JP2007317585A - リチウム二次電池用正極活物質及びこれを用いたリチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明は、化学式LiaCobM1-bO2(0<a≦1.2,0<b≦1 ,MはNi又はMnのうち少なくとも1種を含む)で表される層状複合酸化物からなる正極活物質粒子で、粒子内部と粒子外周部で組成が異なり、粒子外周部の電極抵抗が低いことを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質にある。
【選択図】図2
Description
Coを添加した後、熱処理を行った場合、添加したCoが正極活物質に拡散し、均質な組成分布を有する正極活物質となってしまうためにCoを正極活物質表面に添加した効果が得られない。以上のように、正極活物質二次粒子の表面及び内部で組成分布を変える検討がなされてきたが、高率放電に適した正極活物質二次粒子を得ることは困難であった。
(高容量)と低抵抗の両立については開示されていない。
Co含有量の減少に伴うNi含有量の増加により、高放電容量となる。高放電容量化が進めば、ハイブリッド自動車に搭載する電池が少なくなるため低コスト化につながり望ましい。また、Co含有量が少なければ、原料コストもかからない。このため、Co含有量の多い外周部一次粒子をできるだけ低減することが望ましい。
(以下、NMPと略す)に溶解した溶液と正極活物質及び炭素系導電材(板状黒鉛)を均一に混合して正極合材スラリーを作製した。このとき、正極活物質粉末,炭素系導電材及び結着剤を重量比で表してそれぞれ、86:9.7:4.3の割合となるように混合した。このスラリーを、厚み20μmのアルミ集電体箔上に均一に塗布した後、100℃で乾燥し、プレスにて1.5ton/cm2 で加圧し、約40μm厚の塗膜を形成した。この板を直径15mmに打ち抜き正極に用い、対極をリチウム電極として、試験用電池を作製した。電解液には1.0モルのLiPF6を電解質としたエチルカーボネート(以下、ECと略す),ジメチルカーボネート(以下、DMCと略す)及びジエチルカーボネート(以下、DECと略す)の混合溶媒を用いた。
上記試験用電池の電池内部抵抗評価を以下の手順で行った。先ず、0.25C のレートで4.2V まで定電流低電圧で充電した後、0.25Cで3.0Vまで定電流で放電するサイクルを3回行って試験電池の初期化を行った。充電レートを0.25Cとして4.2Vまで定電流/定電圧で充電した後、0.5C の放電レートで放電し、放電開始後5秒目の電池内部抵抗を求めた。その結果、電池内部抵抗は8Ωであった。次に、試験用電池の放電容量の評価を以下の手順で行った。上述の試験電池の初期化を行った後、0.25C のレートで4.3V まで定電流低電圧で充電した後、0.25Cで3.0Vまで定電流で放電し、正極活物質の放電容量を求めた。その結果、正極活物質の放電容量は152mAh/gであった。
さらに、正極活物質1−Cの出力特性を評価するため、小型円筒リチウム二次電池を以下の手順で作製した。正極活物質1−C及び炭素系導電材を用いて作成したスラリーを、アルミ集電体箔上に均一に塗布した正極板を塗布幅5.4cm ,塗布長さ50cmとなるよう切断し、電流を取り出すためにアルミニウム箔製のリード片を溶接することにより正極板を作製した。この正極板と組み合わせて小型円筒リチウム二次電池を作製するため、以下の手順で負極板を作製した。負極材料の非晶質炭素である擬等方性炭素材(以下、PICと略す)を結着材のNMPに溶解して混合した負極合材スラリーを作製した。このとき、PIC材と結着材の乾燥重量比が92:8となるようにした。このスラリーを10μmの圧延銅箔に均一に塗布した。その後、ロールプレス機により加圧整形し、塗布幅5.6cm,塗布長さ54cmとなるよう切断し、銅箔製のリード片を溶接して負極板を作製した。
Ni:Mn:Coが原子比で50:25:25であった。また、正極活物質二次粒子体積の外周部10%に外周部一次粒子が存在した。しかし、Ni:Mn:Coが原子比で1:1:1の原料スラリーの混合量が少ないため、内部一次粒子の外周の外周一次粒子が少ない。このため、最外周でNi:Mn:Coが原子比で50:25:25の一次粒子が一部認められた。
実施例1と同様の方法で、造粒粉末4−Aを得た。ただしスラリー乾燥温度は150℃であった。次に、この造粒粉末4−Aに水酸化リチウムを、遷移金属に対してリチウムが重量比で1.07 に混合した後、大気中、925℃で焼成して正極活物質粉末4−Cを得た。このときの正極活物質粉末の比表面積は1.1m2/gであった。
実施例1と同様の方法で、造粒粉末5−Aを得た。ただしスラリー乾燥温度は150℃であった。次に、この造粒粉末5−Aに水酸化リチウムを、遷移金属に対してリチウムが重量比で1.07 に混合した後、大気中、925℃で焼成して正極活物質粉末5−Cを得た。このときの正極活物質粉末の比表面積は1.1m2/gであった。
11…パッキン、12…絶縁材。
Claims (6)
- 化学式LiaMnxNiyCozO2(0<a≦1.2,0≦x≦1,0≦y≦1,0≦z≦1及びx+y+z=1)で表される層状複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を有する正極活物質において、前記二次粒子の外周部のCo含有率が内部のCo含有率よりも高いことを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
- 化学式LiaCobM1-bO2(0<a≦1.2,0<b≦1 、MはNi又はMnのうち少なくとも1種を含む)で表される層状複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を有する正極活物質において、前記二次粒子の外周部のCo含有率が内部のCo含有率よりも20%以上高いことを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
- 化学式LiaCobM1-bO2(0<a≦1.2,0<b≦1 、MはNi又はMnのうち少なくとも1種を含む)で表される層状複合酸化物の一次粒子が凝集した二次粒子を有する正極活物質において、前記二次粒子の外周部一次粒子のCo含有率が内部一次粒子のCo含有率より高く、外周部一次粒子と内部一次粒子の重量比が1/4以上1未満であることを特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
- 化学式LiaCobM1-bO2(0<a≦1.2,0<b≦1 、MはNi又はMnのうち少なくとも1種を含む)で表される層状複合酸化物の原料酸化物をサブミクロンまで粉砕し、これをスプレードライヤーで造粒した造粒粉末を作製し、前記造粒粉末の組成と異なる組成の一次粒子を前記造粒粉末の外周部にスプレードライを行うことを特徴とする二次粒子の造粒方法。
- リチウムを吸蔵放出する正極と、リチウムを吸蔵放出する負極とが電解液を介して形成されるリチウム二次電池において、
請求項1〜3のいずれかに記載の前記正極活物質を前記正極に含有することを特徴とするリチウム二次電池。 - リチウムを吸蔵放出する正極と、リチウムを吸蔵放出する負極とが電解液を介して形成されるリチウム二次電池において、
請求項1〜3のいずれかに記載の前記正極活物質を前記正極に含み、前記負極は非晶質炭素或いは黒鉛を有し、前記リチウム二次電池の温度が25度、放電深度が50%の場合に、出力エネルギー密度が2800−3500W/kgであることを特徴とするリチウム二次電池。
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