合化されたリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面において、微細なリチウム系固体電解質粒子(D)が緻密かつ広範囲に被覆するように担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E)を得ることができる。
工程(III’)における複合化の方法は、上記製造方法が備える工程(III)又は工程(IV)における方法と同じである。
本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体(E)を用いる全固体二次電池としては、正極と負極と固体電解質を必須構成とするものであって、正極活物質層、固体電解質層及び負極活物質層の順に積層配置された積層体が形成されるものであれば特に限定されない。
上記の構成を有する全固体リチウムイオン二次電池の形状としては、特に制限を受けるものではなく、コイン型、円筒型、角型等種々の形状や、ラミネート外装体に封入した不定形状であってもよい。
以下、本発明について、実施例に基づき具体的に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
[製造例1:リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)の製造]
Ni:Co:Mnのモル比が1:1:1となるように、硫酸ニッケル六水和物 263g、硫酸コバルト七水和物 281g、硫酸マンガン五水和物 241g、及び水 3Lを混合した後、かかる混合溶液に25%アンモニア水を、滴下速度300ml/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーA1を得た。
次いで、スラリーA1をろ過、乾燥して、金属複合水酸化物の混合物A2を得た後、かかる混合物A2に炭酸リチウム37gをボールミルで混合して粉末混合物A3を得た。
得られた粉末混合物A3を、大気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後に造粒し、次いで本焼成として大気雰囲気下で800℃×10時間焼成し、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)(LiNi0.33Co0.33Mn0.342、平均粒径:10μm)を得た。
[製造例2:リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)の製造]
Li:Ni:Co:Alのモル比が1:0.8:0.15:0.05となるように、炭酸リチウム370g、炭酸ニッケル950g、炭酸コバルト150g、炭酸アルミニウム58g、及び水3Lを混合した後、ボールミルで混合して粉末混合物A4を得た。
得られた粉末混合物A4を、大気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後、本焼成として大気雰囲気下で800℃×24時間焼成し、リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)(LiNi0.8Co0.15Al0.052、平均粒径:10μm)を得た。
[製造例3:リチウム正極活物質粒子(B-1)の製造]
LiOH・H2O 1272g、及び水4Lを混合してスラリーB1を得た。次いで、得られたスラリーB1を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液1153gを35mL/分で滴下し、続いてセルロースナノファイバー(Wma-10002、スギノマシン社製、繊維径4~20nm)5892gを添加して、速度400rpmで12時間撹拌して、Li3PO4を含むスラリーB2を得た。
得られたスラリーB2に窒素パージして、スラリーB2の溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした後、スラリーB2全量に対し、MnSO4・5H2O 1688g、FeSO4・7H2O 834gを添加してスラリーB3を得た。添加したMnSO4とFeSO4のモル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、70:30であった。
次いで、得られたスラリーB3をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.8MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して複合体B4を得た。
得られた複合体B4を1000g分取し、水1Lを添加してスラリーB5を得た後、スラリーB5を超音波攪拌機(同上)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(同上)を用いて噴霧乾燥に付して造粒体B6を得た。
得られた造粒体B6を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(B-1)(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量:2.0質量%、平均粒径:100nm)を得た。
[製造例4:リチウム正極活物質粒子(B-2)の製造]
LiOH・H2O 428g、Na4SiO4・nH2O 1397g、セルロースナノファイバー(同上)2946g、及び水3.75Lを混合してスラリーB7を得た。次いで、得られたスラリーB7に、MnSO4・5H2O 793g、FeSO4・7H2O 392g、及びZr(SO42・4H2O 53gを添加し、混合してスラリーB8を得た。このとき、添加したFeSO4、MnSO4及びZr(SO42のモル比(鉄化合物:マンガン化合物:ジルコニウム化合物)は、28:66:3であった。
次いで、得られたスラリーB8をオートクレーブに投入し、170℃で3時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.4MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して複合体B9を得た。
得られた複合体B9を500g分取し、水0.5Lを添加してスラリーB10を得た後、スラリーB10を超音波攪拌機(同上)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(同上)を用いて噴霧乾燥に付して造粒体B11を得た。
得られた造粒体B11を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、650℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(B-2)(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4、炭素の担持量:2.0質量%、平均粒径:50nm)を得た。
[製造例5:リチウム正極活物質粒子(B-3)の製造]
Li2CO3 222g及びCo34 482gをボールミルで混合後、500kg/cm3でのプレス圧で成型して、焼成用原料B12を得た。得られた焼成用原料B12を、大気雰囲気下、700℃で5時間焼成することで脱炭酸処理して得られた焼成体B13を、ボールミルで粉砕後に、1000kg/cm3でのプレス圧で再度成型して、焼成用原料B14を得た。得られた焼成用原料B14を、大気雰囲気下、900℃で10時間焼成して焼成体B15(LiCoO2)を得た後、ディスクミルで粉砕してリチウム正極活物質粒子(B-3)(LiCoO2、平均粒径:200nm)を得た。
[製造例6:リチウム固体電解質粒子(D-1)の製造]
LiNO3 3.59g、Al(NO33・9H2O 4.5g、TiCl4 12.92g、H3PO4 11.76g、及びpH調整剤として28%アンモニア水43.71gを添加して、遊星ボールミルを用いて200rpmで2時間粉砕混合した後、乾燥させ、混合物D1を得た。得られた混合物D1をペレットに成形した後、空気雰囲気下において900℃で12時間焼成した後、乳鉢で解砕して、固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43、平均粒径:500nm)を得た。
[実施例1:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)40質量%)90質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)10質量%]
製造例1で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-1)300gと、製造例3で得られたリチウム正極活物質粒子(B-1)200gを、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製、AMS-Lab)を用いて、2600rpm(20m/秒)で10分間の複合化処理を行い、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-1)(リチウム正極活物質粒子(B-1)の担持量:40質量%、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-1)形成の担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
次に、得られたリチウム複合粒子(C-1)500gと、製造例6で得られたリチウム固体電解質粒子(D-1)56gを、メカノフュージョン(同上)を用いて、2600rpm(20m/秒)で10分間の複合化処理を行い、リチウム複合粒子(C-1)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-1)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:10質量%、平均粒径:14μm、タップ密度:1.2g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:500nm)を得た。
[実施例2:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)40質量%)60質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)40質量%]
実施例1において、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-1)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-2)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:40質量%、平均粒径15μm、タップ密度:1.0g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[実施例3:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)40質量%)90質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)10質量%]
実施例1において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-3)(リチウム正極活物質粒子(B-1)の担持量:40質量%、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-1)形成の担持層の厚さ:1.5μm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化された全固体二次電池用正極活物質複合体(E-3)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:10質量%、平均粒径:14μm、タップ密度:1.2g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:500nm)を得た。
[実施例4:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)40質量%)60質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)40質量%]
実施例1において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-3)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-4)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:40質量%、平均粒径:14μm、タップ密度:1.0g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[実施例5:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)10質量%)90質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)10質量%]
実施例1において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)300gを450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-5)(リチウム正極活物質粒子(B-1)の担持量:10質量%、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-1)形成の担持層の厚さ:750nm)を得た後、リチウム複合粒子(C-5)500gとリチウム固体電解質粒子(D-1)56gを複合化して、リチウム複合粒子(C-5)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-5)(固体電解質粒子(D-1)の担持量10質量%、平均粒径:12.5μm、タップ密度:1.5g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:500nm)を得た。
[実施例6:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)10質量%)60質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)40質量%]
実施例5において、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例5と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-5)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-6)(固体電解質粒子(D-1)の担持量:40質量%、平均粒径:13.5μm、タップ密度:1.3g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[実施例7:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)10質量%)90質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)10質量%]
実施例5において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に変更した以外、実施例5と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-7)(リチウム正極活物質粒子(B-1)の担持量:10質量%、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-1)形成の担持層の厚さ:750nm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化された全固体二次電池用正極活物質複合体(E-7)(固体電解質粒子の担持量:10質量%、平均粒径:12.5μm、タップ密度:1.5g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:500nm)を得た。
[実施例8:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)10質量%)60質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)40質量%]
実施例5において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例5と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-7)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-8)((固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:13.5μm、タップ密度:1.3g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[実施例9:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-2)40質量%)60質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)40質量%]
実施例1において、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例4で得られたリチウム正極活物質粒子(B-2)に、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを333gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-9)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:40質量%、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:1.5μm)を得た後、リチウム複合粒子(C-9)500gとリチウム固体電解質粒子(D-1)333gを複合化して、リチウム複合粒子(C-9)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-9)(固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:15μm、タップ密度:1.0g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[実施例10:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-2)40質量%)60質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)40質量%]
実施例9において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)を製造例2で得られたリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)に変更した以外、実施例9と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-10)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:40質量%、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:1.5μm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-10)(固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:15μm、タップ密度:1.0g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[実施例11:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-2)10質量%)60質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)40質量%]
実施例9において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)300gを450gに、リチウム正極活物質粒子(B-2)200gを50gに変更した以外、実施例9と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-11)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:10質量%、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:750nm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-11)(固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:13.5μm、タップ密度:1.3g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[実施例12:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-2)10質量%)60質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)40質量%]
実施例9において、リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)300gをリチウム複合酸化物二次粒子(A-2)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-2)200gを50gに変更した以外、実施例9と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-12)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:10質量%、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:750nm)の表面に、さらに固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-12)(固体電解質粒子の担持量:40質量%、平均粒径:13.5μm、タップ密度:1.3g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[実施例13:(リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-3)40質量%)80質量%+リチウム固体電解質粒子(D-1)20質量%]
実施例1において、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例5で得られたリチウム正極活物質粒子(B-3)に、リチウム固体電解質粒子(D-1)56gを125gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、コバルト酸リチウム粒子(LiCoO2)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-13)(リチウム正極活物質粒子(B-3)の担持量:40質量%、平均粒径14μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-3)形成の担持層の厚さ:2μm)を得た後、リチウム複合粒子(C-13)500gとリチウム固体電解質粒子(D-1)125gを複合化して、リチウム複合粒子(C-13)の表面に、固体電解質粒子(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO43)が複合化されて担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体(E-13)(固体電解質粒子の担持量:20質量%、平均粒径:16μm、タップ密度:1.1g/cm3、固体電解質粒子(D-1)形成の担持層の厚さ:1μm)を得た。
[比較例1:リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)40質量%]
実施例1の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-1)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径:13μm、タップ密度:1.4g/cm3)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
[比較例2:リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)10質量%]
実施例5の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-5)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径:11.5μm、タップ密度:1.6g/cm3)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
[比較例3:リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)40質量%]
実施例3の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-3)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径:13μm、タップ密度:1.4g/cm3)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
[比較例4:リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-1)10質量%]
実施例7の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-7)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径:11.5μm、タップ密度:1.6g/cm3)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
[比較例5:リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-2)40質量%]
実施例9の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-9)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:40(質量比)、平均粒径:13μm、タップ密度:1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:1.5μm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
[比較例6:リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-2)10質量%]
実施例11の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持されてなるリチウム複合粒子(C-11)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:10質量%、平均粒径:11.5μm、タップ密度:1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:750nm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
[比較例7:リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-2)40質量%]
実施例10の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されて担持してなるリチウム複合粒子(C-10)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:40質量%、平均粒径:13μm、タップ密度:1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:1.5μm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
[比較例8:リチウム複合酸化物二次粒子(A-2)90質量%+リチウム正極活物質粒子(B-2)10質量%]
実施例12の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.052)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系正極活物質粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウム複合粒子(C-12)(リチウム正極活物質粒子(B-2)の担持量:10質量%、平均粒径:11.5μm、タップ密度:1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-2)形成の担持層の厚さ:750nm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
[比較例9:リチウム複合酸化物二次粒子(A-1)60質量%+リチウム正極活物質粒子(B-3)40質量%]
実施例13の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.342)の表面に、コバルト酸リチウム粒子(LiCoO2)が複合化されたリチウム複合粒子(C-13)(リチウム正極活物質粒子(B-3)の担持量:40質量%、平均粒径:14μm、タップ密度:1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子(B-3)形成の担持層の厚さ:2μm)を全固体二次電池用正極活物質複合体として用いた。
≪全固体二次電池の製造≫
実施例1~13、及び比較例1~9で得られた全固体二次電池用正極活物質複合体を正極活物質として用い、全固体二次電池を作製した。この際、比較例1~9には、対応する実施例と同量のリチウム複合粒子(C)及びリチウム系固体電解質粒子(D)が正極中に含まれるようにするため、表1に示す所定量のリチウム系固体電解質粒子(D)を追加した。
具体的には、全ての実施例については、得られた全固体二次電池用正極活物質複合体を、プレス用冶具に投入して正極活物質層とし、その上に固体電解質粒子(リチウム固体電解質粒子(D-1))のみをさらに投入して固体電解質層として積層させた後、ハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスして、φ14mmの円盤状の正極を得た。
一方、全ての比較例については、得られたリチウム複合粒子と所定量のリチウム系固体電解質粒子(D)を混合後、プレス用冶具に投入して正極活物質層とした後は、上記実施例の場合と同様にしてφ14mmの円盤状の正極を得た。
以上の全ての実施例及び比較例について、全固体二次電池用正極活物質複合体及びこれを用いて作製した正極活物質の構成を表1に示す。
Figure 0007366663000001
次いで、負極としてリチウム箔を固体電解質層側に取り付けることで、全固体二次電池を作製した。
≪レート特性の評価≫
得られた全固体二次電池を用い、レート特性を評価した。具体的には、電流34mA/g、電圧4.25Vの定電流充電後に、電流34mA/g、終止電圧3.0Vの定電流放電とし、電流密度34mA/g(0.2C)における放電容量を求めた。さらに、同条件で定電流充電を行い、電流密度510mA/g、終止電圧3.0Vの定電流放電とし、電流密度510mA/g(3C)における放電容量を求めた。なお、充放電試験は全て30℃で行った。
得られた放電容量から、下記式(10)によりレート特性(放電容量比)(%)を求めた。
レート特性(%)=(3Cにおける放電容量)/
(0.2Cにおける放電容量)×100 ・・・(10)
評価結果を表2に示す。
Figure 0007366663000002
≪吸着水分量の評価≫
実施例1~13、及び比較例1~9で得られた全固体二次電池用正極活物質複合体について、吸着水分量を測定した。具体的には、各全固体二次電池用正極活物質複合体を、温度20℃、相対湿度50%の環境に1日間静置して平衡に達するまで水分を吸着させた後、温度150℃まで昇温して20分間保持し、その後、さらに温度250℃まで昇温して20分間保持したときの、250℃に昇温し終わった時を始点とし、250℃での恒温状態を終えたときを終点とした間に揮発した水分量をカールフィッシャー水分計(MKC-610、京都電子工業(株)製)で測定した。
測定結果を表3に示す。
Figure 0007366663000003
表2~3から明らかなように、実施例で得られた全固体二次電池は、比較例で得られた全固体二次電池と比較して、水分吸着量が充分に抑制された全固体二次電池用正極活物質複合体を使用しており、0.2C及び1Cにおける放電容量、並びにレート特性に優れていることがわかる。
以上から、本発明の全固体二次電池用正極活物質複合体は、放電容量及びレート特性に優れると共に、耐久性にも優れた全固体二次電池用材料と言える。

Claims (6)

  1. リチウム複合粒子(C)の表面に、Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 3 で表されるリチウム系固体電解質粒子(D)が担持してなる全固体二次電池用正極活物質複合体であって、
    リチウム複合粒子(C)は、下記式(1)、又は式(2):
    LiNiaCobMnc1 v2・・・(1)
    (式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
    LiNidCoeAlf2 w2 ・・・(2)
    (式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、xは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
    で表されるリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(A)の表面に、下記式(3)、又は式(4
    LigMnhFei3 xPO4 ・・・(3)
    (式(3)中、M3はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h、i、及びxは、0<g≦1.2、0.3≦h≦1、0≦i≦0.7、及び0≦x≦0.3を満たし、かつg+(Mnの価数)×h+(Feの価数)×i+(M3の価数)×x=3を満たす数を示す。)
    LijMnkFel4 ySiO4 ・・・(4)
    (式(4)中、M4はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦2.4、0≦k≦1.2、0≦l≦1.2、0≦y≦1.2、及びk+l≠0を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M4の価数)×y=4を満たす数を示す。)
    表されるいずれか1種以上のリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなる粒子であり、
    リチウム複合粒子(C)の全量100質量%中におけるリチウム正極活物質粒子(B)の担持量が5質量%~10質量%であり、かつ
    全固体二次電池用正極活物質複合体の全量100質量%中におけるリチウム系固体電解質粒子(D)の担持量が40質量%~50質量%である、全固体二次電池用正極活物質複合体。
  2. リチウム複合酸化物二次粒子(A)の平均粒径が、1μm~25μmである、請求項に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体。
  3. リチウム正極活物質粒子(B)の表面に、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)、リグノセルロースナノファイバー由来の炭素(c2)、水溶性炭素材料由来の炭素(c3)、及び水不溶性炭素材料(c4)から選ばれる1種以上の炭素(c)が担持してなる、請求項1又は2に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体。
  4. 次の工程(I)~工程(IV):
    (I)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
    (II)リチウム系固体電解質粒子(D)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質粒子(D)の造粒体(d)を得る工程、
    (III)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
    (IV)リチウム複合粒子(C)及び造粒体(d)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(d)を解砕させながら、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化する工程
    を備える、請求項1~のいずれか1項に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
  5. 次の工程(I')~工程(III’):
    (I’)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(b)を得る工程、
    (II’)リチウム複合酸化物二次粒子(A)及び造粒体(b)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(b)を解砕させながら、リチウム複合酸化物二次粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化して、リチウム複合粒子(C)を得る工程
    (III’)リチウム複合粒子(C)及びリチウム系固体電解質粒子(D)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、リチウム複合粒子(C)とリチウム系固体電解質粒子(D)とを複合化する工程
    を備える、請求項1~のいずれか1項に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
  6. 造粒体(b)又は造粒体(d)の崩壊強度が、1.8KN/mm以下である、請求項又は請求項に記載の全固体二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
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