WO2014010730A1 - リチウム金属複合酸化物 - Google Patents
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Definitions
- a lithium secondary battery is a secondary battery with a structure in which lithium is melted as ions from the positive electrode during charging, moves to the negative electrode and is stored, and reversely, lithium ions return from the negative electrode to the positive electrode during discharging. It is known to be caused by the potential of the positive electrode material.
- Patent Document 8 is directed to prevent the lithium-containing composite oxide of the electrode material from being affected by moisture and reducing the battery performance, and the surfaces of the lithium-containing composite oxide fine particles and the surface of the positive electrode. It has been proposed to form a film made of a water repellent material such as a silane coupling agent on at least one of them.
- the adhesion amount of the organic substance is too large, it becomes electric resistance on the particle surface at the time of charging / discharging, so from this viewpoint, it is 7500 ppm / (m 2 / g) or less, especially 5000 ppm / (m 2 / g. ) Or less, and particularly preferably 3000 ppm / (m 2 / g) or less.
- the minimum value of the powder crushing strength obtained by crushing the powder using a micro compression tester is preferably greater than 70 MPa. If the minimum value of the powder crushing strength of the present lithium metal composite oxide powder is greater than 70 MPa, when used as a positive electrode material for a lithium secondary battery, the positive electrode active material expands when the lithium secondary battery is charged and discharged. Even if contraction occurs, particle collapse can be suppressed. As a result, it is possible to further increase the capacity maintenance rate particularly during the high temperature cycle. From such a viewpoint, the minimum value of the powder crushing strength of the lithium metal composite oxide powder is preferably greater than 70 MPa, more preferably 75 MPa or more, of which 80 MPa or more, and even more preferably 85 MPa or more.
- the kind of manganese salt compound is not particularly limited.
- manganese carbonate, manganese nitrate, manganese chloride, manganese dioxide and the like can be used, and among these, manganese carbonate and manganese dioxide are preferable.
- electrolytic manganese dioxide obtained by an electrolytic method is particularly preferable.
- the kind of nickel salt compound is not particularly limited.
- nickel carbonate, nickel nitrate, nickel chloride, nickel oxyhydroxide, nickel hydroxide, nickel oxide, and the like can be used. Among these, nickel carbonate, nickel hydroxide, and nickel oxide are preferable.
- the kind of cobalt salt compound is not particularly limited.
- the spray heat drying method is preferably carried out using a heat spray dryer (spray dryer) (referred to herein as “spray drying method”).
- a coprecipitated powder to be fired by, for example, a so-called coprecipitation method (referred to herein as “coprecipitation method”).
- coprecipitation method after the raw material is dissolved in a solution, the coprecipitation powder can be obtained by adjusting the conditions such as pH and causing precipitation.
- Example 7 A lithium metal composite oxide powder was prepared in the same manner as in Example 4, 98 parts by weight of the lithium metal composite oxide powder, 1 part by weight of 3-glycidoxypropyltrimethoxysilane as a surface treatment agent, and a solvent A surface-treated lithium metal composite oxide powder (sample) was prepared in the same manner as in Example 4 except that 1 part by mass of methanol was mixed and heat-treated at 100 ° C. for 1 hour in the air.
- the fired mass obtained by firing is put in a mortar and crushed with a pestle, and the sieved product sieved with a sieve opening of 5 mm is crushed with a high-speed rotary crusher (Pin Mill, manufactured by Hadano Sangyo Co., Ltd.) ( (Crushing condition: 10000 rpm) and classification with a sieve having an opening of 53 ⁇ m, and the lithium metal composite oxide powder (sample) under the sieve was recovered.
- a high-speed rotary crusher Piermill, manufactured by Hadano Sangyo Co., Ltd.
- the particle size (D50) is a lithium metal composite oxide having a particle size of less than 10 ⁇ m, an organic substance is attached to the particle surface, and the amount of carbon per BET specific surface area is 1100 ppm / (m 2 / g) or more, As a result, it was possible to improve the dispersibility in the slurry, so that the increase in slurry viscosity could be suppressed, the hysteresis could be suppressed in the slurry evaluation, and the discharge during the high temperature cycle The decrease in capacity could be suppressed.
Abstract
Description
しかし、リチウム金属複合酸化物の粒度(D50)が10μm未満になると、スラリー中でリチウム金属複合酸化物の粒子同士が凝集してスラリー保存中にスラリーの粘度安定性が低下し、集電箔への塗工性が悪化したり、リチウム金属複合酸化物(活物質)が凝集して、導電材との接触が弱くなり、活物質の充放電が困難になる結果、高温サイクル時の放電容量が低下したりするなどの問題が生じることになる。
よって、本発明が提案するリチウム金属複合酸化物は、溶媒との親和性が高く、スラリー中における分散性が優れているため、活物質が均一に分散した電極を作製することができ、その結果、従来品と比較して、高温サイクル時の容量維持率を向上させることができる。
本実施形態のリチウム金属複合酸化物(以下「本リチウム金属複合酸化物」という)は、D50が10μmより小さく、且つ、粒子表面の一部又は全部に、炭素を含有する層を備えたリチウム金属複合酸化物粒子(以下「本リチウム金属複合酸化物粒子」という)を主成分とする粉体である。
本リチウム金属複合酸化物粒子は、層構造を有するリチウム金属複合酸化物であっても、スピネル型(Fd3-m)リチウム金属複合酸化物であってもよい。本発明の効果は、粒子表面層による影響が主であるから、これらいずれのリチウム金属複合酸化物であっても享受できると考えられるからである。
層構造を有するリチウム金属複合酸化物粒子とは、リチウム原子層と遷移金属原子層とが酸素原子層を介して交互に積み重なった層構造を有するリチウム金属複合酸化物粒子の意である。
ここで、周期律表の第3族元素から第11族元素の間に存在する遷移元素および周期律表の第3周期までの典型元素としては、例えばAl、V、Fe、Ti、Mg,Cr、Ga、In、Cu、Zn、Nb、Zr、Mo、W、Ta、Reなどを挙げることができる。
「M」は、例えばMn、Co、Ni、Al、V、Fe、Ti、Mg,Cr、Ga、In、Cu、Zn、Nb、Zr、Mo、W、Ta及びReのうちの何れか1種以上であればよく、Mn、Co及びNiの3元素のみから構成されていてもよいし、当該3元素に前記その他の元素の一種以上を含んでいてもよいし、その他の構成でもよい。
例えば一般式(2):Li1+x(MnαCoβNiγ)1-xO2で表される場合、次の比率であるのが好ましい。
式(2)において、αの値は0.10~0.45、中でも0.15以上或いは0.40以下、その中でも0.20以上或いは0.35以下であるのが好ましい。
βの値は0.05~0.40、中でも0.05以上或いは0.30以下、その中でも0.05以上或いは0.25以下であるのがさらに好ましい。
γの値は0.30~0.75、中でも0.40以上或いは0.70以下、その中でも0.45以上或いは0.65以下であるのが好ましい。
本リチウム金属複合酸化物粉体に関しては、レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積基準粒度分布によるD50が10μmより小さいことが特徴の一つである。本リチウム金属複合酸化物粉体のD50が10μmより小さければ、スラリー保存時に粒子が沈降して不均一になることを防ぐことができる。
かかる観点から、本リチウム金属複合酸化物粉体のD50は、中でも8μm以下、その中でも7μm以下、その中でもさらに4μm以下であるのがより一層好ましい。
但し、スラリー粘度差の変化率を小さくする観点からは、本リチウム金属複合酸化物粉体のD50は、0.5μm以上であるのが好ましく、中でも1μm以上であるのが特に好ましい。
本リチウム金属複合酸化物は、粒子表面の全面又は一部に、炭素を含有する表面層を備えていることが好ましい。
かかる表面層は、カップリング処理剤による表面処理によって形成することができる。例えばシランカップリング剤による表面処理によって表面層を形成すれば、該表面層は酸素とシリコンと炭素を含有することになり、チタンカップリング剤による表面処理によって表面層を形成すれば、該表面層は酸素とチタンと炭素を含有することになり、アルミカップリング剤による表面処理によって表面層を形成すれば、該表面層は酸素とアルミニウムと炭素を含有することになる。
本リチウム金属複合酸化物は、BET比表面積当たりの炭素量が1100ppm/(m2/g)~7500ppm/(m2/g)であるのが好ましく、中でも1100ppm/(m2/g)以上或いは5000ppm/(m2/g)以下、その中でも1100ppm/(m2/g)以上或いは3000ppm/(m2/g)以下であるのが特に好ましい。
リチウム金属複合酸化物に関しては、粒度(D50)が10μm未満であっても、粒子表面に有機物を付着させ、BET比表面積当たりの炭素量を1100ppm/(m2/g)以上とすることにより、スラリー粘度の上昇を抑えることでき、スラリー評価においてヒステリシスを抑制することができ、且つ、高温サイクル時の放電容量の低下を抑えることができる。
但し、有機物の付着量が多過ぎると、充放電の際に粒子表面での電気抵抗となるようになるため、かかる観点から7500ppm/(m2/g)以下、特に5000ppm/(m2/g)以下、中でも特に3000ppm/(m2/g)以下であるのがさらに好ましい。
本リチウム金属複合酸化物粉体は、微小圧縮試験機を用いて粉体を圧壊することで求められる粉体圧壊強度の最小値が70MPaより大きいことが好ましい。
本リチウム金属複合酸化物粉体の粉体圧壊強度の最小値が70MPaより大きければ、リチウム二次電池の正極材料として使用した際、リチウム二次電池を充放電させた時に正極活物質の膨張・収縮が起こっても、粒子の崩壊を抑えることができる。この結果、特に高温サイクル時の容量維持率をさらに高めることができる。
かかる観点から、本リチウム金属複合酸化物粉体の粉体圧壊強度の最小値は70MPaより大きいことが好ましく、中でも75MPa以上、その中でも80MPa以上、さらには85MPa以上であることがより一層好ましい。
他方、後述する共沈法による製法に関しては、従来技術に比べて、例えば焼成温度を下げたり、共沈粉の一次粒子の平均粒径を小さくしたり、二酸化炭素雰囲気で焼成するなど、一次粒子の平均粒径を小さくすることにより、粉体圧壊強度の最小値を70MPaより大きくすることができる。
但し、これらの調整方法に限定されるものではない。
次に、本リチウム金属複合酸化物粉体の製造方法について説明する。
ニッケル塩化合物の種類は、特に限定するものではない。例えば炭酸ニッケル、硝酸ニッケル、塩化ニッケル、オキシ水酸化ニッケル、水酸化ニッケル、酸化ニッケルなどを用いることができ、中でも炭酸ニッケル、水酸化ニッケル、酸化ニッケルが好ましい。
コバルト塩化合物の種類は、特に限定するものではない。例えば塩基性炭酸コバルト、硝酸コバルト、塩化コバルト、オキシ水酸化コバルト、水酸化コバルト、酸化コバルトなどを用いることができ、中でも、塩基性炭酸コバルト、水酸化コバルト、酸化コバルト、オキシ水酸化コバルトが好ましい。
ただし、例えば所謂共沈法によって焼成に供する共沈粉を作製することも可能である(本明細書では「共沈法」と称する)。共沈法では、原料を溶液に溶解した後、pHなどの条件を調整して沈殿させることにより、共沈粉を得ることができる。
他方、共沈法においては、一次粒子が大きくなる傾向がある。そこで、共沈法を採用する場合には、従来の一般的な共沈法の場合に比べて、焼成温度を下げたり、焼成時間を短くしたり、共沈粉の一次粒子サイズを小さくしたり、或いは、二酸化炭素雰囲気で焼成したりして、一次粒子の平均粒径を小さくして本発明が規定する範囲に調整するのが好ましい。
焼成炉の種類は特に限定するものではない。例えばロータリーキルン、静置炉、その他の焼成炉を用いて焼成することができる。
高速回転粉砕機の一例としてピンミルを挙げることができる。ピンミルは、円盤回転型粉砕機として知られており、ピンの付いた回転盤が回転することで、内部を負圧にして原料供給口より粉を吸い込む方式の解砕機である。そのため、微細粒子は、重量が軽いため気流に乗りやすく、ピンミル内のクリアランスを通過する一方、粗大粒子は確実に解砕される。そのため、ピンミルによれば、粒子間の凝集や、弱い焼結部分を確実に解すことができると共に、粒子内に歪みが入るのを防止することができる。
高速回転粉砕機の回転数は4000rpm以上、特に5000~12000rpm、さらに好ましくは7000~10000rpmにするのが好ましい。
カップリング剤の一例であるシランカップリング剤としては、有機官能基と加水分解性基を分子中に有する有機ケイ素化合物であればよく、中でも側鎖にアミノ基を有する有機ケイ素化合物を含むものが好ましい。具体的には、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、デシルトリメトキシシラン、グリシドキシプロピルトリメトキシシランなどを挙げることができる。
また、シランカップリング剤以外にも、アルミネート系カップリング剤やチタネート系カップリング剤を用いることも可能である。
このようなカップリング剤を用いてリチウム金属複合酸化物の表面処理を行った場合、溶媒を揮発させるために加熱乾燥するのが好ましい。この際、温度は例えば40~200℃とするのが好ましい。
さらに、カップリング剤質量に対する添加溶媒量(質量)の比率は0.1~10、中でも0.1~5、その中でも0.1~3とするのが好ましい。カップリング剤質量に対する添加溶媒量(質量)の比率が0.1~10であれば、表面の被覆割合の調整をし易いばかりか、溶媒を揮発させ易くなるため、好ましい。
本リチウム金属複合酸化物粉体は、必要に応じて解砕・分級した後、リチウム電池の正極活物質として有効に利用することができる。
例えば、本リチウム金属複合酸化物粉体と、カーボンブラック等からなる導電材と、テフロン(テフロンは、米国DUPONT社の登録商標です。)バインダー等からなる結着剤と、を混合してスラリー状の正極合剤を製造することができる。そしてそのような正極合剤を正極に用い、例えば負極にはリチウムまたはカーボン等のリチウムを吸蔵・脱蔵できる材料を用い、非水系電解質には六フッ化リン酸リチウム(LiPF6)等のリチウム塩をエチレンカーボネート-ジメチルカーボネート等の混合溶媒に溶解したものを用いてリチウム2次電池を構成することができる。但し、このような構成の電池に限定する意味ではない。
また、「リチウム電池」とは、リチウム一次電池、リチウム二次電池、リチウムイオン二次電池、リチウムポリマー電池など、電池内にリチウム又はリチウムイオンを含有する電池を全て包含する意である。
本明細書において「X~Y」(X,Yは任意の数字)と表現する場合、特にことわらない限り「X以上Y以下」の意と共に、「好ましくはXより大きい」或いは「好ましくはYより小さい」の意も包含する。
また、「X以上」(Xは任意の数字)或いは「Y以下」(Yは任意の数字)と表現した場合、「Xより大きいことが好ましい」或いは「Y未満であることが好ましい」旨の意図も包含する。
分散剤としてのポリカルボン酸アンモニウム塩(サンノプコ(株)製SNディスパーサント5468)を、スラリー中固形分の6wt%となるようにイオン交換水に添加し、イオン交換水中へ分散剤を十分に溶解混合させた。
得られた造粒粉を、静置式電気炉を用いて、大気中450℃で仮焼を行った。続いて、仮焼粉を、静置式電気炉を用いて、910℃で20時間焼成した。
焼成して得られた焼成塊を乳鉢に入れて乳棒で解砕し、篩目開き5mmで篩分けした篩下品を高速回転粉砕機(ピンミル、槙野産業(株)製)で解砕した後(解砕条件:回転数10000rpm)、目開き53μmの篩で分級し、篩下のリチウム金属複合酸化物粉体を回収した。
回収したリチウム金属複合酸化物粉体の化学分析を行った結果、Li1.04Ni0.52Co0.19Mn0.25O2であった。
実施例1と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体99質量部と、表面処理剤としてのn-オクチルトリエトキシシラン1質量部と、溶媒としてのメタノール1質量部とを用いて混合した以外は、実施例1と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
実施例1と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体97質量部と、表面処理剤としてのn-オクチルトリエトキシシラン2質量部と、溶媒としてのメタノール1質量部とを用いて混合した以外は、実施例1と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
分散剤としてのポリカルボン酸アンモニウム塩(サンノプコ(株)製SNディスパーサント5468)を、スラリー中固形分の6wt%となるようにイオン交換水に添加し、イオン交換水中へ分散剤を十分に溶解混合させた。
得られた造粒粉を、静置式電気炉を用いて、大気中450℃で仮焼を行った。続いて、仮焼粉を、静置式電気炉を用いて、910℃で20時間焼成した。
焼成して得られた焼成塊を乳鉢に入れて乳棒で解砕し、目開き53μmの篩で分級し、篩下の複合酸化物粉末を回収した。
回収した複合酸化物粉末を、分級機構付衝突式粉砕機(ホソカワミクロン製カウンタージェットミル「100AFG/50ATP」)を用いて、分級ローター回転数:14900rpm、粉砕空気圧力:0.6MPa、粉砕ノズルφ:2.5×3本使用、粉体供給量:4.5kg/hの条件で粉砕を行い、リチウム金属複合酸化物粉体を得た。
得られたリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)の化学分析を行った結果、Li1.04Ni0.52Co0.19Mn0.25O2であった。
実施例4と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体98質量部と、表面処理剤としてのn-オクチルトリエトキシシラン1質量部と、溶媒としてのメタノール1質量部とを用いて混合した以外は、実施例4と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
実施例4と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体97質量部と、表面処理剤としてのn-オクチルトリエトキシシラン2質量部と、溶媒としてのメタノール1質量部とを用いて混合した以外は、実施例4と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
実施例4と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体98質量部と、表面処理剤としての3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン1質量部と、溶媒としてのメタノール1質量部とを混合し、大気中100℃、1時間の熱処理を行ったこと以外は、実施例4と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
実施例4と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体94質量部と、表面処理剤としての3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン3質量部と、溶媒としてのメタノール3質量部とを混合し、大気中100℃、1時間の熱処理を行ったこと以外は、実施例4と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
実施例4と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体90質量部と、表面処理剤としての3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン5質量部と、溶媒としてのメタノール5質量部とを混合し、大気中100℃、1時間の熱処理を行ったこと以外は、実施例4と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
実施例1と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体98質量部と、表面処理剤としてのアルミネート含有カップリング剤(味の素ファインテクノ株式会社 プレンアクトAL-M)1質量部と、溶媒としてのイソプロピルアルコール1質量部とを混合し、大気中100℃、1時間の熱処理を行ったこと以外は、実施例1と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
実施例1と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体98質量部と、表面処理剤としてのチタネート含有カップリング剤(味の素ファインテクノ株式会社 プレンアクトKR-46B)1質量部と、溶媒としてのイソプロピルアルコール1質量部とを混合し、大気中100℃、1時間の熱処理を行ったこと以外は、実施例1と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
実施例1と同様にリチウム金属複合酸化物粉体を作製し、該リチウム金属複合酸化物粉体98質量部と、表面処理剤としての3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン1質量部と、溶媒としてのメタノール1質量部とを混合し、大気中100℃、1時間の熱処理を行ったこと以外は、実施例1と同様に、表面処理リチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を作製した。
分散剤としてのポリカルボン酸アンモニウム塩(サンノプコ(株)製SNディスパーサント5468)を、スラリー中固形分の6wt%となるようにイオン交換水へ添加し、イオン交換水中へ分散剤を十分に溶解混合させた。
得られた造粒粉を、静置式電気炉を用いて、大気中450℃で仮焼を行った。続いて、仮焼粉を、静置式電気炉を用いて、910℃で20時間焼成した。
焼成して得られた焼成塊を乳鉢に入れて乳棒で解砕し、篩目開き5mmで篩分けした篩下品を高速回転粉砕機(ピンミル、槙野産業(株)製)で解砕した後(解砕条件:回転数10000rpm)、目開き53μmの篩で分級し、篩下のリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を回収した。
回収したリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)の化学分析を行った結果、Li1.04Ni0.52Co0.19Mn0.25O2であった。
分散剤としてのポリカルボン酸アンモニウム塩(サンノプコ(株)製SNディスパーサント5468)を、スラリー中固形分の6wt%となるようにイオン交換水へ添加し、イオン交換水中へ分散剤を十分に溶解混合させた。
得られた造粒粉を、静置式電気炉を用いて、大気中450℃で仮焼を行った。続いて、仮焼粉を、静置式電気炉を用いて、910℃で20時間焼成した。
焼成して得られた焼成塊を、乳鉢に入れて乳棒で解砕し、目開き53μmの篩で分級し、篩下の複合酸化物粉末を回収した。
得られたリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)の化学分析を行った結果、Li1.04Ni0.52Co0.19Mn0.25O2であった。
実施例及び比較例で得たリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)について、固体中炭素分析装置(堀場製作所製EMIA-110)を用いて、キャリアーガスを酸素、ガス圧0.75±0.05kgf/cm2とし、EMIA-110取扱説明書に記載の標準的な設定条件を用いて、炭素(C)の含有量を測定した。なお、高濃度試料の場合は、スケールオーバーにならないように試料質量を適宜減少させた。
実施例及び比較例で得たリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)について、サンプル(粉体)0.5gを流動方式ガス吸着法比表面積測定装置MONOSORBLOOP(ユアサアイオニクス株式会社製「製品名MS‐18」)用ガラスセルに秤量し、前記MONOSORBLOOP用前処理装置にて、30mL/minのガス量にて5分間窒素ガスでガラスセル内を置換した後、前記窒素ガス雰囲気中で250℃10分間、熱処理を行った。その後、前記MONOSORBLOOPを用い、サンプル(粉体)をBET一点法にて測定した。
なお、測定時の吸着ガスは、窒素30%:ヘリウム70%の混合ガスを用いた。
実施例及び比較例で得られたリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)について、レーザー回折粒子径分布測定装置用自動試料供給機(日機装株式会社製「Microtorac SDC」)を用い、サンプル(粉体)を水溶性溶媒に投入し、40%の流速中、40Wの超音波を360秒間照射した後、日機装株式会社製レーザー回折粒度分布測定機「MT3000II」を用いて粒度分布を測定し、得られた体積基準粒度分布のチャートからD50を求めた。
なお、測定の際の水溶性溶媒はエタノールを使用し、溶媒屈折率を1.36、粒子透過性条件を透過、粒子屈折率2.46、形状を非球形とし、測定レンジを0.133~704.0μm、測定時間を30秒とし、2回測定した平均値をD50とした。
実施例及び比較例で得られたリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)を、微小圧縮試験機(島津製作所製)を用いて、体積基準粒度分布によるD50±2μmの二次粒子1つ1つの圧壊強度(MPa)を10個測定し、測定値10個中の最小値を粒子圧壊強度の最小値(MPa)とした。
実施例及び比較例で得たリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)8.0gと、アセチレンブラック(電気化学工業製)0.6gと、NMP(N-メチルピロリドン)中にPVDF(キシダ化学製)12wt%溶解した液5gとを正確に計り取り、そこにNMPを6mL加え十分に混合し、スラリーを作製した。
前記のAとBから、下記式により、スラリー粘度差の変化率(%)を計算した。
スラリー粘度差の変化率=(B-A/A)×100
そして、表1には、各実施例及び比較例のスラリー粘度差の変化率(%)を、比較例1のスラリー粘度差の変化率(%)を100(%)とした場合の相対値(%)として示した。
実施例及び比較例で得たリチウム金属複合酸化物粉体(サンプル)8.0gと、アセチレンブラック(電気化学工業製)1.0gと、NMP (N-メチルピロリドン)中にPVDF(キシダ化学製)12wt%溶解した液8.3gとを正確に計り取り、そこにNMPを5ml加え十分に混合し、ペーストを作製した。このペーストを集電体であるアルミ箔上にのせ、100μm~280μmのギャップに調整したアプリケーターで塗膜化し、140℃一昼夜真空乾燥した後、φ16mmで打ち抜き、4t/cm2でプレス厚密し、正極とした。
電池作製直前に120℃で120min以上真空乾燥し、付着水分を除去し電池に組み込んだ。また、予めφ16mmのアルミ箔の重さの平均値を求めておき、正極の重さからアルミ箔の重さを差し引き正極合材の重さを求めた。また、リチウム金属複合酸化物粉体(正極活物質)とアセチレンブラック、PVDFの混合割合から正極活物質の含有量を求めた。
負極はφ19mm×厚み0.5mmの金属Liとし、電解液は、ECとDMCを3:7体積混合したものを溶媒とし、これに溶質としてLiPF6を1mol/L溶解させたものを用い、図1に示す電気化学評価用セルTOMCEL(登録商標)を作製した。
上記のようにして初期充放電効率を評価した後の電気化学用セルを用いて下記に記述する方法で充放電試験し、高温サイクル寿命特性を評価した。
電池充放電する環境温度を60℃となるようにセットした環境試験機内にセルを入れ、充放電できるように準備し、セル温度が環境温度になるように4時間静置後、充放電範囲を3.0V~4.3Vとし、充電は0.1C定電流定電位、放電は0.1C定電流で1サイクル充放電行った後、1Cにて充放電サイクルを50回行った。
51サイクル目の放電容量を2サイクル目の放電容量で割り算して求めた数値の百分率(%)を高温サイクル寿命特性値として求めた。
表1には、各実施例及び比較例の高温サイクル寿命特性値を、比較例1の高温サイクル寿命特性値を100(%)とした場合の相対値(%)として示した。
粒度(D50)が10μm未満のリチウム金属複合酸化物であっても、粒子表面に有機物を付着させ、BET比表面積当たりの炭素量を1100ppm/(m2/g)以上とすることにより、溶媒との親和性を向上させることができ、スラリー中における分散性を向上させることができたため、スラリー粘度の上昇を抑えることでき、スラリー評価においてヒステリシスを抑制することができ、しかも、高温サイクル時の放電容量の低下を抑えることができた。但し、粒子表面の有機物量が大きくなり過ぎると、充放電の際に粒子表面での電気抵抗の上昇を招くようになるため、BET比表面積当たりの炭素量は7500ppm/(m2/g)以下であるのが好ましいと考えられる。
このような効果は、主に表面層の影響が大きいと考えられ、リチウム金属複合酸化物の組成に大きく影響されることはないと考えられるため、少なくともリチウム金属複合酸化物に関しては、同様のことが言えるものと考えることができる。
その中でも特に、リチウム金属複合酸化物を構成する金属元素の一部がリチウムで置換された、いわゆるリチウムリッチのリチウム金属複合酸化物は、粉体表面のpHが比較的高いために、スラリー粘度が上昇し易いという共通の課題を抱えているため、このような効果を特に期待することができる。
Claims (6)
- レーザー回折散乱式粒度分布測定法により測定して得られる体積基準粒度分布によるD50(「D50」と称する)が10μmより小さく、且つ、BET比表面積当たりの炭素量が1100ppm/(m2/g)~7500ppm/(m2/g)であることを特徴とするリチウム金属複合酸化物。
- 一般式Li1+xM1-xO2(M:Mn、Co、Ni、及び、周期律表の第3族元素から第11族元素の間に存在する遷移元素および周期律表の第3周期までの典型元素のうちの何れか1種以上)で表わされる請求項1に記載のリチウム金属複合酸化物。
- カップリング剤を用いて表面処理して得られた請求項1又は2に記載のリチウム金属複合酸化物。
- 微小圧縮試験機を用いて粉体を圧壊することで求められる粉体圧壊強度の最小値が70MPaより大きいことを特徴とする請求項1~3の何れかに記載のリチウム金属複合酸化物。
- 請求項1~4の何れかに記載のリチウム金属複合酸化物を正極活物質として備えたリチウムイオン電池。
- 請求項1~4の何れかに記載のリチウム金属複合酸化物を正極活物質として備えたハイブリッド電気自動車用または電気自動車用のリチウムイオン電池。
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