JPH09293509A - 非水電解質二次電池用正極材料及びその製造方法 - Google Patents

非水電解質二次電池用正極材料及びその製造方法

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JPH09293509A
JPH09293509A JP8131227A JP13122796A JPH09293509A JP H09293509 A JPH09293509 A JP H09293509A JP 8131227 A JP8131227 A JP 8131227A JP 13122796 A JP13122796 A JP 13122796A JP H09293509 A JPH09293509 A JP H09293509A
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JP
Japan
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positive electrode
electrode material
lithium
secondary battery
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JP8131227A
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English (en)
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Hiroshi Abe
浩史 阿部
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Nikkiso Co Ltd
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Nikkiso Co Ltd
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 正極材料としてニッケル酸リチウムを用いた
場合、初回の充放電効率を高め、またサイクル特性の良
好な正極材料及びその簡易な製造方法を提供する。 【解決手段】 リチウムニッケル複合酸化物99〜91
重量%と炭素1〜9重量%からなる。またリチウムニッ
ケル複合酸化物99〜91重量%のマトリックス中に有
機化合物を炭素化させた炭素1〜9重量%を均一に分散
させてなる。その製造法は、リチウム化合物、ニッケル
化合物及び有機化合物を混合し、この混合物を焼成す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池の正極材料の内ニッケル系正極材料及びその製造
方法、特に正極材料を組み込んだ二次電池の初回充放電
効率が高くサイクル特性にも優れるニッケル系正極材料
及びその簡易な製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、電子機器の小型化、ポータブル化
が進み、これらの駆動用電源として小型・軽量で、高エ
ネルギー密度を有し、充放電サイクル特性に優れた長寿
命の二次電池への要望が高い。今後電気自動車用の電源
としての応用も検討されている。そこで、最近、リチウ
ムやリチウム合金、又は炭素材料等のリチウムイオンの
ドープ・脱ドープが可能な物質を負極活物質として用
い、リチウムコバルト複合酸化物等のリチウム遷移金属
複合酸化物を正極活物質として使用する非水電解質二次
電池の研究・開発が行われており、既に実用化されてい
るものもある。
【0003】このようなリチウムイオン二次電池の構成
としては、以下のようなものが挙げられる。先ず、正極
活物質としては、リチウムをドープ・脱ドープ可能なリ
チウム含有複合酸化物、特にリチウム遷移金属複合酸化
物が用いられ、具体的には、コバルト酸リチウム(Li
CoO2 )、マンガン酸リチウム(LiMn2 4 )、
ニッケル酸リチウム(LiNiO2 )等が挙げられる。
【0004】負極活物質としてはリチウムイオンのドー
プ・脱ドープが可能な炭素材料が用いられ、かかる炭素
材料としては、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛材料、難
黒鉛性炭素、コークスなどの無定形炭素等が挙げられ
る。
【0005】電解質としては、LiClO4 、LiPF
6 、LiBF4 、LiAsF6 、等のリチウム塩が挙げ
られる。これら電解質を溶解する有機溶媒としては、た
とえば、プロピレンカーボネイト(PC)、エチレンカ
ーボネイト(EC)、ジメチルカーボネイト(DM
C)、ジエチルカーボネイト(DEC)、エチルメチル
カーボネイト(EMC)等が挙げられ、これらの1種又
は2種以上の混合溶媒が用いられる。
【0006】かかるリチウムイオン二次電池の正極材
料、すなわちリチウム遷移金属複合酸化物自体には電気
導電性がないので、例えばカーボンブラック等の炭素材
料を導電補助材として添加する。かかる炭素材料の添加
方法としては、乾式法と湿式法とがある。乾式法は、リ
チウム遷移金属複合酸化物の正極材料(粉末)と導電補
助材としての炭素材料(粉末)をボールミル等で混合す
る方法であるが、正極材料と炭素材料との比重差が大き
いため、長時間費やさないと均一な混合が困難である。
また、湿式法は、上記混合操作を例えば水等の分散媒中
で行う方法であるが、分散媒、正極材料、炭素材それぞ
れの比重が異なるため、十分均一に分散させることがで
きない。分散媒に炭素を先に分散させたものに、正極材
料を添加して分散させると、若干の改善はあるものの、
未だ十分ではなかった。
【0007】このように正極材料中に均一に導電補助材
が分散していないと、かかる正極材料を組み込んでなる
二次電池には、高い放電容量が得られず、また良好なサ
イクル特性が得られない。特に正極材料としてニッケル
酸リチウムを用いた場合、他のコバルト酸リチウムやマ
ンガン酸リチウムを用いた正極材料と比較して、初回の
充放電効率が低く(80%程度)、またサイクル特性が
良好でない、という問題がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は、正
極材料としてニッケル酸リチウムを用いた場合、初回の
充放電効率を高め、またサイクル特性の良好な正極材料
及びその簡易な製造方法を提供することを目的とする。
【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、本発明の非水電解質二次電池用正極材料は、リチウ
ムニッケル複合酸化物99〜91重量%と炭素1〜9重
量%からなることを特徴としている。また、本発明の非
水電解質二次電池用正極材料は、リチウムニッケル複合
酸化物99〜91重量%のマトリックス中に有機化合物
を炭素化させた炭素1〜9重量%を均一に分散させたこ
と、を特徴としている。ここで、前記有機化合物として
は800℃以下で炭素化する化合物、より具体的にはセ
ルロース又はその誘導体が好ましい。また、本発明の非
水電解質二次電池用正極材料の製造方法は、リチウム化
合物、ニッケル化合物及び有機化合物を混合し、この混
合物を焼成すること、を特徴としている。ここで、前記
有機化合物としては800℃以下で炭素化する化合物、
より具体的にはセルロース又はその誘導体が好ましい。
【0010】
【発明の実施の形態】以下本発明の非水電解質二次電池
用正極材料及びかかる正極材料の製造方法の実施の形態
を説明する。本発明の非水電解質二次電池用正極材料
は、リチウムニッケル複合酸化物99〜91重量%と炭
素1〜9重量%からなる。ここで、リチウムニッケル複
合酸化物の含有量は、99〜91重量%の範囲とする。
91重量%未満(炭素含有量が9重量%を越える)で
は、正極活物質量が少なく電池の容量不足を招く。一
方、99重量%を越える(炭素含有量が1重量%未満)
と、導電性を示す炭素の量が不足して十分な導電性が得
られない。
【0011】また、本発明の正極材料は、リチウムニッ
ケル複合酸化物99〜91重量%のマトリックス中に有
機化合物を炭素化させた炭素1〜9重量%を均一に分散
させてなる。その製造方法は後述する。このように、所
定量のリチウムニッケル複合酸化物のマトリックス中に
有機化合物を炭素化させた導電補助材たる炭素の所定量
を均一に分散させたので、初回の充放電効率が高く、ま
た良好なサイクル特性を示す非水電解質二次電池が得ら
れる。
【0012】また、本発明の非水電解質二次電池用正極
材料の製造方法は、リチウム化合物、ニッケル化合物及
び有機化合物を混合し、この混合物を焼成する方法であ
る。かかる製造方法によりリチウムニッケル複合酸化物
のマトリックス中に炭素を均一に分散させることができ
る。各化合物の混合割合は、焼成によりリチウムニッケ
ル複合酸化物99〜91重量%、有機化合物が炭素化さ
れた炭素1〜9重量%となるように適宜調製する。
【0013】ここで、ニッケル化合物としては、ニッケ
ルの水酸化物、酸化物、ハロゲン化物等が挙げられる。
また、リチウム化合物としては、リチウムの水酸化物、
酸化物、ハロゲン化物、炭酸塩等が挙げられる。
【0014】有機化合物としては900℃以下で炭素化
する化合物が好ましい。これは、正極活物質の焼成の温
度が700〜900℃程度であり、その焼成の際に炭素
化させるためである。なお、焼成の際に炭素化すればよ
く、正極活物質の焼成の下限値である700℃未満の温
度で炭素化するものであってもよい。
【0015】各化合物を混合するには、適当な溶媒に各
化合物を分散させるが、有機化合物の分散性のよいもの
を用いるのが、焼成物中に炭素を均一に分散させる上で
好ましい。例えば、溶媒として水を用いる場合、有機化
合物としては、水の比重に近い比重を有するものが分散
性が良好で好ましく、具体的には、セルロース又はその
誘導体が好ましい。ここで、セルロースとしては、天然
セルロース、人造セルロースのいずれでもよい。セルロ
ース誘導体としては、硝酸セルロース、酢酸セルロー
ス、エチルセルロース、メチルセルロースなどが挙げら
れる。これらのセルロース及びその誘導体はその比重が
0.95〜1.05程度と水の比重に近く、水に対する
分散性が良好である。
【0016】上記において、焼成の条件は、窒素、Ar
等の不活性ガスと酸素との混合気体(体積比で不活性ガ
ス80以上、酸素20以下)中にて、焼成温度700〜
900℃程度、焼成時間12〜24時間程度である。
【0017】
【実施例】以下に本発明を実施例においてより具体的に
説明する。実施例は本発明を例示的に示したものであっ
て本発明を制限するものではない。実施例1 正極材料の作製 Ni(OH)2 :LiOH:セルロース:蒸留水=9
3:24:7:15の重量比で十分に混合し、その混合
物を濾過、乾燥し、700kgf/cm2 の圧力で加圧
してペレット化(13mmφ、厚さ5〜6mm)し、こ
のペレットを電気炉内で焼成して正極材料を得た。焼成
条件は、窒素と酸素との混合気体(体積比でN2 95:
2 5)中、昇温速度:10℃/min、焼成温度:7
50℃、焼成時間:24時間とした。こうして得た正極
材料中の炭素の含有量は5重量%であった。
【0018】正極材料の電気化学的評価 上記のようにして作製した正極材料に、バインダーであ
るポリフッ化ビニリデン(PVDF)をN−メチルピロ
リドン(NMP)中(容量比でPVDF:NMP=1:
5)で加え、撹拌混合し(重量比で正極材料:PVDF
=9:1)、得たスラリーを厚さ20μmのアルミニウ
ムメッシュに塗布、乾燥し、電極を作製した。得られた
電極を作用極とし、金属リチウムを対極及び参照極とし
て三電極式ガラスセルを作製した。電解液は、エチレン
カーボネイト(EC)とジエチレンカーボネイト(DE
C)の混合溶媒(容量比でEC:DEC=1:1))に
LiClO4 を1mol/Lの濃度で溶解したものを用
い、電流密度:20mA/g、充放電電圧:3〜4.3
Vで100サイクルまでの充放電試験を実施した。1サ
イクル目及び100サイクル目の充放電効率、放電容量
を表1に示す。
【0019】比較例1 Ni(OH)2 :LiOH=93:24の重量比で十分
に混合した他は実施例1と同様にして正極材料を得た。
この正極材料に、アセチレンブラック・ディスパージョ
ン(アセチレンブラック30:水70(重量比))を重
量比で80:10になるように混合し、混合物を濾過、
乾燥し、該混合物に、バインダーであるポリフッ化ビニ
リデン(PVDF)をN−メチルピロリドン(NMP)
中(容量比でPVDF:NMP=1:5)で加え、撹拌
混合し(重量比で正極材料:アセチレンブラック・ディ
スパージョン:PVDF=8:1:1)、得たスラリー
を厚さ20μmのアルミニウムメッシュに塗布、乾燥
し、電極を作製した。以下実施例1と同様にして三電極
式ガラスセルを作製し、充放電試験を実施した。ここ
で、正極材料とアセチレンブラック・ディスパージョン
との混合物中における炭素の含有量は11重量%であっ
た。正極材料の電気化学的評価は実施例1と同様にして
行った。その結果を表1に示す。
【0020】
【表1】 表 1 1サイクル目 100サイクル目 充放電効率 放電容量 充放電効率 放電容量 mAh/g mAh/g 実施例1 90 200 100 195 比較例1 83 195 100 175
【0021】表1から分かるように、実施例1において
は、比較例1に比べ、初回充放電効率が高く、100サ
イクル目においても放電容量の低下が小さくサイクル特
性に優れていることがわかる。これは、詳細な理由は明
らかでないが、ニッケル酸リチウムの結晶構造の変化が
激しく(充電中において六方晶系→単斜晶系→六方晶
系、放電中においても六方晶系→単斜晶系→六方晶
系)、ニッケル酸リチウムの結晶構造中に炭素を含有さ
せることによって、結晶構造の変化がスムーズに行われ
るため、初回の充放電効率が高く、サイクル特性にも好
影響を与えるものと考えられる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の非水電解
質二次電池用正極材料によれば、ニッケル酸リチウムを
用いた正極材料として初回の充放電効率が高く、またサ
イクル特性に優れる。また本発明の非水電解質二次電池
用正極材料の製造方法によれば、一度の焼成で導電性を
併せもたせることが可能で、かかる正極材料を簡易な方
法で得ることができる等の効果を奏する。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】リチウムニッケル複合酸化物99〜91重
    量%と炭素1〜9重量%からなる非水電解質二次電池用
    正極材料。
  2. 【請求項2】リチウムニッケル複合酸化物99〜91重
    量%のマトリックス中に有機化合物を炭素化させた炭素
    1〜9重量%を均一に分散させたことを特徴とする非水
    電解質二次電池用正極材料。
  3. 【請求項3】リチウム化合物、ニッケル化合物及び有機
    化合物を混合し、この混合物を焼成することを特徴とす
    る非水電解質二次電池用正極材料の製造方法。
  4. 【請求項4】前記有機化合物が800℃以下で炭素化す
    る化合物である請求項3に記載の非水電解質二次電池用
    正極材料の製造方法。
  5. 【請求項5】前記有機化合物がセルロース又はその誘導
    体である請求項3又は4に記載の非水電解質二次電池用
    正極材料の製造方法。
JP8131227A 1996-04-25 1996-04-25 非水電解質二次電池用正極材料及びその製造方法 Pending JPH09293509A (ja)

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