JPH07335220A - 非水電解液二次電池およびその正極活物質の製造法 - Google Patents
非水電解液二次電池およびその正極活物質の製造法Info
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- JPH07335220A JPH07335220A JP6131871A JP13187194A JPH07335220A JP H07335220 A JPH07335220 A JP H07335220A JP 6131871 A JP6131871 A JP 6131871A JP 13187194 A JP13187194 A JP 13187194A JP H07335220 A JPH07335220 A JP H07335220A
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- lithium
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 リチウムのインターカレート、デインターカ
レート反応が速やかに行われるようになり、大電流での
充放電において高容量の非水電解液二次電池用活物質を
提供する。 【構成】 単結晶である一次粒子の平均粒子径が1μm
以下であり、これらが集合して二次粒子を形成している
一般式LiNiO2で表せるニッケル酸リチウムを活物
質とした正極と、リチウム、リチウム合金およびリチウ
ムをインターカレート、デインターカレートできる炭素
材料のうちのいずれかを用いた負極と、非水電解液とか
ら構成している。
レート反応が速やかに行われるようになり、大電流での
充放電において高容量の非水電解液二次電池用活物質を
提供する。 【構成】 単結晶である一次粒子の平均粒子径が1μm
以下であり、これらが集合して二次粒子を形成している
一般式LiNiO2で表せるニッケル酸リチウムを活物
質とした正極と、リチウム、リチウム合金およびリチウ
ムをインターカレート、デインターカレートできる炭素
材料のうちのいずれかを用いた負極と、非水電解液とか
ら構成している。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は非水電解液二次電池およ
びその正極活物質の製造法に関する。
びその正極活物質の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、AV機器あるいはパソコン等の電
子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでい
る。これら機器の駆動用電源として小型、軽量で高エネ
ルギー密度を有する二次電池への要求は高い。このよう
な背景の下で非水系二次電池、特にリチウム電池は、と
りわけ高電圧、高エネルギー密度を有する電池として期
待が大きい。
子機器のポータブル化、コードレス化が急速に進んでい
る。これら機器の駆動用電源として小型、軽量で高エネ
ルギー密度を有する二次電池への要求は高い。このよう
な背景の下で非水系二次電池、特にリチウム電池は、と
りわけ高電圧、高エネルギー密度を有する電池として期
待が大きい。
【0003】これらの電池の正極活物質材料には、リチ
ウムをインターカレート、デインターカレートすること
のできる層状のリチウムと遷移金属を主体とする複合酸
化物が提案されており、例えば米国特許第430251
8号明細書に示されているLi1-xNiO2(ただし0≦
x<1)や、特開平4−267053号公報に示されて
いるLiMM'O2(ただしMはFe,Co,Ni、M'
はTi,V,Cr,Mn)などが用いられている。
ウムをインターカレート、デインターカレートすること
のできる層状のリチウムと遷移金属を主体とする複合酸
化物が提案されており、例えば米国特許第430251
8号明細書に示されているLi1-xNiO2(ただし0≦
x<1)や、特開平4−267053号公報に示されて
いるLiMM'O2(ただしMはFe,Co,Ni、M'
はTi,V,Cr,Mn)などが用いられている。
【0004】これらの正極活物質、例えば、LiNiO2
で表されるニッケル酸リチウムは、水酸化ニッケル粉体
と水酸化リチウムを所定の割合で混合し、酸素雰囲気中
において500℃〜800℃で熱処理を行うことで得ら
れる。
で表されるニッケル酸リチウムは、水酸化ニッケル粉体
と水酸化リチウムを所定の割合で混合し、酸素雰囲気中
において500℃〜800℃で熱処理を行うことで得ら
れる。
【0005】このようにして得られたLiNiO2は、
単一の結晶粒である一次粒子が互いに焼結、もしくは凝
集した二次粒子を形成している。
単一の結晶粒である一次粒子が互いに焼結、もしくは凝
集した二次粒子を形成している。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記方法
により得られたLiNiO2を正極に用いた電池を構成
し、充放電を行った結果、大電流での充放電時に容量が
大きく低下する課題が生じた。しかし、既に実用化され
ているコバルト酸リチウムLiCoO2では、大電流で
充放電を行った場合でも容量低下はさほど大きくない。
により得られたLiNiO2を正極に用いた電池を構成
し、充放電を行った結果、大電流での充放電時に容量が
大きく低下する課題が生じた。しかし、既に実用化され
ているコバルト酸リチウムLiCoO2では、大電流で
充放電を行った場合でも容量低下はさほど大きくない。
【0007】そこで、まず活物質の粉体粒子、すなわち
二次粒子径に着目し、その粒子径を小さくするなどの検
討を加えた。しかし、大電流での充放電における容量低
下を改善することはできなかった。
二次粒子径に着目し、その粒子径を小さくするなどの検
討を加えた。しかし、大電流での充放電における容量低
下を改善することはできなかった。
【0008】本発明は、これらLiNiO2を活物質に
用いた際に生ずる課題を解決するものであり、大電流で
の充放電特性に優れた非水電解液二次電池の正極活物質
を提供するものである。
用いた際に生ずる課題を解決するものであり、大電流で
の充放電特性に優れた非水電解液二次電池の正極活物質
を提供するものである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明者らは鋭意検討を行った結果、非水電解液二次
電池の正極活物質は、一般式LiNiO2で表されるニ
ッケル酸リチウムとし、その微細な結晶粒である一次粒
子の粒径は1μm以下であり、薄片が規則正しく積層し
た層状構造を有していてこれら一次粒子が多数集合し
て、塊状の二次粒子を形成したものがよいことを見出し
た。またその形状は、球状もしくは楕円体状であること
が好ましい。
に本発明者らは鋭意検討を行った結果、非水電解液二次
電池の正極活物質は、一般式LiNiO2で表されるニ
ッケル酸リチウムとし、その微細な結晶粒である一次粒
子の粒径は1μm以下であり、薄片が規則正しく積層し
た層状構造を有していてこれら一次粒子が多数集合し
て、塊状の二次粒子を形成したものがよいことを見出し
た。またその形状は、球状もしくは楕円体状であること
が好ましい。
【0010】本発明によって得られる正極活物質は、一
次粒子の粒径が1μm以下である水酸化ニッケルと、水
酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムおよび酸化
リチウムよりなる群から選ばれた少なくともひとつをリ
チウム源として用い、これらを混合し、酸素雰囲気下に
おいて熱処理することにより得られる。
次粒子の粒径が1μm以下である水酸化ニッケルと、水
酸化リチウム、硝酸リチウム、炭酸リチウムおよび酸化
リチウムよりなる群から選ばれた少なくともひとつをリ
チウム源として用い、これらを混合し、酸素雰囲気下に
おいて熱処理することにより得られる。
【0011】
【作用】正極活物質としてLiNiO2を用いた場合、
その放電反応は活物質の一次粒子表面上にインターカレ
ートしたリチウムイオンが粒子内部に均一に拡散するこ
とによって生じる。一方、リチウムイオンがデインター
カレートする充電反応では、リチウムイオンが一次粒子
の内部から表面に向かい拡散する。すなわち、充放電反
応は、一次粒子内部でのリチウムイオンの拡散によるも
のである。また、充放電特性はリチウムイオンの拡散速
度に依存している。そのため一次粒子径を減少させるこ
とにより、一次粒子内部において、リチウムイオンが拡
散する距離が短くなるだけでなく、電極反応が生じる面
積が増大し、単位面積あたりの電流密度が小さくなるこ
とにより、大電流での充放電特性を改善するものと推測
される。
その放電反応は活物質の一次粒子表面上にインターカレ
ートしたリチウムイオンが粒子内部に均一に拡散するこ
とによって生じる。一方、リチウムイオンがデインター
カレートする充電反応では、リチウムイオンが一次粒子
の内部から表面に向かい拡散する。すなわち、充放電反
応は、一次粒子内部でのリチウムイオンの拡散によるも
のである。また、充放電特性はリチウムイオンの拡散速
度に依存している。そのため一次粒子径を減少させるこ
とにより、一次粒子内部において、リチウムイオンが拡
散する距離が短くなるだけでなく、電極反応が生じる面
積が増大し、単位面積あたりの電流密度が小さくなるこ
とにより、大電流での充放電特性を改善するものと推測
される。
【0012】本発明の非水電解液二次電池の正極活物質
LiNiO2のニッケル源として、水酸化ニッケルを選
択した。水酸化ニッケルはニッケルイオンと水酸化物イ
オンが結合した層状の化合物であり、この化合物の単一
の結晶粒である一次粒子が互いに凝集して、二次粒子す
なわち粉体粒子を形成している。また、リチウム源には
水酸化リチウムを用いた。この水酸化リチウムは、Li
NiO2の製造行程において、その融点が450℃であ
るため液相になるのに対して、水酸化ニッケルは原型を
崩さず、層状構造の層間部分の熱で溶融した水酸化リチ
ウムのリチウムが入り込む反応により生成される。その
結果、水酸化ニッケルの粒子形状がほぼそのまま維持さ
れ、LiNiO2の粒子形状となる。
LiNiO2のニッケル源として、水酸化ニッケルを選
択した。水酸化ニッケルはニッケルイオンと水酸化物イ
オンが結合した層状の化合物であり、この化合物の単一
の結晶粒である一次粒子が互いに凝集して、二次粒子す
なわち粉体粒子を形成している。また、リチウム源には
水酸化リチウムを用いた。この水酸化リチウムは、Li
NiO2の製造行程において、その融点が450℃であ
るため液相になるのに対して、水酸化ニッケルは原型を
崩さず、層状構造の層間部分の熱で溶融した水酸化リチ
ウムのリチウムが入り込む反応により生成される。その
結果、水酸化ニッケルの粒子形状がほぼそのまま維持さ
れ、LiNiO2の粒子形状となる。
【0013】また、水酸化ニッケルの二次粒子の形状
は、製造行程において攪拌速度、水素イオン濃度および
攪拌翼の温度を最適に保つことにより、球状または楕円
体状の形態をもつ。この時、水酸化ニッケルの層構造を
有する一次粒子の層の開口部が、二次粒子の外側に向け
て配向する。このような粒子構造をとることにより、L
iNiO2を形成する反応がスムーズに進行するだけで
なく、生成したLiNiO2の層の端面もその形状を維
持したまま粉体粒子の外側に向かって配向するため、充
放電におけるLiのインターカレーション、デインター
カレーション反応がより円滑に進む。
は、製造行程において攪拌速度、水素イオン濃度および
攪拌翼の温度を最適に保つことにより、球状または楕円
体状の形態をもつ。この時、水酸化ニッケルの層構造を
有する一次粒子の層の開口部が、二次粒子の外側に向け
て配向する。このような粒子構造をとることにより、L
iNiO2を形成する反応がスムーズに進行するだけで
なく、生成したLiNiO2の層の端面もその形状を維
持したまま粉体粒子の外側に向かって配向するため、充
放電におけるLiのインターカレーション、デインター
カレーション反応がより円滑に進む。
【0014】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照しながら
説明する。
説明する。
【0015】本発明の活物質の原材料となる水酸化ニッ
ケル(Ni(OH)2)は、以下の方法により作製した。
攪拌槽内に濃度がそれぞれ約1Nの硫酸ニッケル水溶液
と水酸化ナトリウム水溶液を投入し、攪拌翼を高速回転
させることによって、これらを攪拌した。なお、溶液の
水素イオン濃度は、攪拌状態において約11に維持し
た。溶液の温度を10℃〜80℃の任意の温度として中
和反応を行い、水酸化ニッケルを作製した。得られた水
酸化ニッケル粒子は水洗した後、デカンテーションによ
り粒子に残留するアルカリイオンを除去した。水酸化ニ
ッケル粒子の一次粒子径を測定し、平均粒子径が0.
5、0.7、1、2、3μmとなるように分別した。
ケル(Ni(OH)2)は、以下の方法により作製した。
攪拌槽内に濃度がそれぞれ約1Nの硫酸ニッケル水溶液
と水酸化ナトリウム水溶液を投入し、攪拌翼を高速回転
させることによって、これらを攪拌した。なお、溶液の
水素イオン濃度は、攪拌状態において約11に維持し
た。溶液の温度を10℃〜80℃の任意の温度として中
和反応を行い、水酸化ニッケルを作製した。得られた水
酸化ニッケル粒子は水洗した後、デカンテーションによ
り粒子に残留するアルカリイオンを除去した。水酸化ニ
ッケル粒子の一次粒子径を測定し、平均粒子径が0.
5、0.7、1、2、3μmとなるように分別した。
【0016】次に水酸化リチウムと上記方法により得ら
れた水酸化ニッケルをLiとNiの原子比が1:1にな
るように混合し、酸素雰囲気中で750℃、5時間熱処
理を施した。このようにして得られたLiNiO2を粉
砕して、二次粒子径が約10μmのニッケル酸リチウム
とした。
れた水酸化ニッケルをLiとNiの原子比が1:1にな
るように混合し、酸素雰囲気中で750℃、5時間熱処
理を施した。このようにして得られたLiNiO2を粉
砕して、二次粒子径が約10μmのニッケル酸リチウム
とした。
【0017】正極活物質の電極特性試験は、対極および
参照極に金属リチウムを用いた図1に示す簡易試験セル
を作製し、評価を行った。試験極1は、ニッケル酸リチ
ウム100重量部に対して、アセチレンブラックとグラ
ファイトをそれぞれ4重量部づつ、およびフッ素樹脂系
結着材を7重量部の割合で混合した。これにさらに有機
溶媒を150重量部加えてペースト状にした後、このペ
ーストをアルミニウム板に塗布して作製した。対極2、
参照極3には、それぞれ金属リチウムを用いた。ガラス
容器4内にこれら電極を収納し、炭酸プロピレンと炭酸
エチレンの等容積混合溶媒に、過塩素酸リチウムを1モ
ル/lの割合で溶解した電解液を用いて簡易セルを構成
した。
参照極に金属リチウムを用いた図1に示す簡易試験セル
を作製し、評価を行った。試験極1は、ニッケル酸リチ
ウム100重量部に対して、アセチレンブラックとグラ
ファイトをそれぞれ4重量部づつ、およびフッ素樹脂系
結着材を7重量部の割合で混合した。これにさらに有機
溶媒を150重量部加えてペースト状にした後、このペ
ーストをアルミニウム板に塗布して作製した。対極2、
参照極3には、それぞれ金属リチウムを用いた。ガラス
容器4内にこれら電極を収納し、炭酸プロピレンと炭酸
エチレンの等容積混合溶媒に、過塩素酸リチウムを1モ
ル/lの割合で溶解した電解液を用いて簡易セルを構成
した。
【0018】この簡易セルを用いて放電試験を行った。
放電試験は、試験極1に対する電流密度を0.5mA/
cm2として定電流で、参照極3に対して4.3Vまで
充電した。その後、試験極1に対する電流密度を0.
5、2.5、5mA/cm2として定電流で参照電極3
に対して2.5Vまで放電した。
放電試験は、試験極1に対する電流密度を0.5mA/
cm2として定電流で、参照極3に対して4.3Vまで
充電した。その後、試験極1に対する電流密度を0.
5、2.5、5mA/cm2として定電流で参照電極3
に対して2.5Vまで放電した。
【0019】図2に示した放電特性図より、放電電流を
0.5mA/cm2に設定した時、放電容量は、いづれ
も165mAh/g程度であり、一次粒子の平均粒子径
が放電容量に及ぼす影響は少ない。しかし、放電電流の
増加に伴って、放電特性は一次粒子の粒子径に依存する
ことが明確になった。放電電流0.5mA/cm2での
放電容量に対する5.0mA/cm2での放電容量の割
合を利用率とすると、一次粒子径が1μm以下の本発明
品は、75%以上の利用率が得られるのに対し、比較品
の利用率は50%前後であった。
0.5mA/cm2に設定した時、放電容量は、いづれ
も165mAh/g程度であり、一次粒子の平均粒子径
が放電容量に及ぼす影響は少ない。しかし、放電電流の
増加に伴って、放電特性は一次粒子の粒子径に依存する
ことが明確になった。放電電流0.5mA/cm2での
放電容量に対する5.0mA/cm2での放電容量の割
合を利用率とすると、一次粒子径が1μm以下の本発明
品は、75%以上の利用率が得られるのに対し、比較品
の利用率は50%前後であった。
【0020】なお、本実施例では、ニッケル酸リチウム
について本発明の効果を確認したが、マンガン等の他の
元素でニッケルの一部を置換したニッケル酸リチウムの
化合物についても同様の効果が得られた。
について本発明の効果を確認したが、マンガン等の他の
元素でニッケルの一部を置換したニッケル酸リチウムの
化合物についても同様の効果が得られた。
【0021】また、本実施例では、ニッケル化合物とし
て水酸化ニッケルを用いたが、酸化ニッケル、硝酸ニッ
ケル、硫酸ニッケルを用いることもできる。しかし、上
記した通り活物質の一次粒子径を制御する観点からは、
水酸化ニッケルが最も適している。
て水酸化ニッケルを用いたが、酸化ニッケル、硝酸ニッ
ケル、硫酸ニッケルを用いることもできる。しかし、上
記した通り活物質の一次粒子径を制御する観点からは、
水酸化ニッケルが最も適している。
【0022】一方、リチウム化合物としては水酸化リチ
ウムを用いたが、これ以外に硝酸リチウム、炭酸リチウ
ム、酸化リチウムを用いても同様の効果が得られる。た
だし、水酸化リチウムは熱処理過程において液層となり
反応が速やかに進行する長所がある。その結果、活物質
の品質が安定するだけでなく、製造に要する時間を短縮
することができる。
ウムを用いたが、これ以外に硝酸リチウム、炭酸リチウ
ム、酸化リチウムを用いても同様の効果が得られる。た
だし、水酸化リチウムは熱処理過程において液層となり
反応が速やかに進行する長所がある。その結果、活物質
の品質が安定するだけでなく、製造に要する時間を短縮
することができる。
【0023】
【発明の効果】以上のように、本発明の非水電解液二次
電池の正極活物質は、リチウムのインターカレート、デ
インターカレート反応が速くなる。その結果、大電流で
の充放電において、電池容量を増加させることができ優
れた特性を有する高エネルギー密度のリチウム二次電池
を提供し得る。
電池の正極活物質は、リチウムのインターカレート、デ
インターカレート反応が速くなる。その結果、大電流で
の充放電において、電池容量を増加させることができ優
れた特性を有する高エネルギー密度のリチウム二次電池
を提供し得る。
【図1】本発明で用いた簡易セルの断面図
【図2】本発明のニッケル酸リチウムの種々の電流密度
における放電特性図
における放電特性図
1 試験極 2 対極 3 参照極 4 ガラス容器
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 茂雄 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内
Claims (5)
- 【請求項1】活物質が一般式LiNiO2で表せるニッ
ケル酸リチウムであり、粒径が1μm以下の一次粒子が
集合して、二次粒子を形成している正極と、リチウム、
リチウム合金およびリチウムをインターカレート、デイ
ンターカレートできる炭素材料のうちいずれかを用いた
負極と、非水電解液とからなる構成とした非水電解液二
次電池。 - 【請求項2】ニッケル酸リチウムの二次粒子の形状が、
球状もしくは楕円体状である請求項1記載の非水電解液
二次電池。 - 【請求項3】1μm以下の一次粒子が焼結して二次粒子
を形成している水酸化ニッケルと、水酸化リチウム、硝
酸リチウム、炭酸リチウムおよび酸化リチウムよりなる
群から選ばれたいずれかのリチウム化合物とを酸素雰囲
気下で熱処理してニッケル酸リチウムを得る工程からな
る非水電解液二次電池の正極活物質の製造法。 - 【請求項4】水酸化ニッケルの二次粒子の形状が、球状
もしくは楕円体状である請求項3記載の非水電解液二次
電池の正極活物質の製造法。 - 【請求項5】リチウム化合物は、水酸化リチウムである
請求項3記載の非水電解液二次電池の正極活物質の製造
法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6131871A JPH07335220A (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 非水電解液二次電池およびその正極活物質の製造法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6131871A JPH07335220A (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 非水電解液二次電池およびその正極活物質の製造法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07335220A true JPH07335220A (ja) | 1995-12-22 |
Family
ID=15068090
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6131871A Pending JPH07335220A (ja) | 1994-06-14 | 1994-06-14 | 非水電解液二次電池およびその正極活物質の製造法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07335220A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000223118A (ja) * | 1999-01-28 | 2000-08-11 | Hitachi Metals Ltd | リチウム二次電池の正電極材とその製造方法 |
US20100068624A1 (en) * | 2006-12-22 | 2010-03-18 | Hidekazu Hiratsuka | Nickel hydroxide, method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
JP2014139926A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-07-31 | Ngk Insulators Ltd | リチウム二次電池用正極の製造方法 |
US9553311B2 (en) | 2010-03-29 | 2017-01-24 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd | Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and production method for same, precursor for positive electrode active material, and non-aqueous electrolyte secondary battery using positive electrode active material |
-
1994
- 1994-06-14 JP JP6131871A patent/JPH07335220A/ja active Pending
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2000223118A (ja) * | 1999-01-28 | 2000-08-11 | Hitachi Metals Ltd | リチウム二次電池の正電極材とその製造方法 |
US20100068624A1 (en) * | 2006-12-22 | 2010-03-18 | Hidekazu Hiratsuka | Nickel hydroxide, method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
US8802294B2 (en) * | 2006-12-22 | 2014-08-12 | Panasonic Corporation | Nickel hydroxide, method for producing positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery, electrode for non-aqueous electrolyte secondary battery, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
US9553311B2 (en) | 2010-03-29 | 2017-01-24 | Sumitomo Metal Mining Co., Ltd | Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and production method for same, precursor for positive electrode active material, and non-aqueous electrolyte secondary battery using positive electrode active material |
JP2014139926A (ja) * | 2012-12-18 | 2014-07-31 | Ngk Insulators Ltd | リチウム二次電池用正極の製造方法 |
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