JPH0696769A - 非水電解質リチウム二次電池用正極 - Google Patents
非水電解質リチウム二次電池用正極Info
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Abstract
低価格で安定して供給される非水電解質リチウム二次電
池用正極を提供する。 【構成】 非水電解質リチウム二次電池の正極活物質材
料として、X線回折法による003面の反射のピーク強
度と104面の反射のピーク強度の強度比(003/1
04)が1.20以上であるLiNiO2を用いる。 【効果】 正極活物質として、上記のLiNiO2を用
いることで、価格や供給面で安定しており、なおかつ高
電圧、高容量を有する非水電解質リチウム二次電池用正
極を容易に得ることができる。
Description
次電池に関するものである。
する非水電解質二次電池は、高電圧で高エネルギー密度
が期待され、多くの研究が行われている。
として、LiCoO2、LiMn2O 4、LiFeO2、L
iNiO2、V2O5、Cr2O5、MnO2、TiS2、M
oS2などの遷移金属の酸化物およびカルコゲン化合物
が提案されており、これらは層状もしくはトンネル構造
を有し、リチウムイオンが出入りできる結晶構造を持
つ。特に、LiCoO2やLiNiO2、LiMn2O4は
4V級の非水電解質リチウム二次電池用正極活物質とし
て注目されている。
正極活物質であるLiCoO2は、コバルトが高価な元
素であり、高コストとなってしまう。さらには、原料の
供給面での不安もあり、世界情勢の変化による供給不
足、価格の高騰等の可能性も考えられる。また、LiM
n2O4やLiNiO2は、特性的にはLiCoO2と比較
して若干劣っている面もあるが、その原料であるマンガ
ンやニッケルの化合物が非常に低コストで安定して供給
され、コストや原料供給の面での心配はない。さらに、
LiNiO2はLiCoO2と同様の組成、構造を有して
おり高容量、高電圧のリチウム二次電池用正極活物質と
して期待される材料である。
iO2を正極活物質として用いる場合、その合成が容易
ではない。ジャーナル・オブ・アメリカンケミカルソサ
エティー、76巻、1499頁(1954)に記載され
ているように、無水水酸化リチウムと金属ニッケルを酸
素雰囲気下で反応して合成することができるが、正極活
物質としての特性は不十分なものである。また、ケミス
トリー・エクスプレス、6巻、3号、161項(199
1)に記載されているように、水酸化ニッケルと硝酸ニ
ッケルを水溶液系で反応させて前駆体を経由して800
℃で焼成することにより、特性の良い活物質を得ること
ができるといった報告もあるが、合成方法としては非常
に複雑なものとなってしまう。なおかつ、この方法では
再現性が悪く、その特性に大きなばらつきがみられる。
そこで、前述の方法と比較しより容易な合成方法とし
て、Li源とNi源の混合物を加熱焼成することによる
直接反応が考えられる。この場合Li源としては硝酸リ
チウム、水酸化リチウム、炭酸リチウムが、Ni源とし
ては硝酸ニッケル、水酸化ニッケル、炭酸ニッケルが考
えられる。600℃から850℃の範囲の温度で焼成し
た場合には、いずれのLi源、Ni源の組合せでもLi
NiO2の合成は可能であるが、出発原料により、容量
的に劣った特性を持つ結晶相の混入がみられる場合があ
る。この特性の劣った結晶相の生成のため、充放電容量
が著しく低下する。従って、優れた特性を有するリチウ
ム二次電池用正極を得るためには、前記の特性の劣った
結晶相の混入の少ない材料を用いる必要がある。
ので、優れた特性を有するリチウム二次電池用正極を提
供するものである。
放出することのできる正極と、リチウムまたはリチウム
を主体とする化合物を含む負極、および非水電解質から
なる非水電解質リチウム二次電池に用いる正極であり、
X線回折法による003面の反射のピーク強度と104
面の反射のピーク強度の強度比(003/104)が
1.20以上であるLiNiO2を含むことを特徴とす
るものである。
LiNiO2の組成で示される化合物が存在する。この
LiNiO2は同様の組成を持つLiCoO2と同じ六方
晶系の結晶構造を持ち、非水電解質リチウム二次電池用
正極活物質として優れた特性を示す可能性が大いに期待
される。しかしながら、合成が容易ではなく安定した特
性を得ることが非常に困難である。
酸ニッケル、水酸化ニッケルおよび炭酸ニッケルを、L
i源に硝酸リチウム、水酸化リチウム、炭酸リチウムを
用い焼成条件について検討した結果、600℃から85
0℃の温度範囲での焼成により特性の優れた六方晶の結
晶相の合成が可能であることが解った。600℃以下の
温度では十分に反応が進まず、また850℃以上の温度
では岩塩型の構造を持つ特性の劣った結晶相が安定に生
成してしまう。しかしながら、850℃以下の温度で焼
成した場合でも、出発原料の違いにより容量に大きな差
が見られた。前述の出発源料の組合せの中では硝酸リチ
ウムと水酸化ニッケル、炭酸ニッケルの少なくとも一方
との組合せの場合に大きな容量が得られた。
の回折パターンを詳しく調べたところ、出発原料の違い
により各ピークの強度比が異なっており、特に003の
ピーク強度が大きく変化していた。各サンプルの003
面のピーク強度を定量的に比較するため強度変化の小さ
な104面のピークとの強度比(003/104)のを
計算したところ、容量の大きなサンプルでは003/1
04のピーク強度比は大きく、逆に容量の小さなサンプ
ルではピーク強度比も小さくなっていた。特に003/
104が1.20以上のサンプルで優れた特性を有して
いた。岩塩型の結晶構造では003に対応する反射は現
れないことから、003のピーク強度が小さくなる程岩
塩型の結晶相の混入の割合が大きく容量も小さくなって
いると考えられる。従って、003/104の値が大き
な、好ましくは1.20以上のLiNiO2を用いるこ
とにより、優れた特性を有するリチウム二次電池用正極
を得ることができる。
るがこれら実施例に限定されるものではない。
てリチウム源にLiNO3(硝酸リチウム)、Li(O
H)2(水酸化リチウム)、Li2CO3(炭酸リチウ
ム)、ニッケル源にNiNO3(硝酸ニッケル)、Ni
(OH)2(水酸化ニッケル)、NiCO3(炭酸ニッケ
ル)のそれぞれを用いた場合の生成物を正極活物質に用
い、負極活物質にリチウムを用いた場合について説明す
る。
についてリチウムとニッケルがモル比で1:1となるよ
うにはかり取り、分散媒として少量の水を加え充分に混
合した後、乾燥させ大気中650℃で12時間焼成し黒
色の焼成物を得た。得られた焼成物について粉末X線回
折測定を行い各々のX線回折パターンを得た。焼成物の
代表的なX線回折パターンをとして硝酸リチウムと炭酸
ニッケルを出発原料とした場合のパターン図2に示す。
作製した。正極の作製はまず、活物質と導電剤であるア
セチレンブラックと結着剤としてのポリフッ化エチレン
樹脂を重量比で7:2:1となるように混合し、充分に
乾燥したものを正極合剤とした。この正極合剤0.15
gを2トン/cm2で直径17.5mmのペレット状に
加圧成型し正極とした。
た電池の断面図を図1に示す。正極1をケース2に置
き、正極1上にセパレータ3としての多孔性ポリプロピ
レンフィルムを置いた。負極4としては、厚さ0.8m
m、直径17.5mmのリチウム板をポリプロピレン製
ガスケット5及び負極集電体6を付けた封口板7に圧着
した。非水電解質として、1mol/lの過塩素酸リチ
ウムを溶解したプロピレンカーボネートを用いた。これ
をセパレータ3上、正極1上及び負極4上に加えた後、
電池を封口した。
電池を作成し、その初期放電容量を調べた。
圧範囲3.0V〜4.3Vの電圧規制とした。表1にそ
れぞれの電池の初期放電容量と003/104を値を示
す。
1.20以上である硝酸リチウムと炭酸ニッケル、硝酸
リチウムと水酸化ニッケルの出発原料の組合せの場合に
大きな容量が得られることが解った。その中でも特に、
硝酸リチウムと炭酸ニッケルの組合せ場合に最も容量が
大きくなり、003/104の値も1.32と最大の値
となっている。逆に、003/104の値の小さな場
合、特に、1.00以下の場合にはその容量は小さく、
初期容量が100mAh以下と正極活物質としては不充
分な特性となっている。
より003面の反射と104面の反射のピーク強度比の
値を計算し、その003/104の値が1.20以上の
LiNiO2を正極活物質材料として用いることによ
り、優れた特性を有するリチウム二次電池用正極を容易
に得ることができる。
に、リチウムを可逆的に吸蔵放出することのできる正極
と、リチウムまたはリチウムを主体とする化合物を含む
負極、および非水電解質からなる非水電解質リチウム二
次電池に用いる正極であり、X線回折法による003面
の反射のピーク強度と104面の反射のピーク強度の強
度比(003/104)が1.20以上であるLiNi
O2を含むことを特徴とする非水電解質リチウム二次電
池用正極を容易に得ることができる。
Claims (1)
- 【請求項1】リチウムを可逆的に吸蔵放出することので
きる正極と、リチウムまたはリチウムを主体とする化合
物を含む負極、および非水電解質からなる非水電解質リ
チウム二次電池に用いる正極であり、X線回折法による
003面の反射のピーク強度と104面の反射のピーク
強度の強度比(003/104)が1.20以上である
LiNiO2を含むことを特徴とする非水電解質リチウ
ム二次電池用正極。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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WO2019117101A1 (ja) | 2017-12-12 | 2019-06-20 | セントラル硝子株式会社 | 非水電解液電池用電解液及びそれを用いた非水電解液電池 |
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-
1992
- 1992-09-11 JP JP24292192A patent/JP3527518B2/ja not_active Expired - Fee Related
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