JPH06203834A - リチウム二次電池正極用LiM▲O2▼(M=Ni,Co)およびLi▲Mn2▼▲O4▼の製造方法 - Google Patents
リチウム二次電池正極用LiM▲O2▼(M=Ni,Co)およびLi▲Mn2▼▲O4▼の製造方法Info
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- JPH06203834A JPH06203834A JP4362087A JP36208792A JPH06203834A JP H06203834 A JPH06203834 A JP H06203834A JP 4362087 A JP4362087 A JP 4362087A JP 36208792 A JP36208792 A JP 36208792A JP H06203834 A JPH06203834 A JP H06203834A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 この発明は、高エネルギー密度型のリチウム
二次電池用正極物質として使用するLiMO2(M=N
i,Co)およびLiMn2O4の製造方法を提供す
る。 【構成】 多価アルコラートの金属アルコキシド(ニッ
ケル、コバルトあるいはマンガン)とリチウムアルコキ
シドを用いて合成するリチウムとニッケル、コバルトあ
るいはマンガンとの複合酸化物を正極活物質とするリチ
ウム二次電池用正極。
二次電池用正極物質として使用するLiMO2(M=N
i,Co)およびLiMn2O4の製造方法を提供す
る。 【構成】 多価アルコラートの金属アルコキシド(ニッ
ケル、コバルトあるいはマンガン)とリチウムアルコキ
シドを用いて合成するリチウムとニッケル、コバルトあ
るいはマンガンとの複合酸化物を正極活物質とするリチ
ウム二次電池用正極。
Description
【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、リチウムとニッケル、
コバルトあるいはマンガンから成る複合酸化物を正極活
物質として、金属リチウムあるいはリチウムカーボン
(リチウム−グラファイト)インターカレーション化合
物を負極活物質とするリチウム二次電池において、正極
活物質として便用するLiNiO2、LiCoO2、あ
るいはLiMn2O4に関する。 【0003】 【従来の技術および問題点】4ボルト系高エネルギー密
度型の電池用正極物質としてはLiNiO2の他、Li
CoO2、LiMnO2が使用可能である。LiCoO
2を正極活物質とする電池は既に市販されている。しか
しコバルトは資源量が少なく且つ高価であるため、電池
の普及に伴う大量生産には向かない。資源量から考える
とニッケル、マンガン化合物が有望な正極材料である。
層状構造のLiNiO2は充放電に伴う結晶格子の膨張
収縮が小さく、サイクル特性にすぐれている。また起電
力がLiCoO2やスピネル構造のLiMn2O4より
も低いため4ボルト系電池で最も問題となる電解液に使
用する溶媒が分解するという難点が回避できる利点があ
る。しかし、従来のLiNiO2の合成法では電池活性
な層状構造の化合物とともに電池不活性のスピネル構造
の化合物が副生する。従って純粋な層状構造のLiNi
O2の合成が困難であった。従来電池活物質となるLi
NiO2の合成法にはスプレードライ法を用いてNi
(OH)2とLiOHから合成したり、硝酸リチウムと
炭酸ニッケルより合成する方法もあるがこれらの方法は
煩雑な合成プロセスが必要であったり、焼成にともない
有害なNOxガスが生成し大量生産には向いていない。
またLiCoO2、スピネル構造のLiMn2O4の合
成法は固相反応によるものであり、今回のようなアルコ
キシド法による合成法は知られていない。 【0004】 【問題点を解決するための手段】本発明は、ゾルゲル法
類似の方法で、ゾルゲル法の特徴であるリチウムとニッ
ケルの均一混合溶液から粘調性液体またはゲルを製造
し、これを焼成することにより層状のLiNiO2を製
造するものである。二価遷移金属イオンの金属アルコキ
シドの合成法としては硝酸コバルト、硝酸銅、硝酸ニッ
ケル等をエチレングリコール中で加熱し、エチレングリ
コキシドを生成させ方法が知られている。これらの硝酸
塩はエチレングリコールへの溶解度が高いためアルコラ
ートの生成が容易であることを特徴としている。しか
し、この方法は硝酸塩の濃度を高くすると加熱時に爆発
の危険がある。また加熱時に生成するNOxガスの浄化
設備まで必要とするなどコストも高いという欠点があ
る。今回申請した方法の特徴は、金属カルボン酸塩の多
価アルコールへの溶解度が高いことを見いだしたことに
あるが、以下の(1)あるいは(2)式に示すように加
熱により生成するカルボン酸を揮散させることにより強
制的にアルコラートを生成させることを特徴としてい
る。この方法は爆発の危険がないこと、およびNOxの
発生がないという特徴を有する。ここでニッケルアルコ
キシドの生成反応は次の(1)または(2)式で示され
る。 Ni(A−)2+2R(OH)2=Ni(OROH)2+2AH↑ (1) Ni(A−)2+R(OH)2=Ni(ORO)+2AH↑ ( 2) (便宜上ニッケル塩は一価のアニオンA−で示し、多価
アルコールは2価のアルコール,R(OH)2,で示し
ている)。酢酸あるいは蟻酸ニッケルを3−20倍量の
エチレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール
に溶解させ、加熱することにより生成する酸(HA)を
追い出しニッケルのアルコラートを製造しする。金属塩
としては酢酸、蟻酸など低沸点のカルボン酸が最も有望
である。揮発生を有する酸例えば塩酸、硝酸なども使用
できる場合もある。使用するアルコール類の条件として
は沸点が高い事およびアルコールの酸性度(アルコール
の酸解離定数をKaとするとpKaが15以下が望まし
い)が高いことである。即ち、新合成法の特徴は生成す
る酸、HA、が揮発し易いほど、多価アルコールの沸点
が高ければ高いほどアルコラートが生成しやすいことに
なる。またアルコールの酸性度が高い(アルコールの酸
性度の目安としてpKaが15以下)ほどRO−H結合
が切れやすくアルコキシドが生成しやすいことが上式か
らわかる。 【0005】このニッケルアルコラートを用いて二つの
方法でLiNiO2の合成を行った。 (a) 酢酸リチウムをエチレングリコールに加熱溶解
し、酢酸を揮散させリチウムアルコラートとし、ニッケ
ルアルコラートと混合し(酢酸リチウムと酢酸ニッケル
を共にエチレングリコール加え金属アルコラートを合成
してもよい)、加熱することにより粘調体を製造し、こ
れを燃焼させ原料粉体を得る。この粉体はXRD分析か
らはNiOとLi2CO3からなる。この粉体を700
℃5時間酸素雰囲気下で焼成することにより若干のLi
2CO3を含むスピネル構造のLiyNiO2(y<
1)が得られる。さらに800℃で酸素雰囲気下5時間
焼成することにより層構造のLiNiO2まで酸化が進
行する。 (b) ニッケルおよびリチウムアルコラート溶液に熱
時に蒸留水を加えゲルを製造し、エチレングリコールを
除去、回収した後このゲルを700℃および800℃酸
素中で焼成することによりLiNiO2を得る方法であ
る。この方法の利点はエチレングリコールは回収再利用
可能であるのみならず、焼成時に炭酸ガスの放出がなく
環境汚染を引き起こさないクリーンな製造法にある。 上記二つの方法は酢酸ニッケルを酢酸コバルトあるいは
酢酸マンガンに代えることによりLiCo2およびLi
Mn2O4の合成にも適用できる。 【発明の効果】本発明のLiNiO2の製造法は、次の
ような優れた特性を有する。 (1)溶媒の使用量が少なく大量生産が可能な事 (2)(b)のプロセスではエチレングリコールの回収
再利用も可能であり、ゲルはNi(OH)2とLiOH
からなるので有害物質は生成しない。 (3)本法で製造したLiNiO2は図面2に示すよう
に120−130mAH/gと大きな充放電容量を有
し、図面3に示すようにサイクル特性もすぐれ、リチウ
ムイオン二次電池用活物質として有用である。 【0006】 【実施例】 【実施例1】酢酸ニッケル四水和物0.1モル(24.
88g)と酢酸リチウム0.102モル(0.673
g)をエチレングリコール50mlに加熱溶解する。酢
酸臭がなくなるまで加熱を続ける。さらに加熱を続ける
とエチレングリコールが蒸発し、粘調性液体をへて固化
する。有機物を除くため空気中、400℃で3時間熱処
理する。得られた粉体を粉砕し、酸素気流下700℃で
5時間焼成する。更に800℃で酸素気流下5時間焼成
してLiNiO2を得る。 【実施例2】酢酸ニッケル四水和物0.1モル(24.
88g)と酢酸リチウム0.102モル(0.673
g)をエチレングリコール50mlに加熱溶解する。酢
酸臭がなくなるまで加熱を続ける。さらに加熱を続ける
とエチレングリコールが蒸発する。この溶液を冷却する
と固化するので、固化しない熱時に蒸留水10mlを加
える。この時ゲル状の水酸化物が析出する。これからエ
チレングリコールを蒸発させることにより除去する。得
られた固体は、700℃および800℃で5時間酸素気
流下で焼成する。 【実施例3】酢酸マンガン四水和物0.1モル(24.
51g)と酢酸リチウム0.051モル(0.337
g)をエチレングリコール50mlに加熱溶解する。酢
酸臭がなくなるまで加熱を続ける。さらに加熱を続ける
とエチレングリコールが蒸発し、粘調性液体をへて固化
する。有機物を除くため空気中、400℃で3時間熱処
理する。これを空気中700℃で焼成し、スピネル構造
のLiMn2O4を得る。ここで得られたLiMn2O
4の第一回目の充放電曲線を図4に示した。この電池は
100−110mAH/gの充放電容量を示す。
コバルトあるいはマンガンから成る複合酸化物を正極活
物質として、金属リチウムあるいはリチウムカーボン
(リチウム−グラファイト)インターカレーション化合
物を負極活物質とするリチウム二次電池において、正極
活物質として便用するLiNiO2、LiCoO2、あ
るいはLiMn2O4に関する。 【0003】 【従来の技術および問題点】4ボルト系高エネルギー密
度型の電池用正極物質としてはLiNiO2の他、Li
CoO2、LiMnO2が使用可能である。LiCoO
2を正極活物質とする電池は既に市販されている。しか
しコバルトは資源量が少なく且つ高価であるため、電池
の普及に伴う大量生産には向かない。資源量から考える
とニッケル、マンガン化合物が有望な正極材料である。
層状構造のLiNiO2は充放電に伴う結晶格子の膨張
収縮が小さく、サイクル特性にすぐれている。また起電
力がLiCoO2やスピネル構造のLiMn2O4より
も低いため4ボルト系電池で最も問題となる電解液に使
用する溶媒が分解するという難点が回避できる利点があ
る。しかし、従来のLiNiO2の合成法では電池活性
な層状構造の化合物とともに電池不活性のスピネル構造
の化合物が副生する。従って純粋な層状構造のLiNi
O2の合成が困難であった。従来電池活物質となるLi
NiO2の合成法にはスプレードライ法を用いてNi
(OH)2とLiOHから合成したり、硝酸リチウムと
炭酸ニッケルより合成する方法もあるがこれらの方法は
煩雑な合成プロセスが必要であったり、焼成にともない
有害なNOxガスが生成し大量生産には向いていない。
またLiCoO2、スピネル構造のLiMn2O4の合
成法は固相反応によるものであり、今回のようなアルコ
キシド法による合成法は知られていない。 【0004】 【問題点を解決するための手段】本発明は、ゾルゲル法
類似の方法で、ゾルゲル法の特徴であるリチウムとニッ
ケルの均一混合溶液から粘調性液体またはゲルを製造
し、これを焼成することにより層状のLiNiO2を製
造するものである。二価遷移金属イオンの金属アルコキ
シドの合成法としては硝酸コバルト、硝酸銅、硝酸ニッ
ケル等をエチレングリコール中で加熱し、エチレングリ
コキシドを生成させ方法が知られている。これらの硝酸
塩はエチレングリコールへの溶解度が高いためアルコラ
ートの生成が容易であることを特徴としている。しか
し、この方法は硝酸塩の濃度を高くすると加熱時に爆発
の危険がある。また加熱時に生成するNOxガスの浄化
設備まで必要とするなどコストも高いという欠点があ
る。今回申請した方法の特徴は、金属カルボン酸塩の多
価アルコールへの溶解度が高いことを見いだしたことに
あるが、以下の(1)あるいは(2)式に示すように加
熱により生成するカルボン酸を揮散させることにより強
制的にアルコラートを生成させることを特徴としてい
る。この方法は爆発の危険がないこと、およびNOxの
発生がないという特徴を有する。ここでニッケルアルコ
キシドの生成反応は次の(1)または(2)式で示され
る。 Ni(A−)2+2R(OH)2=Ni(OROH)2+2AH↑ (1) Ni(A−)2+R(OH)2=Ni(ORO)+2AH↑ ( 2) (便宜上ニッケル塩は一価のアニオンA−で示し、多価
アルコールは2価のアルコール,R(OH)2,で示し
ている)。酢酸あるいは蟻酸ニッケルを3−20倍量の
エチレングリコール、グリセリンなどの多価アルコール
に溶解させ、加熱することにより生成する酸(HA)を
追い出しニッケルのアルコラートを製造しする。金属塩
としては酢酸、蟻酸など低沸点のカルボン酸が最も有望
である。揮発生を有する酸例えば塩酸、硝酸なども使用
できる場合もある。使用するアルコール類の条件として
は沸点が高い事およびアルコールの酸性度(アルコール
の酸解離定数をKaとするとpKaが15以下が望まし
い)が高いことである。即ち、新合成法の特徴は生成す
る酸、HA、が揮発し易いほど、多価アルコールの沸点
が高ければ高いほどアルコラートが生成しやすいことに
なる。またアルコールの酸性度が高い(アルコールの酸
性度の目安としてpKaが15以下)ほどRO−H結合
が切れやすくアルコキシドが生成しやすいことが上式か
らわかる。 【0005】このニッケルアルコラートを用いて二つの
方法でLiNiO2の合成を行った。 (a) 酢酸リチウムをエチレングリコールに加熱溶解
し、酢酸を揮散させリチウムアルコラートとし、ニッケ
ルアルコラートと混合し(酢酸リチウムと酢酸ニッケル
を共にエチレングリコール加え金属アルコラートを合成
してもよい)、加熱することにより粘調体を製造し、こ
れを燃焼させ原料粉体を得る。この粉体はXRD分析か
らはNiOとLi2CO3からなる。この粉体を700
℃5時間酸素雰囲気下で焼成することにより若干のLi
2CO3を含むスピネル構造のLiyNiO2(y<
1)が得られる。さらに800℃で酸素雰囲気下5時間
焼成することにより層構造のLiNiO2まで酸化が進
行する。 (b) ニッケルおよびリチウムアルコラート溶液に熱
時に蒸留水を加えゲルを製造し、エチレングリコールを
除去、回収した後このゲルを700℃および800℃酸
素中で焼成することによりLiNiO2を得る方法であ
る。この方法の利点はエチレングリコールは回収再利用
可能であるのみならず、焼成時に炭酸ガスの放出がなく
環境汚染を引き起こさないクリーンな製造法にある。 上記二つの方法は酢酸ニッケルを酢酸コバルトあるいは
酢酸マンガンに代えることによりLiCo2およびLi
Mn2O4の合成にも適用できる。 【発明の効果】本発明のLiNiO2の製造法は、次の
ような優れた特性を有する。 (1)溶媒の使用量が少なく大量生産が可能な事 (2)(b)のプロセスではエチレングリコールの回収
再利用も可能であり、ゲルはNi(OH)2とLiOH
からなるので有害物質は生成しない。 (3)本法で製造したLiNiO2は図面2に示すよう
に120−130mAH/gと大きな充放電容量を有
し、図面3に示すようにサイクル特性もすぐれ、リチウ
ムイオン二次電池用活物質として有用である。 【0006】 【実施例】 【実施例1】酢酸ニッケル四水和物0.1モル(24.
88g)と酢酸リチウム0.102モル(0.673
g)をエチレングリコール50mlに加熱溶解する。酢
酸臭がなくなるまで加熱を続ける。さらに加熱を続ける
とエチレングリコールが蒸発し、粘調性液体をへて固化
する。有機物を除くため空気中、400℃で3時間熱処
理する。得られた粉体を粉砕し、酸素気流下700℃で
5時間焼成する。更に800℃で酸素気流下5時間焼成
してLiNiO2を得る。 【実施例2】酢酸ニッケル四水和物0.1モル(24.
88g)と酢酸リチウム0.102モル(0.673
g)をエチレングリコール50mlに加熱溶解する。酢
酸臭がなくなるまで加熱を続ける。さらに加熱を続ける
とエチレングリコールが蒸発する。この溶液を冷却する
と固化するので、固化しない熱時に蒸留水10mlを加
える。この時ゲル状の水酸化物が析出する。これからエ
チレングリコールを蒸発させることにより除去する。得
られた固体は、700℃および800℃で5時間酸素気
流下で焼成する。 【実施例3】酢酸マンガン四水和物0.1モル(24.
51g)と酢酸リチウム0.051モル(0.337
g)をエチレングリコール50mlに加熱溶解する。酢
酸臭がなくなるまで加熱を続ける。さらに加熱を続ける
とエチレングリコールが蒸発し、粘調性液体をへて固化
する。有機物を除くため空気中、400℃で3時間熱処
理する。これを空気中700℃で焼成し、スピネル構造
のLiMn2O4を得る。ここで得られたLiMn2O
4の第一回目の充放電曲線を図4に示した。この電池は
100−110mAH/gの充放電容量を示す。
【図面の簡単な説明】
【図1】 実施例において用いたテストセルの概略図
【図2】 本法により合成したLiNiO2の第1回目
の充放電曲線。充電を負で表している。 【図3】 図2に示したLiNiO2のサイクル数と放
電容量の関係。 【図4】 本法により合成したLiMn2O4の第1回
目の充放電曲線。充電を負で表している。 【符号の説明】 1:負極(集電体及び金属リチウムから成る)、2:集
電体(ステンレスメッシュ)、3:金属リチウム箔、
4:セパレーター(多孔性ポリプロピレン)、5:グラ
スファイバー濾紙(電解液を含ませている。電解液に
は、プロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボ
ネート(DEC)の1:4(体積比)混合液に1Mとな
るようLiPF6を溶解したもの。)、6:正極合剤
(LiMO2(M=Ni,Co)またはLiMn2O4
をテフロン−アセチレンブラック複合剤と混錬し、ステ
ンレスメッシュに圧着した後、乾燥したもの)7:正極
(正極合剤とステンレスメシュ集電体からなる)、8:
絶縁体
の充放電曲線。充電を負で表している。 【図3】 図2に示したLiNiO2のサイクル数と放
電容量の関係。 【図4】 本法により合成したLiMn2O4の第1回
目の充放電曲線。充電を負で表している。 【符号の説明】 1:負極(集電体及び金属リチウムから成る)、2:集
電体(ステンレスメッシュ)、3:金属リチウム箔、
4:セパレーター(多孔性ポリプロピレン)、5:グラ
スファイバー濾紙(電解液を含ませている。電解液に
は、プロピレンカーボネート(PC)とジエチルカーボ
ネート(DEC)の1:4(体積比)混合液に1Mとな
るようLiPF6を溶解したもの。)、6:正極合剤
(LiMO2(M=Ni,Co)またはLiMn2O4
をテフロン−アセチレンブラック複合剤と混錬し、ステ
ンレスメッシュに圧着した後、乾燥したもの)7:正極
(正極合剤とステンレスメシュ集電体からなる)、8:
絶縁体
Claims (1)
- 【0001】 【特許請求の範囲】 1. 酢酸ニッケル、蟻酸ニッケル等のニッケルのカル
ボン酸塩をエチレングリコール、グリセリン等の多価ア
ルコール中で加熱し、ニッケルアルコラートを生成させ
る。同一の手法により合成したリチウムアルコラートと
共に加熱、溶媒を除去後、焼成することにより得られる
LiMO2(M=Ni,Co)およびLiMn2O4。
ニッケル塩の代わりにコバルト塩、マンガン塩にも使用
可能である。金属塩としては酢酸塩、蟻酸塩などのカル
ボン酸塩の他、塩化物塩をはじめハロゲン化物塩および
硝酸塩も使用可能である。またリチウムアルコラートは
一価アルコールを用いても合成しても良い。 2. 前述のニッケル、コバルト、あるいはマンガンア
ルコラートに水酸化リチウム水溶液を加え水酸化ニッケ
ル、水酸化コバルトあるいは水酸化マンガンを生成さ
せ、アルコールを除去後焼成することにより得られるL
iNiO2、LiCoO2あるいはLiMn2O4。 3. 前述の方法で合成したLiMO2(M=Ni,C
o)あるいはLiMn2O4を塩酸、硫酸などで酸処理
を行いLiを除去したLixMO2(M=Ni,Co)
あるいはLixMn2O4(x=0.1〜0)。 【0002】
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4362087A JPH06203834A (ja) | 1992-12-31 | 1992-12-31 | リチウム二次電池正極用LiM▲O2▼(M=Ni,Co)およびLi▲Mn2▼▲O4▼の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP4362087A JPH06203834A (ja) | 1992-12-31 | 1992-12-31 | リチウム二次電池正極用LiM▲O2▼(M=Ni,Co)およびLi▲Mn2▼▲O4▼の製造方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06203834A true JPH06203834A (ja) | 1994-07-22 |
Family
ID=18475863
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP4362087A Pending JPH06203834A (ja) | 1992-12-31 | 1992-12-31 | リチウム二次電池正極用LiM▲O2▼(M=Ni,Co)およびLi▲Mn2▼▲O4▼の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH06203834A (ja) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0955210A (ja) * | 1995-08-11 | 1997-02-25 | Sony Corp | 正極活物質及びそれを用いた非水電解質二次電池 |
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JPH09326255A (ja) * | 1996-03-26 | 1997-12-16 | Sharp Corp | 正極活物質の製造方法及び非水系二次電池 |
WO1998041476A1 (en) * | 1997-03-14 | 1998-09-24 | Eveready Battery Company, Inc. | Lithiated metal oxides |
US5985237A (en) * | 1996-10-29 | 1999-11-16 | Honjo Chemical Corporation | Process for producing lithium manganese oxide suitable for use as cathode material of lithium ion secondary batteries |
EP0963952A2 (en) * | 1998-06-12 | 1999-12-15 | Japan Storage Battery Company Limited | Process for producing nickel compound containing lithium |
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US6348182B1 (en) | 1996-06-27 | 2002-02-19 | The Honjo Chemical Corporation | Process for producing lithium manganese oxide with spinel structure |
US6379644B2 (en) | 1998-10-02 | 2002-04-30 | Sharp Kabushiki Kaisha | Process for producing a positive electrode active material for a nonaqueous secondary battery and a nonaqueous secondary battery using the active material |
-
1992
- 1992-12-31 JP JP4362087A patent/JPH06203834A/ja active Pending
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