JP7366662B2 - リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体及びその製造方法 - Google Patents
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Description
リチウム複合粒子(A)は、下記式(1)、又は式(2):
LiNiaCobMncM1 vO2・・・(1)
(式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
LiNidCoeAlfM2 wO2 ・・・(2)
(式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、wは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面を、下記式(3)又は式(4):
Li1+gAlhM3 xTii(PO4)3 ・・・(3)
(式(3)中、M3はSc、In、Fe、Cr、Ga、Y、La、Zn、Si、Mn、Ge、Nd、Sr又はVから選ばれる1種又は2種以上を示し、g、h、i及びxは、0≦g≦4、0<h≦2、0<i<2、0≦x≦2、g+3h+(M3の価数)×x+4i=8を満たす数を示す。)
Li3PO4-Li4SiO4 ・・・(4)
で表される1種以上のリチウム系固体電解質(b)が被覆してなる粒子であり、
リチウム正極活物質粒子(B)は、下記式(5)、式(6)、式(7)、式(8)、式(9)、又は式(10):
LijMnkFelM5 yPO4 ・・・(5)
(式(5)中、M5はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦1.2、0.3≦k≦1、0≦l≦0.7、及び0≦y≦0.3を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M5の価数)×y=3を満たす数を示す。)
LimMnnFeoM6 zSiO4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。m、n、o、及びzは、0<m≦2.4、0≦n≦1.2、0≦o≦1.2、0≦z≦1.2、及びn+o≠0を満たし、かつm+(Mnの価数)×n+(Feの価数)×o+(M6の価数)×z=4を満たす数を示す。)
LiM7 pCoqO2 ・・・(7)
(式(7)中、M7はNi、Mn、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(7)中、p及びqは、0≦p≦0.1、0<q≦1、及び(M7の価数)×p+3q=3を満たす数を示す。)
LiM8 rMnsO4 ・・・(8)
(式(8)中、M8はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(8)中、o及びpは、0≦r≦0.1、0<s≦2、及び(M8の価数)×r+(Mnの価数)×s=7を満たす数を示す。)
LiNitMn1-tO4 ・・・(9)
(式(9)中、tは0.3≦t≦0.7を満たす数を示す。)
Li2MnO3-LiM10O2 ・・・(10)
(式(10)中、M10はNi、Mn、Co、Al、Fe、Cr、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、及びCeから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。)
で表されるいずれか1種以上の粒子である、リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を提供するものである。
(I)リチウム系固体電解質(b)の原料となる水溶性化合物が溶解した水溶液にリチウム複合酸化物二次粒子(a)を混合した後、噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質(b)の原料化合物を表面に担持したリチウム複合酸化物二次粒子(a)からなる複合体(d)を得る工程、
(II)得られた複合体(d)を、酸素雰囲気下、600℃~1000℃で30分間~6時間焼成して、リチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面をリチウム系固体電解質(b)が被覆してなるリチウム複合粒子(A)を得る工程、
(III)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(e)を得る工程、並びに
(IV)リチウム複合粒子(A)及び造粒体(e)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(e)を解砕させながら、リチウム複合粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化する工程
を備える、上記リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法を提供するものである。
したがって、かかるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を正極材料として適用すれば、優れた電池特性を発現するリチウムイオン二次電池を実現することが可能となる。
本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体は、リチウム複合粒子(A)の表面にリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなり、かつリチウム複合粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)との質量比((A):(B))が95:5~50:50である。
上記リチウム複合粒子(A)を構成するリチウム複合酸化物二次粒子(a)は、下記式(1)、又は式(2):
LiNiaCobMncM1 vO2・・・(1)
(式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
LiNidCoeAlfM2 wO2 ・・・(2)
(式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、wは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなる二次粒子である。
また、上記式(1)中のa、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数である。
上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2、LiNi0.2Co0.4Mn0.4O2、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2、又はLiNi0.33Co0.31Mn0.33Zn0.03O2等が挙げられる。なかでも、サイクル特性を一層高める観点から、LiNi0.33Co0.33 Mn0.34O2、LiNi0.33Co0.31Mn0.33Mg0.03O2からなる粒子が好ましい。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
ここで、平均粒径とは、SEM又はTEMの電子顕微鏡観察において、数十個の粒子の粒径(長軸の長さ)の測定値の平均値を意味し、以後の説明においても同義である。
また、かかるコア部の表面を被覆するシェル部を構成するNCM系複合酸化物粒子の一次粒子としての平均粒径は、好ましくは50nm~500nmであり、より好ましくは50nm~300nmであって、かかる一次粒子が凝集して形成するシェル部の層厚は、好ましくは0.1μm~5μmであり、より好ましくは0.1μm~2.5μmである。
かかる平均粒径及び内部空隙率を有することで、上記式(1)で表されるNCM系複合酸化物粒子からなるNCM系複合酸化物二次粒子(a)の表面では、NCM系複合酸化物粒子をリチウム系固体電解質(b)が被覆して存在するため、NCM系複合酸化物粒子に含まれる金属成分(Ni、Co、Mn、M1)の溶出を効果的に抑制し、高温サイクル特性の向上に寄与することができる。
また、上記式(2)中のd、e、f、wは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数である。
上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子としては、具体的には、例えばLiNi0.33Co0.33Al0.34O2、LiNi0.8Co0.1Al0.1O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Zn0.03O2等からなる粒子が挙げられる。なかでも、LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、LiNi0.8Co0.15Al0.03Mg0.03O2からなる粒子が好ましい。
かかる平均粒径及び内部空隙率を有することで、NCM系複合酸化物粒子同様に、上記式(2)で表されるNCA系複合酸化物粒子からなるNCA系複合酸化物二次粒子(a)の表面では、NCA系複合酸化物粒子をリチウム系固体電解質(b)が被覆して存在するため、NCA系複合酸化物粒子に含まれる金属成分(Ni、Co、Al、M2)の溶出を効果的に抑制し、高温サイクル特性の向上に寄与することができる。
Li1+gAlhM3 xTii(PO4)3 ・・・(3)
(式(3)中、M3はSc、In、Fe、Cr、Ga、Y、La、Zn、Si、Mn、Ge、Nd、Sr又はVから選ばれる1種又は2種以上を示し、g、h、i及びxは、0≦g≦4、0<h≦2、0<i<2、0≦x≦2、g+3h+(M3の価数)×x+4i=8を満たす数を示す。)
Li3PO4-Li4SiO4 ・・・(4)
で表される。
また、上記式(3)中のg、h、i及びxは、0≦g≦4、0<h≦2、0<i<2、0≦x≦2、g+3h+(M3の価数)×x+4i=8を満たす数である。
より具体的には、例えば、Li1.4Al0.4Ti1.6(PO4)3、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3、Li1.2Al0.2Ti1.8(PO4)3、Li1.1Al0.1Ti1.9(PO4)3、Li1.3Al0.27Ga0.03Ti1.7(PO4)3、Li1.3Al0.27Sc0.03Ti1.7(PO4)3、Li1.3Al0.27Y0.03Ti1.7(PO4)3が挙げられる。なかでも、Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3が好ましい。
ここで、リチウム系固体電解質(b)の被覆厚さとは、リチウム複合粒子(A)の断面(クロスセクション)に関するTEM観察において、十個のリチウム複合粒子(A)表面におけるリチウム系固体電解質(b)被覆層の厚さの測定値の平均値を意味し、以後の説明においても同義である。
下記式(5)、又は式(6):
LijMnkFelM5 yPO4 ・・・(5)
(式(5)中、M5はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦1.2、0.3≦k≦1、0≦l≦0.7、及び0≦y≦0.3を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M5の価数)×y=3を満たす数を示す。)
LimMnnFeoM6 zSiO4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。m、n、o、及びzは、0<m≦2.4、0≦n≦1.2、0≦o≦1.2、0≦z≦1.2、及びn+o≠0を満たし、かつm+(Mnの価数)×n+(Feの価数)×o+(M6の価数)×z=4を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、オリビン型構造を有する正極活物質からなる粒子である。
さらに、シェル部は、コア部の外側に形成されてなるものであればよく、コア部同様に1相であってもよいし、組成の異なる2相以上で構成していてもよい。
なお、コア-シェル構造を形成してなるリチウム正極活物質粒子(B)の平均粒径は、かかるリチウム正極活物質粒子(B)に式(5)で表されるリチウム系ポリアニオンを含む場合には、好ましくは50nm~200nmであり、より好ましくは50nm~150nmであり、さらに好ましくは50nm~100nmであり、式(6)で表されるリチウム系ポリアニオンを含む場合には、好ましくは20nm~200nmであり、より好ましくは20nm~150nmであり、さらに好ましくは20nm~100nmである。
なお、ここでのリチウム正極活物質粒子(B)の被覆量は、上記炭素(c)の担持量を含むものである。
LiM7 pCoqO2 ・・・(7)
(式(7)中、M7はNi、Mn、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(7)中、p及びqは、0≦p≦0.1、0<q≦1、及び(M7の価数)×p+3q=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する正極活物質からなる粒子である。
具体的には、LiCoO2、LiMn0.05Co0.95O2、LiAl0.05Co0.95O2、LiMg0.03Co0.98O2、LiSi0.03Co0.96O2を用いることができる。なかでも、LiCoO2が好ましい。
LiM8 rMnsO4 ・・・(8)
(式(8)中、M8はNi、Co、Al、Mg、Ti、V、Cr、Fe、Zr、Ga、Cu、及びSiから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。また、式(8)中、o及びpは、0≦r≦0.1、0<s≦2、及び(M8の価数)×r+(Mnの価数)×s=7を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する正極活物質からなる粒子である。
LiNitMn1-tO4 ・・・(9)
(式(9)中、tは0.3≦t≦0.7を満たす数を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、スピネル構造を有する正極活物質からなる粒子である。
Li2MnO3-LiM10O2 ・・・(10)
(式(10)中、M10はNi、Mn、Co、Al、Fe、Cr、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La、及びCeから選ばれる1種または2種以上の元素を示す。)
で表されるリチウム正極活物質粒子(B)は、層状岩塩型構造の結晶構造を有する固溶体を形成する正極活物質からなる粒子である。
具体的には、Li2MnO3-LiNiO2、Li2MnO3-LiCoO2、Li2MnO3-LiMn2O4、Li2MnO3-LiNixMn1-xO2(0<x<1)、Li2MnO3-LiNixCo1-xO2(0<x<1)、Li2MnO3-LiCoxMn1-xO2(0<x<1)、Li2MnO3-LiNi1-x-yCoxMnyO2(0<x<1、0<y<1、0<x+y<1)を用いることができる。なかでも、Li2MnO3-LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2が好ましい。
また、本発明のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C)のタップ密度は、好ましくは0.8g/cm3~2.5g/cm3であり、より好ましくは1.0g/cm3~2.0g/cm3である。かかる正極活物質複合体のタップ密度が0.8g/cm3よりも小さい場合、上述のとおり電池のサイクル特性が低下するおそれがある。
(I)リチウム系固体電解質(b)の原料となる水溶性化合物が溶解した水溶液にリチウム複合酸化物二次粒子(a)を混合した後、噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質(b)の原料化合物を表面に担持したリチウム複合酸化物二次粒子(a)からなる複合体(d)を得る工程、
(II)得られた複合体(d)を、酸素雰囲気下、600℃~1000℃で30分間~6時間焼成して、リチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面をリチウム系固体電解質(b)が被覆してなるリチウム複合粒子(A)を得る工程、
(III)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(e)を得る工程、並びに、
(IV)リチウム複合粒子(A)及び造粒体(e)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(e)を解砕させながら、リチウム複合粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化する工程
を備える。
より具体的には、次の工程(i)~(ii):
(i)水に、リチウム系固体電解質(b)の原料となる水溶性化合物を添加して水溶液(b-1)を得た後、得られた水溶液(b-1)に、リチウム複合酸化物二次粒子(a)とpH調整剤を混合して、スラリー(ab-1)を得る工程
(ii)スラリー(ab-1)を噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質(b)の原料化合物を表面に担持したリチウム複合酸化物二次粒子(a)からなる複合体(d)を得る工程
を備えるのが好ましい。
用い得るリチウム系固体電解質(b)の原料としては、次工程(ii)で、リチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面に担持させる必要があることから、水溶性化合物である必要がある。例えば、リチウム化合物の場合は、水酸化リチウム(例えばLiOH、LiOH・H2O)、炭酸リチウム、硫酸リチウム、酢酸リチウムが挙げられる。なかでも水酸化リチウムが好ましい。
かかる焼成により、リチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面に担持されているリチウム系固体電解質(b)の原料化合物からリチウム系固体電解質(b)が生成すると共に、リチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面全体を被覆するように、リチウム系固体電解質(b)が担持される。これにより、リチウム複合酸化物二次粒子(a)からの遷移金属成分の電解液への溶出を有効に抑制することができる。
より具体的には、所定の大きさを有するリチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリー(B-1)を調製した後、スラリー(B-1)を噴霧乾燥して、リチウム正極活物質粒子(B)を含む造粒体(e)を得る工程である。
さらに炭素源(c’)として、セルロースナノファイバー(c’-1)及び/又はリグノセルロースナノファイバー(c’-2)と、水溶性炭素材料(c’-3)とを用いる場合、スラリー(B-1)における、これら炭素源(c’)の合計含有量は、リチウム正極活物質粒子(B)及び炭素(c)の合計量100質量%中に、炭素原子換算量で0.1質量%~12質量%となるようにすればよい。
ここで、粒度分布測定におけるD50値とは、レーザー回折・散乱法に基づく体積基準の粒度分布により得られる値であり、D50値は累積50%での粒径(メジアン径)を意味する。
造粒体(e)の崩壊強度(KN/mm)=10/(t0-t10) ・・・(11)
式(11)中のt0は、直径20mmの円筒容器内に表面に造粒体(e)を3g投入し、高さ1cmからの落下によるタッピングを10回繰返した後の密充填状態における造粒体(e)の層厚(mm)を示し、t10は、かかる密充填状態の造粒体(e)に、上部から10KNの荷重を掛けた際の造粒体(e)の層厚(mm)を示す。
また、かかる複合化を行う装置として、ローター工具を備えた高速攪拌混合機であるアイリッヒインテンシブミキサー(日本アイリッヒ社製)を用いた場合、かかるローター工具の回転数は、好ましくは2000rpm~8000rpmであり、より好ましくは2000rpm~6000rpmである。また、複合化する時間は、好ましくは1分間~10分間であり、より好ましくは1分間~7分間である。
例えば、上記複合化の処理を、回転数2000rpm~5000rpmで回転するインペラを備える密閉容器内で1分間~8分間行う場合、密閉容器に投入する上記混合物の量は、有効容器(インペラを備える密閉容器のうち、上記混合物を収容可能な部位に相当する容器)1cm3当たり、好ましくは0.1g~0.7gであり、より好ましくは0.15g~0.4gである。
より具体的には、用いるリチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(5)、式(6)、及び式(10)の場合の質量比(粒子(A):粒子(B))は、好ましくは95:5~55:45であり、より好ましくは90:10~55:45であり、さらに好ましくは85:15~55:45であり、リチウム正極活物質粒子(B)が、上記式(7)、式(8)、及び式(9)の場合の質量比(粒子(A):粒子(B))は、好ましくは95:5~50:50であり、より好ましくは90:10~50:50であり、さらに好ましくは85:15~50:50である。
かかる量となるよう、上記混合物中における造粒体(e)の量を調整すればよい。
Ni:Co:Mnのモル比が1:1:1となるように、硫酸ニッケル六水和物 263g、硫酸コバルト七水和物 281g、硫酸マンガン五水和物 241g、及び水 3Lを混合した後、かかる混合溶液に25%アンモニア水を、滴下速度300ml/分で滴下して、pHが11の金属複合水酸化物を含むスラリーA1を得た。
次いで、スラリーA1をろ過、乾燥して、金属複合水酸化物の混合物A2を得た後、かかる混合物A2に炭酸リチウム37gをボールミルで混合して粉末混合物A3を得た。
得られた粉末混合物A3を、大気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後に造粒し、次いで本焼成として大気雰囲気下で800℃×10時間焼成し、リチウム複合酸化物二次粒子A4(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2、平均粒径10μm)を得た。
得られたリチウム複合酸化物二次粒子A4を500g分取し、LiNO3 0.9g、Al(NO3)3・9H2O 1.13g、TiCl4 3.23g、H3PO4 2.94gと水500mLを添加し、さらにpH調整剤として28%アンモニア水10.93gを添加してスラリーA5を得た。得られたスラリーA5を超音波攪拌機(T25、IKA社製)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(MDL-050M、藤崎電機株式会社製)を用いて噴霧乾燥に付して造粒体A6を得た。
得られた造粒体A6を、大気雰囲気下、700℃で1時間焼成して、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を、固体電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3が被覆したリチウム複合粒子(A-1)(平均粒径:10μm、固体電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3の被覆量:0.5質量%、被覆厚さ:5nm)を得た。
製造例1において、LiNO3 0.9gを9.0gに、Al(NO3)3・9H2O 1.13gを11.3gに、TiCl4 3.23gを32.3gに、H3PO4 2.94gを29.4gに、pH調整剤の28%アンモニア水10.93gを109.3gに変更した以外、製造例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を、固体電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3が被覆したリチウム複合粒子(A-2)(平均粒径:10μm、固体電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3の被覆量:5質量%、被覆厚さ:20nm)を得た。
Li:Ni:Co:Alのモル比が1:0.8:0.15:0.05となるように、炭酸リチウム370g、炭酸ニッケル950g、炭酸コバルト150g、炭酸アルミニウム58g、及び水3Lを混合した後、ボールミルで混合して粉末混合物A7を得た。
得られた粉末混合物A7を、大気雰囲気下で800℃×5時間仮焼成して解砕した後、本焼成として大気雰囲気下で800℃×24時間焼成し、リチウム複合酸化物二次粒子A8(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、平均粒径10μm)を得た。
得られたリチウム複合酸化物二次粒子A8を500g分取し、LiNO3 0.9g、Al(NO3)3・9H2O 1.13g、TiCl4 3.23g、H3PO4 2.94gと水500mLを添加し、さらにpH調整剤として28%アンモニア水10.93gを添加してスラリーA9を得た。得られたスラリーA9を超音波攪拌機(同上)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(同上)を用いて噴霧乾燥に付して造粒体A10を得た。
得られた造粒体A10を、大気雰囲気下、700℃で1時間焼成して、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面を、固体電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3が被覆したリチウム複合粒子(A-3)(平均粒径:10μm、固体電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3の被覆量:0.5質量%、被覆厚さ:5nm)を得た。
製造例3において、LiNO3 0.9gを9.0gに、Al(NO3)3・9H2O 1.13gを11.3gに、TiCl4 3.23gを32.3gに、H3PO4 2.94gを29.4gに、pH調整剤の28%アンモニア水10.93gを109.3gに変更した以外、製造例3と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面を、固体電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3が被覆したリチウム複合粒子(A-4)(平均粒径:10μm、固体電解質Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3の被覆量:5質量%、被覆厚さ:20nm)を得た。
LiOH・H2O 1272g、及び水4Lを混合してスラリーB1を得た。次いで、得られたスラリーB1を、25℃の温度に保持しながら3分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液1153gを35mL/分で滴下し、続いてセルロースナノファイバー(Wma-10002、スギノマシン社製、繊維径4~20nm)5892gを添加して、速度400rpmで12時間撹拌して、Li3PO4を含むスラリーB2を得た。
得られたスラリーB2に窒素パージして、スラリーB2の溶存酸素濃度を0.5mg/Lとした後、スラリーB2全量に対し、MnSO4・5H2O 1688g、FeSO4・7H2O 834gを添加してスラリーB3を得た。添加したMnSO4とFeSO4のモル比(マンガン化合物:鉄化合物)は、70:30であった。
次いで、得られたスラリーB3をオートクレーブに投入し、170℃で1時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.8MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して複合体B4を得た。
得られた複合体B4を1000g分取し、水1Lを添加してスラリーB5を得た後、スラリーB5を超音波攪拌機(同上)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(同上)を用いて噴霧乾燥に付して造粒体B6を得た。
得られた造粒体B6を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、700℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(B-1)(LiMn0.7Fe0.3PO4、炭素の担持量:2.0質量%、平均粒径:100nm)を得た。
LiOH・H2O 428g、Na4SiO4・nH2O 1397g、セルロースナノファイバー(同上)2946g、及び水3.75Lを混合してスラリーB7を得た。次いで、得られたスラリーB7に、MnSO4・5H2O 793g、FeSO4・7H2O 392g、及びZr(SO4)2・4H2O 53gを添加し、混合してスラリーB8を得た。このとき、添加したFeSO4、MnSO4及びZr(SO4)2のモル比(鉄化合物:マンガン化合物:ジルコニウム化合物)は、28:66:3であった。
次いで、得られたスラリーB8をオートクレーブに投入し、170℃で3時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は0.4MPaであった。水熱反応後、生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を-50℃で12時間凍結乾燥して複合体B9を得た。
得られた複合体B9を500g分取し、水0.5Lを添加してスラリーB10を得た後、スラリーB10を超音波攪拌機(同上)で1分間分散処理して、全体を均一に呈色させた後、スプレードライ装置(同上)を用いて噴霧乾燥に付して造粒体B11を得た。
得られた造粒体B11を、アルゴン水素雰囲気下(水素濃度3%)、650℃で1時間焼成して、2.0質量%のセルロースナノファイバー由来の炭素が担持されたリチウム正極活物質粒子(B-2)(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4、炭素の担持量:2.0質量%、平均粒径:50nm)を得た。
Li2CO3 222g及びCo3O4 482gをボールミルで混合後、500kg/cm3でのプレス圧で成型して、焼成用原料B12を得た。得られた焼成用原料B12を、大気雰囲気下、700℃で5時間焼成することで脱炭酸処理して得られた焼成体B13を、ボールミルで粉砕後に、1000kg/cm3でのプレス圧で再度成型して、焼成用原料B14を得た。得られた焼成用原料B14を、大気雰囲気下、900℃で10時間焼成して焼成体B15(LiCoO2)を得た後、ディスクミルで粉砕してリチウム正極活物質粒子(B-3)(LiCoO2、平均粒径:200nm)を得た。
製造例1の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子A4(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2、平均粒径10μm)を得た。製造方法は製造例1に準じた。
製造例3の中間生成物である、リチウム複合酸化物二次粒子A8(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2、平均粒径10μm)を得た。製造方法は製造例3に準じた。
製造例1で得られたリチウム複合粒子(A-1)300gと、製造例5で得られたリチウム正極活物質粒子(B-1)200gを、メカノフュージョン(ホソカワミクロン社製、AMS-Lab)を用いて、2600rpm(20m/秒)で10分間の複合化処理を行い、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-1)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-1)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例2のリチウム複合粒子(A-2)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-2)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例3のリチウム複合粒子(A-3)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-3)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-3)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例4のリチウム複合粒子(A-4)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面を5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-4)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-4)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-1)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-5)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:750nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを製造例2のリチウム複合粒子(A-2)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-6)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:750nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを製造例3のリチウム複合粒子(A-3)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-3)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-7)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:750nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを製造例4のリチウム複合粒子(A-4)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面を5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-4)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-8)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:750nm)を得た。
実施例1において、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例6のリチウム正極活物質粒子(B-2)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-1)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-9)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例3のリチウム複合粒子(A-3)に、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例6のリチウム正極活物質粒子(B-2)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-3)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-10)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを製造例6のリチウム正極活物質粒子(B-2)50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-1)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-11)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを製造例3のリチウム複合粒子(A-3)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを製造例6のリチウム正極活物質粒子(B-2)50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-3)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-12)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例7のリチウム正極活物質粒子(B-3)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面を0.5質量%の固体電解質(Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3)が被覆したリチウム複合粒子(A-1)の表面に、コバルト酸リチウム粒子(LiCoO2)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(C-13)(リチウム複合粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例8のリチウム複合酸化物二次粒子(E-1)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-1)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを製造例8のリチウム複合酸化物二次粒子(E-1)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-2)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:750nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例9のリチウム複合酸化物二次粒子(E-2)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-3)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを製造例9のリチウム複合酸化物二次粒子(E-2)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-4)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:750nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例8のリチウム複合酸化物二次粒子(E-1)に、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例6のリチウム正極活物質粒子(B-2)変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-5)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを製造例8のリチウム複合酸化物二次粒子(E-1)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを製造例6のリチウム正極活物質粒子(B-2)50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-6)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:750nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例9のリチウム複合酸化物二次粒子(E-2)に、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例6のリチウム正極活物質粒子(B-2)変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-7)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを製造例9のリチウム複合酸化物二次粒子(E-2)450gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200g製造例6のリチウム正極活物質粒子(B-2)を50gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(Li2Mn0.66Fe0.28Zr0.03SiO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-8)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=90:10(質量比)、平均粒径11.5μm、タップ密度1.6g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:750nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)を製造例8のリチウム複合酸化物二次粒子(E-1)に、リチウム正極活物質粒子(B-1)を製造例7のリチウム正極活物質粒子(B-3)に変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、コバルト酸リチウム粒子(LiCoO2)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-9)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=60:40(質量比)、平均粒径13μm、タップ密度1.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:1.5μm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを490gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを10gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-10)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=98:2(質量比)、平均粒径10μm、タップ密度2.4g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:80nm)を得た。
実施例1において、リチウム複合粒子(A-1)300gを200gに、リチウム正極活物質粒子(B-1)200gを300gに変更した以外、実施例1と同様にして、リチウム複合酸化物二次粒子(LiNi0.33Co0.33Mn0.34O2)の表面に、2質量%の炭素が担持されたリチウム系ポリアニオン粒子(LiMn0.7Fe0.3PO4)が複合化されたリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体(D-11)(リチウム複合酸化物二次粒子:リチウム正極活物質粒子=40:60(質量比)、平均粒径17μm、タップ密度1.2g/cm3、リチウム正極活物質粒子による担持層の厚さ:3.5μm)を得た。
実施例1~13、及び比較例1~11で得られた全てのリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体を正極活物質として用い、リチウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた各リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比90:5:5の配合割合で混合し、これにN-メチル-2-ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスして正極とした。
次いで、上記正極を用いてコイン型二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比3:7の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンを用いた。これらの電池部品を露点が-50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型二次電池(CR-2032)を得た。
得られた二次電池を用い、高温サイクル特性を評価した。具体的には、電流密度170mA/g、電圧4.5Vの定電流充電後に、電流密度170mA/g、終止電圧3.0Vの定電流放電を行い、放電容量測定装置(HJ-1001SD8、北斗電工(株)製)を用い、気温50℃環境での、1C(170mAh/g)における放電容量を測定した。また、上記充放電サイクルを50サイクル繰返し、下記式(12)により高温サイクル特性(%)を求めた。
評価結果を表2に示す。
高温サイクル特性(%)=(50サイクル目の放電容量)/
(50サイクル中の最大の放電容量)×100 ・・・(12)
上記の高温サイクル特性の評価に用いた二次電池を解体し、取り出した正極を炭酸ジメチルで洗浄後、上記二次電池の製造で用いたものと同じ電解液に浸して、70℃で1週間、密閉容器中に静置した。
静置後、正極を取り出した電解液を0.45μmのディスミックフィルタで濾過し、硝酸により酸分解した。酸分解した電解液に含まれるリチウム複合酸化物二次粒子由来のMn、Ni、Coを、ICP発光分光法を用いて定量した。
測定結果を表3に示す。
これは、実施例のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体が、リチウム複合酸化物二次粒子が固体電解質と正極活物質粒子によって重層的に被覆又は担持されてなることから、高温下におけるリチウム複合酸化物の結晶構造の崩壊が抑制されているためと推定される。
Claims (6)
- リチウム複合粒子(A)の表面にリチウム正極活物質粒子(B)が担持してなり、かつリチウム複合粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)との質量比((A):(B))が95:5~90:10であるリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体であって、
リチウム複合粒子(A)は、下記式(1)、又は式(2):
LiNiaCobMncM1 vO2・・・(1)
(式(1)中、M1はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。a、b、c、vは、0.3≦a<1、0<b≦0.7、0<c≦0.7、0≦v≦0.3、かつ3a+3b+3c+(M1の価数)×v=3を満たす数を示す。)
LiNidCoeAlfM2 wO2 ・・・(2)
(式(2)中、M2はMg、Ti、Nb、Fe、Cr、Si、Ga、V、Zn、Cu、Sr、Mo、Zr、Sn、Ta、W、La、Ce、Pb、Bi及びGeから選ばれる1種又は2種以上の元素を示す。d、e、f、wは、0.4≦d<1、0<e≦0.6、0<f≦0.3、0≦w≦0.3、かつ3d+3e+3f+(M2の価数)×w=3を満たす数を示す。)
で表されるリチウム複合酸化物粒子からなるリチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面を、
Li 1.3 Al 0.3 Ti 1.7 (PO 4 ) 3
で表されるリチウム系固体電解質(b)が被覆してなる粒子であり、
リチウム正極活物質粒子(B)は、下記式(5)、又は式(6):
LijMnkFelM5 yPO4 ・・・(5)
(式(5)中、M5はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。j、k、l、及びyは、0<j≦1.2、0.3≦k≦1、0≦l≦0.7、及び0≦y≦0.3を満たし、かつj+(Mnの価数)×k+(Feの価数)×l+(M5の価数)×y=3を満たす数を示す。)
LimMnnFeoM6 zSiO4 ・・・(6)
(式(6)中、M6はCo、Ni、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd、Al、Zn、V又はGdを示す。m、n、o、及びzは、0<m≦2.4、0≦n≦1.2、0≦o≦1.2、0≦z≦1.2、及びn+o≠0を満たし、かつm+(Mnの価数)×n+(Feの価数)×o+(M6の価数)×z=4を満たす数を示す。)
で表されるいずれか1種以上の粒子である、リチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。 - リチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面におけるリチウム系固体電解質(b)の被覆量が、リチウム複合粒子(A)の全量100質量%中に、0.1質量%~10質量%である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- リチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面におけるリチウム系固体電解質(b)の被覆厚さが、3nm~20nmである、請求項1又は2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- 上記式(5)又は式(6)で表されるリチウム正極活物質粒子(B)の表面に、セルロースナノファイバー由来の炭素(c1)が担持してなる、請求項1~3のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体。
- 次の工程(I)~(IV):
(I)リチウム系固体電解質(b)の原料となる水溶性化合物が溶解した水溶液にリチウム複合酸化物二次粒子(a)を混合した後、噴霧乾燥して、リチウム系固体電解質(b)の原料化合物を表面に担持したリチウム複合酸化物二次粒子(a)からなる複合体(d)を得る工程、
(II)得られた複合体(d)を、酸素雰囲気下、600℃~1000℃で30分間~6時間焼成して、リチウム複合酸化物二次粒子(a)の表面をリチウム系固体電解質(b)が被覆してなるリチウム複合粒子(A)を得る工程、
(III)リチウム正極活物質粒子(B)を含むスラリーを熱風の供給量G(L/分)と、スラリーの供給量S(L/分)の比(G/S)=500~10000にて噴霧乾燥して、崩壊強度が1.8KN/mm以下であるリチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(e)を得る工程、並びに
(IV)リチウム複合粒子(A)及び造粒体(e)を、圧縮力及びせん断力を付加しながら混合して、造粒体(e)を解砕させながら、リチウム複合粒子(A)とリチウム正極活物質粒子(B)とを複合化する工程
を備える、請求項1~4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。 - 工程(III)が、リチウム正極活物質粒子(B)の造粒体(e)を還元焼成する工程を含む、請求項5に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質複合体の製造方法。
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