JPWO2015008582A1 - 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池 - Google Patents

非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池 Download PDF

Info

Publication number
JPWO2015008582A1
JPWO2015008582A1 JP2015503380A JP2015503380A JPWO2015008582A1 JP WO2015008582 A1 JPWO2015008582 A1 JP WO2015008582A1 JP 2015503380 A JP2015503380 A JP 2015503380A JP 2015503380 A JP2015503380 A JP 2015503380A JP WO2015008582 A1 JPWO2015008582 A1 JP WO2015008582A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
positive electrode
active material
electrode active
lithium
electrolyte secondary
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2015503380A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5843046B2 (ja
Inventor
朋子 中山
朋子 中山
高木 正徳
正徳 高木
建作 森
建作 森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Original Assignee
Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sumitomo Metal Mining Co Ltd filed Critical Sumitomo Metal Mining Co Ltd
Priority to JP2015503380A priority Critical patent/JP5843046B2/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5843046B2 publication Critical patent/JP5843046B2/ja
Publication of JPWO2015008582A1 publication Critical patent/JPWO2015008582A1/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/40Nickelates
    • C01G53/42Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01GCOMPOUNDS CONTAINING METALS NOT COVERED BY SUBCLASSES C01D OR C01F
    • C01G53/00Compounds of nickel
    • C01G53/40Nickelates
    • C01G53/42Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2
    • C01G53/44Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese
    • C01G53/50Nickelates containing alkali metals, e.g. LiNiO2 containing manganese of the type [MnO2]n-, e.g. Li(NixMn1-x)O2, Li(MyNixMn1-x-y)O2
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C01INORGANIC CHEMISTRY
    • C01PINDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40Electric properties
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028Positive electrodes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • 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
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)

Abstract

高容量かつ高出力を両立させることができる非水系電解質二次電池用の正極活物質を提供することを目的とする。一般式:LibNi1—x—yCoxMyO2(式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、bは0.95≦b≦1.03、xは0<x≦0.15、yは0<y≦0.07、x+y≦0.16)で表されるリチウムニッケル複合酸化物からなり、該リチウムニッケル複合酸化物は、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸の長さが14.185オングストローム以上であることを特徴とする。

Description

本発明は、非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池に関する。
近年、携帯電話、ノートパソコン等の小型電子機器の急速な拡大とともに、充放電可能な電源として、非水系電解質二次電池の需要が急激に伸びている。非水系電解質二次電池の正極活物質としては、コバルト酸リチウム(LiCoO)で代表されるリチウムコバルト複合酸化物とともに、ニッケル酸リチウム(LiNiO)で代表されるリチウムニッケル複合酸化物、マンガン酸リチウム(LiMnO)で代表されるリチウムマンガン複合酸化物等が広く用いられている。
ところで、コバルト酸リチウムは、埋蔵量が少ないため高価であり、かつ供給不安定で価格の変動も大きいコバルトを主成分として含有しているという問題点があった。このため、比較的安価なニッケルまたはマンガンを主成分として含有するリチウムニッケル複合酸化物またはリチウムマンガン複合酸化物がコストの観点から注目されている。しかしながら、マンガン酸リチウムについては、熱安定性ではコバルト酸リチウムに比べて優れているものの、充放電容量が他の材料に比べ非常に小さく、かつ寿命を示す充放電サイクル特性も非常に短いことから、電池としての実用上の課題が多い。一方、ニッケル酸リチウムは、コバルト酸リチウムよりも大きな充放電容量を示すことから、安価で高エネルギー密度の電池を製造することができる正極活物質として期待されている。
かかるニッケル酸リチウムは、通常、リチウム化合物と水酸化ニッケルまたはオキシ水酸化ニッケルなどのニッケル化合物とを混合し焼成して製造されており、その形状は、一次粒子が単分散した粉末または一次粒子の集合体である空隙を持った二次粒子の粉末となるが、いずれも充電状態での熱安定性がコバルト酸リチウムに劣るという欠点があった。すなわち、純粋なニッケル酸リチウムでは、熱安定性や充放電サイクル特性等に問題があり、実用電池として使用することができなかった。これは、充電状態における結晶構造の安定性がコバルト酸リチウムに比べて低いためである。
このため、充電でリチウムが抜けた状態での結晶構造の安定化を図り、正極活物質として熱安定性および充放電サイクル特性が良好なリチウムニッケル複合酸化物を得るために、リチウムニッケル複合酸化物におけるニッケルの一部を他の物質と置換することが一般的に行われている。例えば、ニッケルの一部を、コバルト、マンガン、鉄等の遷移金属元素や、アルミニウム、バナジウム、スズ等の異種元素などで置換すること行われている(例えば、特許文献1参照)。
また、リチウムニッケル複合酸化物の熱的安定性を改善させる方法として、焼成後のニッケル酸リチウムを水洗する技術が開発されている(例えば、特許文献2、3)。焼成後のニッケル酸リチウムを水洗すれば、非水系電解質二次電池に採用した場合に、高容量で熱安定性や高温環境下での保存特性に優れた正極活物質が得られるとされている。
特開平5−242891号公報 特開2003−17054号公報 特開2007−273108号公報
しかしながら、リチウムニッケル複合酸化物におけるニッケルの一部を他の物質と置換する場合、多量の元素置換(言い換えればニッケル比率を低くした状態)を行った場合、熱安定性は高くなるものの、電池容量の低下が生じる。
一方、電池容量の低下を防ぐために、少量の元素置換(言い換えればニッケル比率を高くした状態)を行った場合には、熱安定性が十分に改善されない。
しかも、ニッケル比率が高くなれば、焼成時にカチオンミキシングを生じやすく合成が困難であるという問題点もある。
したがって、ニッケルの一部を他の物質と置換したリチウムニッケル複合酸化物は種々開発されているものの、非水系電解質二次電池における高容量化や高出力化の要求に十分に対応しているとはいえない。
同様に、焼成後のニッケル酸リチウムを水洗する方法を採用しても、非水系電解質二次電池における高容量化や高出力化の要求に十分に対応したものは得られていない。
以上のごとく、現状では、非水系電解質二次電池に採用した場合に、高容量化や高出力化の要求に十分に対応できるリチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質が得られておらず、かかる要求を満たすリチウムニッケル複合酸化物が求められている。
上記の点に鑑み、本発明は、高容量かつ高出力を両立させることができる非水系電解質二次電池用の正極活物質を提供することを目的とする。
また、本発明は、工業的規模においても上記正極活物質を容易に製造できる正極活物質の製造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、高容量、高出力で安全性の高い上記正極活物質を採用した非水系電解質二次電池を提供することを目的とする。
(非水系電解質二次電池用正極活物質)
第1発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、一般式:LiNi1―x―yCo(式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、bは0.95≦b≦1.03、xは0<x≦0.15、yは0<y≦0.07、x+y≦0.16)で表されるリチウムニッケル複合酸化物からなり、該リチウムニッケル複合酸化物は、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸の長さが14.185オングストローム以上であることを特徴とする。
第2発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第1発明において、前記リチウムニッケル複合酸化物が、走査型電子顕微鏡による断面観察によって測定される空隙率が0.5〜4%であることを特徴とする。
第3発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第1または第2発明において、X線回折のリートベルト解析から得られる3aサイトにおけるリチウムの占有率が97〜99%、3bサイトにおけるリチウム以外の金属の占有率が98.5〜99.5%であることを特徴とする。
第4発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第1、第2または第3発明において、BET法による比表面積が0.8〜1.5m/gであることを特徴とする。
第5発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第1〜第4発明のいずれかにおいて、
平均粒径が8〜20μmであることを特徴とする。
(非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法)
第6発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、下記(A)、(B)の工程を含むことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
(A)コバルトおよびAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素と、硫酸根を0.1〜0.4質量%を含有するニッケル複合水酸化物、ニッケルオキシ複合水酸化物、またはニッケル複合酸化物ニッケルとリチウム化合物とを混合した後、酸化性雰囲気下において700〜780℃の温度範囲で焼成して、次の一般式(2):で表されるリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を調製する。
一般式:LiaNi1−x―yCo ・・・・・・(2)
(式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは、0.98≦a≦1.11, xは、0<x≦0.15、yは、0<y≦0.07、x+y≦0.16である。)
(B)前記リチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末の量が水1Lに対して700g〜2000gとなるようにスラリーを形成して、該スラリーの温度を10〜40℃の温度に維持した状態でリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を水洗処理した後、濾過、乾燥してリチウムニッケル複合酸化物粉末を調整する。
第7発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6発明において、前記ニッケル複合酸化物が、ニッケル複合水酸化物および/またはニッケルオキシ複合水酸化物を500〜750℃の温度で酸化焙焼して得られるものであることを特徴とする。
第8発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6発明において、前記ニッケル複合水酸化物は、加温した反応槽内の反応溶液に、硫酸ニッケルを含み、かつコバルトおよびAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含む金属化合物の水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液と、を滴下して調製されたものであり、前記ニッケル複合水酸化物を調整している間において、前記反応溶液がアルカリ性に維持されるように、該反応溶液に対してアルカリ金属水酸化物の水溶液を滴下することを特徴とする。
第9発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第8発明において、前記ニッケル複合水酸化物を、液温25℃基準でpHを11〜13に調整したアルカリ水溶液を用いて洗浄することを特徴とする.
第10発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6発明において、前記ニッケルオキシ水酸化物は、前記ニッケル複合水酸化物に対し酸化剤を添加して調製されることを特徴とする。
第11発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6〜第10発明のいずれかにおいて、前記リチウム化合物は、リチウムの水酸化物、オキシ水酸化物、酸化物、炭酸塩、硝酸塩及びハロゲン化物からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする。
第12発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6〜第11発明のいずれかにおいて、前記(A)の工程において、前記ニッケル複合酸化物中の全金属元素の合計量に対する前記リチウム化合物中のリチウム量がモル比で0.98〜1.11になるように、前記ニッケル化合物と前記リチウム化合物との混合比を調整することを特徴とする。
第13発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6〜第12発明のいずれかにおいて、前記(B)の工程において、水洗処理時の水洗温度を10〜40℃に調整することを特徴とする。
第14発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6〜第13発明のいずれかにおいて、前記(B)の工程において、炭素を含む化合物成分を含有しないガス雰囲気下または真空雰囲気下で水洗処理後の焼成粉末を乾燥することを特徴とする。
(非水系電解質二次電池用正極活物質)
第15発明の非水系電解質二次電池は、第1〜第5発明のいずれかの非水系電解質二次電池用正極活物質を用いてなることを特徴とする。
(非水系電解質二次電池用正極活物質)
第1発明によれば、非水系電解質二次電池の正極活物質として使用した場合に、高容量、高出力で安全性の高いものとすることができる。
第2発明によれば、二次粒子内部の一次粒子表面まで電解液を十分に浸透せることができ、電池容量や出力特性をさらに高いものとすることができる。
第3発明によれば、リチウムニッケル複合酸化物がカチオンミキシングを起こさず、結晶性が高い状態となり、高い充放電容量や出力特性が得られる。
第4発明によれば、高い電池容量や出力特性を維持しながら、電池の安全性をさらに高くすることができる。
第5発明によれば、高い電池容量や出力特性を維持しながら、電池の正極における充填性を高くすることができる。
(非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法)
第6発明によれば、高いニッケル比率を有していても、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸の長さが14.185オングストローム以上であり、空隙率が0.5〜4%のリチウムニッケル複合酸化物を製造できる。すると、リチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として使用した場合には、熱安定性等を維持でき、しかも、リチウムイオンの脱挿入が容易になることによる高容量化や高出力化を実現することができる。
第7発明によれば、リチウムニッケル複合酸化物を製造した際に、リチウムニッケル複合酸化物中のLiとLi以外の金属との組成比を安定させることが可能となる。したがって、リチウムニッケル複合酸化物を正極活物質を高容量化及び高出力化が可能となる。
第8発明によれば、高嵩密度の粉末となるので、水洗処理後において、比表面積が小さいリチウムニッケル複合酸化物を製造しやすくなる。
第9発明によれば、ニッケル複合水酸化物に含まれる硫酸根の含有量を容易に調整することが可能となり、リチウムニッケル複合酸化物の結晶性や空隙率を容易に制御できる。
第10発明によれば、高嵩密度の粉末となるので、水洗処理後において、比表面積の小さいリチウムニッケル複合酸化物を製造しやすくなる。
第11発明によれば、焼成後に不純物が残留しないので、正極に使用したときに、正極の抵抗値を低く抑えることができる。
第12発明によれば、焼成粉末の結晶性を向上させ、かつ粒子表面の余剰のリチウム化合物を抑制することができるので、高容量で高出力の電池を得ることができる。
第13発明によれば、水洗時のリチウム溶出を抑制することができるので、高容量および高出力と高い安全性も両立させることができる。
第14発明によれば、リチウムニッケル複合酸化物の水分率を十分に下げることができるため、非水系電解質二次電池の正極活物質として使用した場合に、水分起因のガス発生を抑制できる。
(非水系電解質二次電池)
第15発明によれば、第1〜第4発明のいずれかの正極活物質を使用しているので、高容量かつ高安全性を保持しつつ、サイクル特性を向上させることができる。
電池評価に使用したコイン型電池1の概略断面図である。 インピーダンス評価の測定例と解析に使用した等価回路の概略説明図である。
本発明の非水系電解質二次電池用の正極活物質は、二次電池の正極活物質として使用した場合に、二次電池を高容量、高出力で安全性の高いものとすることができるものである。
具体的には、本発明の非水系電解質二次電池用の正極活物質は、高いニッケル比率を有していても、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸の長さを調整することによって、正極活物質として使用した場合の熱安定性等を維持でき、さらにリチウムニッケル複合酸化物粒子の空隙率を制御してリチウムイオンの脱挿入の容易性を高めることで高容量化や高出力化を実現することができるようにしたものである。
例えば、本発明の非水系電解質二次電池用の正極活物質を、C2032型コイン電池の正極活物質として用いた場合、205mAh/g以上の高容量が得られるとともに高出力が得られる非水系電解質二次電池とすることができる。つまり、本発明の正極活物質は、非水系電解質二次電池用の正極活物質として優れたものである。
以下、本発明の非水系電解質二次電池用の正極活物質について、詳細に説明する。
(非水系電解質二次電池用の正極活物質)
本発明の非水系電解質二次電池用の正極活物質(以下、単に本発明の正極活物質という)は、次の一般式(1)で表されるリチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質であって、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸の長さが14.185オングストローム以上であり、走査型電子顕微鏡による断面観察によって測定される空隙率が0.5〜4%であることを特徴とするものである。
一般式:LiNi1―x―yCo ・・・・・・(1)
(式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、bは、0.95≦b≦1.03、xは、0<x≦0.15、yは、0<y≦0.07、x+y≦0.16である。)
(Ni含有量)
本発明の正極活物質は、六方晶系のリチウムニッケル複合酸化物であって、上記一般式においてニッケル(Ni)の含有量を示す1−x−yが、0.84以上である。
本発明の正極活物質におけるニッケルの含有量の上限は、とくに限定されない。しかし、ニッケル含有量が多いほど、正極活物質として使用した場合に高容量化が可能となる一方、ニッケルの含有量が多くなり過ぎると、熱安定性が十分得られなくなったり、焼成時にカチオンミキシングが発生しやすくなったりする。
逆に、ニッケルの含有量が少なくなると、容量が低下し、0.84よりも少なくなると、正極の充填性を高めても電池容積当たりの容量が十分に得られないなどの問題も生じる。
したがって、本発明の正極活物質において、ニッケルの含有量は、0.84以上0.98以下とすることが好ましく、0.845以上0.950以下がより好ましく、0.85以上0.95以下がさらに好ましい。
(Co含有量)
本発明の正極活物質は、コバルト(Co)を含有している。コバルトが含まれていることによって、正極活物質のサイクル特性を改善することができる。
本発明の正極活物質において、コバルトの含有量が増えることによって正極活物質のサイクル特性を改善することができる一方、コバルトの含有量が0.15を超えると、正極活物質の高容量化が困難となる。
したがって、本発明の正極活物質のサイクル特性を向上させつつ高容量化を実現する上では、コバルトの含有量(上記一般式ではx)を0<x≦0.15とする。
一方、コバルトの含有量が少なすぎると、コバルトを含有させてもサイクル特性を十分に改善できない可能性があるので、本発明の正極活物質におけるコバルトの含有量xは、0.03≦x≦0.15以上がより好ましく、0.05≦x≦0.12がより好ましい。
(添加元素の含有量)
本発明の正極活物質は、電池特性を改善する効果を得るために、コバルト以外にも、他の元素を含有させてもよい。
例えば、添加元素(上記一般式ではM)として、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の添加元素を添加すれば、熱安定性などの電池特性を改善することが可能となる。
本発明の正極活物質における添加元素を添加量は、添加元素を添加量(上記一般式ではy)が0.07を超えると、正極活物質の高容量化が困難となる。添加元素が添加されない場合、電池特性の改善する効果を得ることができないので、電池特性の改善効果を十分に得るためには、添加元素の添加量を0.01以上とすることが好ましい。
したがって、本発明の正極活物質の電池特性の改善しつつ高容量化を実現する上では、0<y≦0.07であり、0.01≦y≦0.05がより好ましい。
(Li含有量)
本発明の正極活物質におけるリチウム(Li)の含有量(上記一般式ではb)は、0.95以上、1.03以下である。
リチウムの含有量が0.95未満になると、層状化合物におけるリチウム層にNiなどの金属元素が混入してLiの挿抜性が低下するため、電池容量が低下するとともに出力特性が悪化する。一方、リチウムの含有量が1.03を超えても層状化合物におけるメタル層にLiが混入するため、電池容量が低下する。
したがって、本発明の正極活物質におけるリチウムの含有量は、電池容量および出力特性を維持する上では、0.95≦b≦1.03であり、0.95≦b≦1.01がより好ましい。
(c軸の長さ)
ここで、上述したように、本発明の正極活物質では、ニッケルの含有量は、0.84以上、好ましくは0.98以下であり、非常に高いニッケルの含有量を有している。上述したように、ニッケルの含有量が高くなると、熱安定性の低下等の問題が生じるため、通常、ニッケルの含有量が0.84よりも低く(一般的には0.80程度)なるように調整される。
しかし、本発明の正極活物質では、結晶をX線回折のリートベルト解析を行うことによって得られるc軸の長さを適切な長さとすることによって、上述したような高いニッケルの含有量を可能としている。
つまり、本発明の正極活物質では、その結晶をX線回折のリートベルト解析を行うことによって得られるc軸の長さ(以下、単にc軸の長さという)を、14.185オングストローム以上とすることによって、高いニッケルの含有量を可能としている。
また、本発明の正極活物質のような六方晶系のリチウムニッケル複合酸化物の場合、c軸長さは、結晶からのLiの挿抜性に影響を与える。一般的には、c軸長さが長くなることによりリチウム層の層間距離が増加するので結晶からのLiの挿抜性が向上し、かかるリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として使用すると、高容量、かつ高出力の正極活物質となる。
一方、c軸長さが短くなると、結晶からのLiの挿抜性が低下するので、正極活物質として使用した場合、リチウムニッケル複合酸化物は容量が低下し、出力も低くなる。また、カチオンミキシングによる結晶性の低下が生じるので、サイクル特性や熱安定性も劣化する。例えば、c軸の長さが、14.185オングストローム未満の場合には、結晶からのLiの挿抜性が低下するので、電池容量や出力特性の低下が生じる。
本発明の正極活物質は、上述したように、c軸の長さが、14.185オングストローム以上となっているので、結晶からのLiの挿抜性が向上しており、高容量、かつ高出力の正極活物質となるのである。
つまり、本発明の正極活物質は、c軸の長さが、14.185オングストローム以上となっているので、ニッケル含有量の増加に伴う高容量化とともに、c軸の長さを長くすることによる高容量化および高出力化を実現することができたのである。
なお、c軸の長さの上限は特に限定されないが、14.205オングストローム以下であることが好ましい。つまり、本発明の正極活物質では、c軸の長さが14.185オングストローム以上、14.205オングストローム以下であることが好ましく、14.185オングストローム以上、14.203オングストローム以下であることがより好ましく、c軸の長さが14.185オングストローム以上14.200オングストローム以下とすれば、さらに高い結晶性により高容量化と熱安定性が向上する点でより好ましい。c軸の長さが長くなり過ぎると、結晶性が低下して十分な電池特性が得られないことがある。
(空隙率)
本発明の正極活物質は、リチウムニッケル複合酸化物の一次粒子が凝集して構成された二次粒子からなっており、該二次粒子の走査型電子顕微鏡による断面観察によって測定される空隙率が0.5〜4%であることが好ましい。凝集粒子構造を採ることにより、電解液との接触によるLiの挿抜は一次粒子の表面で生じることから、一次粒子が凝集して構成された二次粒子の外面のみでなく、二次粒子の表面近傍および内部の空隙、さらには不完全な粒界でも生じることとなる。正極活物質には僅かに微細な一次粒子が単独粒子として含まれることがあるが、大部分が二次粒子からなっており、二次粒子が前記凝集粒子構造となっているのみでは電解液との接触は不十分である。このため、二次粒子の前記空隙率を制御することで、二次粒子内部の一次粒子表面まで電解液を十分に浸透せることができ、電池容量や出力特性をさらに高いものとすることができる。
空隙率が0.5%未満では、電解液との接触が十分なものとなるほどに二次粒子内部に電解液を浸透させることができないことがある。一方、空隙率が4%を超えると、電解液との接触が多くなり過ぎて熱安定性が低下することがある。
ここで、空隙率は、前記二次粒子の任意断面を、走査型電子顕微鏡を用いて観察し、画像解析することによって測定できる。
例えば、複数の二次粒子を樹脂などに埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工などにより粒子の断面観察が可能な状態とした後、画像解析ソフト:WinRoof 6.1.1等により、任意の20個以上の二次粒子に対して、二次粒子中の空隙部を黒とし、二次粒子輪郭内の緻密部を白として全粒子の合計面積を測定し、[黒部分/(黒部分+白部分)]の面積比を計算することで空隙率を求めることができる。
(サイト占有率)
本発明の正極活物質は、X線回折のリートベルト解析から得られる3aサイトにおけるリチウム(Li)の占有率が97〜99%、3bサイトにおけるリチウム以外の金属の占有率が98.5〜99.5%であることが好ましい。
3aサイト及び3bサイトの占有率を上記範囲とすることで、リチウムニッケル複合酸化物がカチオンミキシングを起こさず、結晶性が高い状態となり、高い充放電容量や出力特性が得られる。一方、占有率が上記範囲を超えると、結晶性が低下し、本来Liが占有すべき3aサイトにLi以外の金属が多く混入した状態となり、前記金属によるLi移動の妨害、あるいは3bサイトに混入したLiの不活性化の影響が顕著となり、電池特性が低下することがある。
(比表面積)
本発明の正極活物質は、BET法による比表面積が0.8〜1.5m/gであることが好ましい。これにより、電解液との接触を十分なものとし、高い充放電容量や出力特性が得られる。一方、比表面積が0.8m/g未満になると、電解液との接触が十分なものではなくなり、電池特性が低下することがある。また、比表面積が1.5m/gを超えると、熱安定性が低下することがある。
(平均粒径)
本発明の正極活物質は、その平均粒径が8〜20μmであることが好ましい。
平均粒径が8μm未満になると、電池の正極活物質として用いた際の正極における充填性が低下して、体積当たりの電池容量が低下することがある。
一方、平均粒径が20μmを超えると、正極活物質と電池の電解液との接触面積が減少して、電池容量や出力特性の低下が生じることがある。
したがって、本発明の正極活物質は、電池容量や出力特性を維持しつつ正極における充填性を高くする上では、その平均粒径は8〜20μmが好ましく、8〜17μmがより好ましい。
(非水系電解質二次電池用の正極活物質の製造方法)
つぎに、上述した本発明の非水系電解質二次電池用の正極活物質の製造方法(以下、本発明の製造方法という)を説明する。
本発明の正極活物質の製造方法は、下記(A)焼成工程および(B)水洗工程の工程を含むことを特徴とする。
(A)焼成工程
まず、焼成工程では、ニッケル複合水酸化物、ニッケルオキシ複合水酸化物、またはニッケル複合酸化物ニッケル(以下、単にニッケル化合物という)とリチウム化合物とを混合した混合物を、酸素雰囲気下などの酸化性雰囲気下において、700〜780℃の温度範囲で焼成して、次の一般式(2)で表されるリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を調製する。
一般式:LiaNi1−x―yCo ・・・・・・(2)
(式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは、0.98≦a≦1.11, xは、0<x≦0.15、yは、0<y≦0.07、x+y≦0.16である。)
(B)水洗工程
水洗工程では、(A)焼成工程で焼成されたリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を水洗処理する。具体的には、水1Lに対して焼成粉末が700g〜2000gとなるようにスラリーを形成して、10〜40℃の温度で水洗処理した後、濾過、乾燥してリチウムニッケル複合酸化物粉末(水洗粉末)を調製する。
かかる本発明の製造方法によれば、上述した本発明の非水系電解質二次電池用の正極活物質を製造することができる。つまり、高いニッケル比率を有していても、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸の長さが14.185オングストローム以上のリチウムニッケル複合酸化物を製造できる。すると、製造されたリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として使用した場合には、熱安定性等を維持でき、しかも、リチウムイオンの脱挿入が容易になることによる高容量化や高出力化を実現することができる。
以下、(A)焼成工程および(B)水洗工程について、詳細に説明する。
(A)焼成工程
(A)焼成工程は、ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合した混合物を焼成して、上記一般式(2)で表されるリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を調製する工程である。
(ニッケル化合物)
(A)焼成工程に使用されるニッケル化合物は、コバルトおよびAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素と、好ましくは硫酸根を0.1〜0.4質量%を含有するニッケル複合水酸化物、ニッケルオキシ複合水酸化物、またはニッケル複合酸化物ニッケルである。
(ニッケル複合水酸化物)
(A)焼成工程に使用されるニッケル複合水酸化物は、上記添加元素を含有するものであれば、とくに限定されない。例えば、晶析法や共沈法、均一沈殿法などの方法で製造されたニッケル複合水酸化物を使用することができる。
晶析法では、種々の条件でニッケル複合水酸化物を製造できるので、ニッケル複合水酸化物を製造する条件がとくに限定されないが、以下の条件で製造されたものが好ましい。
具体的には、40〜60℃に加温した反応槽中に、硫酸ニッケルを含み、かつコバルト及びAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含む金属化合物の水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液と、を滴下して、製造されたニッケル複合水酸化物が好ましい。
とくに、反応溶液をアルカリ性、好ましくはpH10〜14に保持し得るように、アルカリ金属水酸化物の水溶液を所望に応じて滴下して調製されたニッケル複合水酸化物が好ましい。添加元素となる元素は、ニッケルとともに共沈殿させてもよいが、晶析によってニッケル水酸化物を得た後、添加元素となる元素含む金属化合物で被覆するか、あるいは、その金属化合物を含む水溶液を含浸することによってニッケル複合水酸化物を得ることもできる。
上述した晶析法により製造されたニッケル水酸化物は高嵩密度の粉末となる。すると、水洗処理後において、比表面積が小さいリチウムニッケル複合酸化物を製造しやすくなるので、非水系電解質二次電池用の正極活物質に用いるリチウムニッケル複合酸化物の原料として好適なニッケル複合水酸化物となる。
もし、反応溶液の温度が60℃を超えるか、またはpHが14を超えた状態でニッケル水酸化物を晶析すれば、液中で核生成の優先度が高まり結晶成長が進まずに微細な粉末しか得られない。一方、温度が40℃未満、またはpHが10未満の状態でニッケル水酸化物を晶析すれば、液中で核の発生が少なく、粒子の結晶成長が優先的となる。すると、製造されたニッケル水酸化物は、電極作製時に凹凸が発生するほどの非常に大きい粒子を有するものを含んでいたり、または、反応液中の金属イオンの残存量が高く反応効率が非常に悪いものを含んでいたり、する状態となってしまうと可能性がある。
したがって、(A)焼成工程に使用されるニッケル化合物として使用するニッケル複合水酸化物を晶析法によって製造する場合には、反応溶液が40〜60℃に維持され、かつ、反応溶液をアルカリ性、好ましくはpH10〜14に維持された状態で、ニッケル複合水酸化物を製造することが好ましい。
(ニッケルオキシ水酸化物)
(A)焼成工程では、ニッケル化合物として、ニッケルオキシ水酸化物を使用することも可能である。つまり、コバルト及びAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含有しているニッケルオキシ水酸化物も、ニッケル化合物として採用することができる。
ニッケルオキシ水酸化物を製造する方法はとくに限定されないが、上述した上記ニッケル水酸化物に次亜塩素酸ソーダ、過酸化水素水等の酸化剤をさらに添加して調製されたものが好ましい。この方法により製造されたニッケルオキシ水酸化物は高嵩密度の粉末となるので、水洗処理後において、比表面積の小さいリチウムニッケル複合酸化物を製造しやすくなる。したがって、非水系電解質二次電池用の正極活物質に用いるリチウムニッケル複合酸化物の原料として好適である。
(ニッケル複合酸化物)
(A)焼成工程では、ニッケル化合物として、ニッケル複合酸化物を使用することも可能である。つまり、コバルト及びAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含有しているニッケル複合酸化物も、ニッケル化合物として採用することができる。
ニッケル複合酸化物を製造する方法はとくに限定されないが、上記ニッケル複合水酸化物、または、ニッケルオキシ複合水酸化物を、酸化性雰囲気下において、500〜750℃、より好ましくは550〜700℃の温度で酸化焙焼して製造することが好ましい。この方法で製造されたニッケル複合酸化物を使用すると、ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合した混合物を焼成してリチウムニッケル複合酸化物を製造した際に、リチウムニッケル複合酸化物中のLiとLi以外の金属との組成比を安定させることが可能となる。すると、リチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として使用した際に高容量化及び高出力化が可能となるという利点が得られる。
ここで、ニッケル複合水酸化物またはニッケルオキシ複合水酸化物を酸化焙焼する際において、酸化焙焼温度が500℃未満の場合、ニッケル複合水酸化物等の酸化物への転換が不完全となることがある。すると、酸化物への転換が不完全なニッケル複合酸化物を使用して得られるリチウムニッケル複合酸化物は、その品位の安定が難しく、合成時に組成の不均一化が起こりやすい。また、酸化焙焼後のニッケル複合酸化物中にニッケル複合水酸化物等が残留していると、焼成時に水蒸気が発生して、リチウム化合物とニッケル複合酸化物の反応が阻害され、結晶性が低下するという問題が生じることがある。
一方、酸化焙焼温度が750℃を超えると、得られるニッケル複合酸化物の結晶性が高くなり、後工程の焼成におけるリチウム化合物とニッケル複合酸化物の反応性が低下するため、最終的に得られるリチウムニッケル複合酸化物の結晶性が低下して、c軸の長さが14.185オングストローム以上とならないことがある。また、ニッケル複合酸化物粒子を構成する一次粒子が急激に粒成長を起こし、粗大なニッケル複合酸化物粒子が形成されてしまい、リチウム化合物を混合して焼成して得られるリチウムニッケル複合酸化物の平均粒径が大きくなり過ぎる可能性がある。
したがって、ニッケル複合水酸化物またはニッケルオキシ複合水酸化物を、酸化性雰囲気下において酸化焙焼してニッケル複合酸化物を製造する場合には、好ましくは、500〜750℃、より好ましくは550〜700℃の温度で酸化焙焼する。
また、酸化焙焼温度での保持時間は、1〜10時間とすることが好ましく、2〜6時間とすることがより好ましい。1時間未満では酸化物への転換が不完全となることがあり、10時間を越えるとニッケル複合酸化物の結晶性が高くなり過ぎることがある。
なお、酸化焙焼の雰囲気は、酸化性雰囲気であればよいが、取扱い性やコストを考慮すると、大気雰囲気とすることが好ましい。
ニッケル化合物として用いられるニッケル複合水酸化物は、硫酸根(SO4)の含有量が0.1〜0.4質量%であることが好ましく、0.1〜0.3質量%であることがより好ましい。これにより、後工程の焼成において、リチウムニッケル複合酸化物の結晶性の制御が容易になる。
すなわち、硫酸根の含有量を0.1〜0.4質量%とすることで、c軸の長さを容易に制御することができる。また、焼成時における一次粒子の成長による二次粒子の収縮を適度なものとすることができるので、空隙率も容易に制御できる。
しかしながら、硫酸根の含有量が0.1質量%未満になると、焼成時の結晶化の進行が速くなり過ぎ、14.185オングストローム以上とならないことがある。また、一次粒子が成長して二次粒子の収縮が大きくなり、空隙率が小さくなり過ぎる。一方、硫酸根の含有量が0.4質量%を超えると、一次粒子の成長が抑制されるため、空隙率が大きくなり過ぎる。また、結晶化が抑制されるため、電池特性が低下する。
また、ニッケル複合水酸化物から得られたニッケルオキシ複合水酸化物及びニッケル複合酸化物は、ニッケル複合水酸化物に含有される硫酸根とほぼ同量の硫酸根を含有する。
したがって、ニッケル複合水酸化物の硫酸根(SO)の含有量を0.1〜0.4質量%とすることで、ニッケル複合水酸化物から得られるニッケルオキシ複合水酸化物、あるいはニッケル複合酸化物を原料として活物質を得た場合も同様の効果が得られる。
上記ニッケル複合水酸化物は、晶析法方法で得られたニッケル複合水酸化物が好ましいが、その際に原料として硫酸ニッケルなどの硫酸塩を用い、晶析後に水洗を数回行うなど十分洗浄することで硫酸根を0.1〜0.4質量%含有量したニッケル複合水酸化物が得られる。
さらに、洗浄は、液温25℃基準でpHを11〜13に調整したアルカリ水溶液を用いて行うことが好ましい。アルカリ水溶液のpHが11未満になると、硫酸根の含有量を0.1〜0.4質量%まで低減できないことがある。アルカリ水溶液のpHが13を超えても硫酸根を低減する効果が向上しないばかりか、アルカリ水溶液中の陽イオンが不純物として残留する虞がある。
アルカリ水溶液としては、水酸化ナトリウムなどのアルカリ金属水酸化物、炭酸ナトリウムなどの炭酸塩の水溶液が好ましく用いられる。例えば、炭酸ナトリウム水溶液では液温25℃基準でpHを11〜12として洗浄することが好ましい。アルカリ水溶液での洗浄後は、水洗することが好ましい。
上述のように硫酸根は焼成時の結晶化に影響を及ぼすものであることから、焼成時に用いるニッケル化合物の硫酸根の含有量が上記範囲となっていればよい。したがって、ニッケルオキシ複合水酸化物あるいはニッケル複合酸化物を洗浄、好ましくはアルカリ水溶液による洗浄を行って、硫酸根の含有量を調整してもよい。
(リチウム化合物)
ニッケル化合物と混合されるリチウム化合物は、とくに限定されないが、リチウムの水酸化物、オキシ水酸化物、酸化物、炭酸塩、硝酸塩およびハロゲン化物からなる群から選ばれる少なくとも1種を使用することが好ましい。かかるリチウム化合物を使用した場合には、焼成後に不純物が残留しないという利点が得られる。
(リチウム化合物のモル比)
ニッケル化合物とリチウム化合物の混合比は、とくに限定されないが、焼成後のリチウムニッケル複合酸化物におけるリチウムとリチウム以外の金属元素の組成は、ニッケル化合物とリチウム化合物とを混合して得られた混合物中の組成がほぼ維持される。したがって、ニッケル化合物中のニッケルとその他の金属元素の合計量に対して、リチウム化合物中のリチウム量がモル比で0.98〜1.11になるように調整することが好ましい。
モル比が0.98未満では、得られる焼成粉末の結晶性が非常に悪くなる。しかも、(B)水洗工程後におけるリチウムニッケル複合酸化物において、リチウムとリチウム以外の金属とのモル比が0.95未満となることがあり、充放電サイクル時の電池容量の大きな低下を引き起こす要因となる。
一方モル比が1.11を超えると、焼成が進みやすくなって過焼成となりやすく、得られる焼成粉末のモル比も1.11を超える可能性がある。しかも、得られる焼成粉末の表面に余剰のリチウム化合物が多量に存在し、これを水洗で除去するのが難しくなる。すると、得られた焼成粉末を正極活物質として用いると、電池の充電時にガスが多量に発生されるばかりでなく、高pHを示す粉末であるため電極作製時に使用する有機溶剤などの材料と反応してスラリーがゲル化して不具合を起こす要因ともなる。さらに、水洗後のリチウムニッケル複合酸化物中のモル比が1.03を超える可能性があり、かかるリチウムニッケル複合酸化物を電池の正極活物質として用いた際に、電池容量が低下するとともに正極の内部抵抗が大きくなってしまうことがある。
したがって、ニッケル化合物とリチウム化合物の混合比は、ニッケル化合物中のニッケルとその他の金属元素の合計量に対して、リチウム化合物中のリチウム量がモル比で0.98〜1.11になるように調整することが好ましい。
(焼成)
ニッケル化合物とリチウム化合物を混合した混合物は、酸化性雰囲気下、700〜780℃の温度範囲、好ましくは730〜760℃の温度範囲で焼成される。
500℃を超えるような温度で焼成すれば、リチウムニッケル複合酸化物が生成されるものの、700℃未満ではその結晶が未発達で構造的に不安定となる。すると、かかるリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として使用すると、充放電による相転移などにより容易に正極活物質の結晶構造が破壊されてしまう。
一方、780℃を超えるような温度で焼成すれば、カチオンミキシングが生じやすくなり、リチウムニッケル複合酸化物の結晶内の層状構造が崩れ、リチウムイオンの挿入、脱離が困難となる可能性がある。また、c軸の長さが14.185オングストローム以上とならない。しかも、リチウムニッケル複合酸化物の結晶が分解してしまい、酸化ニッケルなどが生成されてしまう可能性がある。さらに、リチウムニッケル複合酸化物粒子が焼結を起こし、粗大なリチウムニッケル複合酸化物粒子が形成されてしまい、リチウムニッケル複合酸化物の平均粒径が大きくなり過ぎる可能性がある。
したがって、ニッケル化合物とリチウム化合物を混合した混合物は、酸化性雰囲気下、焼成温度が700〜780℃の温度範囲、好ましくは730〜760℃の温度範囲で焼成することが好ましい。また、焼成温度での保持時間は、1〜6時間とすることが好ましく、2〜4時間とすることがより好ましい。保持時間が1時間未満では、結晶化が不十分になる場合があり、6時間を越えると焼成が進みすぎ、カチオンミキシングが生じる場合がある。
とくに、リチウム化合物中の結晶水などを取り除くことができ、しかも、リチウムニッケル複合酸化物の結晶成長が進む温度領域で均一に反応させる上では、400〜600℃の温度で1〜5時間、続いて700〜780℃の温度で3時間以上の2段階で焼成することが特に好ましい。
上記焼成は、酸化性雰囲気であればよいが、18〜100容量%の酸素と不活性ガスの混合ガス雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度90容量%以上の混合ガス雰囲気とすることがより好ましい。
酸素濃度18容量%以上、すなわち、大気雰囲気より酸素含有量が多い雰囲気で焼成すれば、リチウムニッケル複合酸化物の合成が可能である。
とくに、リチウム化合物とニッケル化合物との反応性を上げて、結晶性に優れたリチウムニッケル複合酸化物を得る上では、酸素濃度90容量%以上の混合ガス雰囲気とすることがより好ましく、酸素雰囲気(つまり酸素濃度100%)とすることがさらに好ましい。
なお、ニッケル化合物とリチウム化合物は焼成前に混合されるが、両者を混合する装置や方法は、両者を均一に混合することができるものであればよく、とくに限定されない。例えば、Vブレンダー等の乾式混合機又は混合造粒装置等を使用することができる。
また、ニッケル化合物とリチウム化合物を混合した混合物を焼成する装置や方法はとくに限定されない。例えば、酸素雰囲気、除湿及び除炭酸処理を施した乾燥空気雰囲気等の酸素濃度18容量%以上のガス雰囲気に調整可能な電気炉、キルン、管状炉、プッシャー炉等の焼成炉を使用することができる。
(B)水洗工程
水洗工程では、(A)焼成工程で焼成されたリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を水洗処理する。具体的には、水1Lに対して焼成粉末が700g〜2000gとなるようにスラリーを形成して、水洗処理した後、濾過、乾燥してリチウムニッケル複合酸化物粉末(水洗粉末)を調整する。
(スラリー濃度)
上記水洗では、水とリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末とを混合してスラリーを形成し、このスラリーを撹拌することによってリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末を洗浄する。その際に、スラリー中に含まれる水1Lに対するリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末の量(g)を、700〜2000g、好ましくは700〜1500gとなるように調整する。
すなわち、スラリー濃度が濃くなるほどスラリー中のリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末の量が多くなるが、2000g/Lを超えると、スラリーの粘度が高くなるため攪拌が困難となる。しかも、スラリーの液体中のアルカリ濃度が高くなるので、平衡の関係から、粉末に付着している付着物の溶解速度が遅くなるし、粉末からの付着物の剥離が起きても剥離した付着物を粉末から分離することが難しくなる。
一方、スラリー濃度が700g/L未満では、希薄過ぎるため、個々の粒子表面から液体中に溶出するリチウムの量が多くなる。とくに、ニッケル比率が高くなるほど、リチウムの溶出量が多く、表面のリチウム量は少なくなる。すると、リチウムニッケル複合酸化物の結晶格子中からのリチウムの脱離も起きるようになり、結晶が崩れやすくなる。すると、リチウムニッケル複合酸化物粒子を正極活物質として使用した場合において、電池容量が低下する。
したがって、工業的な観点から生産性を考慮すると、設備の能力や作業性の点で、水洗の際には、スラリー濃度が700〜2000g/L、好ましくは700〜1500gとする。
(水温)
水洗工程では、水洗処理中の水洗温度(つまりスラリーの温度)が、好ましくは10〜40℃となるように調整される。かかる温度とすれば、リチウムニッケル複合酸化物粒子の表面に存在する不純物が除去されるとともにリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面に存在するリチウム量を粒子全体に対して0.10質量%以下とすることができる。すると、リチウムニッケル複合酸化物粒子を正極活物質として使用した場合には、高温保持時のガス発生を抑制することができるので、高容量および高出力と高い安全性も両立させることができる。
これに対して、水洗温度が10℃未満の場合、リチウムニッケル複合酸化物粒子を十分に洗浄できない可能性があり、リチウムニッケル複合酸化物粒子の表面に付着している不純物が除去されずに多く残留する可能性がある。かかる不純物がリチウムニッケル複合酸化物粒子の表面に残留すると、リチウムニッケル複合酸化物粒子の表面の抵抗が上がるため、リチウムニッケル複合酸化物を電池の正極活物質として使用した場合、正極の抵抗値が上昇する。しかも、リチウムニッケル複合酸化物粒子の比表面積が小さくなり過ぎる可能性がある。比表面積が小さくなり過ぎると、電解液との反応性が低下する。すると、リチウムニッケル複合酸化物を電池の正極活物質として使用した場合に、高容量化や高出力化が達成困難となる。さらに、この不純物には、炭酸リチウム及び水酸化リチウムが含まれている可能性があり、この場合、リチウムニッケル複合酸化物粒子の表面に存在するリチウム量が0.10質量%を超え、高温保存時のガス発生が起き易い状態となる。
一方、水洗温度が40℃を超えると、リチウムニッケル複合酸化物粒子からのリチウムの溶出量が多くなり、表面層にLiが抜けた酸化ニッケル(NiO)やLiとHが置換されたオキシ水酸化ニッケル(NiOOH)が生成される可能性がある。酸化ニッケル(NiO)やオキシ水酸化ニッケル(NiOOH)は、いずれも電気抵抗が高いことからリチウムニッケル複合酸化物粒子表面の抵抗が上昇するとともにリチウムニッケル複合酸化物の粒子中のLiが減少して容量が低下する。
したがって、リチウムニッケル複合酸化物粒子を正極活物質として使用した場合において、高容量および高出力と高い安全性も両立させる上では、季節による水温変動を抑制して水洗処理中の水洗温度を好ましくは10〜40℃、より好ましくは10〜30℃となるように調整する。
(水洗時間)
なお、リチウムニッケル複合酸化物焼成粉末を水洗する時間はとくに限定されないが、10〜60分間程度とすることが望ましい。水洗時間が短いと、粒子表面の不純物やリチウム化合物が十分に除去されず、残留することがある。一方、水洗時間が長くしても洗浄効果の改善はなく、生産性が低下する。
(スラリー形成用水)
スラリーを形成するために使用する水は、とくに限定されない。しかし、正極活物質への不純物の付着による電池性能の低下を防ぐ上では、電気伝導率測定で10μS/cm未満の水が好ましく、1μS/cm以下の水がより好ましい。
(乾燥温度)
水洗後のリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末を乾燥する温度や方法はとくに限定されないが、乾燥温度は、80〜500℃が好ましく、120〜250℃がより好ましい。
80℃以上とするのは、水洗後のリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末を素早く乾燥し、リチウムニッケル複合酸化物焼成粒子の表面と内部との間でリチウム濃度の勾配が起こることを防ぐためである。
一方、水洗後のリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末の表面付近では、化学量論比にきわめて近いかもしくは若干リチウムが脱離して充電状態に近い状態になっていることが予想される。すると、500℃を超える温度では、充電状態に近い粉末の結晶構造が崩れる契機になり、電気特性の低下を招く恐れがある。
したがって、水洗後のリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末の物性および特性上の懸念を低減するためには、80〜500℃が望ましく、さらに生産性および熱エネルギーコストも考慮すると120〜250℃がより望ましい。
なお、リチウムニッケル複合酸化物焼成粉末の乾燥方法は、濾過後の粉末を、炭素および硫黄を含む化合物成分を含有しないガス雰囲気下または真空雰囲気下に制御できる乾燥機を用いて所定の温度で行なうことが好ましい。この場合、リチウムニッケル複合酸化物の水分率を十分に下げることができるため、非水系電解質二次電池の正極活物質として使用した場合に、水分起因のガス発生を抑制できるという利点が得られる。
(乾燥後の粉末の水分率)
乾燥後のリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末の水分率はとくに限定されないが、0.2重量%以下が好ましく、0.1重量%以下がより好ましい。粉末の水分率が0.2重量%を超えると、大気中の炭素、硫黄を含むガス成分を吸収して表面にリチウム化合物を生成する契機となるためである。
なお、上記水分率の測定値は、気化温度300℃の条件においてカールフィッシャー水分計で測定した場合の測定値である。
(その他)
なお、上記例では、水洗前のリチウムニッケル複合酸化物焼成粉末を得る方法として、晶析法によりリチウム以外の金属元素を固溶または分散させたニッケル化合物とリチウム化合物を原料としてこれらを混合し焼成した場合を説明した。しかし、リチウムニッケル複合酸化物焼成粉末を得る方法は、とくに限定されない。例えば、所望の金属元素を含有する水溶液を全て混合した液を噴霧熱分解処理する方法、およびボールミルなど機械粉砕により所望の金属元素の化合物を全て粉砕混合した後焼成する方法が挙げられる。しかし、水洗処理後の比表面積の小さく熱安定性が良好なリチウムニッケル複合酸化物を製造する上では、上述した方法で製造されたリチウムニッケル複合酸化物を使用することが好ましい。
(非水系電解質二次電池)
本発明の非水系電解質二次電池は、上述したリチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質、とくに、上述した製造方法により得られたリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として用いて正極を作製し、この正極を使用して作製されたものである。そして、本発明の非水系電解質二次電池は、かかる正極を使用しているので、高容量、高出力で安全性の高いのである。
以下、本発明の非水系電解質二次電池の構造を説明する。
本発明の非水系電解質二次電池(以下、単に本発明の二次電池という)は、正極の材料に本発明の非水系電解質二次電池用正極活物質(以下、単に本発明の正極活物質という)を用いた以外は、一般的な非水系電解質二次電池と実質同等の構造を有している。
具体的には、本発明の二次電池は、ケースと、このケース内に収容された正極、負極、非水系電解液およびセパレータを備えた構造を有している。より具体的にいえば、セパレータを介して正極と負極とを積層させて電極体とし、得られた電極体に非水系電解液を含浸させ、正極の正極集電体と外部に通ずる正極端子との間および、負極の負極集電体と外部に通ずる負極端子との間をそれぞれ集電用リードなどを用いて接続し、ケースに密閉することによって、本発明の二次電池は形成されているのである。
なお、本発明の二次電池の構造は、上記例に限定されないのはいうまでもなく、また、その外形も筒形や積層形など、種々の形状を採用することができる。
(正極)
まず、本発明の二次電池の特徴である正極について説明する。
正極は、シート状の部材であり、本発明の正極活物質を含有する正極合剤を、例えば、アルミニウム箔製の集電体の表面に塗布乾燥して形成することができるが、正極の作製方法はとくに限定されない。例えば、正極活物質粒子と結着剤とを含む正極合剤を、帯状の正極芯材(正極集電体)に担持させることによって正極を作製することも可能である。
なお、正極は、使用する電池にあわせて適宜処理される。例えば、目的とする電池に応じて適当な大きさに形成する裁断処理や、電極密度を高めるためにロールプレスなどによる加圧圧縮処理等が行われる。
(正極合剤)
正極合剤は、粉末状になっている本発明の正極活物質と、導電材および結着剤とを混合して形成された正極剤に、溶剤を添加して混練して形成することができる。
以下、正極活物質以外の正極合剤を構成する材料について説明する。
(結着剤)
前記正極合剤の結着剤としては、熱可塑性樹脂又は熱硬化性樹脂のいずれを用いてもよいが、熱可塑性樹脂が好ましい。前記熱可塑性樹脂としては、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体等が挙げられる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。また、これらは、Naイオンなどによる架橋体であってもよい。
(導電材)
正極合剤の導電材としては、電池内で化学的に安定な電子伝導性材料であればよく、とくに限定されない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛などの黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、アルミニウム等の金属粉末類、酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー類、酸化チタン等の導電性金属酸化物、ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料、フッ化カーボン等を用いることができる。これらは単独で用いてもよく、二種以上を組み合わせて用いてもよい。
なお、正極合剤に導電材を添加する量は、とくに限定されないが、正極合剤に含まれる正極活物質粒子に対して、0.5〜50重量%が好ましく、0.5〜30重量%がより好ましく、0.5〜15重量%がさらに好ましい。
(溶剤)
溶剤は、結着剤を溶解して、正極活物質や導電材等を結着剤中に分散させるものである。この溶剤はとくに限定されないが、例えば、N−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤を使用することができる。
(正極芯材)
正極芯材(正極集電体)としては、電池内で化学的に安定な電子伝導体であればよく、とくに限定されない。例えば、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル、チタン、炭素、導電性樹脂等からなる箔又はシートを用いることができ、この中でアルミニウム箔、アルミニウム合金箔等がより好ましい。ここで、箔又はシートの表面には、カーボン又はチタンの層を付与したり、酸化物層を形成したりすることもできる。また、箔またはシートの表面に凹凸を付与することもでき、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群成形体等を用いることもできる。
正極芯材の厚みも、とくに限定されないが、例えば、1〜500μmが好ましい。
(正極以外の構成要素)
つぎに、本発明の非水系電解質二次電池の構成要素のうち、正極以外の構成要素について説明する。
なお、本発明の非水系電解質二次電池は、上記正極活物質を用いる点に特徴を有するものであり、その他の構成要素は、その用途および要求される性能に応じて適宜選択することができ、後述するものに限定されない。
(負極)
負極としては、リチウムを充放電することができるであればよく、とくに限定されない。例えば、負極活物質と結着剤を含み、任意成分として導電材や増粘剤を含む負極合剤を負極芯材に担持させたものを使用することができる。このような負極は、正極と同様の方法で作製することができる。
負極活物質としては、リチウムを電気化学的に充放電し得る材料であればよい。例えば、黒鉛類、難黒鉛化性炭素材料、リチウム合金等を用いることができる。このリチウム合金はとくに限定されないが、ケイ素、スズ、アルミニウム、亜鉛およびマグネシウムよりなる群から選ばれる少なくとも1種の元素を含む合金が好ましい。
また、負極活物質の平均粒径はとくに限定されず、例えば、1〜30μmが好ましい。
(結着剤)
負極合剤の結着剤としては、熱可塑性樹脂または熱硬化性樹脂のいずれを用いてもよいが、熱可塑性樹脂が好ましい。かかる熱可塑性樹脂はとくに限定されないが、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、スチレンブタジエンゴム、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(FEP)、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体、フッ化ビニリデン−クロロトリフルオロエチレン共重合体、エチレン−テトラフルオロエチレン共重合体(ETFE)、ポリクロロトリフルオロエチレン(PCTFE)、フッ化ビニリデン−ペンタフルオロプロピレン共重合体、プロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−クロロトリフルオロエチレン共重合体(ECTFE)、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン−テトラフルオロエチレン共重合体、フッ化ビニリデン−パーフルオロメチルビニルエーテル−テトラフルオロエチレン共重合体、エチレン−アクリル酸共重合体、エチレン−メタクリル酸共重合体、エチレン−アクリル酸メチル共重合体、エチレン−メタクリル酸メチル共重合体等が挙げられる。これらは単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。また、これらは、Na+イオンなどによる架橋体であってもよい。
(導電材)
負極合剤の導電材としては、電池内で化学的に安定な電子伝導性材料であればよく、とくに限定されない。例えば、天然黒鉛(鱗片状黒鉛等)、人造黒鉛等の黒鉛類、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック等のカーボンブラック類、炭素繊維、金属繊維等の導電性繊維類、銅、ニッケル等の金属粉末類、ポリフェニレン誘導体等の有機導電性材料等を使用することができる。これらは単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
この導電材の添加量は、とくに限定されないが、負極合剤に含まれる負極活物質粒子に対して、1〜30重量%が好ましく、1〜10重量%がより好ましい。
(負極芯材)
負極芯材(負極集電体)としては、電池内で化学的に安定な電子伝導体であればよく、とくに限定されない。例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、チタン、炭素、導電性樹脂等からなる箔またはシートを用いることができ、銅および銅合金が好ましい。箔またはシートの表面には、カーボン、チタン、ニッケル等の層を付与したり、酸化物層を形成したりすることもできる。また、箔またはシートの表面に凹凸を付与することもでき、ネット、パンチングシート、ラス体、多孔質体、発泡体、繊維群成形体等を使用することもできる。
負極芯材の厚みも、とくに限定されないが、例えば、1〜500μmが好ましい。
(非水電解液)
非水電解液としては、リチウム塩を溶解した非水溶媒が好ましい。かかる非水溶媒はとくに限定されないが、エチレンカーボネ−ト(EC)、プロピレンカーボネ−ト(PC)、ブチレンカーボネート(BC)、ビニレンカーボネート(VC)などの環状カーボネート類、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、ジプロピルカーボネート(DPC)などの鎖状カーボネート類、ギ酸メチル、酢酸メチル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの脂肪族カルボン酸エステル類、γ−ブチロラクトン、γ−バレロラクトン等のラクトン類、1,2−ジメトキシエタン(DME)、1,2−ジエトキシエタン(DEE)、エトキシメトキシエタン(EME)等の鎖状エーテル類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等の環状エーテル類、ジメチルスルホキシド、1,3−ジオキソラン、ホルムアミド、アセトアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、プロピルニトリル、ニトロメタン、エチルモノグライム、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、1,3−ジメチル−2−イミダゾリジノン、3−メチル−2−オキサゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エチルエーテル、1,3−プロパンサルトン、アニソール、ジメチルスルホキシド、N−メチル−2−ピロリドン等を挙げることができる。これらは単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。
とくに、環状カーボネートと鎖状カーボネートとの混合溶媒、または環状カーボネートと鎖状カーボネートと脂肪族カルボン酸エステルとの混合溶媒を使用することが好ましい。
(リチウム塩)
非水電解液に溶解するリチウム塩としては、例えば、例えば、LiClO、LiBF、LiPF、LiAlCl、LiSbF、LiSCN、LiCl、LiCFSO、LiCFCO、Li(CFSO、LiAsF、LiN(CFSO、LiB10Cl10、低級脂肪族カルボン酸リチウム、LiCl、LiBr、LiI、クロロボランリチウム、四フェニルホウ酸リチウム、リチウムイミド塩等を挙げることができる。これらは単独で使用してもよいし、二種以上を組み合わせて使用してもよい。なお、少なくともLiPFを用いることが好ましい。
また、非水溶媒中のリチウム塩濃度はとくに限定されないが、0.2〜2mol/Lが好ましく、0.5〜1.5mol/Lがより好ましい。
(他の添加剤)
非水電解液には、電池の充放電特性を改良する目的で、リチウム塩以外にも種々の添加剤を添加してもよい。添加剤はとくに限定されないが、例えば、トリエチルフォスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、n−グライム、ピリジン、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、クラウンエーテル類、第四級アンモニウム塩、エチレングリコールジアルキルエーテル等を挙げることができる。
(セパレータ)
また、正極と負極との間には、微細なセパレータを介在させる。このセパレータはとくに限定されないが、大きなイオン透過度と所定の機械的強度を持ち、かつ絶縁性である微多孔性薄膜が好ましい。とくに、微多孔性薄膜は、一定温度以上で孔を閉塞し、抵抗を上昇させる機能を持つものが好ましい。
微多孔性薄膜の材質もとくに限定されないが、例えば、耐有機溶剤性に優れ、疎水性を有するポリプロピレン、ポリエチレン等のポリオレフィンを使用することができる。また、ガラス繊維等から作製されたシート、不織布、織布等も使用することができる。
セパレータが微多孔性薄膜の場合、セパレータに形成されている孔の孔径はとくに限定されないが、例えば、0.01〜1μmが好ましい。セパレータの空孔率もとくに限定されないが、一般的には30〜80%が好ましい。さらに、セパレータの厚みもとくに限定されないが、一般的には10〜300μmが好ましい。
さらに、セパレータは、正極および負極と別体のものを使用してもよいが、非水電解液およびこれを保持するポリマー材料からなるポリマー電解質を正極または負極と一体化させてセパレータとして使用することもできる。このポリマー材料としては、非水電解液を保持することができるものであればよくとくに限定されないが、フッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンとの共重合体が好ましい。
以下に、本発明の実施例および比較例によって本発明をさらに詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によってなんら限定されるものではない。
なお、実施例および比較例にいて、リチウムニッケル複合酸化物の金属の分析方法およびc軸の長さは、以下の方法を用いた。
(1)金属の分析:ICP発光分析法で行った。
(2)c軸の長さ測定:XRD回析装置(パナリティカル社製:X‘Pert PRO)
(3)粒子構造の確認及び空隙率測定:
正極活物質を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリッシャ加工により粒子の断面観察が可能な状態とし、走査型電子顕微鏡(株式会社日立ハイテクノロジーズ製、S−4700)により倍率5000倍にて観察した。得られ画像を画像解析ソフト:WinRoof 6.1.1により、任意の20個以上の二次粒子に対して、二次粒子中の空隙部を黒とし、二次粒子輪郭内の緻密部を白として全粒子の合計面積を測定し、[黒部分/(黒部分+白部分)]の面積比を計算することで空隙率を求めた。
(4)比表面積:比表面積測定装置(ユアサアイオニクス社製、マルチソープ16)を用いて、窒素吸着によるBET1点法により測定した。
(5)電池特性の評価:
(電池性能評価用二次電池の作製方法)
本発明のリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として採用した非水系電解質二次電池の電池性能の評価には、図1に示す2032型コイン型電池(以下、コイン型電池1という)を使用した。
図1に示すように、コイン型電池1は、ケース2と、このケース2内に収容された電極3とから構成されている。
ケース2は、中空かつ一端が開口された正極缶2aと、この正極缶2aの開口部に配置される負極缶2bとを有しており、負極缶2bを正極缶2aの開口部に配置すると、負極缶2bと正極缶2aとの間に電極3を収容する空間が形成されるように構成されている。
電極3は、正極(評価用電極)3a、セパレータ3cおよび負極(リチウム金属負極)3bとからなり、この順で並ぶように積層されており、正極3aが正極缶2aの内面に接触し、負極3bが負極缶2bの内面に接触するようにケース2に収容されている。
なお、ケース2はガスケット2cを備えており、このガスケット2cによって、正極缶2aと負極缶2bとの間が非接触の状態を維持するように相対的な移動が固定されている。また、ガスケット2cは、正極缶2aと負極缶2bとの隙間を密封してケース2内と外部との間を気密液密に遮断する機能も有している。
上記のごときコイン型電池1は、以下のようにして作製した。
まず、正極活物質粉末90重量部にアセチレンブラック5重量部およびポリ沸化ビニリデン5重量部を混合し、n−メチルピロリドンを加えペースト化した。このペーストを厚さ20μmのアルミニウム箔に塗布した。なお、ペーストは、乾燥後の正極活物質の重量が0.05g/cmなるように塗布した。
その後、ペーストが塗布されたアルミニウム箔について120℃で真空乾燥を行い、その後、直径1cmの円板状に打ち抜いて正極3aとした。
この正極3aと、負極3bと、セパレータ3cおよび電解液とを用いて、上述したコイン型電池1を、露点が−80℃に管理されたAr雰囲気のグローブボックス内で作製した。
なお、負極3bには、直径15mmの円板状に打ち抜かれたリチウム金属を用いた。
セパレータ3cには、膜厚20μmのポリエチレン多孔膜を用いた。
電解液には1MのLiClOを支持塩とするエチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)の等量混合溶液(宇部興産社製)を用いた。
上記のごとき方法で製造されたコイン型電池を用いて、電池特性を評価した。電池特性は、初期放電容量および正極反応抵抗を測定した。
初期放電容量は、以下の方法で測定した。
まず、コイン型電池1を作製してから24時間程度放置する。開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、正極に対する電流密度を0.1mA/cmとしてカットオフ電圧4.3Vまで充電し、1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vまで放電させる。そして、カットオフ電圧3.0Vまで放電させたときの容量を初期放電容量とした。
正極反応抵抗は、以下の方法で算出した。
まず、コイン型電池を充電電位4.1Vで充電して、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン製、1255B)を使用して交流インピーダンス法により測定する。すると、図2に示すナイキストプロットが得られる。このナイキストプロットは、溶液抵抗、負極抵抗とその容量、および、正極抵抗とその容量を示す特性曲線の和として表しているため、このナイキストプロットに基づく等価回路を用いてフィッティング計算を行い、正極反応抵抗の値を算出した。なお、正極抵抗は実施例1を1.00とした相対値を評価値とした。
(実施例1)
まず、公知の晶析法を用いて、20質量%水酸化ナトリウム溶液により反応槽内の反応溶液を液温25℃基準でpH13.0に保持しながら、反応溶液に硫酸ニッケルと硫酸コバルトの混合水溶液、アルミン酸ナトリウム水溶液、25質量%アンモニア水を添加し、オーバーフローにより回収した。さらに液温25℃基準のpHが12.5の45g/L水酸化ナトリウム水溶液で洗浄した後、水洗し、乾燥させてニッケル複合水酸化物を得た(中和晶析法)。
このニッケル複合水酸化物は、1μm以下の一次粒子が複数集合して球状となった二次粒子から成り、ICP法により分析したところ、Ni:Co:Alのモル比が85:12:3のニッケル複合水酸化物であることを確認した。
このニッケル複合水酸化物のレーザー回折散乱法測定による体積基準の平均粒径MVは15μmであった。また、ICP発光分析法により硫黄を定量分析し、硫黄は全て酸化して硫酸根(SO)になるものとして係数を乗じることによって求めたところ、硫酸根含有量は0.28質量%であった。ニッケル複合水酸化物の硫酸根含有量を表1に示す。
このニッケル複合水酸化物を、大気雰囲気中、600℃で酸化焙焼してニッケル複合酸化物とした後、モル比でNi:Co:Al:Li=0.85:0.12:0.03:1.03となるように、ニッケル複合酸化物と水酸化リチウム一水和物(和光純薬製)を秤量し混合して、リチウム混合物を得た。
得られたリチウム混合物を、電気炉を用いて酸素雰囲気中で500℃で3時間仮焼した後、750℃で3時間保持し、昇温開始から保持終了までを20時間として本焼成した。その後、室温まで炉内で冷却し、解砕処理を行い、一次粒子が凝集した球状焼成粉末を得た。
そして、得られた焼成粉末に、20℃の純水を加えて、水1Lに対して焼成粉末が1000g含まれるスラリー形成し、このスラリーを50分間撹拌して水洗した。
その後、濾過して取り出した粉末を150℃に加温した真空乾燥機を用いて10時間静置して、リチウムニッケル複合酸化物を得た。得られたリチウムニッケル複合酸化物の平均粒径MVは15μmであり、原料のニッケル複合水酸化物の平均粒径と同等であった。
得られたリチウムニッケル複合酸化物について、その組成の分析およびc軸長の測定を行なった。また、X線回折のリートベルト解析から得られる3aサイトにおけるリチウム(Li)の占有率は98.8%、3bサイトにおけるリチウム以外の金属の占有率が99.3%であった。
また、得られたリチウムニッケル複合酸化物粉末を使用して、上述した方法によりコイン型電池を作製した。そして、作製したコイン型電池について、初期放電容量および正極反応抵抗を測定した。
結果をそれぞれ表2に示す。
(実施例2)
ニッケル複合水酸化物として、ニッケルとコバルトとアルミニウムのモル比が90:7:3となるように晶析したこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。
結果をそれぞれ表1および表2に示す。
(実施例3)
ニッケル複合水酸化物として、ニッケルとコバルトとアルミニウムのモル比が94:3:3となるように晶析したこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。
結果をそれぞれ表1および表2に示す。
(実施例4)
ニッケル複合水酸化物として、ニッケルとコバルトとアルミニウムのモル比が90:7:3となるように晶析したこと、オーバーフローにより回収した後の洗浄に液温25℃基準のpHが11.0の10g/L炭酸ナトリウム水溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。
結果をそれぞれ表1および表2に示す。
(実施例5)
ニッケル複合水酸化物として、ニッケルとコバルトとアルミニウムのモル比が90:7:3となるように晶析したこと、オーバーフローにより回収した後の洗浄を水洗1回のみとしたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。
結果をそれぞれ表1および表2に示す。
(比較例1)
ニッケル複合水酸化物として、ニッケルとコバルトとアルミニウムのモル比が82:15:3となるように晶析したこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。
結果をそれぞれ表1および表2に示す。
(比較例2)
ニッケル複合水酸化物として、ニッケルとコバルトとアルミニウムのモル比が90:7:3となるように晶析したこと、オーバーフローにより回収した後の洗浄に液温25℃基準のpHが13.5の65g/L水酸化ナトリウム水溶液を用いたこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに評価した。
結果をそれぞれ表1および表2に示す。
(評価)
表1に示すように、実施例1〜5では、本発明の製造方法でリチウムニッケル複合酸化物を製造したので、c軸長を14.185オングストローム以上とすることができており、高い電池容量と低い正極抵抗(高い出力特性)が達成されてことが確認できる。特に、実施例1〜4では、空隙率が0.5〜4%となっているため、結晶化が十分に進行し、より高い電池容量と低い正極抵抗(高い出力特性)が達成されてことが確認できる。
一方、比較例1では、ニッケル含有量が少なく、c軸長も14.185オングストローム未満であるため、実施例より電池容量が少なく正極抵抗が高くなっている。
また、比較例2では、ニッケル水酸化物の硫酸根含有量が低く、結晶化が進行しすぎたため、c軸長も14.185オングストローム未満であり、空隙率が高く、実施例より電池容量が少なく正極抵抗が高くなっている。
以上の結果より、本発明の製造方法を用いて、リチウムニッケル複合酸化物を製造し、このリチウムニッケル複合酸化物を正極活物質として使用して水系電解質二次電池を作製すれば、初期放電容量が高い電池を製造できることが確認できる。

Figure 2015008582

Figure 2015008582
本発明の非水系電解質二次電池は、高容量で安全性の高い非水系電解質二次電池が得られるので、とくに小型携帯電子機器(ノート型パーソナルコンピュータや携帯電話端末など)で利用される充放電可能な二次電池として好適である。
1 コイン型電池
2 ケース
2a 正極缶
2b 負極缶
2c ガスケット
3 電極
3a 正極
3b 負極
3c セパレータ
(非水系電解質二次電池用正極活物質)
第1発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、
一般式:LiNi1―x―yCo・・・・・・(1)
(式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、bは0.95≦b≦1.03、xは0<x≦0.15、yは0<y≦0.07、x+y≦0.16)で表されるリチウムニッケル複合酸化物からなり、該リチウムニッケル複合酸化物は、X線回折のリートベルト解析から得られるc軸の長さが14.185オングストローム以上、14.205オングストローム以下であることを特徴とする。
第2発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第1発明において、前記リチウムニッケル複合酸化物が、走査型電子顕微鏡による断面観察によって測定される空隙率が0.5〜4%であることを特徴とする。
第3発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第1または第2発明において、X線回折のリートベルト解析から得られる3aサイトにおけるリチウムの占有率が97〜99%、3bサイトにおけるリチウム以外の金属の占有率が98.5〜99.5%であることを特徴とする。
第4発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第1、第2または第3発明において、BET法による比表面積が0.8〜1.5m/gであることを特徴とする。
第5発明の非水系電解質二次電池用正極活物質は、第1〜第4発明のいずれかにおいて、
平均粒径が8〜20μmであることを特徴とする。
(非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法)
第6発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、下記(A)、(B)の工程を含むことを特徴とする。
(A)コバルトおよびAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含有し、硫酸根を0.1〜0.4質量%を含有するニッケル複合水酸化物、ニッケルオキシ複合水酸化物、またはニッケル複合酸化物とリチウム化合物とを混合した後、c軸の長さが14.185オングストローム以上、14.205オングストローム以下となるように酸化性雰囲気下において700〜780℃の温度範囲で焼成して、次の一般式(2):で表されるリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を調製する。
一般式:LiaNi1−x―yCo ・・・・・・(2)
(式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは、0.98≦a≦1.11, xは、0<x≦0.15、yは、0<y≦0.07、x+y≦0.16である。)
(B)前記リチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末の量が水1Lに対して700g〜2000gとなるようにスラリーを形成して、該スラリーの温度を10〜40℃の温度に維持した状態でリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を水洗処理した後、濾過、乾燥してリチウムニッケル複合酸化物粉末を調整する。
第7発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6発明において、前記ニッケル複合酸化物が、ニッケル複合水酸化物および/またはニッケルオキシ複合水酸化物を500〜750℃の温度で酸化焙焼して得られるものであることを特徴とする。
第8発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6発明において、前記ニッケル複合水酸化物は、加温した反応槽内の反応溶液に、硫酸ニッケルを含み、かつコバルトおよびAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含む金属化合物の水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液と、を滴下して調製されたものであり、前記ニッケル複合水酸化物を調整している間において、前記反応溶液がアルカリ性に維持されるように、該反応溶液に対してアルカリ金属水酸化物の水溶液を滴下することを特徴とする。
第9発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第8発明において、前記ニッケル複合水酸化物を、液温25℃基準でpHを11〜13に調整したアルカリ水溶液を用いて洗浄することを特徴とする.
第10発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6発明において、前記ニッケルオキシ複合水酸化物は、前記ニッケル複合水酸化物に対し酸化剤を添加して調製されることを特徴とする。
第11発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6〜第10発明のいずれかにおいて、前記リチウム化合物は、リチウムの水酸化物、オキシ水酸化物、酸化物、炭酸塩、硝酸塩及びハロゲン化物からなる群から選ばれる少なくとも1種であることを特徴とする。
第12発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6〜第11発明のいずれかにおいて、前記(A)の工程において、前記ニッケル複合酸化物中の全金属元素の合計量に対する前記リチウム化合物中のリチウム量がモル比で0.98〜1.11になるように、前記ニッケル化合物と前記リチウム化合物との混合比を調整することを特徴とする。
第13発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6〜第12発明のいずれかにおいて、前記(B)の工程において、水洗処理時の水洗温度を10〜40℃に調整することを特徴とする。
第14発明の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法は、第6〜第13発明のいずれかにおいて、前記(B)の工程において、炭素を含む化合物成分を含有しないガス雰囲気下または真空雰囲気下で水洗処理後の焼成粉末を乾燥することを特徴とする。
(非水系電解質二次電池用正極活物質)
第15発明の非水系電解質二次電池は、第1〜第5発明のいずれかの非水系電解質二次電池用正極活物質を用いてなることを特徴とする。
つまり、本発明の正極活物質は、c軸の長さが、14.185オングストローム以上となっているので、ニッケル含有量の増加に伴う高容量化とともに、c軸の長さを長くすることによる高容量化および高出力化を実現することができたのである。
なお、c軸の長さの上限は、14.205オングストローム以下であることが好ましい。つまり、本発明の正極活物質では、c軸の長さが14.185オングストローム以上、14.205オングストローム以下であることが好ましく、14.185オングストローム以上、14.203オングストローム以下であることがより好ましく、c軸の長さが14.185オングストローム以上14.200オングストローム以下とすれば、さらに高い結晶性により高容量化と熱安定性が向上する点でより好ましい。c軸の長さが長くなり過ぎると、結晶性が低下して十分な電池特性が得られないことがある。
(ニッケル化合物)
(A)焼成工程に使用されるニッケル化合物は、コバルトおよびAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素と、好ましくは硫酸根を0.1〜0.4質量%を含有するニッケル複合水酸化物、ニッケルオキシ複合水酸化物、またはニッケル複合酸化物である。
上述した晶析法により製造されたニッケル複合水酸化物は高嵩密度の粉末となる。すると、水洗処理後において、比表面積が小さいリチウムニッケル複合酸化物を製造しやすくなるので、非水系電解質二次電池用の正極活物質に用いるリチウムニッケル複合酸化物の原料として好適なニッケル複合水酸化物となる。
もし、反応溶液の温度が60℃を超えるか、またはpHが14を超えた状態でニッケル複合水酸化物を晶析すれば、液中で核生成の優先度が高まり結晶成長が進まずに微細な粉末しか得られない。一方、温度が40℃未満、またはpHが10未満の状態でニッケル複合水酸化物を晶析すれば、液中で核の発生が少なく、粒子の結晶成長が優先的となる。すると、製造されたニッケル複合水酸化物は、電極作製時に凹凸が発生するほどの非常に大きい粒子を有するものを含んでいたり、または、反応液中の金属イオンの残存量が高く反応効率が非常に悪いものを含んでいたり、する状態となってしまうと可能性がある。
(ニッケルオキシ複合水酸化物)
(A)焼成工程では、ニッケル化合物として、ニッケルオキシ複合水酸化物を使用することも可能である。つまり、コバルト及びAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含有しているニッケルオキシ複合水酸化物も、ニッケル化合物として採用することができる。
ニッケルオキシ複合水酸化物を製造する方法はとくに限定されないが、上述した上記ニッケル複合水酸化物に次亜塩素酸ソーダ、過酸化水素水等の酸化剤をさらに添加して調製されたものが好ましい。この方法により製造されたニッケルオキシ複合水酸化物は高嵩密度の粉末となるので、水洗処理後において、比表面積の小さいリチウムニッケル複合酸化物を製造しやすくなる。したがって、非水系電解質二次電池用の正極活物質に用いるリチウムニッケル複合酸化物の原料として好適である。

Claims (15)

  1. 一般式:LiNi1―x―yCo ・・・・・・(1)
    (式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、bは0.95≦b≦1.03、xは0<x≦0.15、yは0<y≦0.07、x+y≦0.16)で表されるリチウムニッケル複合酸化物からなり、
    該リチウムニッケル複合酸化物は、
    X線回折のリートベルト解析から得られるc軸の長さが14.185オングストローム以上である
    ことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質。
  2. 前記リチウムニッケル複合酸化物が、
    走査型電子顕微鏡による断面観察によって測定される空隙率が0.5〜4%である
    ことを特徴とする請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
  3. X線回折のリートベルト解析から得られる3aサイトにおけるリチウムの占有率が97〜99%、3bサイトにおけるリチウム以外の金属の占有率が98.5〜99.5%である
    ことを特徴とする請求項1または2に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
  4. BET法による比表面積が0.8〜1.5m/gである
    ことを特徴とする請求項1、2または3に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
  5. 平均粒径が8〜20μmである
    ことを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
  6. 下記(A)、(B)の工程を含む
    ことを特徴とする非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
    (A)コバルトおよびAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含有するニッケル複合水酸化物、ニッケルオキシ複合水酸化物、またはニッケル複合酸化物ニッケルとリチウム化合物とを混合した後、c軸の長さが14.185オングストローム以上となるように酸化性雰囲気下において700〜780℃の温度範囲で焼成して、次の一般式(2):で表されるリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を調製する。
    一般式:LiaNi1−x―yCo ・・・・・・(2)
    (式中、Mは、Al、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を示し、aは、0.98≦a≦1.11, xは、0<x≦0.15、yは、0<y≦0.07、x+y≦0.16である。)
    (B)前記リチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末の量が水1Lに対して700g〜2000gとなるようにスラリーを形成して、該スラリーの温度を10〜40℃の温度に維持した状態でリチウムニッケル複合酸化物の焼成粉末を水洗処理した後、濾過、乾燥してリチウムニッケル複合酸化物粉末を調整する。
  7. 前記ニッケル複合酸化物が、
    ニッケル複合水酸化物および/またはニッケルオキシ複合水酸化物を500〜750℃の温度で酸化焙焼して得られるものである
    ことを特徴とする請求項6に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
  8. 前記ニッケル複合水酸化物は、
    加温した反応槽内の反応溶液に、硫酸ニッケルを含み、かつコバルトおよびAl、Ti、MnおよびWから選ばれる少なくとも1種の元素を含む金属化合物の水溶液と、アンモニウムイオン供給体を含む水溶液と、を滴下して調製されたものであり、
    前記ニッケル複合水酸化物を調整している間において、
    前記反応溶液がアルカリ性に維持されるように、該反応溶液に対してアルカリ金属水酸化物の水溶液を滴下する
    ことを特徴とする請求項6に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
  9. 前記ニッケル複合水酸化物を、液温25℃基準でpHを11〜13に調整したアルカリ水溶液を用いて洗浄する
    ことを特徴とする請求項8に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
  10. 前記ニッケルオキシ水酸化物は、
    前記ニッケル複合水酸化物に対し酸化剤を添加して調製される
    ことを特徴とする請求項6に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
  11. 前記リチウム化合物は、
    リチウムの水酸化物、オキシ水酸化物、酸化物、炭酸塩、硝酸塩及びハロゲン化物からなる群から選ばれる少なくとも1種である
    ことを特徴とする請求項6〜10のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
  12. 前記(A)の工程において、前記ニッケル複合酸化物中の全金属元素の合計量に対する前記リチウム化合物中のリチウム量がモル比で0.98〜1.11になるように、前記ニッケル化合物と前記リチウム化合物との混合比を調整する
    ことを特徴とする請求項6〜11のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
  13. 前記(B)の工程において、水洗処理時の水洗温度を10〜40℃に調整する
    ことを特徴とする請求項6〜12のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
  14. 前記(B)の工程において、炭素を含む化合物成分を含有しないガス雰囲気下または真空雰囲気下で水洗処理後の焼成粉末を乾燥する
    ことを特徴とする請求項6〜13のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
  15. 請求項1〜5のいずれかに記載の非水系電解質二次電池用正極活物質を用いてなる
    ことを特徴とする非水系電解質二次電池。
JP2015503380A 2013-07-17 2014-06-23 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池 Active JP5843046B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015503380A JP5843046B2 (ja) 2013-07-17 2014-06-23 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013148151 2013-07-17
JP2013148151 2013-07-17
JP2015503380A JP5843046B2 (ja) 2013-07-17 2014-06-23 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
PCT/JP2014/066519 WO2015008582A1 (ja) 2013-07-17 2014-06-23 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5843046B2 JP5843046B2 (ja) 2016-01-13
JPWO2015008582A1 true JPWO2015008582A1 (ja) 2017-03-02

Family

ID=52346054

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015503380A Active JP5843046B2 (ja) 2013-07-17 2014-06-23 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池

Country Status (6)

Country Link
US (2) US10050267B2 (ja)
EP (1) EP3024068B1 (ja)
JP (1) JP5843046B2 (ja)
KR (1) KR102202822B1 (ja)
CN (1) CN105247711B (ja)
WO (1) WO2015008582A1 (ja)

Families Citing this family (47)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015008582A1 (ja) * 2013-07-17 2015-01-22 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
US9958504B2 (en) 2014-06-20 2018-05-01 Duracell U.S. Operations, Inc. Primary alkaline battery with integrated in-cell resistances
JP6448432B2 (ja) * 2015-03-25 2019-01-09 Jx金属株式会社 リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極及びリチウムイオン電池
JP6978182B2 (ja) * 2015-04-24 2021-12-08 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
JP7140321B2 (ja) * 2015-10-09 2022-09-21 住友金属鉱山株式会社 リチウムニッケル含有複合酸化物とその製造方法、および非水系電解質二次電池
JP6753050B2 (ja) * 2015-10-26 2020-09-09 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質、および該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
JP6651789B2 (ja) * 2015-10-28 2020-02-19 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、及び非水系電解質二次電池
JP6479633B2 (ja) * 2015-11-30 2019-03-06 ユミコア ニッケルリチウム金属複合酸化物の製造方法
JP2017117700A (ja) * 2015-12-25 2017-06-29 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
JP6960615B2 (ja) * 2016-03-30 2021-11-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質、及び非水電解質二次電池
WO2017169129A1 (ja) * 2016-03-31 2017-10-05 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水電解質二次電池
JP7041620B2 (ja) * 2016-07-22 2022-03-24 ユミコア リチウム金属複合酸化物粉末
KR20180022161A (ko) 2016-08-23 2018-03-06 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 활물질, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
WO2018043190A1 (ja) * 2016-08-31 2018-03-08 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質及び非水電解質二次電池
KR20180027260A (ko) * 2016-09-06 2018-03-14 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
JP7031296B2 (ja) * 2016-12-26 2022-03-08 住友金属鉱山株式会社 ニッケル複合酸化物、正極活物質の製造方法
JP7308755B2 (ja) * 2017-03-24 2023-07-14 ユミコア ガス発生を抑制したリチウム金属複合酸化物粉末
JP6937152B2 (ja) * 2017-03-31 2021-09-22 住友化学株式会社 リチウム複合金属酸化物の製造方法
JP6910595B2 (ja) * 2017-06-05 2021-07-28 株式会社Gsユアサ 非水電解質二次電池
KR102420737B1 (ko) * 2017-08-29 2022-07-14 스미토모 긴조쿠 고잔 가부시키가이샤 비수계 전해질 이차 전지용 정극 활물질과 그의 제조 방법, 및 이 정극 활물질을 이용한 비수계 전해질 이차 전지
CN111406333B (zh) 2017-11-28 2023-12-22 住友金属矿山株式会社 非水类电解质二次电池用正极活性物质前体、非水类电解质二次电池用正极活性物质前体的制造方法
EP3734722A4 (en) * 2017-12-26 2021-03-10 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. POSITIVE ELECTRODE ACTIVE SUBSTANCE FOR NON-AQUEOUS ELECTROLYTE SECONDARY BATTERY, AND NON-AQUEOUS ELECTROLYTE SECONDARY BATTERY
JP6587044B1 (ja) * 2017-12-27 2019-10-09 日立金属株式会社 リチウムイオン二次電池用正極活物質及びリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、並びにリチウムイオン二次電池
JP7273264B2 (ja) * 2018-02-07 2023-05-15 住友金属鉱山株式会社 リチウムイオン二次電池用の被覆正極活物質及びその製造方法並びに該被覆正極活物質の評価方法
JP7444534B2 (ja) 2018-03-28 2024-03-06 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、及び、成形体
JP7444535B2 (ja) 2018-03-28 2024-03-06 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法、及び、成形体
WO2019189679A1 (ja) 2018-03-29 2019-10-03 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質
JP6542421B1 (ja) 2018-03-29 2019-07-10 住友化学株式会社 リチウム金属複合酸化物粉末、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池
JP6523508B1 (ja) * 2018-03-30 2019-06-05 住友化学株式会社 リチウム複合金属化合物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、リチウム二次電池、及びリチウム複合金属化合物の製造方法
EP3778494A4 (en) * 2018-04-02 2022-01-26 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. ACTIVE SUBSTANCE OF POSITIVE ELECTRODE FOR SECONDARY LITHIUM-ION BATTERY AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF
EP3573148A1 (en) * 2018-05-23 2019-11-27 Samsung SDI Co., Ltd. Positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including same
EP3657581A1 (en) 2018-11-14 2020-05-27 Samsung SDI Co., Ltd. Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same and rechargeable lithium battery including the same
CN111193025B (zh) * 2018-11-15 2023-10-20 三星Sdi株式会社 用于可再充电锂电池的正极活性材料、其制备方法及包括其的可再充电锂电池
EP3881375A2 (en) * 2018-11-16 2021-09-22 Basf Se Process for making a coated oxide material
JP7412883B2 (ja) * 2018-12-28 2024-01-15 住友金属鉱山株式会社 リチウムイオン二次電池用正極活物質およびその製造方法
JP6880086B2 (ja) 2019-01-21 2021-06-02 Jx金属株式会社 全固体リチウムイオン電池用酸化物系正極活物質、全固体リチウムイオン電池用酸化物系正極活物質の製造方法及び全固体リチウムイオン電池
WO2020163280A1 (en) * 2019-02-04 2020-08-13 Ut-Battelle, Llc Ni oxyhxdroxyde containing additional metals, process to prepare it and lithium mixed oxide prepared by using it as precursor
US20220045323A1 (en) * 2019-02-26 2022-02-10 Sumitomo Metal Mining Co., Ltd. Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, method of manufacturing positive electrode active material for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery
WO2020202602A1 (ja) 2019-03-29 2020-10-08 Jx金属株式会社 全固体リチウムイオン電池用酸化物系正極活物質、全固体リチウムイオン電池用酸化物系正極活物質の前駆体の製造方法、全固体リチウムイオン電池用酸化物系正極活物質の製造方法及び全固体リチウムイオン電池
EP3859842A1 (en) 2020-01-28 2021-08-04 Basf Se Process for making an electrode active material
CN115917809A (zh) 2020-03-27 2023-04-04 得克萨斯系统大学董事会 用于锂电池的低钴和无钴高能正极材料
CN113130900A (zh) * 2021-03-05 2021-07-16 广东省科学院稀有金属研究所 一种五氧化二钒包覆高镍三元锂离子电池正极材料及其制备方法
KR102604722B1 (ko) * 2021-04-29 2023-11-22 포스코홀딩스 주식회사 리튬 이차 전지용 양극 활물질과 이의 제조 방법 및 리튬 이차 전지
US11777073B2 (en) * 2021-05-07 2023-10-03 Air Products And Chemicals, Inc. Furnace atmosphere control for lithium-ion battery cathode material production
US20220399537A1 (en) * 2021-06-10 2022-12-15 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Active Material and Process for Producing the Same
CN113937254A (zh) * 2021-11-16 2022-01-14 远景动力技术(江苏)有限公司 电池正极补锂添加剂、正极片、其制备方法及锂离子电池
JP7503536B2 (ja) 2021-12-20 2024-06-20 プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社 正極活物質、およびこれを用いた非水電解質二次電池

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003068298A (ja) * 2001-08-24 2003-03-07 Seimi Chem Co Ltd リチウム含有遷移金属複合酸化物およびその製造方法
JP2003317708A (ja) * 2002-04-24 2003-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp 電極の製造方法
JP2004127675A (ja) * 2002-10-01 2004-04-22 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解液二次電池
JP2004531034A (ja) * 2001-06-15 2004-10-07 呉羽化学工業株式会社 リチウム二次電池用正極材
JP2006278341A (ja) * 2006-04-07 2006-10-12 Ube Ind Ltd リチウムイオン非水電解質二次電池
WO2010107084A1 (ja) * 2009-03-18 2010-09-23 株式会社三徳 全固体リチウム電池
JP2012004109A (ja) * 2010-06-13 2012-01-05 Samsung Sdi Co Ltd リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法及びリチウム二次電池

Family Cites Families (29)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3244314B2 (ja) 1991-11-13 2002-01-07 三洋電機株式会社 非水系電池
US5955051A (en) * 1996-08-02 1999-09-21 Westaim Technologies Inc. Synthesis of lithium nickel cobalt dioxide
JP3690242B2 (ja) * 2000-05-22 2005-08-31 トヨタ自動車株式会社 正極活物質の製造方法およびこの正極活物質を用いた非水電解液電池
US7135251B2 (en) * 2001-06-14 2006-11-14 Samsung Sdi Co., Ltd. Active material for battery and method of preparing the same
US6921609B2 (en) * 2001-06-15 2005-07-26 Kureha Chemical Industry Co., Ltd. Gradient cathode material for lithium rechargeable batteries
JP2003017054A (ja) 2001-06-29 2003-01-17 Sony Corp 正極活物質及び非水電解質電池の製造方法
JP4707299B2 (ja) * 2002-11-20 2011-06-22 住友金属鉱山株式会社 リチウム二次電池正極活物質およびリチウム二次電池
EP1450423B1 (en) * 2003-02-21 2008-11-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Active material for positive electrode in non-aqueous electrolyte secondary battery
JP5008328B2 (ja) 2006-03-30 2012-08-22 住友金属鉱山株式会社 非水電解質二次電池用の正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水電解質二次電池
JP5100024B2 (ja) * 2006-03-30 2012-12-19 住友金属鉱山株式会社 非水電解質二次電池用の正極活物質及びそれを用いた非水電解質二次電池
JP4762174B2 (ja) * 2007-03-02 2011-08-31 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法、ならびに非水系電解質二次電池
CN102869613B (zh) * 2009-12-02 2016-09-07 住友金属矿山株式会社 镍复合氢氧化物粒子和非水电解质二次电池
CN102804459B (zh) * 2010-03-19 2016-01-13 丰田自动车株式会社 锂二次电池和该锂二次电池用正极活性物质
US9023526B2 (en) * 2010-06-13 2015-05-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive active material for rechargeable lithium battery, method of preparing the same, and rechargeable lithium battery including the same
EP2399869B1 (de) * 2010-06-25 2015-07-29 Evonik Degussa GmbH Mischoxidpulver enthaltend die elemente lithium, mangan, nickel und cobalt und verfahren zu deren herstellung
WO2012091015A1 (ja) * 2010-12-27 2012-07-05 株式会社Gsユアサ 非水電解質二次電池用正極活物質、その正極活物質の製造方法、非水電解質二次電池用電極、非水電解質二次電池及びその二次電池の製造方法
JP5730676B2 (ja) * 2011-06-06 2015-06-10 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、ならびに、ニッケルコバルトマンガン複合水酸化物とその製造方法
WO2014010448A1 (ja) * 2012-07-12 2014-01-16 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質およびその製造方法、ならびに該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
CN105870424A (zh) * 2013-01-25 2016-08-17 株式会社丰田自动织机 高电压特性优异的活性物质
KR101637412B1 (ko) * 2013-03-04 2016-07-07 미쓰이금속광업주식회사 리튬 금속 복합 산화물 분체
WO2015008582A1 (ja) * 2013-07-17 2015-01-22 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
US20160218362A1 (en) * 2013-09-13 2016-07-28 Mitsui Mining & Smelling Co., Ltd. Positive Electrode Material for Lithium-Ion Cell
JP6508892B2 (ja) * 2013-09-30 2019-05-08 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質及び非水電解質二次電池
US9525173B2 (en) * 2013-10-10 2016-12-20 Mitsui Mining & Smelting Co., Ltd. Method for manufacturing over-lithiated layered lithium metal composite oxide
US20170125796A1 (en) * 2013-12-26 2017-05-04 Sanyo Electric Co., Ltd. Positive electrode active material for nonaqueous electrolyte secondary batteries, and nonaqueous electrolyte secondary battery
JP6486653B2 (ja) * 2014-01-31 2019-03-20 パナソニック株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質及び非水電解質二次電池
JP5999208B2 (ja) * 2014-04-25 2016-09-28 住友金属鉱山株式会社 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
GB2539612B (en) * 2014-09-03 2021-12-01 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Positive electrode active material for lithium secondary cell
GB2543716B (en) * 2014-09-03 2021-11-24 Mitsui Mining & Smelting Co Ltd Lithium metal composite oxide powder

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004531034A (ja) * 2001-06-15 2004-10-07 呉羽化学工業株式会社 リチウム二次電池用正極材
JP2003068298A (ja) * 2001-08-24 2003-03-07 Seimi Chem Co Ltd リチウム含有遷移金属複合酸化物およびその製造方法
JP2003317708A (ja) * 2002-04-24 2003-11-07 Mitsubishi Chemicals Corp 電極の製造方法
JP2004127675A (ja) * 2002-10-01 2004-04-22 Japan Storage Battery Co Ltd 非水電解液二次電池
JP2006278341A (ja) * 2006-04-07 2006-10-12 Ube Ind Ltd リチウムイオン非水電解質二次電池
WO2010107084A1 (ja) * 2009-03-18 2010-09-23 株式会社三徳 全固体リチウム電池
JP2012004109A (ja) * 2010-06-13 2012-01-05 Samsung Sdi Co Ltd リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法及びリチウム二次電池

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160030878A (ko) 2016-03-21
EP3024068B1 (en) 2019-02-27
WO2015008582A1 (ja) 2015-01-22
US20180316010A1 (en) 2018-11-01
US10347914B2 (en) 2019-07-09
EP3024068A1 (en) 2016-05-25
EP3024068A4 (en) 2016-12-21
US10050267B2 (en) 2018-08-14
KR102202822B1 (ko) 2021-01-14
CN105247711A (zh) 2016-01-13
JP5843046B2 (ja) 2016-01-13
CN105247711B (zh) 2018-12-07
US20160372748A1 (en) 2016-12-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5843046B2 (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質、かかる非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法およびかかる非水系電解質二次電池用正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
JP5999208B2 (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
CN108352524B (zh) 非水系电解质二次电池用正极活性物质、以及采用该正极活性物质的非水系电解质二次电池
JP5607189B2 (ja) ニッケル複合水酸化物粒子とその製造方法、非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および非水系電解質二次電池
JP5894388B2 (ja) 非水電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水電解質二次電池
JP5008328B2 (ja) 非水電解質二次電池用の正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水電解質二次電池
JP5638542B2 (ja) 非水電解質二次電池用正極活物質、その製造方法及びそれを用いた非水電解質二次電池
KR101728570B1 (ko) 양극 활물질, 그 제조방법 및 그것을 이용한 비수 전해질 이차전지
JP6569544B2 (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質とその製造方法、および該正極活物質を用いた非水系電解質二次電池
CN111052465B (zh) 非水系电解质二次电池用正极活性物质及其制造方法、以及使用该正极活性物质的非水系电解质二次电池
JP2017117700A (ja) 非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法
CN111066184B (zh) 非水系电解质二次电池用正极活性物质及其制造方法、以及使用该正极活性物质的非水系电解质二次电池
JP7056659B2 (ja) 非水電解質二次電池用正極活物質、およびその製造方法、並びに、非水電解質二次電池

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20151020

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20151102

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5843046

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150