JP2011146309A - 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 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】平均粒径が8〜20μmであるニッケル複合化合物と、リチウム化合物とを混合して得られる、嵩密度が1.0〜2.2g/mlである混合物を、焼成容器に充填して焼成する工程において、該混合物を焼成容器に入れたときの厚さをt(mm)としたときに、該混合物の温度が550℃以上650℃以下の温度領域に保持される時間を、式:時間(分)=0.026t2−2.7により求められる最小保持時間以上として、酸素濃度が60容量%以上の酸性雰囲気中で焼成を行い、得られた焼成物を水洗することにより、リチウムニッケル複合酸化物からなる正極活物質を得る。
【選択図】図2
Description
リチウムイオン電池用の正極材料であるリチウムニッケル複合酸化物を工業的に生産する場合、一般的に、セラミック製の焼成容器に充填した原料混合物を、ローラーハースキルンやプッシャー炉などの炉の中に連続的に送り込み、所定の時間、所定の温度で焼成して、合成反応を起こさせている。
正極活物質を合成するため、市販の水酸化リチウム一水和物(LiOH・H2O)と、ニッケルとコバルトとアルミニウムのモル比が82:15:3で固溶してなり、平均粒径が15μmである金属複合水酸化物(Ni0.82Co0.15Al0.03O2)とを、リチウムとリチウム以外の金属とのモル比が1.02:1.00となるように秤量した後、十分に混合した。なお、得られた混合粉末の嵩密度は1.1g/mlであった。
焼成容器に装入した混合物の厚さを45mmとした以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下の温度領域での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを50mmとした以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下の温度領域での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを55mmとした以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを60mmとした以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを40mmとしたこと、雰囲気の温度を600℃から780℃まで一定速度で9時間かけて昇温して、780℃で4時間保持する、温度パターンで焼成した以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。実測した混合物の550℃以上650℃以下の温度範囲における保持時間は60分であり、実測された混合物の最高到達温度およびその保持時間は780℃で4時間であった。また、混合物が焼成炉に入ってから出るまでに要した時間は18.5時間であった。混合物の550℃以上650℃以下の温度領域での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを45mmとしたこと以外は、実施例6と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを50mmとしたこと以外は、実施例6と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを55mmとしたこと以外は、実施例6と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを60mmとしたこと以外は、実施例6と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを40mmとしたこと、雰囲気を600℃から780℃まで一定速度で4時間かけて昇温して、780℃で10時間保持する、温度パターンで焼成したこと以外は、実施例1と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。実測した混合物の550℃以上650℃以下の温度領域における保持時間は60分であり、実測された混合物の最高到達温度およびその保持時間は、780℃で10時間であった。また、混合物が焼成炉に入ってから出るまでに要した時間は19.5時間であった。混合物の550℃以上650℃以下の温度領域での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを45mmとした以外は、実施例8と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを50mmとした以外は、実施例8と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを55mmとした以外は、実施例8と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さを60mmとした以外は、実施例8と同様にして正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。混合物の550℃以上650℃以下での保持時間(T1)および1回目の放電容量を、最小保持時間(T2)と併せて、表1に示す。
焼成容器に装入した混合物の厚さ(t)を40〜60mmで変化させるとともに、500℃から780℃までの昇温速度を調整することで、550℃以上650℃以下の温度領域における保持時間を変化させたこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、得られた電池の評価を行った。1回目の放電容量が198mAh/g以上のものを良好(○)、198mAh/g未満のものを不良(×)と評価して、横軸に混合物の厚さ(mm)、縦軸に550℃以上650℃以下の温度領域での保持時間(分)を取り、得られたそれぞれの結果を図2に示す。図2から198mAh/g以上の容量を有するような混合物の厚さt(mm)と550℃以上650℃以下の温度領域での保持時間T1(分)の関係を見積もると、最小保持時間(T2;分)=0.026t2−2.7となった。
2 負極
3 セパレータ
4 ガスケット
5 正極缶
6 負極缶
B コイン電池
Claims (10)
- リチウムニッケル複合酸化物から構成される非水系電解質二次電池用の正極活物質の製造方法であって、平均粒径が8〜20μmであるニッケル複合化合物と、リチウム化合物とを混合して得られる、嵩密度が1.0〜2.2g/mlである混合物を、焼成容器に充填して焼成する工程において、該混合物を焼成容器に入れたときの厚さをt(mm)としたときに、該混合物の温度が550℃以上650℃以下の温度領域に保持される時間を、式:時間(分)=0.026t2−2.7により求められる最小保持時間以上として、酸素濃度が60容量%以上の酸化性雰囲気中で該混合物の焼成を行い、得られた焼成物を水洗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の製造方法。
- 前記酸素濃度が80容量%以上の雰囲気中で、前記混合物を前記温度領域に保持する、請求項1に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質の製造方法。
- 前記焼成工程において、前記混合物の到達する最高温度が650℃以上800℃以下であり、かつ該最高温度での保持時間が4時間以上である、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の製造方法。
- 前記焼成工程において、前記混合物の加熱開始から冷却完了までの時間が24時間以下である、請求項1〜3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。
- 前記リチウム化合物が、水酸化リチウムまたは水酸化リチウム水和物である、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の製造方法。
- 前記ニッケル複合化合物が、ニッケル複合酸化物またはニッケル複合水酸化物である、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の製造方法。
- 前記リチウムニッケル複合酸化物の組成が、一般式:LixNi(1-y-z)CoyMzO2(式中、Mは、Al、Tiの中から選ばれた少なくとも1種の元素を表し、x、y、zはそれぞれ、0.90≦x≦1.10、0.05≦y≦0.35、0.005≦z≦0.15を満たす)で表される、請求項1〜6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。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の製造方法により得られた非水系電解質二次電池用正極活物質。
- 2032型コイン電池からなる非水系電解質二次電池の正極材料として用いた場合に、該非水系電解質二次電池の1回目の放電容量が198mAh/g以上となる、請求項8に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質。
- 請求項8または9に記載の非水系電解質二次電池用正極活物質を正極材料として用いていることを特徴とする非水系電解質二次電池。
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