JP7475091B1 - リチウムイオン電池の正極用スラリー及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
該正極材料は、リチウム複合酸化物粒子とその表面の少なくとも一部を被覆する不動態被膜とを有する被覆粒子を含み、
該溶媒は水を含み、
該pH調整剤は有機酸を含む、リチウムイオン電池の正極用スラリー。
正極材料は正極活物質を含む電極材料である。活物質とは、充電反応及び放電反応などの電極反応に直接寄与する物質を意味する。本発明で使用する正極材料は、正極活物質粒子とその表面の少なくとも一部を被覆する不動態被膜とを有する被覆粒子を含んでいる。それにより、正極活物質と水系溶媒との接触が抑制されて、正極活物質の劣化が防止され、スラリーのpH上昇が抑制される。
被覆量(重量%)={(被覆粒子重量-電極活物質粒子重量)/被覆粒子重量}×100 (1)
に従って、決定される。
本明細書において、水系溶媒は水または水を主体とする溶媒をいう。水系溶媒を用いることで、正極製造工程における環境負荷を小さくすることができる。コスト及び環境負荷の観点から、水系溶媒として、水を単独で使用することが好ましい。
バインダーは、正極材料の粒子を互いに結着させ、また、正極材料を集電体に結着させる役割を果たす材料である。バインダーとしては、水系溶媒に混合して使用出来る、水溶性ポリマー及びポリマー微粒子を使用する。水溶性ポリマーの具体例としては、カルボキシメチルセルロース、ポリアクリル酸が挙げられる。また、ポリマー微粒子の具体例としては、ニトリルゴム(NBR)、スチレンブタジエンゴム(SBR)、ポリアクリレート等が挙げられる。
pH調整剤は、水酸化物イオンと中和反応して、正極用スラリーのpHを低下させることができる化合物である。pH調整剤は、スラリーを塗工液として集電体に塗布し、乾燥する工程中に分解や蒸発により飛散して成型電極中に残留し難いものが好ましく、また電極活物質と反応し難いものが好ましい。
本発明の正極用スラリーは、正極材料、バインダー、水系溶媒及びpH調整剤の他に、導電材等の従来から常用されている成分及び添加剤等を含有してよい。
リチウムイオン電池の正極は、本発明の正極用スラリーを用い、従来と同様の方法を使用して製造することができる。たとえば、正極用スラリーを集電体に塗布し、乾燥することにより正極合剤層を形成し、さらに必要に応じて圧延を行うことにより、正極が得られる。正極合剤層を、集電体の厚み方向の両面に形成してもよい。正極合剤層の厚さは、正集電体の片面に形成する場合は、好ましくは20~150μmであり、集電体の両面に形成する場合は、合計で好ましくは50~250μmである。
本発明のリチウムイオン電池は、本発明の正極用スラリーを用いて作成した正極を用いること以外は、従来のリチウムイオン電池と同様の構成を採ることができる。
被覆正極材料1の製造
市場より、平均粒子径3μm、タップ密度2.5g/cc、及びNi:Co:Mn重量比8:1:1の高ニッケル三元系材料を入手した。これを正極材料Aとする。正極材料Aと25w/v%硝酸アルミニウム水溶液とを均一に混合し、得られた分散液を噴霧乾燥させた。乾燥した粒子を600℃にて10時間焼成して、粒子表面に酸化アルミニウムの被膜を形成した。得られた被覆粒子を被覆正極材料1とする。
被覆正極材料2の製造
硝酸アルミニウム水溶液の代わりに15w/v%硝酸アルミニウム-エタノール溶液を使用すること以外は製造例1と同様にして、被覆粒子を得た。得られた被覆粒子を被覆正極材料2とする。
被覆正極材料3の製造
市場より、平均粒子径3μm、タップ密度1.8g/ccのリン酸鉄リチウム(LiFePO4)の正極材料を入手した。これを正極材料Bとする。正極材料Bと25w/v%硝酸アルミニウム水溶液とを均一に混合し、得られた分散液を噴霧乾燥させた。乾燥した粒子を600℃にて10時間焼成して、粒子表面に酸化アルミニウムの被膜を形成した。得られた被覆粒子を被覆正極材料3とする。
水系スラリーから塗工した電極
実施例及び比較例において正極材料は、前記正極材料A(Ni:Co:Mn重量比8:1:1)、B(リン酸鉄リチウム(LiFePO4))、及びこれらを酸化アルミニウムで被覆した被覆正極材料1、2及び3を使用した。
モード: CCCVCC(0.05Cカットオフ)CC
温度: 35℃
正極電圧範囲: 3.0V~4.2V
有機溶媒系スラリーから塗工した正極
正極材料として、参考例1では正極材料A(Ni:Co:Mn重量比8:1:1)、参考例2では正極材料B(リン酸鉄リチウム(LiFePO4))を使用した。
2 板ばね
3 スペーサー
4 正極
5 セパレーター
6 負極
7 ガスケット
Claims (13)
- 正極材料、バインダー、溶媒及びpH調整剤を含むリチウムイオン電池の正極用スラリーであって、
該正極材料は、リチウム複合酸化物粒子とその表面の少なくとも一部を被覆する不動態被膜とを有する被覆粒子を含み、
該溶媒は水を含み、
該pH調整剤は有機酸を含む、リチウムイオン電池の正極用スラリー。 - 前記溶媒は有機溶媒を含まないものである、請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリー。
- 前記pH調整剤は無機酸を含まないものである、請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリー。
- 2~8重量%の有機酸濃度を有する、請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリー。
- 6~9のpHを有する、請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリー。
- 前記不動態被膜は、被覆粒子重量を基準にして1~20重量%の被覆量を有する、請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリー。
- 前記不動態被膜が酸化アルミニウム又は酸化マグネシウムを含む、請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリー。
- 前記有機酸は、アクリル酸、ギ酸、クエン酸、酢酸、シュウ酸、乳酸、ピルピン酸、マロン酸、プロピオン酸、マレイン酸及び酪酸からなる群から選択される少なくとも一種である、請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリー。
- 前記正極材料は、ニッケル、コバルト及びマンガンを含む、請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリー。
- 請求項1に記載のリチウムイオン電池の正極用スラリーを用いてなる、リチウムイオン電池の正極。
- 請求項10に記載のリチウムイオン電池の正極を備えてなるリチウムイオン電池。
- リチウム複合酸化物とその表面の少なくとも一部を被覆する不動態被膜を有する正極材料と、溶媒として水と、pH調整剤として有機酸とを混合することを含む、リチウムイオン電池の正極用スラリーの製造方法。
- 請求項1に記載の正極用スラリーの層を、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる集電体に形成し、乾燥することを含む、リチウムイオン電池用正極の製造方法。
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