JPH10125325A - リチウム二次電池用コバルト酸リチウム系正極活物質 - Google Patents
リチウム二次電池用コバルト酸リチウム系正極活物質Info
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Abstract
性の高いリチウム二次電池用コバルト酸リチウム系正極
活物質を得ること。 【解決手段】 レーザー法による平均粒子径が1〜30
μmのコバルト酸リチウム粒子であって、当該粒子のB
ET比表面積(A)と当該粒子の理論比表面積(B)の
比、(A)/(B)が1〜3の範囲であることを特徴と
するリチウム二次電池用コバルト酸リチウム系正極活物
質及びこれを含有する正極を用いたリチウム二次電池。
Description
用コバルト酸リチウム系正極活物質及びこれを含有する
正極を用いるリチウム二次電池に関する。
コードレス化が急速に進むに従い、ラップトップ型パソ
コン、携帯電話、ビデオカメラ等の小型電子機器の電源
としてリチウム二次電池が実用化されている。このリチ
ウム二次電池について、1980年に水島等によりコバ
ルト酸リチウム二次電池の正極活物質として有用である
との報告〔“マテリアル リサーチブレイン”vol.115,
P.783-789 (1980) 〕がなされて以来、コバルト酸リチ
ウム系正極活物質に関する研究開発が活発に進められて
おり、これまでに多くの提案がなされている。
図る技術としては、例えばコバルト酸リチウムの組成を
LiX CoO2 (ただし、1.05≦x≦1.3)とす
ることによりリチウムリッチにしたもの(特開平3−1
27454号公報)、逆にLiX CoO2 (但し0<x
≦1)とすることによってコバルトリッチにしたもの
(特開平3−134969号公報)、Mn、W、Ni、
La及びZrなどの金属イオンをドープさせたもの(特
開平3−201368号公報、特開平4−328277
号公報、特開平4−319259号公報、特開平4−3
19260号公報等)コバルト酸リチウム中の残留Li
2 CO3 を10重量%以下とするもの(特開平4−56
064号公報)などが提案されている。
物理的特徴、特に比表面積を要件とする技術としては、
LiCoO2 の比表面積を2m2 /g以下(特開平4−
56064号公報)、リチウム複合酸化物の比表面積を
0.01〜3.0m2 /g(特開平4−249073号
公報)、Lix Coy O2 (0<x≦1.3、1.8≦
y≦2.2)のBET法による比表面積が0.5〜1
0.0m2 /g(特開平8−103976号公報)等を
有するコバルト酸リチウムが提案されている。これは、
初期容量を大きくするために正極活物質と電解液との反
応面積を一定以上の面積にする必要があること、また、
電池反応の進行に伴う容量劣化を避けるために一定以下
の面積にする必要があること等の理由によるものであ
り、これにより、放電サイクルの進行に伴う放電容量の
低下を改善するものである。
正極活物質においてもリチウム二次電池の正極材として
用いた場合、未だ十分満足するものではなかった。
は、放電容量及び放電保持率に優れ、高エネルギー密度
を有するリチウム二次電池用コバルト酸リチウム系正極
活物質を提供することにある。
発明者は鋭意検討を行った結果、リチウム二次電池の正
極を製造する場合、正極活物質の比表面積以外の他の物
性、例えば粒子の表面形状、表面電荷又は製造時の焼成
雰囲気、焼成速度及び最高温度等のセラミックス化条件
等が微妙に影響を与え、たとえ該正極活物質が同じ比表
面積を有していてもリチウム二次電池の初期放電容量及
びサイクル特性等の性能に大きく影響を与えることを知
見した。そして、本発明者は、特定の平均粒子径を有
し、かつBET比表面積(A)と理論比表面積(B)の
比、A/Bが1〜3の範囲にあるコバルト酸リチウム粒
子をリチウム二次電池用正極活物質として使用した場
合、放電容量及び放電保持率に優れ、高エネルギー密度
と高い安全性を示すことを見い出し、本発明を完成する
に至った。
均粒子径が1〜30μmのコバルト酸リチウム粒子であ
って、当該粒子のBET比表面積(A)と当該粒子の理
論比表面積(B)の比、A/Bが1〜3の範囲であるこ
とを特徴とするリチウム二次電池用コバルト酸リチウム
系正極活物質及びこれを含有する正極を用いることを特
徴とするリチウム二次電池を提供するものである。
リチウム粒子は、レーザー法による平均粒子径(重量基
準)が1〜30μm、好ましくは2〜25μmの範囲の
ものである。
該粒子のBET比表面積(A)(重量基準)と当該粒子
の理論比表面積(B)(個数基準)の比、(A)/
(B)が1〜3の範囲であることが必要であり、好まし
くは1〜2.7の範囲である。該(A)/(B)値は、
1に近い程、球に近いことを意味し、逆に数値が大きい
程、粒子形状が不規則なもの、表面の形状が凹凸を有す
るごつごつしたもの又は一次粒子の細かい粒子が集合し
て形成した凝集体等となるものである。
3を超える該粒子をリチウム二次電池用正極活物質とし
た場合、充放電による結晶の早期劣化を促進し、容量保
持率の劣化を招く。また、過充電や電池内部異常反応に
よる異常発熱の際の安定性の低下につながり好ましくな
い。
分布測定法による球相当面積平均粒子径(個数基準)か
ら求められ、具体的には、次式(1); (B)(m2 /g)=6/ρ・MA (1) で求められる。式中、MAは面積平均粒子径(μm)を
示し、ρはコバルト酸リチウムの比重を示す。またMA
は、次式(2); MA=Σ(ni ai di )/Σ(ni ai ) (2) で求められる。これは、一つの粉体の集団において、粒
子径の小さい順からd1 、d2 、…di 、…dk の粒子
径を持つ粒子が、それぞれn1 、n2 、…ni 、…nk
個あり、また粒子1個あたりの表面積をそれぞれa1 、
a2 、…ai 、…ak とした場合、MAは MA=(n1 a1 d1 + n1 a2 d2 + …… +ni ai
di + ……+ nk ak dk )/(n1 a1 + n2 a2 +
…… +ni ai+ …… +nk ak )で求められることに
よる。
チウム粒子は粒子表面が滑らかで実質的に角のないもの
が好ましい。実質的に角のないものとは、やや角ばって
いてもよい程度も含まれるものである。かかる粒子形状
や表面は電子顕微鏡写真(SEM写真)で確認すること
ができる。
性が良好であることが好ましい。分散性が良好とは、コ
バルト酸リチウムを主成分として含有する正極材を有機
溶媒に分散させて混練ペーストとした際、コバルト酸リ
チウム粉体が実質的に凝集せず、各粒子が独立した単分
散されていることを言う。かかる分散状態はSEM写真
で確認することができる。本発明においては、特に粒子
表面が滑らかで、角がとれた比較的丸い不定形の単一粒
子として分散されていることが好ましい。
る方法は、例えば炭酸リチウムと酸化コバルトを、Li
/Coの原子比として1付近、好ましくは0.99〜
1.10になる範囲の配合割合で混合する。次いで、該
混合物を600℃〜1100℃、好ましくは700〜1
000℃の温度により焼成処理をする。焼成時間は、上
記温度域に少なくとも2時間、好ましくは5〜15時間
の範囲に設定するのがよい。焼成処理後、焼成物を冷却
し、かるく解す程度に粉砕し、上記特定の平均粒子径及
び(A)/(B)値を有する粒子を選別することによ
り、本発明のコバルト酸リチウムを得ることができる。
極活物質としてのコバルト酸リチウムは、その優れた電
子特性から、これを主成分として含有する正極板を製作
した場合、優れた特性を有するリチウム二次電池を得る
ことができる。
しては、特に制限されないが、例えば、当該コバルト酸
リチウムを主成分として、黒鉛粉末、ポリフッ化ビリニ
デンなどを混合加工して正極材(リチウム二次用電池正
極活物質)とし、これを2−メチルピロリドン等の有機
溶媒に分散させて混練ペーストを調製する。該混練ペー
ストをアルミ箔などの導電性基板に塗布した後、乾燥
し、加圧して適宜の形状に切断して正極板を得る。この
正極板を用いて、リチウム二次電池を構成する各部材を
積層してリチウム二次電池を作製すればよい。
に説明するが、これは単に例示であって、本発明を制限
するものではない。 実施例1〜9、比較例1及び2 炭酸リチウム粉末と酸化コバルトをLi/Co原子比が
1〜1.05となるように秤量し、乳針で十分混合して
均一な混合物を調製した。次いで、該混合物をアルミナ
坩堝に充填し電気加熱炉に入れて大気雰囲気下に昇温
し、700〜1000℃でこの温度に10時間保持して
焼成処理した。得られた焼成物を大気中で冷却した後、
粉砕し、レーザー法による平均粒子径が1〜30μm及
び(A)/(B)値が1〜3の範囲の粒子を選別してリ
チウム二次電池用コバルト酸リチウム系正極活物質を製
造した(実施例1〜9)。また、特定粒子の選別をする
ことなく得られたコバルト酸リチウムの粒子を比較例1
とし、(A)/(B)値が3.0を超え、その近傍に選
別した粒子を比較例2とした。得られたコバルト酸リチ
ウム粉末は MICROTRAC粒度分析計(型式:9320-X100、日
機装社製)によるレーザー法測定を行い、個数基準面積
平均粒子径により計算された理論比表面積値(B)を得
た。なお、コバルト酸リチウムの真比重は5として計算
した。次に、BET法による比表面積値(A)をそれぞ
れ測定し、その比(A)/(B)値を求めた。その結果
を表1に示した。また、実施例1〜9及び比較例1及び
2のそれぞれの表面形状をSEM写真で観察した。この
結果を表1に併載した。なお、実施例1及び比較例1で
得られたコバルト酸リチウムのSEM写真をそれぞれ図
1及び図2に示した。
造した各コバルト酸リチウム85重量部、黒鉛粉末10
重量部及びポリフッ化ビニリデン5重量部を混合して正
極材とし、これを2−メチルピロリドンに分散させて混
練ペーストを調製した。該混練ペーストをアルミ箔に塗
布したのち乾燥し、2t/cm2 の圧力によりプレスして
2cm角に打ち抜いて正極板を得た。この正極板を用い、
セパレーター、負極、正極、集電板、外部端子及び電解
液等の各部材を積層してリチウム二次電池を作製した。
電池を作動させ、初期放電容量及び容量保持率を測定し
て電池性能を評価した。その結果を表1に示した。 (初期放電容量の測定)初期放電容量は正極に対して
1.0mA/cm2 で4.2Vまで充電した後、27Vまで
放電させる充放電を繰り返すことにより測定した。
を反復した結果から、次式により算出した。
電容量)×100/(1サイクル目の放電容量)
リチウム系正極活物質をリチウム二次電池の正極材とす
ると、優れた放電容量及び放電保持率を示す。このため
信頼性の極めて高いリチウム二次電池とすることができ
る。
構造を示すSEM写真である。
EM写真である。
Claims (3)
- 【請求項1】 レーザー法による平均粒子径が1〜30
μmのコバルト酸リチウム粒子であって、当該粒子のB
ET比表面積(A)と当該粒子の理論比表面積(B)の
比、(A)/(B)が1〜3の範囲であることを特徴と
するリチウム二次電池用コバルト酸リチウム系正極活物
質。 - 【請求項2】 前記粒子が、粒子表面が滑らかで実質的
に角のないものである請求項1記載のリチウム二次電池
用コバルト酸リチウム系正極活物質。 - 【請求項3】 請求項1又は2記載のコバルト酸リチウ
ム系正極活物質を含有する正極を用いることを特徴とす
るリチウム二次電池。
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1996
- 1996-10-22 JP JP29806096A patent/JP3567055B2/ja not_active Expired - Fee Related
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