WO2015194497A1 - 被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子及び被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to coated lithium-nickel composite oxide particles having a high nickel content, and relates to a coated lithium-nickel composite oxide particle having improved stability in the air atmosphere and easy to handle, and a method for producing the same.
- lithium-cobalt oxide As a positive electrode active material that contributes to charge and discharge in the positive electrode of a lithium ion secondary battery, lithium-cobalt oxide (hereinafter sometimes referred to as cobalt-based) is widely used.
- cobalt-based lithium-cobalt oxide
- the capacity of the cobalt-based positive electrode is improved to the same level as the theoretical capacity, and it is becoming difficult to further increase the capacity.
- lithium-nickel composite oxide particles using lithium-nickel oxide which has a higher theoretical capacity than conventional cobalt series, is in progress.
- pure lithium-nickel oxide has problems in safety, cycle characteristics, etc. due to its high reactivity with water, carbon dioxide and the like, and it has been difficult to use it as a practical battery.
- lithium-nickel composite oxide particles to which transition metal elements such as cobalt, manganese, iron or the like or aluminum are added have been developed as measures for improving the above problems.
- the lithium-nickel composite oxide is a composite oxide particle represented by a transition metal composition Ni0.33Co0.33Mn0.33 (hereinafter referred to as a ternary system) in which equimolar amounts of nickel, manganese, and cobalt are added.
- a ternary system transition metal composition Ni0.33Co0.33Mn0.33
- nickel-based nickel-based lithium-nickel composite oxide particles with a nickel content exceeding 0.65 mol
- nickel is more sensitive to the environment than cobalt and ternary because of its high reactivity with water and carbon dioxide, and has a feature that it absorbs moisture and carbon dioxide (CO 2 ) in the air more easily. is there. It has been reported that moisture and carbon dioxide are deposited on the particle surface as impurities such as lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), respectively, and adversely affect the positive electrode manufacturing process and battery performance.
- impurities such as lithium hydroxide (LiOH) and lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), respectively, and adversely affect the positive electrode manufacturing process and battery performance.
- a positive electrode mixture slurry in which lithium-nickel composite oxide particles, a conductive additive, a binder and an organic solvent, etc. are mixed is applied and dried on a current collector such as aluminum.
- lithium hydroxide may react with a binder to rapidly increase the slurry viscosity or cause the slurry to gel in the positive electrode mixture slurry manufacturing process. These phenomena can cause defects and defects, and a decrease in the yield of positive electrode manufacturing, resulting in a difference in product quality.
- these impurities may react with the electrolytic solution to generate gas, which may cause problems in battery stability.
- nickel-based material when nickel-based material is used as the positive electrode active material, it is necessary to perform the positive electrode manufacturing process in a dry (low humidity) environment in a decarboxylation atmosphere in order to prevent the generation of impurities such as lithium hydroxide (LiOH). is there. Therefore, nickel-based materials have high theoretical capacity and are promising as materials for lithium ion secondary batteries, but they require expensive equipment introduction costs and running costs to maintain their manufacturing environment. There is a problem of becoming.
- a method of coating the surface of the lithium-nickel composite oxide particles by using a coating agent has been proposed.
- Such coating agents are roughly classified into inorganic coating agents and organic coating agents, and inorganic coating agents include titanium oxide, aluminum oxide, aluminum phosphate, cobalt phosphate, lithium fluoride, etc.
- Materials such as fumed silica, carboxymethyl cellulose, and fluorine-containing polymers have been proposed as organic coating agents.
- Patent Document 1 discloses a method of forming a lithium fluoride (LiF) or fluorine-containing polymer layer on the surface of lithium-nickel composite oxide particles
- Patent Document 2 discloses a fluorine-containing polymer formed on lithium-nickel composite oxide particles.
- a method of forming a layer and adding a Lewis acid compound for further neutralizing impurities has been proposed.
- the surface of the lithium-nickel composite oxide particles is modified to be hydrophobic by the coating layer containing the fluorine-based material, suppressing moisture adsorption and suppressing deposition of impurities such as lithium hydroxide (LiOH). It becomes possible.
- the coating layer containing the fluorine-based material used in these coating methods is only attached to the lithium-nickel composite oxide particles only by electrostatic attraction. For this reason, it is redissolved in N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) used as a solvent in the slurry production process, so that the coating layer is easily detached from the lithium-nickel composite oxide particles.
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone
- the cathode must be stored in a dry (low-humidity) environment under a decarbonation atmosphere, and it is not only possible to sufficiently suppress defects, defects, and yield reduction that are problems in nickel-based systems.
- the problem of stability of the battery due to the generation of impurities has not been sufficiently solved.
- the present invention provides a coated lithium-nickel composite that can be handled in an air atmosphere and can provide a coating of an electron conductor and a lithium ion conductor that does not adversely affect battery characteristics.
- An object is to provide oxide particles and a method for producing the same.
- the present invention combines the adsorption property between particles and polymer and the ionic conductivity on the surface of nickel-based lithium-nickel composite oxide particles.
- Coated nickel-based lithium that improves atmospheric stability and does not adversely affect battery characteristics by coating with a polymer composition containing a non-electron conductive polymer and a conductive polymer having electron conductivity and ion conductivity -Found nickel composite oxide particles. Further, the coated lithium-nickel composite oxide particles do not peel off the coating layer from the surface of the particles even when the positive electrode mixture slurry is kneaded.
- the present invention is a suitable coated lithium-nickel composite oxide particle that can be handled and a method for producing the same, and have completed the present invention.
- the first invention is a lithium ion battery positive electrode active material in which the surface of nickel-based lithium-nickel composite oxide particles is coated with a polymer composition containing a non-electron conducting polymer and an electron conducting polymer.
- This is a coated lithium-nickel composite oxide particle for a substance.
- the second invention is characterized in that the non-electron conductive polymer is at least selected from the group consisting of a modified polyolefin resin, a polyester resin, a polyphenol resin, a polyurethane resin, an epoxy resin, a silane modified resin and derivatives thereof.
- the coated lithium-nickel composite oxide particle according to the first aspect of the invention which is a polymer or copolymer consisting of one kind.
- the silane-modified resin comprises a silane-modified polyether resin, a silane-modified polyester resin, a silane-modified polyphenol resin, a silane-modified polyurethane resin, a silane-modified epoxy resin, and a silane-modified polyamide resin.
- the coated lithium-nickel composite oxide particle according to the second invention which is a polymer or copolymer composed of at least one selected from the group.
- a fourth invention is a polymer or copolymer comprising at least one selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, poly (p-phenylene), polyfluorene, and derivatives thereof.
- the coated lithium-nickel composite oxide particle according to any one of the first to third inventions.
- the non-electron conductive polymer is a polymer comprising at least one selected from the group consisting of a modified polyolefin resin, a polyester resin, a polyphenol resin, a polyurethane resin, an epoxy resin, and derivatives thereof. Any one of the first to fourth inventions, wherein the coating amount of the polymer composition is 0.1 to 5.0% by mass with respect to the lithium-nickel composite oxide particles. The coated lithium-nickel composite oxide particles described in 1.
- a sixth invention is a polymer or copolymer in which the non-electron conducting polymer is a silane-modified resin or a derivative thereof, and the coating amount of the polymer composition is different from that of lithium-nickel composite oxide particles.
- a seventh invention provides the coated lithium-nickel composite oxide according to any one of the first to sixth inventions, wherein the content of the non-electron conducting polymer in the total amount of the polymer composition is 30 to 80% by mass. It is a physical particle.
- An eighth invention is the coated lithium-nickel composite oxide particle according to any one of the first to seventh inventions, wherein the lithium-nickel composite oxide is represented by the following general formula (1).
- Li x Ni (1-yz) M y N z O 2 (1) (Wherein x is 0.80 to 1.10, y is 0.01 to 0.20, z is 0.01 to 0.15, 1-yz is a value exceeding 0.65, M represents at least one element selected from Co or Mn, and N represents at least one element selected from Al, In, or Sn.)
- the ninth invention is the coated lithium-nickel composite oxide particle according to any one of the first to eighth inventions, which is a spherical particle having an average particle diameter of 5 to 20 ⁇ m.
- a tenth invention includes a step of dissolving the non-electron-conducting polymer and the electron-conducting polymer in a good solvent for dissolving the non-electron-conducting polymer to form a coating resin solution; A poor solvent that does not dissolve molecules and the electron conductive polymer, the step of adding a poor solvent having a slower evaporation rate than the good solvent; and the lithium-nickel composite oxide particles in the coating resin solution.
- a coated lithium-nickel composite oxide having a shell formed of a polymer composition that is a mixture of a non-electron conductive polymer and a conductive polymer with nickel-based lithium-nickel composite oxide particles as a core.
- This coated lithium-nickel composite oxide particle is a high-capacity lithium that can be used as a production facility for cobalt and ternary systems instead of a positive electrode production facility where carbon dioxide and water concentrations have been strictly controlled. It can be provided as a composite oxide positive electrode active material for an ion battery.
- FIG. 6 is a Cole-Cole plot obtained by an impedance test before a cycle test in Examples 6 to 11 and a comparative example.
- lithium-nickel composite oxide particles secondary particles in which primary particles are aggregated may be referred to as lithium-nickel composite oxide particles.
- the non-electron conductive polymer that coats the particle surface is selected from the group consisting of, for example, modified polyolefin resins, polyester resins, polyphenol resins, polyurethane resins, epoxy resins, silane modified resins, and derivatives thereof. And at least one kind of polymer or copolymer.
- the silane-modified resin is a polymer or copolymer in which a non-electron conducting polymer is silane-modified, such as a silane-modified polyether resin, a silane-modified polyester resin, a silane-modified polyphenol resin, and a silane-modified polyurethane.
- Examples thereof include polymers or copolymers composed of at least one selected from the group consisting of a resin, a silane-modified epoxy resin, a silane-modified polyamide resin, and derivatives thereof.
- the electron conductive polymer covering the particle surface is, for example, a polymer or copolymer consisting of at least one selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, poly (p-phenylene), polyfluorene, and derivatives thereof. Mention may be made of mixtures of coalescence.
- a film formed of a polymer composition containing a non-electron conductive polymer and an electron conductive polymer has good electron conductivity and ionic conductivity, and thus does not adversely affect battery characteristics.
- the coated lithium-nickel composite oxide particles coated with the polymer or copolymer have excellent environmental stability because the polymer or copolymer functions as a coating layer. It can be handled with similar equipment. Therefore, the present invention is a coated lithium-nickel composite oxide particle having excellent environmental stability.
- Non-electron conducting polymer [modified polyolefin resin]
- modified polyolefin resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention include a modified polyolefin resin produced by polymerizing an ⁇ -olefin or the like to modify a part of the polyolefin. Is mentioned.
- the polyolefin resin include polyethylene, polypropylene, and ethylene-propylene copolymer.
- polyolefins such as polyethylene and polypropylene have high crystallinity and nonpolarity, so that they have not only an affinity with other substrates, for example, polar resins such as styrene resin, acrylic resin, and vinyl acetate resin. There is almost no affinity with metal surfaces, glass, inorganic fillers, and the like. For this reason, in order to apply or bond the polyolefin-based resin, for example, there are a method of chlorinating polyolefin and using it as a primer, a method of adding an affinity functional group and using it as a primer or top coat, and the like. When the lithium-nickel composite oxide particles are coated, it is desirable to use a modified polyolefin into which a functional group having an affinity for the particles is introduced.
- the modifier used in the polyolefin resin used in the present invention is not particularly limited as long as it can introduce a functional group having an affinity for the particles, and examples thereof include (meth) acrylic acid and (meth) acrylic.
- the modifier is preferably grafted to the polyolefin main chain.
- the amount of the modifier introduced into the polyolefin that is, the amount of modification, is preferably 0.5 to 100 modifier monomers introduced per molecule chain of the polyolefin, and 1 to 50 modifier monomers are introduced. It is more preferable.
- a modification method of the modified polyolefin for example, a method of reacting in a solution state using a radical reaction initiator in the presence or absence of a solvent, a method of reacting in a slurry state, a method of reacting in a molten state, etc. It can be manufactured with the technology.
- the polyester resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention is not particularly limited, and a known polyester can be used.
- the polyester may be produced by an esterification reaction, that is, a polycondensation reaction, and the reaction may be performed at normal pressure or reduced pressure. The molecular weight may be adjusted by appropriately adjusting the reduced pressure state. Further, after the polycondensation reaction, addition reaction with acid anhydrides such as phthalic anhydride, hexahydrophthalic anhydride, maleic anhydride, succinic anhydride, etc. You may perform the process of.
- polyphenol resin examples of the polyphenol-based resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention include novolak-type phenol resins obtained by reacting phenols and aldehydes in the presence of an acid catalyst, or phenols. It is possible to use a resol-type phenol resin obtained by reacting aldehydes with aldehydes in the presence of an alkali catalyst.
- phenols examples include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4 Examples include -xylenol, 3,5-xylenol, p-ethylphenol, p-isopropylphenol, p-tertiary butylphenol, p-chlorophenol, and p-bromophenol.
- aldehydes for example, formaldehyde-generating substances such as formalin, paraformaldehyde, trioxane, and tetraoxane can be used.
- the polyurethane resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention is a hard segment that can be composed of a soft segment composed of a polymer polyol, a diisocyanate, a chain extender, and optionally a chain length terminator. Examples include segments.
- the polymer polyol constituting the soft segment includes various known polyols such as polyester polyol, polycarbonate polyol, polyether polyol, and polyolefin polyol.
- the polymer polyol preferably has a number average molecular weight in the range of 500 to 10,000 and has a hydroxyl group at the molecular end. When the number average molecular weight is less than 500, the stability tends to decrease with decreasing solubility, and when it exceeds 10,000, the elasticity tends to decrease. Considering the mechanical properties of the cured product, it is preferably in the range of 1000 to 6000.
- polyester polyol examples include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, and 3-methyl-1,5.
- saturated or unsaturated low molecular glycols such as pentanediol, 1,6-hexanediol, octanediol, 1,4-butynediol, dipropylene glycol, n-butylglycidyl ether, 2-ethylhexyl glycidyl ether, etc.
- Monocarboxylic glycidyl esters such as alkyl glycidyl ethers, versatic acid glycidyl esters, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, phthalic anhydride, isophthalic acid, terephthalic acid, succinic acid, Obtained by dehydration condensation with dibasic acids such as oxalic acid, malonic acid, glutaric acid, pimelic acid, azelaic acid, sebacic acid and suberic acid, or their corresponding acid anhydrides, dimer acid, castor oil and fatty acids thereof.
- Examples include polyester polyols and polyester polyols obtained by ring-opening polymerization of cyclic ester compounds.
- a polymer polyol obtained from a low molecular glycol and a dibasic acid up to 5 mol% of the glycols can be substituted with the following various polyols.
- examples thereof include glycerin, trimethylolpropane, trimethylolethane, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, sorbitol, pentaerythritol and the like.
- the polycarbonate polyol is generally obtained by a known reaction such as a demethanol condensation reaction of polyhydric alcohol and dimethyl carbonate, a deurethane condensation reaction of polyhydric alcohol and diphenyl carbonate, or a deethylene glycol condensation reaction of polyhydric alcohol and ethylene carbonate.
- Polyhydric alcohols used in these reactions include 1,6-hexanediol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, 3-methyl-1, Various known low molecular weight glycols such as 5-pentanediol, octanediol, 1,4-butynediol, dipropylene glycol, etc., 1,4-cyclohexanediglycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, etc. An alicyclic glycol etc. are mentioned.
- polyether polyol examples include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyoxytetramethylene glycol, and the like obtained by ring-opening polymerization of ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran and the like.
- polyolefin polyols examples include polybutadiene polyols and polyisoprene polyols having a hydroxyl group at the terminal, or hydrogenated products thereof.
- diisocyanate compound used for the hard segment which is a constituent component of the polyurethane-based resin various known diisocyanates of aromatic, aliphatic or alicyclic can be used.
- diisocyanates of aromatic, aliphatic or alicyclic
- Examples of the chain extender used in the polyurethane resin include low molecular glycols described in the above-mentioned polyester polyol, glycols having a carboxyl group in the molecule such as dimethylolpropionic acid and dimethylolbutanoic acid, and ethylenediamine. , Propylenediamine, hexamethylenediamine, triethylenetetramine, diethylenetriamine, isophoronediamine, dicyclohexylmethane-4,4′-diamine, polyamines such as dimeramine obtained by converting the carboxyl group of dimer acid to an amino group, L-lysine, L -Polyamines having a carboxyl group in the molecule such as arginine.
- a polymerization terminator can be used for the polyurethane resin in order to adjust the molecular weight.
- the polymerization terminator include alkyl monoamines such as di-n-butylamine and n-butylamine, monoamines having a carboxyl group in the molecule such as D-alanine and D-glutamic acid, and alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol. And alcohols having a carboxyl group in the molecule such as glycolic acid.
- epoxy resin examples of the epoxy resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention include those obtained by reacting bisphenols with haloepoxides such as epichlorohydrin or ⁇ -methylepichlorohydrin.
- bisphenols include reaction of phenol or 2,6-dihalophenol with aldehydes or ketones such as formaldehyde, acetaldehyde, acetone, acetophenone, cyclohexanone, benzophenone, oxidation of dihydroxyphenyl sulfide with peracid, Those obtained by the etherification reaction of
- silane-modified polyether resin The silane-modified polyether resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention is not particularly limited, and a known silane-modified polyether can be used.
- the structure and production method of this silane-modified polyether resin can also be obtained, for example, by subjecting a specific polyoxyalkylene glycol and a specific silicate compound to a dealcoholization reaction in the presence or absence of a transesterification catalyst.
- the specific polyoxyalkylene glycol is a homopolymer or copolymer obtained by ring-opening polymerization of ethylene oxide and propylene oxide, and both may be random polymers or block polymers.
- the low molecular polyol having about 2 to 6 carbon atoms include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4- Low molecular weight glycols such as butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, glycerin, butanetriol, pentanetriol, hexanetriol, trimethylolethane, tri And trihydric alcohols such as methylolpropane; tetrahydric or higher alcohols such as pentaerythritol and sorbitol; and diol compounds having a tertiary amino group such as N-methyldiethanolamine.
- the polyoxyalkylene compound having one end of a hydroxyl group is polyethylene glycol, polypropylene glycol, or poly (propylene glycol-ethylene glycol) copolymer, and one end thereof has an acetyl group or an alkoxy group, Moreover, those having a number average molecular weight of 3000 to 10,000 can be exemplified.
- the polyoxyalkylene compound is mainly used for the purpose of controlling the molecular weight and reducing the viscosity of the resulting alkoxysilane-modified polyether.
- Examples of the polyoxyalkylene compound having a branched structure include polyurethane obtained by reacting polypropylene glycol or poly (propylene glycol-ethylene glycol) copolymer with triisocyanate, or glycerin or pentaerythritol in a polymer chain. Examples thereof include polyoxyalkylene polyols introduced and branched.
- a specific silicate compound what is represented by following General formula (2) is preferable.
- R 1 m Si (OR 1 ) 4-m (2) (Wherein m represents an integer of 0 or 1 and R 1 represents an alkyl group or aryl group having 8 or less carbon atoms), and a hydrolyzable alkoxysilane monomer or polygomer represented by Can be mentioned.
- a catalyst is not necessarily required, but it is preferable to use a conventionally known transesterification catalyst for the purpose of promoting the reaction.
- the catalyst include organic acids such as acetic acid, para-toluenesulfonic acid, benzoic acid, and propionic acid; lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, aluminum, titanium, cobalt And metals such as germanium, tin, lead, antimony, arsenic, cerium, boron, cadmium and manganese; oxides, organic acid salts, halides, alkoxides and the like of these metals.
- organic acid, organic tin, and organic acid tin are particularly preferable, and specifically, acetic acid, dibutyltin dilaurate, and the like are effective.
- the ratio of polyoxyalkylene glycol A and silicate compound B used (A / B) is usually preferably in the range of 100 / (2 to 40) by mass ratio.
- the usage ratio (A / B) when the amount of silicate compound B used is less than 2, tack tends to remain on the surface of the resulting alkoxysilane-modified polyether cured product, while the amount of silicate compound B used is If it exceeds 40, shrinkage during curing of the alkoxysilane-modified polyether is increased, and cracking may occur.
- the silane-modified polyester resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention is not particularly limited, and a known silane-modified polyester can be used.
- the structure and production method of the silane-modified polyester resin can be obtained, for example, by reacting the polyester resin (I) with a specific alkoxysilane partial condensate (II).
- polyester resin (I) for example, a known polyester resin prepared so that a carboxyl group is present at the molecular end can be used.
- the polyester resin (I) was obtained by a known method, for example, a method of esterifying a polyvalent carboxylic acid and a polyhydric alcohol with an excess of carboxylic acid groups, or an esterification or polycondensation reaction with an excess of hydroxyl groups. It is synthesized by a method in which an acid anhydride is subjected to ring-opening addition to a polyester resin having a hydroxyl group at the terminal to convert the terminal to a carboxyl group.
- polyester resin (I) examples include oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, pimelic acid, suberic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, and dodecanedioic acid.
- Aliphatic or alicyclic dicarboxylic acids such as acids, tridecanedioic acid, hexahydrophthalic anhydride, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid, dimer acid, acid anhydrides thereof, or the like
- acids tridecanedioic acid, hexahydrophthalic anhydride, 1,4-cyclohexanedicarboxylic acid, 1,2-cyclohexanedicarboxylic acid, dimer acid, acid anhydrides thereof, or the like
- aromatic dicarboxylic acids such as isophthalic acid, terephthalic acid, diphenylmethane-4,4′-dicarboxylic acid, acid anhydrides thereof, and lower alcohol esterified products thereof.
- polyhydric alcohols examples include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, and neopentyl.
- Saturated or unsaturated such as glycol, pentanediol, 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, octanediol, 1,4-butynediol, dipropylene glycol, 1,4-cyclohexanedimethanol And various known low molecular glycols, diols obtained by hydrogenating dimer acid, ethylene oxide adducts of bisphenol A, and the like.
- the reaction rate of the raw material components when synthesizing the polyester resin (I) is not particularly limited as long as the carboxyl group and / or the acid anhydride group substantially remain at the molecular end.
- Specific alkoxysilane partial condensate (II) is exemplified by glycidyl ether group-containing alkoxysilane partial condensate (II) obtained by subjecting alkoxysilane partial condensate (II) and glycidol to a dealcoholization reaction.
- alkoxysilane partial condensate (II) a hydrolyzable alkoxysilane monomer or silane coupling agent represented by the following general formula (2) is hydrolyzed in the presence of an acid or alkali and water, and is partially converted. What is obtained by condensation is used.
- R 1 m Si (OR 1 ) 4-m (2) In the formula, m represents an integer of 0 or 1, and R 1 represents an alkyl group or aryl group having 8 or less carbon atoms.
- hydrolyzable alkoxysilane monomer examples include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, Examples include trialkoxysilanes such as n-propyltriethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, and isopropyltriethoxysilane.
- the reaction between the alkoxysilane partial condensate (II) and glycidol is carried out, for example, by carrying out a dealcoholization reaction while charging these components and distilling off the alcohol produced by heating.
- a conventionally known catalyst that does not open the oxirane ring can be used to promote the reaction.
- the catalyst include lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, aluminum, titanium, cobalt, germanium, tin, lead, antimony, arsenic, cerium, boron, cadmium, manganese.
- Metals such as oxides, organic acid salts, halides and alkoxides of these metals. Of these, organic tin and organic acid tin are particularly preferable, and specifically, dibutyltin dilaurate, tin octylate and the like are effective.
- the silane-modified polyester resin that is the object of the present invention is obtained, for example, by reacting the polyester resin with the alkoxysilane partial condensate (II).
- the ratio of oxirane group / acid group is preferably 0.5 to 1.5. When it is smaller than 0.5, the silica component is small and high adhesion tends to be difficult to obtain. When it is larger than 1.5, the silica component tends to be too much and the cured film tends to be brittle.
- This reaction is mainly a ring-opening esterification reaction of the oxirane ring that occurs between the carboxyl group of the polyester resin and the glycidyl ether group of the alkoxysilane partial condensate (II).
- the alkoxy group itself of the alkoxysilane partial condensate (2) may be consumed by moisture or the like that may exist in the reaction system, it is not normally involved in the ring-opening esterification reaction. 10% or more remains in the modified polyester resin. The remaining ratio is preferably 80% or more.
- silane-modified polyphenolic resin The silane-modified polyphenol-based resin coated on the lithium-nickel composite oxide particles according to the present invention is not particularly limited, and known silane-modified polyphenols can be used.
- the production method of this silane-modified polyphenol resin is, for example, a method in which an organopolysiloxane having an alkoxy group at both ends of a molecular chain and a phenol resin are subjected to a condensation reaction under heating, an organopolysiloxane having an alkoxy group or a hydroxyl group at both ends of the molecular chain And a method in which a phenol resin is subjected to a condensation reaction under heating, a method in which a phenol resin (I) and an alkoxysilane partial condensate (II) are subjected to a dealcoholization reaction.
- phenol resin (I) a novolak-type phenol resin obtained by reacting phenols and aldehydes in the presence of an acid catalyst, or a resole obtained by reacting phenols and aldehydes in the presence of an alkali catalyst Any type of phenolic resin can be used.
- phenols examples include phenol, o-cresol, m-cresol, p-cresol, 2,3-xylenol, 2,4-xylenol, 2,5-xylenol, 2,6-xylenol, 3,4 Examples include -xylenol, 3,5-xylenol, p-ethylphenol, p-isopropylphenol, p-tertiary butylphenol, p-chlorophenol, and p-bromophenol.
- aldehydes for example, formaldehyde-generating substances such as formalin, paraformaldehyde, trioxane, and tetraoxane can be used.
- the alkoxysilane partial condensate (II) used for the production of the silane-modified polyphenol-based resin is, for example, an oligomer obtained by partially hydrolyzing and condensing a hydrolyzable alkoxysilane compound represented by the general formula (3). Or a silane coupling agent.
- R 1 n Si (OR 1 ) 4-n (3) (Wherein n represents an integer of 0 to 2, and R 1 represents a lower alkyl group, an aryl group, or an unsaturated aliphatic residue which may have a functional group directly connected to a carbon atom, May be different.)
- hydrolyzable alkoxysilane compound represented by the above general formula examples include tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, and n-propyltrimethoxy.
- a conventionally known ester-hydroxyl ester exchange catalyst can be used to promote the reaction.
- organic acids such as acetic acid, para-toluenesulfonic acid, benzoic acid, propionic acid, lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, aluminum, titanium, cobalt, germanium, tin
- metals such as lead, antimony, arsenic, cerium, boron, cadmium and manganese, and oxides, organic acid salts, halides and alkoxides thereof.
- organic acid type, organic tin, and organic acid tin are particularly preferable, and specifically, acetic acid, tin octylate, and dibutyltin dilaurate are effective.
- the use ratio of the phenol resin (I) and the alkoxysilane partial condensate (II) of the silane-modified polyphenol resin according to the present invention is such that a phenolic hydroxyl group remains in the resulting silane-modified phenol resin.
- the equivalence ratio is around 1, the solution tends to increase in viscosity or gel due to the progress of the dealcoholization reaction, so the progress of the dealcoholization reaction needs to be adjusted.
- the equivalent ratio is less than 1, the ratio of the alkoxysilane partial condensate (II) in the resulting silane-modified phenol resin is high, and therefore the silica content increases, which is preferable from the viewpoints of heat resistance and hardness.
- the equivalent ratio is small, the phenolic hydroxyl group of the silane-modified phenol resin is reduced, so that the curability is lowered and it is difficult to obtain a cured product having a sufficient crosslinking density.
- the equivalent ratio is more preferably 0.2 or more, and further preferably 0.3 or more.
- the silane-modified polyurethane resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention is not particularly limited, and a known silane-modified polyurethane can be used.
- the method for producing this silane-modified polyurethane resin is, for example, a polyurethane resin (I) obtained from a polymer polyol, diisocyanate, and a chain extender and having a functional group reactive with an epoxy group, and 1 per molecule. Examples thereof include a method obtained by dealcoholization reaction of an epoxy compound having two hydroxyl groups (hereinafter simply referred to as epoxy compound (A)) and an alkoxysilane partial condensate (II).
- the polyurethane resin (I) is composed of a soft segment composed of a polymer polyol and a hard segment composed of a diisocyanate, a chain extender and, if necessary, a chain length terminator.
- the polymer polyol constituting the soft segment is not particularly limited, and various known ones such as polyester polyol, polycarbonate polyol, polyether polyol, and polyolefin polyol can be used.
- polyester polyol examples include ethylene glycol, diethylene glycol, triethylene glycol, 1,2-propanediol, 1,3-propanediol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, Various known low-molecular glycols such as 3-methyl-1,5-pentanediol, 1,6-hexanediol, octanediol, 1,4-butynediol, dipropylene glycol and the like, or n-butylglycidyl Ethers, alkyl glycidyl ethers such as 2-ethylhexyl glycidyl ether, monocarboxylic acid glycidyl esters such as versatic acid glycidyl ester, adipic acid, maleic acid, fumaric acid, phthalic anhydride
- Polyester polyols obtained by dehydrating and condensing polyester polyols, or polyester polyols obtained by ring-opening polymerization of a cyclic ester compound In the case of a polymer polyol obtained from a low molecular glycol and a dibasic acid, up to 5 mol% of the glycols can be substituted with the following various polyols. Examples thereof include glycerin, trimethylolpropane, trimethylolethane, 1,2,6-hexanetriol, 1,2,4-butanetriol, sorbitol, pentaerythritol and the like.
- the polycarbonate polyol is generally obtained by a known reaction such as a dealcoholization condensation reaction between a polyhydric alcohol and dimethyl carbonate, a deurethane condensation reaction between a polyhydric alcohol and diphenyl carbonate, or a deethylene glycol condensation reaction between a polyhydric alcohol and ethylene carbonate.
- Polyhydric alcohols used in these reactions include 1,6-hexanediol, diethylene glycol, propylene glycol, 1,3-butanediol, 1,4-butanediol, neopentyl glycol, pentanediol, 3-methyl-1, Various known low molecular weight glycols such as 5-pentanediol, octanediol, 1,4-butynediol, dipropylene glycol, etc., 1,4-cyclohexanediglycol, 1,4-cyclohexanedimethanol, etc. An alicyclic glycol etc. are mentioned.
- polyether polyol examples include polyethylene glycol, polypropylene glycol, polyoxytetramethylene glycol, and the like obtained by ring-opening polymerization of ethylene oxide, propylene oxide, tetrahydrofuran and the like.
- polyolefin polyols examples include polybutadiene polyols and polyisoprene polyols having a hydroxyl group at the terminal, or hydrogenated products thereof.
- diisocyanate compound used for the hard segment which is a constituent component of the polyurethane resin (I) various known diisocyanates of aromatic, aliphatic or alicyclic can be used.
- Examples of the chain extender used for the polyurethane resin (I) include low-molecular glycols, dimethylolpropionic acid, dimethylolbutanoic acid and other glycols having a carboxyl group in the molecule, and ethylenediamine. , Propylenediamine, hexamethylenediamine, triethylenetetramine, diethylenetriamine, isophoronediamine, dicyclohexylmethane-4,4'-diamine, polyamines such as dimeramine obtained by converting the carboxyl group of dimer acid to an amino group, L-lysine, L -Polyamines having a carboxyl group in the molecule such as arginine.
- a polymerization terminator can be used to adjust the molecular weight as necessary.
- the polymerization terminator include alkyl monoamines such as di-n-butylamine and n-butylamine, monoamines having a carboxyl group in the molecule such as D-alanine and D-glutamic acid, and alcohols such as ethanol and isopropyl alcohol. And alcohols having a carboxyl group in the molecule such as glycolic acid.
- a polymer polyol, a diisocyanate compound, a chain extender and / or a polymerization terminator are reacted at once in a suitable solvent, and a polymer polyol and a diisocyanate compound are reacted together.
- a prepolymer having an isocyanate group at the terminal of the polymer polyol and then reacting it with a chain extender and, if necessary, a polymerization terminator in a suitable solvent.
- An example is a step method.
- the number of epoxy groups is not particularly limited as long as the epoxy compound (A) is an epoxy compound having one hydroxyl group in one molecule.
- the epoxy compound (A) the smaller the molecular weight, the better the compatibility with the alkoxysilane partial condensate (II), and the higher the heat resistance and adhesion imparting effect. Is preferred. Specific examples thereof include monoglycidyl ethers having one hydroxyl group at the molecular end obtained by reacting epichlorohydrin with water, dihydric alcohol or phenol; epichlorohydrin and glycerin, pentaerythritol, etc.
- examples thereof include alicyclic hydrocarbon monoepoxides having one hydroxyl group in the molecule (for example, epoxidized tetrahydrobenzyl alcohol).
- glycidol is most suitable in terms of heat resistance imparting effect, and is also optimal because of its high reactivity with the alkoxysilane partial condensate (2).
- the alkoxysilane partial condensate (II) is an oligomer obtained by partially hydrolyzing and condensing a hydrolyzable alkoxysilane compound represented by the following general formula (3).
- R 1 n Si (OR 1 ) 4-n (3) (Wherein n represents an integer of 0 to 2, and R 1 represents a lower alkyl group, an aryl group, or an unsaturated aliphatic residue which may have a functional group directly connected to a carbon atom, May be different.)
- hydrolyzable alkoxysilane monomer examples include tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetraisopropoxysilane, methyltrimethoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, And trialkoxysilanes such as methyltributoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, and isopropyltriethoxysilane.
- alkoxysilane partial condensates (II) those exemplified above can be used without particular limitation.
- the silane-modified polyurethane resin can be produced by, for example, a dealcoholization reaction between the epoxy compound (A) and the alkoxysilane partial condensate (II).
- a catalyst which does not open an epoxy ring among conventionally known catalysts can be used as necessary for promoting the reaction.
- metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, aluminum, titanium, cobalt, germanium, tin, lead, antimony, arsenic, cerium, boron, cadmium, manganese, etc.
- oxides, organic acid salts, halides, alkoxides, and the like are particularly preferable, and specifically, dibutyltin dilaurate and tin octylate are effective.
- the synthesis of the alkoxy group-containing silane-modified polyurethane resin composition is preferably performed by heating in a substantially anhydrous state.
- the main purpose of this reaction is to react the acidic group and / or amino group of the polyurethane resin (I) with the oxirane group of the epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II). This is because it is necessary to suppress the formation of silica due to the sol-gel reaction at the alkoxysilyl site of the partial condensate (II).
- a catalyst is not particularly required, but a conventionally known catalyst can be used for promoting the reaction, if necessary.
- tertiary amines such as 1,8-diaza-bicyclo [5.4.0] undecene-7, triethylenediamine, benzyldimethylamine, triethanolamine, dimethylaminoethanol, tris (dimethylaminomethyl) urethane;
- 2 Imidazoles such as methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-heptadecylimidazole; organic phosphines such as tributylphosphine, methyldiphenylphosphine, triphenylphosphine, diphenylphosphine, phenylphosphine; Tetraphenyl such as tetraphenylphosphonium ⁇ tetraphenylborate, 2-ethyl-4-methylimidazole
- the above reaction can be performed in a solvent or in the absence of a solvent depending on the purpose of use.
- the solvent is not particularly limited as long as it is a solvent that dissolves the polyurethane resin (I) and the epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II).
- the ratio of the polyurethane resin (I) and the epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II) used is not particularly limited, but the epoxy group equivalent of the epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II) / polyurethane resin (I)
- the total equivalent (equivalent ratio) of the epoxy group-reactive functional groups is preferably in the range of 0.30 to 5. If it is less than 0.30, the resulting alkoxy group-containing silane-modified polyurethane resin cannot sufficiently exhibit the effect of the present invention, and if it exceeds 5, unreacted epoxy group-containing alkoxysilane partial condensation in the alkoxy group-containing silane-modified polyurethane resin. This is not preferable because the ratio of the product (II) increases.
- silane-modified epoxy resin The silane-modified epoxy resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention is not particularly limited, and a known silane-modified epoxy can be used.
- a method for producing this silane-modified epoxy resin for example, there is a method in which a part or all of the hydroxyl groups of the bisphenol-type epoxy resin (I) is modified by dealcoholizing with an alkoxysilane partial condensate (II).
- Examples of the bisphenol type epoxy resin (I) include those obtained by reacting bisphenols with haloepoxides such as epichlorohydrin or ⁇ -methylepichlorohydrin.
- Bisphenols include reactions of phenol or 2,6-dihalophenol with aldehydes or ketones such as formaldehyde, acetaldehyde, acetone, acetophenone, cyclohexanone, benzophenone, oxidation of dihydroxyphenyl sulfide with peracid, What is obtained by etherification reaction etc. is mentioned.
- the bisphenol type epoxy resin (I) has a hydroxyl group capable of ester reaction with the alkoxysilane partial condensate (II).
- the said hydroxyl group does not need to have each molecule
- the epoxy compound which has reactivity with the alkoxysilane partial condensate (II) can also be used together with the bisphenol type epoxy resin (I).
- the epoxy compound include glycidyl ester type epoxy resins obtained by reacting polybasic acids such as phthalic acid and dimer acid and epichlorohydrin, glycidol, and the like.
- alkoxysilane partial condensate (II) those generally used in the sol-gel method can be used.
- R 1 p Si (OR 2 ) 4-p (wherein p is an integer of 0 to 2 and R 1 may have a functional group directly bonded to a carbon atom and has 6 or less carbon atoms)
- R 1 may have a functional group directly bonded to a carbon atom and has 6 or less carbon atoms
- R 2 represents a lower alkyl group, and a condensate thereof.
- the alkyl group may be linear or branched.
- a silane coupling agent may be used as the alkoxysilane partial condensate (II).
- alkoxysilane partial condensate (II) examples include tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, tetraisopropoxysilane, and tetrabutoxysilane, methyltrimethoxysilane, and methyltriethoxysilane.
- Alkyltrialkoxysilanes such as methyltripropoxysilane, methyltributoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isopropyltriethoxysilane ,
- Aryltrialkoxysilanes such as phenyltrimethoxysilane, phenyltriethoxysilane, vinyltrimethoxysilane, vinyltriethoxysilane, 3- Lysidoxypropyltrimethoxysilane, 3-glycidoxypropyltriethoxysilane, 3-mercaptopropyltrimethoxysilane, 3-mercaptopropyltriethoxysilane, 3,4-epoxycyclohexylethyltrimethoxysilane,
- the silane-modified epoxy resin can be produced, for example, by esterifying the bisphenol type epoxy resin (I) and the alkoxysilane partial condensate (II) by a dealcoholization reaction.
- a conventionally known ester-hydroxyl transesterification catalyst that does not open an epoxy ring can be used to promote the reaction.
- metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, aluminum, titanium, cobalt, germanium, tin, lead, antimony, arsenic, cerium, boron, cadmium, manganese, ,
- oxides, organic acid salts, halides, alkoxides and the like are particularly preferable, and specifically, dibutyltin dilaurate is effective.
- Such a silane-modified epoxy resin is used for various applications, but is usually used as a silane-modified epoxy resin composition in combination with a curing agent. Moreover, when applying a silane modified epoxy resin composition to various uses, various epoxy resins can also be used together according to a use.
- Examples of the epoxy resin that can be used in combination with the silane-modified epoxy resin include novolak type epoxy resins such as bisphenol type epoxy resin (I), orthocresol novolak type epoxy resin, phenol novolak type epoxy resin used in the present invention; phthalic acid, dimer acid Glycidyl ester type epoxy resin obtained by reacting polybasic acids and epichlorohydrin such as glycidylamine type epoxy resin obtained by reacting polyamines such as diaminodiphenylmethane and isocyanuric acid with epichlorohydrin; Examples thereof include linear aliphatic epoxy resins and alicyclic epoxy resins obtained by oxidation of peroxyacids with peracids such as peracetic acid.
- a phenol resin curing agent a polyamine curing agent, a polycarboxylic acid curing agent, etc., which are usually used as a curing agent for epoxy resins, can be used without particular limitation.
- phenolic resins include phenol novolac resins, bisphenol novolac resins, and poly p-vinylphenol.
- polyamine curing agents examples include diethylenetriamine, triethylenetetramine, tetraethylenepentamine, dicyandiamide, Polyamidoamine (polyamide resin), ketimine compound, isophoronediamine, m-xylenediamine, m-phenylenediamine, 1,3-bis (aminomethyl) cyclohexane, N-aminoethylpiperazine, 4,4'-diaminodiphenylmethane, 4, 4'-diamino-3,3'-diethyldiphenylmethane, diaminodiphenylsulfone, etc. are mentioned.
- polycarboxylic acid curing agents examples include phthalic anhydride, tetrahydrophthalic anhydride, methyltetrahydride. Phthalic anhydride, 3,6-tetrahydrophthalic anhydride, hexa-chloro endomethylene tetrahydrophthalic anhydride, methyl-3,6-tetrahydrophthalic anhydride.
- the epoxy resin composition may contain a curing accelerator for accelerating the curing reaction between the epoxy resin and the curing agent.
- a curing accelerator for accelerating the curing reaction between the epoxy resin and the curing agent.
- tertiary amines such as 1,8-diaza-bicyclo (5,4,0) undecene-7, triethylenediamine, benzyldimethylamine, triethanolamine, dimethylaminoethanol, tris (dimethylaminomethyl) phenol
- 2 Imidazoles such as methylimidazole, 2-phenylimidazole, 2-phenyl-4-methylimidazole, 2-heptadecylimidazole
- organic phosphines such as tributylphosphine, methyldiphenylphosphine, triphenylphosphine, diphenylphosphine, phenylphosphine; Tetraphenylphosphonium ⁇ tetraphenylborate, 2-e
- the silane-modified epoxy resin of the present invention can be produced, for example, by esterifying the bisphenol type epoxy resin (I) and the alkoxysilane partial condensate (II) by a dealcoholization reaction.
- the use ratio of the bisphenol type epoxy resin (I) and the alkoxysilane partial condensate (II) is not particularly limited, but the mass in terms of silica of the alkoxysilane partial condensate (II) / the mass of the bisphenol type epoxy resin (I) (mass (mass)
- the ratio is preferably in the range of 0.01 to 1.2.
- silane-modified polyamide resin The silane-modified polyamide resin contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention is not particularly limited, and a known silane-modified polyamide can be used.
- the constituent material and production method of this silane-modified polyamide resin include, for example, an alkoxy group-containing silane-modified polyamic obtained by reacting a part of the carboxyl group of polyamic acid (I) with an epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II).
- the resin composition containing an acid can be produced by dealcoholization reaction.
- the polyamic acid may be partly or mostly imidized by a dehydration reaction.
- the polyamic acid (I) is a resin having a carboxyl group and an amide group in each of adjacent carbon atoms in the amide bond molecular skeleton in the molecule.
- a tetracarboxylic acid and a diamine are usually dissolved in a polar solvent in a polar solvent.
- a polyamic acid solution obtained by reacting at 20 to 60 ° C. can be used.
- the molecular weight of the polyamic acid (I) is not particularly limited, but preferably has a number average molecular weight of about 3000 to 50000.
- tetracarboxylic acids examples include pyromellitic acid anhydride, 1,2,3,4-benzenetetracarboxylic acid anhydride, 1,4,5,8-naphthalenetetracarboxylic acid anhydride, 2,3, 6,7-naphthalenetetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,2 ′, 3,3′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 2,3 , 3 ′, 4′-biphenyltetracarboxylic dianhydride, 3,3 ′, 4,4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 ′, 4′-benzophenone tetracarboxylic dianhydride 3,3 ′, 4,4′-diphenyl ether tetracarboxylic dianhydride, 2,3,3 ′, 4′-dipheny
- trimellitic anhydride butane-1,2,4-tricarboxylic acid, tricarboxylic acids such as naphthalene-1,2,4-tricarboxylic acid, oxalic acid, malonic acid, succinic acid, glutaric acid, adipic acid, vimelin
- Aliphatic dicarboxylic acids such as acid, suberic acid, sebacic acid, undecanedioic acid, dodecanedioic acid, tridecanedioic acid and their anhydrides
- aromatic dicarboxylic acids such as isophthalic acid, terephthalic acid, diphenylmethane-4,4'-dicarboxylic acid Acids and their acid anhydrides can be used in combination.
- diamine examples include 4,4′-diaminodiphenyl ether, 3,4′-diaminodiphenyl ether, 4,4′-diaminophenylmethane, 3,3′-dimethyl-4,4′-diaminodiphenylmethane, 4,4 '-Diaminodiphenylsulfone, 4,4'-di (m-aminophenoxy) diphenylsulfone, 4,4'-diaminodiphenyl sulfide, 1,4-diaminobenzene, 2,5-diaminotoluene, isophoronediamine, 4- ( 2-aminophenoxy) -1,3-diaminobenzene, 4- (4-aminophenoxy) -1,3-diaminobenzene, 2-amino-4- (4-aminophenyl) thiazole, 2-amino-4-phenyl -5- (4-aminophen
- the epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II) is obtained by a dealcoholization reaction between an epoxy compound having one hydroxyl group in one molecule (hereinafter simply referred to as epoxy compound (A)) and the alkoxysilane partial condensate (2). What is obtained is mentioned.
- the number of epoxy groups is not particularly limited as long as it is an epoxy compound having one hydroxyl group in one molecule.
- the smaller the molecular weight the better the compatibility with the alkoxysilane partial condensate (II), and the higher the heat resistance and adhesion imparting effect. Is preferred.
- Specific examples thereof include monoglycidyl ethers having one hydroxyl group at the molecular end obtained by reacting epichlorohydrin with water, dihydric alcohol or phenols having two hydroxyl groups; epichlorohydrin; Polyglycidyl ethers having one hydroxyl group at the molecular end obtained by reacting with a trihydric or higher polyhydric alcohol such as glycerin or pentaerythritol; Molecular end obtained by reacting epichlorohydrin with amino monoalcohol And an alicyclic hydrocarbon monoepoxide having one hydroxyl group in the molecule (for example, epoxidized tetrahydrobenzyl alcohol).
- alkoxysilane partial condensate (II) a hydrolyzable alkoxysilane monomer represented by the following general formula (4) is hydrolyzed in the presence of an acid or base catalyst and water, and partially condensed. What is obtained is used.
- R 1 m Si (OR 2 ) (4-m) (4) (In the formula, m represents an integer of 0 or 1, R 1 represents an alkyl group or aryl group having 8 or less carbon atoms, and R 2 represents a lower alkyl group having 4 or less carbon atoms.)
- hydrolyzable alkoxysilane monomer that is a constituent material of the alkoxysilane partial condensate (II) include tetraalkoxysilanes such as tetramethoxysilane, tetraethoxysilane, tetrapropoxysilane, and tetraisopropoxysilane, Methoxysilane, methyltriethoxysilane, methyltripropoxysilane, methyltributoxysilane, ethyltrimethoxysilane, ethyltriethoxysilane, n-propyltrimethoxysilane, n-propyltriethoxysilane, isopropyltrimethoxysilane, isopropyltriethoxy Examples include trialkoxysilanes such as silane.
- the epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II) can be obtained by subjecting the epoxy compound (A) and the alkoxysilane partial condensate (II) to a dealcoholization reaction.
- the usage ratio of the epoxy compound (A) and the alkoxysilane partial condensate (II) is not particularly limited as long as the alkoxy group substantially remains.
- the reaction between the alkoxysilane partial condensate (II) and the epoxy compound (A) includes, for example, carrying out a dealcoholization reaction while charging each component and distilling off the alcohol produced by heating.
- ester-hydroxyl ester exchange catalysts for promoting the reaction, those which do not open the epoxy ring Can be used.
- metals such as lithium, sodium, potassium, rubidium, cesium, magnesium, calcium, barium, strontium, zinc, aluminum, titanium, cobalt, germanium, tin, lead, antimony, arsenic, cerium, boron, cadmium, manganese, ,
- organic acid salts, halides, alkoxides and the like are particularly preferable, and specifically, dibutyltin dilaurate and tin octylate are effective.
- the alkoxy group-containing silane-modified polyamic acid which is the object of the present invention, can be obtained, for example, by reacting a polyamic acid (1) with an epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II).
- the use ratio of the polyamic acid (I) and the epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II) is not particularly limited, but (equivalent of the epoxy group of the epoxy group-containing alkoxysilane partial condensate (II)) / (polyamic acid
- the equivalent of the carboxylic acid group of the tetracarboxylic acids used in I is preferably in the range of 0.01 to 0.4. There exists a tendency for the effect of this invention to become difficult to be acquired as the said numerical value is less than 0.01.
- Conductive polymer The conductive polymer contained in the lithium-nickel composite oxide particle coating film according to the present invention is a name for a polymer compound having electrical conductivity. This polymer compound is characterized by a structure in which double bonds and single bonds are alternately arranged in the molecular structure, that is, a main chain in which ⁇ conjugation is developed. Usually, a carrier is generated by doping an acceptor molecule called a dopant or a donor molecule in addition to a conductive polymer, and electrical conductivity is exhibited.
- Examples of the dopant include alkali metal ions such as Li + , Na + , K + , and Cs + , alkylammonium ions such as tetraethylammonium, halogens, Lewis acids, protons, transition metal halides, and the like. .
- a conductive polymer is a polymer in which a ⁇ -conjugated system is highly grown as represented by polyacetylene, but it does not dissolve in any solvent and does not have a melting point, so-called insoluble and infusible properties. Yes. Therefore, the processability was poor and industrial application was difficult.
- the first is a method in which a substituent is directly introduced into a monomer constituting a conductive polymer to give organic solvent solubility and water solubility.
- a polythiophene derivative synthesized from a poly-3-alkyl-substituted thiophene having an alkyl group introduced at the 3-position of thiophene is dissolved in an organic solvent such as chloroform or methylene chloride, and has a melting point before decomposition. That is, it is known to melt and dissolve.
- a polythiophene derivative synthesized from a poly-3-alkylsulfonic acid thiophene having an alkylsulfonic acid introduced at the 3-position is water-soluble due to a sulfo group that is compatible with water, and at the same time, self-doping is possible.
- the conductive polymer can be finely dispersed in water. More specifically, the monomer constituting the conductive polymer is oxidatively polymerized in an aqueous solution of the water-soluble polymer. At this time, a part of the sulfo group having a water-soluble polymer is doped into the conductive polymer, and the water-soluble polymer and the conductive polymer are integrated, and the remaining sulfo group allows the water-soluble conductive polymer and become.
- This conductive polymer can be finely dispersed in water at a level of several tens of nm.
- a typical example is PEDOT / PSS developed using polystyrene sulfonic acid (PSS) and 3,4-ethylenedioxythiophene (EDOT) as a conductive polymer monomer.
- polymer compound that can be used in the present invention examples include polypyrrole compounds, polyaniline compounds, polythiophene compounds, poly (p-phenylene) compounds, polyfluorene compounds, and derivatives thereof. Since the present invention undergoes a step of dissolving or dispersing the conductive polymer in a solvent, it is preferable to use, for example, PEDOT / PSS or lignin graft type polyaniline in which lignin is modified at the end of polyaniline, which has high solubility or dispersibility. can do.
- the non-electron conductive polymer is a polymer or copolymer comprising at least one selected from the group consisting of a modified polyolefin resin, a polyester resin, a polyphenol resin, a polyurethane resin, an epoxy resin, and derivatives thereof.
- an electron conductive polymer is coated with a polymer or a mixture of copolymers of at least one selected from the group consisting of polypyrrole, polyaniline, polythiophene, poly (p-phenylene), polyfluorene, and derivatives thereof.
- the coating amount of the polymer or copolymer in the total amount of the coated particles of the present invention is preferably 0.1 to 5.0% by mass with respect to 100% by mass of the nickel-based lithium-nickel composite oxide particles, and more The content is preferably 0.2 to 1.0% by mass. If the amount is less than 0.1% by mass, the treatment tends to be insufficient. If the amount exceeds 5.0% by mass, the polymer or copolymer that does not participate in particle coating reduces the weight density of the particles and adversely affects the production of the positive electrode. May affect.
- the coating amount of at least one polymer or copolymer mixture selected from the group consisting of 0.05 to 5.0% by mass with respect to 100% by mass of nickel-based lithium-nickel composite oxide particles is preferable. More preferably, the content is 0.1 to 1.0% by mass. If the amount is less than 0.05% by mass, the treatment tends to be insufficient. If the amount exceeds 5.0% by mass, the polymer or copolymer that does not participate in particle coating reduces the weight density of the particles and adversely affects the production of the positive electrode. May affect.
- the proportion of the non-electron conductive polymer in the mixed film of the polymer or copolymer of the non-electron conductive polymer and the polymer or copolymer of the electron conductive polymer is 30% by mass to 80% by mass. Preferably there is. If it is less than 30% by mass, the material cost tends to increase, and if it exceeds 80% by mass, the electronic conductivity of the coating tends to decrease.
- the proportion of the electron conductive polymer in the mixed film of the polymer or copolymer is preferably 20% by mass to 70% by mass. If the amount is less than 20% by mass, the electronic conductivity of the coating tends to decrease, and if it exceeds 70% by mass, the material cost tends to increase.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide particles are spherical particles, and the average particle diameter is preferably 5 to 20 ⁇ m. Such a range is preferable because the lithium-nickel composite oxide particles have good battery performance and good battery life (cycle characteristics).
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide particles are preferably those represented by the following general formula (1).
- Li x Ni (1-yz) M y N z O 2 (1)
- x is 0.80 to 1.10
- y is 0.01 to 0.20
- z is 0.01 to 0.15
- 1-yz is a value exceeding 0.65
- M is Represents at least one element selected from Co or Mn
- N represents at least one element selected from Al, In or Sn.
- the value of 1-yz (nickel content) is preferably a value exceeding 0.70, more preferably a value exceeding 0.80, from the viewpoint of capacity.
- the electrode energy densities (Wh / L) of cobalt-based (LCO), ternary (NCM), and nickel-based (NCA) are 2160 Wh / L (LiCoO 2) and 2018.6 Wh / L (LiNi 0.33 Co 0.33 Mn 0.33 Co 0, respectively. .33O2), 2376 Wh / L (LiNi0.8Co0.15Al0.05O2). Therefore, a high-capacity battery can be manufactured by using the nickel-based lithium-nickel composite oxide particles as a positive electrode active material of a lithium ion battery.
- Method for producing coated lithium-nickel composite oxide particles is a modified polyolefin resin, polyester resin, polyphenol resin, polyurethane resin
- a polymer or copolymer consisting of at least one selected from the group consisting of an epoxy resin, a silane-modified resin and derivatives thereof, and an electron conductive polymer are polypyrrole, polyaniline, polythiophene, poly (p-phenylene), poly
- Various methods can be used as a method for coating a polymer or copolymer mixture of at least one selected from the group consisting of fluorene and derivatives thereof.
- a polymer composition containing a non-electron conducting polymer and an electron conducting polymer is dissolved or dispersed in a good solvent, and the particles are mixed to prepare a slurry.
- a method in which a poor solvent is added stepwise to the polymer or copolymer and washed, and the polymer or copolymer is deposited on the particle surface by completely removing the good solvent, so-called phase separation method Can be manufactured.
- a polymer composition containing a non-electron conducting polymer and an electron conducting polymer to be a shell is dissolved or dispersed in a good solvent, and particles to be a core are mixed to prepare a slurry. Furthermore, a poor solvent is added and mixed with respect to the said polymer or copolymer to this slurry. Thereafter, the good solvent can be gradually removed to produce the polymer or copolymer on the particle surface, that is, the so-called interfacial precipitation method.
- a method of dispersing core particles in a solution in which a polymer composition containing a non-electron conducting polymer and an electron conducting polymer is dissolved or dispersed, finely dispersing the droplets and spraying them in hot air It can also be produced by using a so-called air drying method or spray drying method.
- the core particles are fluidized in a rolling pan, and a solution in which a polymer composition containing a non-electron conductive polymer and an electron conductive polymer is dissolved or dispersed therein is sprayed to the particle surface. It can also be produced using a method in which the polymer or copolymer is uniformly applied and dried, a so-called pan coating method.
- a method of spraying a solution in which a core composition is circulated up and down in a gas blown from the bottom and a polymer composition containing a non-electron conductive polymer and an electron conductive polymer is dissolved or dispersed so-called It can also be produced using an air suspension coating method.
- the alkoxy group reacts by adding the hydrolysis reaction by the water vapor treatment to the particles coated with the silane-modified resin, so that a more robust coating can be formed.
- a curing agent may be added separately to the above resin coated with nickel-based lithium-nickel composite oxide particles for crosslinking treatment.
- the curing agent include amine curing agents, polyamide curing agents, melamine curing agents, and the like.
- Example 1 Dissolve 0.07 g of modified polyethylene resin solution (solid content: 35.7%), polyaniline (emeraldine salt) made by SIGMA-ALDRICH, 0.025 g of lignin graft type powder in 150 g of ethanol, add 16 g of toluene, mix and coat A solution was made. This solution was transferred to a flask, mixed with 25 g of composite oxide particles represented by a transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles, and mixed. A slurry was prepared. Next, the flask containing the slurry was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 45 ° C.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide coated with 0.2% by mass of a modified polyethylene and a lignin graft polyaniline mixture at a ratio of 50% by mass was coated with lithium-nickel composite oxide according to Example 1.
- the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test) were performed as the product particles.
- Example 2 SIGMA-ALDRICH polyaniline (emeraldine salt), lignin graft type in a solution prepared by dissolving 0.07 g (solid content: 35.5%) of a polyester resin solution (product name: Araeze-7005N) manufactured by Arakawa Chemical Industries in 75 g of toluene A solution in which 0.025 g of powder was dissolved in 75 g of ethanol was mixed, and 16 g of isopropyl alcohol was further added and mixed to prepare a coating solution. This solution was transferred to a flask, mixed with 25 g of composite oxide particles represented by a transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles, and mixed.
- a slurry was prepared. Next, the slurry-containing flask was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 60 ° C. under reduced pressure, and the solvent was removed while rotating. Finally, in order to completely remove the solvent, the powder was transferred to a vacuum dryer and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours to prepare a treated powder.
- Coated lithium-nickel composite oxide according to Example 2 in which 0.2% by mass of polyester and lignin graft polyaniline mixture were coated in a proportion of 50% by mass with respect to this nickel-based lithium-nickel composite oxide.
- the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test charge / discharge test, cycle test were performed.
- Example 3 SIGMA-ALDRICH polyaniline (emeraldine salt), lignin graft type powder in a solution of 0.05 g (solid content: 50.0%) of polyphenol resin solution (product name: Araeze 7104) manufactured by Arakawa Chemical Industries in 75 g of xylene A solution prepared by dissolving 0.025 g in 75 g of ethanol was mixed, and 16 g of isopropyl alcohol was further added and mixed to prepare a coating solution. This solution was transferred to a flask, and further mixed with 25 g of composite oxide particles represented by the transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles. A slurry was prepared.
- the slurry-containing flask was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 60 ° C. under reduced pressure, and the solvent was removed from the slurry while rotating. Subsequently, the set temperature of the water bath was set to 60 ° C., and toluene was removed. Finally, in order to completely remove the solvent, the powder was transferred to a vacuum dryer and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours to prepare a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide was coated with 0.2% by mass of a polyphenol resin and a lignin-grafted polyaniline mixture in a proportion of 50% by mass, respectively.
- the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test) were performed as the product particles.
- Example 4 Polyaniline (emeraldine salt) made by SIGMA-ALDRICH, lignin graft type in a solution of 0.09 g (solid content: 28.3%) of polyurethane resin solution (product name: TSP-2242) manufactured by Arakawa Chemical Industries in 75 g of acetone A solution in which 0.025 g of powder was dissolved in 75 g of ethanol was mixed, and 16 g of toluene was further added to prepare a coating solution. This solution was transferred to a flask, mixed with 25 g of composite oxide particles represented by a transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles, and mixed. A slurry was prepared.
- polyurethane resin solution product name: TSP-2242
- the flask portion was connected to the slurry-containing flask evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 45 ° C. under reduced pressure, and acetone and ethanol were removed while rotating. Subsequently, the set temperature of the water bath was set to 60 ° C., and toluene was removed. Finally, in order to completely remove the solvent, the powder was transferred to a vacuum dryer and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours to prepare a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide was coated with 0.2% by mass of a polyurethane resin and a lignin graft type polyaniline mixture at a ratio of 50% by mass, respectively.
- the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test) were performed as the product particles.
- Example 5 A solution of 0.06 g (solid name: 40.0%) of an epoxy resin solution (product name: Araeze-9201N) manufactured by Arakawa Chemical Industries, Ltd. dissolved in 75 g of butyl cellosolve, polyaniline (emeraldine salt) manufactured by SIGMA-ALDRICH, lignin A solution obtained by dissolving 0.025 g of graft type powder in 75 g of ethanol was mixed, and 16 g of toluene was further added to prepare a coating solution. This solution was transferred to a flask, and further mixed with 25 g of composite oxide particles represented by the transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles.
- a slurry was prepared.
- the slurry-containing flask was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 60 ° C. under reduced pressure, and the solvent was removed while rotating. Finally, in order to completely remove the solvent, the powder was transferred to a vacuum dryer and dried under reduced pressure at 100 ° C. for 2 hours to prepare a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide was coated with 0.2% by mass of an epoxy resin and a lignin graft type polyaniline mixture at a ratio of 50% by mass, respectively.
- the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test) were performed as the product particles.
- Silane-modified polyether resin solution 0.0313 g (solid content: 40%), SIGMA-ALDRICH polyaniline (emeraldine salt) and lignin graft type powder 0.0125 g are dissolved in ethanol 150 g, and further toluene 16 g is added and mixed for coating.
- a solution was made. This solution was transferred to a flask, mixed with 25 g of composite oxide particles represented by a transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles, and mixed. A slurry was prepared. Next, the slurry-containing flask was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 60 ° C. under reduced pressure, and the solvent was removed while rotating. Thereafter, steam treatment was performed, and finally the powder was transferred to a vacuum dryer in order to completely remove the solvent, followed by drying at 100 ° C. for 2 hours under reduced pressure to produce a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide coated with 0.1% by mass of a silane-modified polyether and a lignin-grafted polyaniline mixture at a ratio of 50% by mass was coated with lithium-nickel according to Example 6.
- the composite oxide particles were subjected to the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test).
- Example 7 SIGMA-ALDRICH polyaniline (emeraldine salt) and 0.0125 g of lignin graft type powder were dissolved in 75 g of ethanol in a solution obtained by dissolving 0.0364 g (solid content: 34.3%) of a silane-modified polyester resin solution in 75 g of toluene. Then, 16 g of isopropyl alcohol was added and mixed to prepare a coating solution. This solution was transferred to a flask, mixed with 25 g of composite oxide particles represented by a transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles, and mixed. A slurry was prepared.
- the slurry-containing flask was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 60 ° C. under reduced pressure, and the solvent was removed while rotating. Thereafter, steam treatment was performed, and finally the powder was transferred to a vacuum dryer in order to completely remove the solvent, followed by drying at 100 ° C. for 2 hours under reduced pressure to produce a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide was coated with 0.1% by mass of a silane-modified polyester and a lignin-grafted polyaniline mixture at a ratio of 50% by mass, respectively.
- the oxide particles were subjected to the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test).
- Example 8 A solution obtained by dissolving 0.0147 g (solid content: 85.3%) of silane-modified polyphenol resin solution (product name: Composcelan P501) manufactured by Arakawa Chemical Industries in 75 g of acetone, polyaniline (emeraldine salt) manufactured by SIGMA-ALDRICH, lignin graft A solution prepared by dissolving 0.0125 g of mold powder with 75 g of ethanol was mixed, and further 16 g of toluene was added and mixed to prepare a coating solution. This solution was transferred to a flask, and further mixed with 25 g of composite oxide particles represented by the transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles.
- a slurry was prepared. Next, the flask containing the slurry was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 45 ° C. under reduced pressure, and acetone and ethanol were removed from the slurry while rotating. Subsequently, the set temperature of the water bath was set to 60 ° C., and toluene was removed. Thereafter, steam treatment was performed, and finally the powder was transferred to a vacuum dryer to completely remove the solvent, followed by drying at 100 ° C. for 2 hours under reduced pressure to produce a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide was coated with 0.1% by mass of a silane-modified polyphenol resin and a lignin graft type polyaniline mixture at a ratio of 50% by mass, respectively, and the coated lithium-nickel according to Example 8
- the composite oxide particles were subjected to the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test).
- Example 9 SIGMA-ALDRICH polyaniline (emeraldine salt), lignin grafted in a solution in which 0.0414 g (solid content: 30.2%) of a silane-modified polyurethane resin solution (product name: Yuruano U201) manufactured by Arakawa Chemical Industries was dissolved in 75 g of methyl ethyl ketone A solution in which 0.0125 g of mold powder was dissolved in 75 g of ethanol was mixed, and further 16 g of toluene was added to prepare a coating solution.
- a silane-modified polyurethane resin solution product name: Yuruano U201
- This solution was transferred to a flask, mixed with 25 g of composite oxide particles represented by a transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles, and mixed.
- a slurry was prepared.
- the flask portion was connected to the slurry-containing flask evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 45 ° C. under reduced pressure, and acetone and ethanol were removed while rotating. Subsequently, the set temperature of the water bath was set to 60 ° C., and toluene was removed. Thereafter, steam treatment was performed, and finally the powder was transferred to a vacuum dryer to completely remove the solvent, followed by drying at 100 ° C. for 2 hours under reduced pressure to produce a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide was coated with 0.1% by mass of a silane-modified polyurethane resin and a lignin graft type polyaniline mixture at a ratio of 50% by mass, respectively.
- the composite oxide particles were subjected to the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test).
- Example 10 A solution obtained by dissolving 0.0138 g (solid content: 90.5%) of a silane-modified epoxy resin solution (product name: HBEP195) manufactured by Arakawa Chemical Industries in 75 g of acetone, polyaniline (emeraldine salt) manufactured by SIGMA-ALDRICH, lignin graft type A solution prepared by dissolving 0.0125 g of powder in 75 g of ethanol was mixed, and 16 g of isopropyl alcohol was further added to prepare a coating solution. This solution was transferred to a flask, and further mixed with 25 g of composite oxide particles represented by the transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles.
- a slurry was prepared.
- the slurry-containing flask was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 45 ° C. under reduced pressure, and acetone and ethanol were removed from the slurry while rotating. Subsequently, the preset temperature of the water bath was set to 60 ° C., and isopropyl alcohol was removed. Thereafter, steam treatment was performed, and finally the powder was transferred to a vacuum dryer to completely remove the solvent, followed by drying at 100 ° C. for 2 hours under reduced pressure to produce a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide was coated with 0.1% by mass of a silane-modified epoxy resin and a lignin graft type polyaniline mixture at a ratio of 50% by mass, respectively.
- the composite oxide particles were subjected to the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test).
- Example 11 SIGMA-ALDRICH polyaniline (emeraldine salt), lignin graft type in a solution obtained by dissolving 0.0833 g (solid content: 15%) of silane-modified polyamide resin solution (product name: Composelane H850D) manufactured by Arakawa Chemical Industries in 75 g of dimethylacetamide A solution prepared by dissolving 0.0125 g of powder with 75 g of dimethylacetamide was mixed, and 16 g of isopropyl alcohol was further added to prepare a coating solution. This solution was transferred to a flask, and further mixed with 25 g of composite oxide particles represented by the transition metal composition Li 1.03 Ni 0.82 Co 0.15 Al 0.03 as nickel-based lithium-nickel composite oxide particles.
- a slurry was prepared.
- the slurry-containing flask was connected to an evaporator, and the flask portion was placed in a water bath heated to 80 ° C. under reduced pressure, and dimethylacetamide was removed from the slurry while rotating. Thereafter, steam treatment was performed, and finally the powder was transferred to a vacuum dryer to completely remove the solvent, followed by drying at 100 ° C. for 2 hours under reduced pressure to produce a treated powder.
- the nickel-based lithium-nickel composite oxide was coated with 0.1% by mass of a silane-modified polyamide resin and a lignin graft type polyaniline mixture in a proportion of 50% by mass, respectively.
- the composite oxide particles were subjected to the following atmospheric stability test, gelation test, and battery characteristic test (charge / discharge test, cycle test).
- the respective mass ratios of lithium-nickel composite oxide particles: conductive auxiliary agent: binder: N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) according to Examples and Comparative Examples are 45: 2.5: 2. It weighed so that it might become 5:50, and also after adding 1.5 mass% water, it stirred with the autorotation and revolution mixer, and obtained the positive mix slurry. The obtained slurry was stored in an incubator at 25 ° C., the change with time was stirred with a spatula, the viscosity increase and the degree of gelation were confirmed for each of Example and Comparative Example 1, and stored until completely gelled.
- Example 1 and Example 4 It takes 6 days for the slurry according to Example 1 and Example 4 to completely gel, and 8 days for the slurry according to Example 2, Example 3 and Example 5 to completely gel. However, it takes 8 days or more for the slurry according to Example 6 to completely gel, 5 days or more for the slurry according to Example 7 and Example 11 to completely gel, and Example 8 It took 9 days for the slurry to gel completely, and 14 days or more for the slurry according to Examples 9 and 10 to gel completely. On the other hand, it took 1 day until the slurry according to Comparative Example 1 was completely gelled.
- the slurry according to Example 1 to Example 11 is such that lithium-nickel composite oxide particles are coated with the polymer, so that lithium hydroxide (LiOH), lithium carbonate (Li 2 CO 3 ) It was confirmed that the generation of such impurities was suppressed, the dissolution of these impurities in the slurry was suppressed, and the gelation of the slurry and the increase in the slurry viscosity due to the reaction with the binder could be prevented.
- LiOH lithium hydroxide
- Li 2 CO 3 lithium carbonate
- the fluorine compound when the lithium-nickel composite oxide particles are coated with a fluorine compound, the fluorine compound is generally dissolved in NMP. Therefore, even if the fluorine compound is coated, it is considered that the film dissolves when the slurry is mixed. It is done. Therefore, unlike the coated lithium-nickel composite oxide particles according to the examples, it is considered difficult to suppress the generation of impurities when the manufactured positive electrode is normally stored. Therefore, it is difficult to suppress the reaction with the electrolyte accompanying gas generation when the battery is driven due to impurities generated during positive electrode storage, and expensive storage equipment is required.
- a nonaqueous electrolyte secondary battery for evaluation (lithium ion secondary battery) was produced by the following procedure, and battery characteristics were evaluated.
- (A) Positive Electrode The coated lithium-nickel composite oxide particles and lithium-nickel composite oxide particles according to the obtained Examples and Comparative Examples were added to acetylene black as a conductive additive and polyvinylidene fluoride as a binder ( PVdF) was mixed so that the mass ratio of these materials was 85: 10: 5 and dissolved in an N-methyl-2-pyrrolidone (NMP) solution to prepare a positive electrode mixture slurry.
- NMP N-methyl-2-pyrrolidone
- This positive electrode mixture slurry was applied to an aluminum foil with a comma coater, heated at 100 ° C., and dried to obtain a positive electrode.
- the obtained positive electrode was passed through a roll press to apply a load, and a positive electrode sheet with an improved positive electrode density was produced.
- This positive electrode sheet was punched out to have a diameter of 9 mm for coin type battery evaluation, and cut out to be 50 mm ⁇ 30 mm for a laminate cell type battery, and each was used
- Negative electrode Graphite as a negative electrode active material and polyvinylidene fluoride (PVdF) as a binder were mixed so that the mass ratio of these materials was 92.5: 7.5, and N-methyl-2
- a negative electrode mixture paste was obtained by dissolving in a pyrrolidone (NMP) solution.
- the negative electrode mixture slurry was applied to a copper foil with a comma coater in the same manner as the positive electrode, heated at 120 ° C., and dried to obtain a negative electrode.
- the obtained negative electrode was passed through a roll press to apply a load, and a negative electrode sheet with improved electrode density was produced.
- the obtained negative electrode sheet was punched out so as to have a diameter of 14 mm for a coin type battery, and cut out so as to be 54 mm ⁇ 34 mm for a laminated cell type battery, and each was used as a negative electrode for evaluation.
- ⁇ Charge / Discharge Test >> The produced coin-type battery is left to stand for about 24 hours from the assembly, and after the open circuit voltage OCV (Open Circuit Voltage) is stabilized, the cutoff voltage is 4 at a current density of 0.2 C rate in a constant temperature bath at 25 ° C. Charged to 3V. After a one hour rest, a charge / discharge test was performed to measure the discharge capacity when discharging until the cut-off voltage reached 3.0V.
- OCV Open Circuit Voltage
- the initial discharge capacity of the coin-type battery according to the example is as follows: Example 1: 196.88 mAh / g, Example 2: 196.99 mAh / g, Example 3: 197.89 mAh / g, Example 4: 195.95 mAh / G, Example 5: 195.85 mAh / g, Example 6: 192.86 mAh / g, Example 7: 192.89 mAh / g, Example 8: 192.93 mAh / g, Example 9: 192.95 mAh / G, Example 10: 192.88 mAh / g, Example 11: 192.32 mAh / g, whereas the initial discharge capacity of the coin-type battery according to Comparative Example 1 was 191.93 mAh / g. It was.
- ⁇ Cycle test >> The manufactured laminate type battery is left to stand for about 24 hours after assembly, as in the case of the coin type battery, and after the open circuit voltage is stabilized, the cut-off voltage is set at a current density of 0.2 C in a constant temperature bath at 25 ° C. The battery was charged until it reached 4.1V. After 1 hour of rest, the battery was discharged until the cut-off voltage was 3.0V. Next, this battery was subjected to a cycle test in which a 4.1V-CC charge and a 3.0V-CC discharge were repeated at a current density of 2.0C in a 60 ° C constant temperature bath, and the capacity retention rate after 500 cycles was confirmed. A cycle test was conducted.
- Example 1 The capacity retention rate after the cycle test with the first cycle as 100% was as follows: Example 1: 87.3%, Example 2: 87.2%, Example 3: 88.1%, Example 4: 86. 3, Example 5: 87.2%, Example 6: 87.3%, Example 7: 87.5%, Example 8: 88.3%, Example 9: 89.2%, Example 10 : 87.5%, Example 11: 87.1%, whereas the capacity retention after the cycle test according to Comparative Example 1 was 80.7%.
- the laminated batteries according to the example and the comparative example were almost equivalent.
- the lithium-nickel composite oxide particles used in the laminate batteries of the examples are modified polyethylene resin, polyester resin, polyurethane resin, polyphenol resin, epoxy resin, silane modified resin with charge / discharge capacity, battery resistance, cycle characteristics. Both were confirmed to be equivalent or superior to lithium-nickel composite oxide particles without coating treatment.
- the coated lithium-nickel composite oxide particles according to the present invention are excellent in environmental stability, which has been a problem of the lithium-nickel composite oxide particles, and are equivalent to the high discharge capacity of the lithium-nickel composite oxide particles. It can be seen that this is an excellent lithium-nickel composite oxide particle for a lithium ion battery positive electrode active material having the above characteristics.
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Abstract
環境安定性の高さから水分、炭酸ガスを吸収することによる不純物の発生を抑えることができ、且つ密着性が高く容易にコーティング層が離脱することがなく且つ、リチウムイオン伝導性を有する優れた被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子を提供する。 ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の表面に、非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物が被覆されているリチウムイオン電池正極活物質用の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は環境安定性に優れ、且つ電池特性に悪影響しない被覆ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
Description
本発明は、ニッケル含有量の高い被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子に関し、大気雰囲気下の安定性を向上させた取り扱いしやすい被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子及びその製造方法に関するものである。
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、リチウムイオン二次電池の需要が急激に伸びている。リチウムイオン二次電池の正極で充放電に寄与する正極活物質として、リチウム-コバルト酸化物(以下、コバルト系と明記することがある。)が広く用いられている。しかしながら、電池設計の最適化によりコバルト系正極の容量は理論容量と同等程度まで改善され、さらなる高容量化は困難になりつつある。
そこで、従来のコバルト系よりも理論容量の高いリチウム-ニッケル酸化物を用いたリチウム-ニッケル複合酸化物粒子の開発が進められている。しかしながら、純粋なリチウム-ニッケル酸化物は、水や二酸化炭素等に対する反応性の高さから安全性、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は困難であった。そこで上記問題の改善策として、コバルト、マンガン、鉄等の遷移金属元素又はアルミニウムを添加したリチウム-ニッケル複合酸化物粒子が開発されている。
リチウム-ニッケル複合酸化物には、ニッケル、マンガン、コバルトがそれぞれ当モル量添加されてなるいわゆる三元系と呼ばれる遷移金属組成Ni0.33Co0.33Mn0.33で表される複合酸化物粒子(以下、三元系と明記することがある。)といわゆるニッケル系と呼ばれるニッケル含有量が0.65モルを超えるリチウム-ニッケル複合酸化物粒子(以下、ニッケル系と明記することがある。)がある。容量の観点からは三元系と比べ、ニッケル含有量の多いニッケル系に大きな優位性がある。
しかしながら、ニッケル系は、水や二酸化炭素等に対する反応性の高さからコバルト系や三元系と比べ環境により敏感であり、空気中の水分や二酸化炭素(CO2)をより吸収しやすい特徴がある。水分、二酸化炭素は、粒子表面にそれぞれ水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(Li2CO3)といった不純物として堆積され、正極製造工程や電池性能に悪影響を与えることが報告されている。
ところで、正極の製造工程では、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子、導電助剤、バインダーと有機溶媒等を混合した正極合剤スラリーをアルミニウム等の集電体上に塗布・乾燥する工程を経る。一般的に水酸化リチウムは、正極合剤スラリー製造工程において、バインダーと反応しスラリー粘度を急激に上昇させる、またスラリーをゲル化させる原因となることがある。これらの現象は不良や欠陥、正極製造の歩留まりの低下を引き起こし、製品の品質に差を生じさせることがある。また、充放電時、これら不純物は電解液と反応しガスを発生させることがあり、電池の安定性に問題を生じさせかねない。
したがって、ニッケル系を正極活物質として用いる場合、上述した水酸化リチウム(LiOH)等の不純物の発生を防ぐため、その正極製造工程を脱炭酸雰囲気下におけるドライ(低湿度)環境下で行う必要がある。そのため、ニッケル系は理論容量が高くリチウムイオン二次電池の材料として有望であるにも関わらず、その製造環境を維持するために高額な設備導入コスト及びランニングコストが掛かるため、その普及の障壁となっているという問題がある。
このような問題を解決するために、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子表面上にコーティング剤を用いることにより被覆する方法が提案されている。このようなコーティング剤としては、無機系のコーティング剤と有機系のコーティング剤に大別され、無機系のコーティング剤としては酸化チタン、酸化アルミニウム、リン酸アルミニウム、リン酸コバルト、フッ化リチウムなどの材料が、有機系のコーティング剤としてはヒュームドシリカ、カルボキシメチルセルロース、フッ素含有ポリマーなどの材料が提案されている。
例えば、特許文献1では、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子表面にフッ化リチウム(LiF)又はフッ素含有ポリマー層を形成する方法、また、特許文献2では、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子にフッ素含有ポリマー層を形成し、さらに不純物を中和するためのルイス酸化合物を添加する方法が提案されている。いずれの処理もフッ素系材料を含有するコーティング層によりリチウム-ニッケル複合酸化物粒子表面は疎水性に改質され、水分の吸着を抑制し、水酸化リチウム(LiOH)などの不純物の堆積を抑制することが可能となる。
しかしながら、これらのコーティング方法に用いられる上記のフッ素系材料を含有するコーティング層は、静電引力のみによってリチウム-ニッケル複合酸化物粒子に付着しているに過ぎない。そのため、スラリー製造工程で溶剤として用いるN-メチル-2-ピロリドン(NMP)に再溶解してしまうため、コーティング層がリチウム-ニッケル複合酸化物粒子から脱離しやすい。その結果、脱炭酸雰囲気下におけるドライ(低湿度)環境下で正極を保管しなければならず、ニッケル系において問題とされている不良や欠陥、歩留まりの低下を十分に抑制することができないばかりか、実質的に不純物の発生による電池の安定性の問題を十分に解決することができるものとはなっていなかった。
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み、大気雰囲気下で取り扱うことができ、且つ電池特性に悪影響がない電子伝導体及びリチウムイオン伝導体の被膜を得ることのできる、被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子及びその製造方法の提供を目的とする。
本発明は、上述した従来技術における問題点を解決するために鋭意研究を重ねた結果、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の表面に、粒子-高分子間の吸着性とイオン導電性を併せもつ非電子伝導性高分子と電子伝導性とイオン伝導性を有する導電性高分子を配合した高分子組成物で被覆することで大気安定性が向上し、且つ電池特性に悪影響しない被覆ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子を見出した。また、当該被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は、正極合剤スラリーを混練した際にも、粒子表面からコーティング層が剥がれ落ちることがない。そのため、作製された正極を保管する際、大気中の水分や炭酸ガスにより生じる不純物の生成を抑制できる、つまり材料取り扱い時、輸送時、保管時、電極作製及び電池製造時における大気雰囲気下での取り扱いを可能とする好適な被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子及びその製造方法であることを見出し、本発明を完成するに至った。
すなわち、第一の発明は、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の表面に、非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物が被覆されているリチウムイオン電池正極活物質用の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
第二の発明は、前記非電子伝導性高分子が変性ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シラン変性樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体である第一の発明に記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
第三の発明は、前記シラン変性樹脂がシラン変性ポリエーテル系樹脂、シラン変性ポリエステル系樹脂、シラン変性ポリフェノール系樹脂、シラン変性ポリウレタン系樹脂、シラン変性エポキシ系樹脂、及びシラン変性ポリアミド系樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体で第二の発明に記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
第四の発明は、前記電子伝導性高分子がポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ(p-フェニレン)、ポリフルオレン及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体である第一から第三の発明のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
第五の発明は、前記非電子伝導性高分子が変性ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体であって、前記高分子組成物の被覆量が、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子に対して0.1~5.0質量%である第一から第四の発明のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
第六の発明は、前記非電子伝導性高分子がシラン変性樹脂又はその誘導体からなる重合体又は共重合体であって、前記高分子組成物の被覆量が、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子に対して0.05~5.0質量%である第一から第四の発明のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
第七の発明は、前記高分子組成物の全量における非電子伝導性高分子の含有量が30~80質量%である第一から第六のいずれかの発明に記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
第八の発明は、前記リチウム-ニッケル複合酸化物が下記一般式(1)で表される第一から第七のいずれかの発明に記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
LixNi(1-y-z)MyNzO2 ・・・(1)
(式中、xは0.80~1.10、yは0.01~0.20、zは0.01~0.15、1-y-zは0.65を超える値であって、Mは、Co又はMnより選ばれた少なくとも一種の元素を示し、NはAl、In又はSnより選ばれた少なくとも一種の元素を示す。)
LixNi(1-y-z)MyNzO2 ・・・(1)
(式中、xは0.80~1.10、yは0.01~0.20、zは0.01~0.15、1-y-zは0.65を超える値であって、Mは、Co又はMnより選ばれた少なくとも一種の元素を示し、NはAl、In又はSnより選ばれた少なくとも一種の元素を示す。)
第九の発明は、5~20μmの平均粒径を有する球状粒子である第一から第八のいずれかの発明に記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
第十の発明は、前記非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子を溶解する良溶媒に溶解させて被覆用樹脂溶液とする工程と、前記被覆用樹脂溶液に、前記非電子伝導性高分子及び前記電子伝導性高分子を溶解しない貧溶媒であって、前記良溶媒よりも蒸発速度の遅い貧溶媒を添加する工程と、前記被覆用樹脂溶液に、前記リチウム-ニッケル複合酸化物粒子を添加してスラリーとする工程と、前記スラリーから良溶媒及び貧溶媒を除去する工程とを含む第一から第九のいずれかの発明に記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の製造方法である。
本発明では、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子をコアに、非電子伝導性高分子及び導電性高分子の混合体である高分子組成物で形成されるシェルをもつ被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子を製造することにより、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子表面に良好な電子伝導性とリチウムイオン伝導性を併せもち、且つ水分、炭酸ガスの透過を抑制できる膜で被覆された優れた被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子及びその製造方法である。
この被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は、これまで炭酸ガス濃度、水分濃度が厳しく管理された正極製造設備に変わり、コバルト系、三元系で用いられてきた製造設備も流用できる、高容量リチウムイオン電池用複合酸化物正極活物質として提供できる。
以下に本発明の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子とその製造方法について詳細に説明する。尚、本発明は、以下の詳細な説明によって限定的に解釈されるものではない。本発明において、一次粒子が凝集した二次粒子をリチウム-ニッケル複合酸化物粒子と呼ぶ場合がある。
該粒子表面を被覆する非電子伝導性高分子とは、例えば変性ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シラン変性樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体を挙げることができる。シラン変性樹脂とは、非電子伝導性高分子がシラン変性された重合体又は共重合体であり、例えば、シラン変性ポリエーテル系樹脂、シラン変性ポリエステル系樹脂、シラン変性ポリフェノール系樹脂、シラン変性ポリウレタン系樹脂、シラン変性エポキシ系樹脂、シラン変性ポリアミド系樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体を挙げることができる。該粒子表面を被覆する電子伝導性高分子とは例えば、ポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ(p-フェニレン)、ポリフルオレン及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体の混合物を挙げることができる。非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物により形成される被膜は良好な電子伝導性とイオン伝導性を有することから電池特性に悪影響を及ぼすことがない。また、該重合体もしくは共重合体で被覆された被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は、当該重合体もしくは共重合体がコーティング層として働くため、環境安定性に優れ、コバルト系や三元系と同様の設備で取扱うことができる。そのため、本発明は、優れた環境安定性を備えた被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子である。
1.非電子伝導性高分子
[変性ポリオレフィン系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有される変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えばα-オレフィン等を重合してポリオレフィンの一部を変性して製造された変性ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。ポリオレフィン系樹脂としては例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体等が挙げられる。
[変性ポリオレフィン系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有される変性ポリオレフィン系樹脂としては、例えばα-オレフィン等を重合してポリオレフィンの一部を変性して製造された変性ポリオレフィン系樹脂などが挙げられる。ポリオレフィン系樹脂としては例えばポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン-プロピレン共重合体等が挙げられる。
一般に、ポリエチレンやポリプロピレンなどのポリオレフィンは、結晶性が高く無極性であることから、他の基材、例えばスチレン樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂などの極性を有する樹脂と親和性がないだけでなく、金属表面やガラス、無機フィラーなどとも親和性が殆どない。このため、ポリオレフィン系樹脂を塗装したり接着したりするために、例えば、ポリオレフィンを塩素化してプライマーとして用いる方法、親和性官能基を付与してプライマー又はトップコートとして用いる方法等がある。リチウム-ニッケル複合酸化物粒子に被覆する場合には、当該粒子と親和性のある官能基が導入された変性ポリオレフィンを用いることが望ましい。
本発明に用いられるポリオレフィン系樹脂に使用される変性剤としては、当該粒子と親和性のある官能基を導入することができるものであればよく、例えば、(メタ)アクリル酸、(メタ)アクリル酸の誘導体、アルキルエステル、グリシジルエステル(メタ)アクリル酸のアルカリ金属塩(メタ)アクリル酸のハロゲン化物アミノ基含有(メタ)アクリル酸誘導体、ジ(メタ)アクリレート、OH基又はアルコキシ基含有(メタ)アクリル酸誘導体、イソシアナート基含有(メタ)アクリル酸誘導体P含有(メタ)アクリル酸誘導体、ニトリル化合物、ビニル化合物、ビニル安息香酸、スチレン誘導体、ジカルボン酸、又はジカルボン酸無水物などを挙げることができる。
本発明により製造された変性ポリオレフィンは、変性剤がポリオレフィン主鎖に対してグラフト結合していることが好ましい。本発明において、ポリオレフィンへの変性剤の導入量、すなわち変性量は、ポリオレフィン1分子鎖当り、変性剤モノマーが0.5~100個導入されていることが好ましく、1~50個導入されていることがより好ましい。
変性ポリオレフィンの変性方法としては、例えば、溶媒の存在下又は無溶剤でラジカル反応開始剤を使用して溶液状態で反応させる方法、スラリー状態で反応させる方法、又は溶融状態で反応させる方法等の公知の技術で製造することができる。
[ポリエステル系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるポリエステル系樹脂としては、特に限定されるものではなく公知のポリエステルを用いることができる。このポリエステルの製造は、エステル化反応、すなわち重縮合反応によればよく、反応は常圧、減圧のいずれでもよい。また、分子量の調節は、適宜に減圧状態を調整して行えばよく、さらに、重縮合反応後に無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸などの酸無水物による付加反応等の工程を行ってもよい。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるポリエステル系樹脂としては、特に限定されるものではなく公知のポリエステルを用いることができる。このポリエステルの製造は、エステル化反応、すなわち重縮合反応によればよく、反応は常圧、減圧のいずれでもよい。また、分子量の調節は、適宜に減圧状態を調整して行えばよく、さらに、重縮合反応後に無水フタル酸、ヘキサヒドロ無水フタル酸、無水マレイン酸、無水コハク酸などの酸無水物による付加反応等の工程を行ってもよい。
[ポリフェノール系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるポリフェノール系樹脂としては、例えば、フェノール類とアルデヒド類を酸触媒の存在下に反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、又はフェノール類とアルデヒド類をアルカリ触媒の存在下に反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂等を使用することができる。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるポリフェノール系樹脂としては、例えば、フェノール類とアルデヒド類を酸触媒の存在下に反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、又はフェノール類とアルデヒド類をアルカリ触媒の存在下に反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂等を使用することができる。
なお、フェノール類としては、例えば、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール、p-エチルフェノール、p-イソプロピルフェノール、p-ターシャリーブチルフェノール、p-クロロフェノール、p-ブロモフェノールなどの各種のものが挙げられる。アルデヒド類としては、例えば、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、テトラアキサン等のホルムアルデヒド発生源物質を使用することもできる。
[ポリウレタン系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるポリウレタン樹脂は、高分子ポリオールで構成されるソフトセグメントと、ジイソシアネート、鎖伸長剤及び必要により鎖長停止剤で構成されうるハードセグメントからなるものが挙げられる。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるポリウレタン樹脂は、高分子ポリオールで構成されるソフトセグメントと、ジイソシアネート、鎖伸長剤及び必要により鎖長停止剤で構成されうるハードセグメントからなるものが挙げられる。
ソフトセグメントを構成する高分子ポリオールとしては、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオールなど各種公知のものが挙げられる。当該高分子ポリオールは、数平均分子量が500~10000の範囲であり、分子末端に水酸基を持つものが好ましい。数平均分子量が500未満になると溶解性の低下に伴い安定性が低下する傾向があり、また10000を超えると弾性が低下する傾向がある。硬化物の力学物性を考慮すると、好ましくは1000~6000の範囲内とするのがよい。
ポリエステルポリオールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、オクタンジオール、1,4-ブチンジオール、ジプロピレングリコール等の飽和もしくは不飽和の各種公知の低分子グリコール又はn-ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル等のアルキルグリシジルエーテル類、バーサティック酸グリシジルエステル等のモノカルボン酸グリシジルエステル類と、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、しゅう酸、マロン酸、グルタル酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、スベリン酸等の二塩基酸又はこれらに対応する酸無水物やダイマー酸、ひまし油及びその脂肪酸などと脱水縮合せしめて得られるポリエステルポリオール類、あるいは環状エステル化合物を開環重合して得られるポリエステルポリオール類などが挙げられる。なお、低分子グリコールと二塩基酸とから得られる高分子ポリオールの場合には、該グリコール類のうち5モル%までは以下の各種ポリオールに置換することができる。例えばグリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオール、ソルビトール、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、一般に多価アルコールとジメチルカーボネートの脱メタノール縮合反応、多価アルコールとジフェニルカーボネートの脱ウレタン縮合反応又は多価アルコールとエチレンカーボネートの脱エチレングリコール縮合反応など公知の反応で得られる。これら反応で使用される多価アルコールとしては1,6-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、オクタンジオール、1,4-ブチンジオール、ジプロピレングリコール等の飽和もしくは不飽和の各種公知の低分子グリコール類、1,4-シクロヘキサンジグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族グリコールなどが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフランなどを開環重合して得られるポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコールなどが挙げられる。
ポリオレフィンポリオ-ルとしては、末端に水酸基を持つポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール、あるいはそれらを水添したものなどが挙げられる。
ポリウレタン系樹脂の構成成分であるハードセグメントに用いられるジイソシアネート化合物としては芳香族、脂肪族又は脂環族の各種公知のジイソシアネート類を使用することができる。例えば、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4′-ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、4,4′-ジベンジルイソシアネート、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ブタン-1,4-ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水素化キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4′-ジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、m-テトラメチルキシリレンジイソシアネートやダイマー酸のカルボキシル基をイソシアネート基に転化したダイマージイソシアネート等がその代表例として挙げられる。
また、ポリウレタン系樹脂に使用する鎖伸長剤としては、例えば前記ポリエステルポリオールの項で述べた低分子グリコール類やジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸など分子内にカルボキシル基を持つグリコール類、またエチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン-4,4’-ジアミン、ダイマー酸のカルボキシル基をアミノ基に転化したダイマージアミン等のポリアミン類、L-リジン、L-アルギニンなど分子内にカルボキシル基を持つポリアミン類、などが挙げられる。
また、ポリウレタン系樹脂には、分子量を調節するために重合停止剤を使用することもできる。重合停止剤としては、例えば、ジ-n-ブチルアミン、n-ブチルアミン等のアルキルモノアミン類や、D-アラニン、D-グルタミン酸など分子内にカルボキシル基を持つモノアミン類、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、グリコール酸など分子内にカルボキシル基を持つアルコール類が挙げられる。
[エポキシ系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるエポキシ系樹脂は、例えばビスフェノール類とエピクロルヒドリン又はβ-メチルエピクロルヒドリン等のハロエポキシドとの反応により得られたものが挙げられる。ビスフェノール類としては例えばフェノール又は2,6-ジハロフェノールとホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン、ベンゾフェノン等のアルデヒド類もしくはケトン類との反応の他、ジヒドロキシフェニルスルフィドの過酸による酸化、ハイドロキノン同士のエーテル化反応等により得られるものが挙げられる。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるエポキシ系樹脂は、例えばビスフェノール類とエピクロルヒドリン又はβ-メチルエピクロルヒドリン等のハロエポキシドとの反応により得られたものが挙げられる。ビスフェノール類としては例えばフェノール又は2,6-ジハロフェノールとホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン、ベンゾフェノン等のアルデヒド類もしくはケトン類との反応の他、ジヒドロキシフェニルスルフィドの過酸による酸化、ハイドロキノン同士のエーテル化反応等により得られるものが挙げられる。
[シラン変性ポリエーテル系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性ポリエーテル系樹脂としては、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリエーテルを用いることができる。このシラン変性ポリエーテル樹脂の構造、製造方法は、例えば、特定ポリオキシアルキレングリコールと特定シリケート化合物とを、エステル交換触媒の存在下又は不存在下に脱アルコール反応することにより得られることもできる。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性ポリエーテル系樹脂としては、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリエーテルを用いることができる。このシラン変性ポリエーテル樹脂の構造、製造方法は、例えば、特定ポリオキシアルキレングリコールと特定シリケート化合物とを、エステル交換触媒の存在下又は不存在下に脱アルコール反応することにより得られることもできる。
特定ポリオキシアルキレングリコールとしては、エチレンオキシド、プロピレンオキシドを開環重合して得られる単独重合体又は共重合体であって、いずれもランダム重合体であってもブロック重合体であってもよい。上記のような直鎖状ポリオキシアルキレングリコールであるが、必要に応じて、炭素数2~6の低分子ポリオール、片末端が水酸基であるポリオキシアルキレン化合物、分岐構造を持つポリオキシアルキレン化合物などを、10質量%未満の範囲で併用することができる。炭素数2~6程度の低分子ポリオールの具体例としては、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール等の低分子グリコール類、グリセリン、ブタントリオール、ペンタントリオール、ヘキサントリオール、トリメチロールエタン、トリメチロールプロパン等の3価アルコール;ペンタエリスリトール、ソルビトール等の4価以上のアルコール、N-メチルジエタノールアミン等の3級アミノ基を持つジオール化合物等が挙げられる。
片末端が水酸基である前記ポリオキシアルキレン化合物としては、ポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、又はポリ(プロピレングリコール-エチレングリコール)共重合体であって、それらの片末端がアセチル基又はアルコキシ基を有し、しかも数平均分子量が3000~10000のものが例示できる。当該ポリオキシアルキレン化合物は、主として、得られるアルコキシシラン変性ポリエーテルの分子量制御や低粘度化の目的で用いられる。
分岐構造を持つ前記ポリオキシアルキレン化合物としては、ポリプロピレングリコール又はポリ(プロピレングリコール-エチレングリコール)共重合体とトリイソシアネートとを反応させてなるポリウレタン、あるいはグリセリンやペンタエリスルトールを高分子鎖中に導入して分岐させたポリオキシアルキレンポリオールが例示できる。
特定シリケート化合物としては、下記一般式(2)で表されるものが好ましい。
R1 mSi(OR1)4-m・・・(2)
(式中、mは0又は1の整数を示し、R1は炭素数8以下のアルキル基又はアリール基を示す。)で表される加水分解性アルコキシシランモノマー又はポリゴマー、そしてシランカップリング剤が挙げられる。
特定シリケート化合物としては、下記一般式(2)で表されるものが好ましい。
R1 mSi(OR1)4-m・・・(2)
(式中、mは0又は1の整数を示し、R1は炭素数8以下のアルキル基又はアリール基を示す。)で表される加水分解性アルコキシシランモノマー又はポリゴマー、そしてシランカップリング剤が挙げられる。
脱アルコール反応に際しては、必ずしも触媒を必要としないが、反応促進の目的で、従来公知のエステル交換触媒を使用することが好ましい。当該触媒としては、例えば、酢酸、パラ-トルエンスルホン酸、安息香酸、プロピオン酸などの有機酸;リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガンなどの金属;これら金属の酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、アルコキシドなどが挙げられる。これらのなかでも、特に有機酸、有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、酢酸、ジブチル錫ジラウレートなどが有効である。
ポリオキシアルキレングリコールAとシリケート化合物Bの使用割合(A/B)は、通常、質量比で100/(2~40)の範囲とするのが好ましい。当該使用割合(A/B)において、シリケート化合物Bの使用量が2未満になると、得られるアルコキシシラン変性ポリエーテル硬化物の表面にタックが残る傾向があり、一方、シリケート化合物Bの使用量が40を超えると、アルコキシシラン変性ポリエーテルの硬化時の収縮が大きくなり、ひび割れを起こす場合があるため、いずれの場合も好ましくない。
[シラン変性ポリエステル系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性ポリエステル系樹脂としては、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリエステルを用いることができる。このシラン変性ポリエステル樹脂の構造、製造方法は、例えば、ポリエステル樹脂(I)と特定のアルコキシシラン部分縮合物(II)とを反応させて得られる。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性ポリエステル系樹脂としては、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリエステルを用いることができる。このシラン変性ポリエステル樹脂の構造、製造方法は、例えば、ポリエステル樹脂(I)と特定のアルコキシシラン部分縮合物(II)とを反応させて得られる。
ポリエステル樹脂(I)としては、例えば分子末端にカルボキシル基が存在するように調製された公知のポリエステル樹脂を用いることができる。当該ポリエステル樹脂(I)は、公知の方法、例えば、多価カルボン酸類と多価アルコール類をカルボン酸基過剰でエステル化反応する方法、あるいは水酸基過剰でエステル化反応又は重縮合反応で得られた末端に水酸基を有するポリエステル樹脂に酸無水物を開環付加させて末端をカルボキシル基とする方法などにより合成される。
当該ポリエステル樹脂(I)の構成成分である多価カルボン酸類としては、例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ピメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸、ヘキサヒドロフタル酸無水物、1,4-シクロヘキサンジカルボン酸、1,2-シクロヘキサンジカルボン酸、ダイマー酸、これらの酸無水物等の脂肪族又は脂環族ジカルボン酸類又はこれらの低級アルコールエステル化物等;イソフタル酸、テレフタル酸、ジフェニルメタン-4,4’-ジカルボン酸、これらの酸無水物又はこれらの低級アルコールエステル化物等の芳香族ジカルボン酸類、を例示できる。また、多価アルコール類としては、例えば、エチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、オクタンジオール、1,4-ブチンジオール、ジプロピレングリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノール等の飽和もしくは不飽和の各種公知の低分子グリコール類、ダイマー酸を水素化して得られるジオール、ビスフェノールAのエチレンオキシド付加物等を例示できる。
当該ポリエステル樹脂(I)を合成する際の上記原料成分の反応割合は、実質的にカルボキシル基及び/又は酸無水物基が分子末端に残存する割合であれば特に限定されない。特定のアルコキシシラン部分縮合物(II)としては、アルコキシシラン部分縮合物(II)とグリシドールを脱アルコール反応させることにより得られるグリシジルエーテル基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)が例示される。アルコキシシラン部分縮合物(II)としては、下記一般式(2)で表される加水分解性アルコキシシランモノマー又はシランカップリング剤を、酸又はアルカリと水との存在下で加水分解し、部分的に縮合させて得られるものが用いられる。
R1 mSi(OR1)4-m・・・(2)
(式中、mは0又は1の整数を示し、R1は炭素数8以下のアルキル基又はアリール基を示す。)
R1 mSi(OR1)4-m・・・(2)
(式中、mは0又は1の整数を示し、R1は炭素数8以下のアルキル基又はアリール基を示す。)
上記加水分解性アルコキシシランモノマーとしては、具体的には、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシラン類等が例示できる。
アルコキシシラン部分縮合物(II)とグリシドールの反応は、例えば、これら各成分を仕込み、加熱して生成するアルコールを留去しながら脱アルコール反応を行なう。脱アルコール反応に際しては、反応促進のために従来公知の触媒の内、オキシラン環を開環しないものを使用することができる。該触媒としては、例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガン等の金属;これら金属の酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド等が挙げられる。これらのなかでも、特に、有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸錫等が有効である。
本発明の目的物であるシラン変性ポリエステル樹脂は、例えば、前記ポリエステル樹脂と前記アルコキシシラン部分縮合物(II)とを、反応させて得られる。オキシラン基/酸基の比率は0.5~1.5が好ましい。0.5より小さい場合には、シリカ成分が少なく高密着性が得られにくくなる傾向がある。1.5より大きい場合には、シリカ成分が多くなりすぎ硬化膜がもろくなる傾向がある。この反応は、主に、該ポリエステル樹脂のカルボキシル基と該アルコキシシラン部分縮合物(II)のグリシジルエーテル基との間で生じる、オキシラン環の開環エステル化反応である。ここで、アルコキシシラン部分縮合物(2)のアルコキシ基自体は、反応系内に存在し得る水分等によって消費されることも考えられるが、通常は開環エステル化反応には関与しないため、シラン変性ポリエステル樹脂中に10%以上残存することになる。当該残存割合は、好ましくは80%以上である。
[シラン変性ポリフェノール系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子に被覆するシラン変性ポリフェノール系樹脂としては、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリフェノールを用いることができる。このシラン変性ポリフェノール樹脂の製造方法は、例えば、分子鎖両末端にアルコキシ基を有するオルガノポリシロキサンとフェノール樹脂を加熱下に縮合反応させる方法、分子鎖両末端にアルコキシ基又は水酸基を有するオルガノポリシロキサンとフェノール樹脂を加熱下に縮合反応させる方法、フェノール樹脂(I)と、アルコキシシラン部分縮合物(II)を、脱アルコール反応させること方法等が挙げられる。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子に被覆するシラン変性ポリフェノール系樹脂としては、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリフェノールを用いることができる。このシラン変性ポリフェノール樹脂の製造方法は、例えば、分子鎖両末端にアルコキシ基を有するオルガノポリシロキサンとフェノール樹脂を加熱下に縮合反応させる方法、分子鎖両末端にアルコキシ基又は水酸基を有するオルガノポリシロキサンとフェノール樹脂を加熱下に縮合反応させる方法、フェノール樹脂(I)と、アルコキシシラン部分縮合物(II)を、脱アルコール反応させること方法等が挙げられる。
上記フェノール樹脂(I)としては、フェノール類とアルデヒド類を酸触媒の存在下に反応させて得られるノボラック型フェノール樹脂、又はフェノール類とアルデヒド類をアルカリ触媒の存在下に反応させて得られるレゾール型フェノール樹脂のいずれも使用できる。
なお、フェノール類としては、例えば、フェノール、o-クレゾール、m-クレゾール、p-クレゾール、2,3-キシレノール、2,4-キシレノール、2,5-キシレノール、2,6-キシレノール、3,4-キシレノール、3,5-キシレノール、p-エチルフェノール、p-イソプロピルフェノール、p-ターシャリーブチルフェノール、p-クロロフェノール、p-ブロモフェノールなどの各種のものが挙げられる。アルデヒド類としては、例えば、ホルマリン、パラホルムアルデヒド、トリオキサン、テトラアキサン等のホルムアルデヒド発生源物質を使用することもできる。
シラン変性ポリフェノール系樹脂の製造に用いられるアルコキシシラン部分縮合物(II)とは、例えば一般式(3)で表される加水分解性アルコキシシラン化合物を部分的に加水分解、縮合して得られるオリゴマー等又はシランカップリング剤を挙げることができる。
R1 nSi(OR1)4-n・・・(3)
(式中、nは0~2の整数を示し、R1は炭素原子に直結した官能基を持っていてもよい低級アルキル基、アリール基、不飽和脂肪族残基であって、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
R1 nSi(OR1)4-n・・・(3)
(式中、nは0~2の整数を示し、R1は炭素原子に直結した官能基を持っていてもよい低級アルキル基、アリール基、不飽和脂肪族残基であって、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
上記一般式で表される加水分解性アルコキシシラン化合物としては、例えばテトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、アミノプロピルトリメトキシシラン、アミノプロピルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、3,4-エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、3,4-エポキシシクロヘキシルエチルトリエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等が挙げられる。
脱アルコール反応に際しては、反応促進のために従来公知のエステルと水酸基のエステル交換触媒を使用することができる。例えば、酢酸、パラ-トルエンスルホン酸、安息香酸、プロピオン酸などの有機酸やリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジュウム、セシウム、マグネシウム、カルシュウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガンのような金属や、これら酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド等が挙げられる。これらのなかでも、特に有機酸系や有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、酢酸、オクチル酸錫、ジブチル錫ジラウレートが有効である。
本発明に係るシラン変性ポリフェノール系樹脂のフェノール樹脂(I)とアルコキシシラン部分縮合物(II)の使用割合は、得られるシラン変性フェノール樹脂中に、フェノール性水酸基が残存するような割合であれば、特に制限されない。通常、フェノール樹脂のフェノール性水酸基の当量/加水分解性アルコキシシシラン部分縮合物のアルコキシ基の当量(当量比)を、0.2~10の範囲にするのが好ましく、より好ましくは0.3~1.0の範囲である。ただし、前記当量比は、1付近であると、脱アルコール反応の進行によって溶液の高粘度化やゲル化を招きやすいため、脱アルコール反応の進行を調整する必要がある。
前記当量比が1未満の場合には、得られるシラン変性フェノール樹脂中のアルコキシシラン部分縮合物(II)の割合が高いため、シリカ含有率が増えるため耐熱性、硬度の観点から好ましい。前記当量比が小さくなると、シラン変性フェノール樹脂のフェノール性水酸基が少なくなるため、その硬化性が落ち、充分な架橋密度の硬化物を得難くなる傾向がある。これらを考慮すれば、前記当量比は0.2以上、さらには0.3以上とするのがより好ましい。
[シラン変性ポリウレタン系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性ポリウレタン樹脂は、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリウレタンを用いることができる。このシラン変性ポリウレタン系樹脂の製造方法は、例えば、高分子ポリオールとジイソシアネートと鎖伸長剤から得られ、且つエポキシ基と反応性を持つ官能基を有するポリウレタン樹脂(I)と、1分子中に1つの水酸基を持つエポキシ化合物(以下、単にエポキシ化合物(A)と略す。)とアルコキシシラン部分縮合物(II)との脱アルコール反応によって得る方法が挙げられる。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性ポリウレタン樹脂は、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリウレタンを用いることができる。このシラン変性ポリウレタン系樹脂の製造方法は、例えば、高分子ポリオールとジイソシアネートと鎖伸長剤から得られ、且つエポキシ基と反応性を持つ官能基を有するポリウレタン樹脂(I)と、1分子中に1つの水酸基を持つエポキシ化合物(以下、単にエポキシ化合物(A)と略す。)とアルコキシシラン部分縮合物(II)との脱アルコール反応によって得る方法が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(I)は、高分子ポリオールで構成されるソフトセグメントと、ジイソシアネート、鎖伸長剤及び必要により鎖長停止剤で構成されるハードセグメントとからなるものである。
ソフトセグメントを構成する高分子ポリオールとしては、特に限定されず、ポリエステルポリオール、ポリカーボネートポリオール、ポリエーテルポリオール、ポリオレフィンポリオールなど各種公知のものが挙げられる。
ポリエステルポリオールとしては、例えばエチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、1,2-プロパンジオール、1,3-プロパンジオール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、1,6-ヘキサンジオール、オクタンジオール、1,4-ブチンジオール、ジプロピレングリコール等の飽和もしくは不飽和の各種公知の低分子グリコール類又はn-ブチルグリシジルエーテル、2-エチルヘキシルグリシジルエーテル等のアルキルグリシジルエーテル類、バーサティック酸グリシジルエステル等のモノカルボン酸グリシジルエステル類と、アジピン酸、マレイン酸、フマル酸、無水フタル酸、イソフタル酸、テレフタル酸、コハク酸、しゅう酸、マロン酸、グルタル酸、ピメリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、スベリン酸等の二塩基酸又はこれらに対応する酸無水物やダイマー酸、ひまし油及びその脂肪酸などとを脱水縮合せしめて得られるポリエステルポリオール類、又は環状エステル化合物を開環重合して得られるポリエステルポリオール類などが挙げられる。なお、低分子グリコールと二塩基酸とから得られる高分子ポリオールの場合には、該グリコール類のうち5モル%までは以下の各種ポリオールに置換することができる。例えばグリセリン、トリメチロールプロパン、トリメチロールエタン、1,2,6-ヘキサントリオール、1,2,4-ブタントリオール、ソルビトール、ペンタエリスリトール等が挙げられる。
ポリカーボネートポリオールとしては、一般に多価アルコールとジメチルカーボネートの脱アルコール縮合反応、多価アルコールとジフェニルカーボネートの脱ウレタン縮合反応又は多価アルコールとエチレンカーボネートの脱エチレングリコール縮合反応など公知の反応で得られる。これら反応で使用される多価アルコールとしては1,6-ヘキサンジオール、ジエチレングリコール、プロピレングリコール、1,3-ブタンジオール、1,4-ブタンジオール、ネオペンチルグリコール、ペンタンジオール、3-メチル-1,5-ペンタンジオール、オクタンジオール、1,4-ブチンジオール、ジプロピレングリコール等の飽和もしくは不飽和の各種公知の低分子グリコール類、1,4-シクロヘキサンジグリコール、1,4-シクロヘキサンジメタノールなどの脂環族グリコールなどが挙げられる。
ポリエーテルポリオールとしては、エチレンオキサイド、プロピレンオキサイド、テトラヒドロフランなどを開環重合して得られるポリエチレングリコール、ポリプロピレングリコール、ポリオキシテトラメチレングリコールなどが挙げられる。
ポリオレフィンポリオ-ルとしては、末端に水酸基を持つポリブタジエンポリオールやポリイソプレンポリオール、あるいはそれらを水添したものなどが挙げられる。
ポリウレタン樹脂(I)の構成成分であるハードセグメントに用いられるジイソシアネート化合物としては芳香族、脂肪族又は脂環族の各種公知のジイソシアネート類を使用することができる。例えば、1,5-ナフチレンジイソシアネート、4,4′-ジフェニルメタンジイソシアネート、4,4′-ジフェニルジメチルメタンジイソシアネート、4,4′-ジベンジルイソシアネート、ジアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、テトラアルキルジフェニルメタンジイソシアネート、1,3-フェニレンジイソシアネート、1,4-フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ブタン-1,4-ジイソシアネート、ヘキサメチレンジイソシアネート、イソプロピレンジイソシアネート、メチレンジイソシアネート、2,2,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、2,4,4-トリメチルヘキサメチレンジイソシアネート、シクロヘキサン-1,4-ジイソシアネート、キシリレンジイソシアネート、水素化キシリレンジイソシアネート、イソホロンジイソシアネート、リジンジイソシアネート、ジシクロヘキシルメタン-4,4′-ジイソシアネート、1,3-ビス(イソシアネートメチル)シクロヘキサン、メチルシクロヘキサンジイソシアネート、m-テトラメチルキシリレンジイソシアネートやダイマー酸のカルボキシル基をイソシアネート基に転化したダイマージイソシアネート等がその代表例として挙げられる。
ポリウレタン樹脂(I)に使用する鎖伸長剤としては、例えば前記ポリエステルポリオールの項で述べた低分子グリコール類やジメチロールプロピオン酸、ジメチロールブタン酸など分子内にカルボキシル基を持つグリコール類、またエチレンジアミン、プロピレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン、トリエチレンテトラミン、ジエチレントリアミン、イソホロンジアミン、ジシクロヘキシルメタン-4,4′-ジアミン、ダイマー酸のカルボキシル基をアミノ基に転化したダイマージアミン等のポリアミン類、L-リジン、L-アルギニンなど分子内にカルボキシル基を持つポリアミン類、が挙げられる。
また、ポリウレタン樹脂(I)には、必要に応じ、分子量を調節するために重合停止剤を使用することもできる。重合停止剤としては、例えば、ジ-n-ブチルアミン、n-ブチルアミン等のアルキルモノアミン類や、D-アラニン、D-グルタミン酸など分子内にカルボキシル基を持つモノアミン類、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール類、グリコール酸など分子内にカルボキシル基を持つアルコール類が挙げられる。
ポリウレタン樹脂(I)を製造する方法としては、高分子ポリオールとジイソシアネート化合物並びに鎖伸長剤及び/又は重合停止剤を、適当な溶媒中で一度に反応させる一段法、高分子ポリオールとジイソシアネート化合物とを、イソシアネート基過剰の条件で反応させ、高分子ポリオールの末端にイソシアネート基を有するプレポリマーを調製し、次いでこれを適当な溶媒中で鎖伸長剤及び必要に応じて、重合停止剤と反応させる二段法等が挙げられる。
エポキシ化合物(A)としては、1分子中に水酸基を1つもつエポキシ化合物であれば、エポキシ基の数は特に限定されない。また、エポキシ化合物(A)としては、分子量が小さいもの程、アルコキシシラン部分縮合物(II)に対する相溶性がよく、耐熱性や密着性付与効果が高いことから、炭素数が15以下のものが好適である。その具体例としては、エピクロロヒドリンと、水、2価アルコール又はフェノール類とを反応させて得られる分子末端に1つの水酸基を有するモノグリシジルエーテル類;エピクロロヒドリンとグリセリンやペンタエリスリトールなどの3価以上の多価アルコールとを反応させて得られる分子末端に1つの水酸基を有するポリグリシジルエーテル類;エピクロロヒドリンとアミノモノアルコールとを反応させて得られる分子末端に1つの水酸基を有するエポキシ化合物;分子中に1つの水酸基を有する脂環式炭化水素モノエポキシド(例えば、エポキシ化テトラヒドロベンジルアルコール)などが例示できる。これらのエポキシ化合物の中でも、グリシドールが耐熱性付与効果の点で最も優れており、またアルコキシシラン部分縮合物(2)との反応性も高いため、最適である。
アルコキシシラン部分縮合物(II)としては、下記一般式(3)で表される加水分解性アルコキシシラン化合物を部分的に加水分解、縮合して得られるオリゴマーである。
R1 nSi(OR1)4-n ・・・(3)
(式中、nは0~2の整数を示し、R1は炭素原子に直結した官能基を持っていてもよい低級アルキル基、アリール基、不飽和脂肪族残基であって、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
R1 nSi(OR1)4-n ・・・(3)
(式中、nは0~2の整数を示し、R1は炭素原子に直結した官能基を持っていてもよい低級アルキル基、アリール基、不飽和脂肪族残基であって、それぞれ同一でも異なっていてもよい。)
加水分解性アルコキシシランモノマーの具体的としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等のテトラアルコキシシラン類、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシラン類、が挙げられる。なお、これらアルコキシシラン部分縮合物(II)としては、前記例示のものを特に制限なく使用できる。
シラン変性ポリウレタン系樹脂は、例えばエポキシ化合物(A)とアルコキシシラン部分縮合物(II)との脱アルコール反応させることにより製造することができる。脱アルコール反応に際しては、必要に応じて反応促進のために従来公知の触媒の内、エポキシ環を開環しないものを使用することができる。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガン等のような金属や、これら酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド等が挙げられる。これらのなかでも、特に有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸錫などが有効である。
かかるアルコキシ基含有シラン変性ポリウレタン樹脂組成物の合成は、例えば、実質的に無水状態で加熱して反応を行なうのが好ましい。本反応はポリウレタン樹脂(I)の酸性基及び/又はアミノ基と前記エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)のオキシラン基の反応を主目的にしており、本反応中にエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)のアルコキシシリル部位のゾル-ゲル反応によるシリカの生成を抑える必要があるためである。
また、上記の反応に際しては、特に触媒は必要としないが、必要に応じ反応促進のために従来公知の触媒を使用することもできる。例えば、1,8-ジアザ-ビシクロ[5.4.0]ウンデセン-7、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)ウレタンなどの三級アミン類;2-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール類;トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどの有機ホスフィン類;テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボレート、2-エチル-4-メチルイミダゾール・テトラフェニルボレート、N-メチルモルホリン・テトラフェニルボレートなどのテトラフェニルボロン塩などを挙げることができる。
また、上記反応は使用目的によって、溶剤中でも、無溶剤下でも行うことが出来る。溶剤としては、ポリウレタン樹脂(I)及びエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)を溶解する溶剤であれば特に制限はない。
ポリウレタン樹脂(I)と当該エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)の使用割合は、特に制限されないが、エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)のエポキシ基の当量/ポリウレタン樹脂(I)のエポキシ基反応性官能基の合計当量(当量比)が0.30~5の範囲とするのが好ましい。0.30未満では、得られるアルコキシ基含有シラン変性ポリウレタン樹脂が十分に本発明の効果を発揮できず、また5を超えるとアルコキシ基含有シラン変性ポリウレタン樹脂中の未反応エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)の割合が増えるため好ましくない。
[シラン変性エポキシ系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性エポキシ系樹脂は、特に限定されるものではなく公知のシラン変性エポキシを用いることができる。このシラン変性エポキシ樹脂の製造方法は、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)の水酸基の一部又は全部をアルコキシシラン部分縮合物(II)で脱アルコール反応させることで変性する方法がある。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性エポキシ系樹脂は、特に限定されるものではなく公知のシラン変性エポキシを用いることができる。このシラン変性エポキシ樹脂の製造方法は、例えば、ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)の水酸基の一部又は全部をアルコキシシラン部分縮合物(II)で脱アルコール反応させることで変性する方法がある。
ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)は、ビスフェノール類とエピクロルヒドリン又はβ-メチルエピクロルヒドリン等のハロエポキシドとの反応により得られたものが挙げられる。ビスフェノール類としてはフェノール又は2,6-ジハロフェノールとホルムアルデヒド、アセトアルデヒド、アセトン、アセトフェノン、シクロヘキサノン、ベンゾフェノン等のアルデヒド類もしくはケトン類との反応の他、ジヒドロキシフェニルスルフィドの過酸による酸化、ハイドロキノン同士のエーテル化反応等により得られるものが挙げられる。
また、ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)は、アルコキシシラン部分縮合物(II)とエステル反応しうる水酸基を有するものである。当該水酸基は、ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)を構成する各分子が有する必要はなく、ビスフェノール型エポキシ樹脂(1)として、水酸基を有していればよい。なお、ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)には、アルコキシシラン部分縮合物(II)と反応性を有するエポキシ化合物を併用することもできる。エポキシ化合物としては、フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸類及びエピクロロヒドリンを反応させて得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂や、グリシドール等が挙げられる。
アルコキシシラン部分縮合物(II)は、一般的にゾル-ゲル法に用いられているものを使用できる。例えば、一般式:R1
pSi(OR2)4-p(式中、pは0~2の整数示し、R1は炭素原子に直結した官能基を持っていてもよい炭素数6以下のアルキル基、アリール基、不飽和脂肪族残基。同一でも異なっていてもよい。R2は低級アルキル基を示す。)で表される化合物又はこれらの縮合物等を例示できる。なお、アルキル基は直鎖又は分岐鎖のいずれでもよい。またアルコキシシラン部分縮合物(II)としてはシランカップリング剤を用いてもよい。
アルコキシシラン部分縮合物(II)の具体的としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン、テトラブトキシシラン等のテトラアルコキシシラン類、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン等のアルキルトリアルコキシシラン類、フェニルトリメトキシシラン、フェニルトリエトキシシラン等のアリールトリアルコキシシラン類、ビニルトリメトキシシラン、ビニルトリエトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリメトキシシラン、3-グリシドキシプロピルトリエトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリメトキシシラン、3-メルカプトプロピルトリエトキシシラン、3,4-エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン、3,4-エポキシシクロヘキシルエチルトリメトキシシラン等の官能基含有トリアルコキシシラン類、ジメチルジメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジエチルジメトキシシラン、ジエチルジエトキシシラン等のジアルコキシシラン類;又はこれらの縮合物等が挙げられる。
シラン変性エポキシ樹脂は、例えば前記ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)と、アルコキシシラン部分縮合物(II)とを脱アルコール反応によりエステル化することにより製造することができる。
上記のエステル交換反応に際しては、反応促進のために従来公知のエステルと水酸基のエステル交換触媒の内、エポキシ環を開環しないものを使用することができる。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジュウム、セシウム、マグネシウム、カルシュウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガンのような金属や、これら酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド等が挙げられる。これらのなかでも、特に有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、ジブチル錫ジラウレートが有効である。
かかるシラン変性エポキシ樹脂は、各種用途に供されるが、通常、硬化剤を組み合わせた、シラン変性エポキシ樹脂組成物として使用される。また、シラン変性エポキシ樹脂組成物を、各種用途へ適用するにあたっては、用途に応じて各種のエポキシ樹脂を併用することもできる。シラン変性エポキシ樹脂と併用しうるエポキシ樹脂としては、本発明で用いたビスフェノール型エポキシ樹脂(I)、オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂等のノボラック型エポキシ樹脂;フタル酸、ダイマー酸などの多塩基酸類及びエピクロロヒドリンを反応させて得られるグリシジルエステル型エポキシ樹脂;ジアミノジフェニルメタン、イソシアヌル酸などのポリアミン類とエピクロロヒドリンを反応させて得られるグリシジルアミン型エポキシ樹脂;オレフィン結合を過酢酸などの過酸で酸化して得られる線状脂肪族エポキシ樹脂及び脂環式エポキシ樹脂などが挙げられる。
また、硬化剤としては、通常、エポキシ樹脂の硬化剤として使用されている、フェノール樹脂系硬化剤、ポリアミン系硬化剤、ポリカルボン酸系硬化剤等を特に制限なく使用できる。具体的には、フェノール樹脂系のものとしては、フェノールノボラック樹脂、ビスフェノールノボラック樹脂、ポリp-ビニルフェノール等が挙げられ、ポリアミン系硬化剤としてはジエチレントリアミン、トリエチレンテトラミン、テトラエチレンペンタミン、ジシアンジアミド、ポリアミドアミン(ポリアミド樹脂)、ケチミン化合物、イソホロンジアミン、m-キシレンジアミン、m-フェニレンジアミン、1,3-ビス(アミノメチル)シクロヘキサン、N-アミノエチルピペラジン、4,4′-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノ-3,3’―ジエチルジフェニルメタン、ジアミノジフェニルスルフォン等が挙げられ、ポリカルボン酸系硬化剤としては、無水フタル酸、テトラヒドロ無水フタル酸、メチルテトラヒドロ無水フタル酸、3,6-エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、ヘキサクロルエンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸、メチル-3,6-エンドメチレンテトラヒドロ無水フタル酸が挙げられる。
前記エポキシ樹脂組成物には、エポキシ樹脂と硬化剤との硬化反応を促進するための硬化促進剤を含有することができる。例えば、1,8-ジアザ-ビシクロ(5,4,0)ウンデセン-7、トリエチレンジアミン、ベンジルジメチルアミン、トリエタノールアミン、ジメチルアミノエタノール、トリス(ジメチルアミノメチル)フェノールなどの三級アミン類;2-メチルイミダゾール、2-フェニルイミダゾール、2-フェニル-4-メチルイミダゾール、2-ヘプタデシルイミダゾールなどのイミダゾール類;トリブチルホスフィン、メチルジフェニルホスフィン、トリフェニルホスフィン、ジフェニルホスフィン、フェニルホスフィンなどの有機ホスフィン類;テトラフェニルホスホニウム・テトラフェニルボーレート、2-エチル-4-メチルイミダゾール・テトラフェニルボーレート、N-メチルモルホリン・テトラフェニルボーレートなどのテトラフェニルボロン塩などを挙げることができる。
本発明のシラン変性エポキシ樹脂は、例えば、前記ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)と、アルコキシシラン部分縮合物(II)とを脱アルコール反応によりエステル化することにより製造することができる。ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)とアルコキシシラン部分縮合物(II)の使用割合は、特に制限されないが、アルコキシシラン部分縮合物(II)のシリカ換算質量/ビスフェノール型エポキシ樹脂(I)の質量(質量比)を、0.01~1.2の範囲とするのが好ましい。
[シラン変性ポリアミド系樹脂]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性ポリアミド系樹脂は、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリアミドを用いることができる。このシラン変性ポリアミド樹脂の構成物質、製造方法は、例えば、ポリアミック酸(I)のカルボキシル基の一部をエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)と反応させて得られるアルコキシ基含有シラン変性ポリアミック酸を含有する樹脂組成物で、脱アルコール反応して製造できる。また、ポリアミック酸は一部又は大部分を脱水反応によりイミド化していてもよい。
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有されるシラン変性ポリアミド系樹脂は、特に限定されるものではなく公知のシラン変性ポリアミドを用いることができる。このシラン変性ポリアミド樹脂の構成物質、製造方法は、例えば、ポリアミック酸(I)のカルボキシル基の一部をエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)と反応させて得られるアルコキシ基含有シラン変性ポリアミック酸を含有する樹脂組成物で、脱アルコール反応して製造できる。また、ポリアミック酸は一部又は大部分を脱水反応によりイミド化していてもよい。
ポリアミック酸(I)としては、分子中にアミド結合分子骨格中の隣接炭素原子のそれぞれにカルボキシル基とアミド基を有する樹脂であって、例えばテトラカルボン酸類とジアミン類を、極性溶剤中、通常-20℃~60℃で反応させて得られるポリアミック酸溶液が使用できる。ポリアミック酸(I)の分子量は特に限定されないが、数平均分子量3000~50000程度のものが好ましい。
上記のテトラカルボン酸類としては、例えば、ピロメリット酸無水物、1,2,3,4-ベンゼンテトラカルボン酸無水物、1,4,5,8-ナフタレンテトラカルボン酸無水物、2,3,6,7-ナフタレンテトラカルボン酸無水物、3,3’,4,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,2’,3,3’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ビフェニルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ベンゾフェノンテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ジフェニルエーテルテトラカルボン酸二無水物、3,3’,4,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,3,3’,4’-ジフェニルスルホンテトラカルボン酸二無水物、2,2-ビス(3,3’,4,4’-テトラカルボキシフェニル)テトラフルオロプロパン二無水物、2,2’-ビス(3,4-ジカルボキシフェノキシフェニル)スルホン二無水物、2,2-ビス(2,3-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、2,2-ビス(3,4-ジカルボキシフェニル)プロパン二無水物、シクロペンタンテトラカルボン酸無水物、ブタン-1,2,3,4-テトラカルボン酸、2,3,5-トリカルボキシシクロペンチル酢酸無水物、などを例示することが出来、これらは1種を単独で又は2種以上を組み合わせて使用することが挙げられる。
また、トリメリット酸無水物、ブタン-1,2,4-トリカルボン酸、ナフタレン-1,2,4-トリカルボン酸などのトリカルボン酸類、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、ビメリン酸、スベリン酸、セバシン酸、ウンデカン二酸、ドデカン二酸、トリデカン二酸など脂肪族ジカルボン酸類やそれらの酸無水物、イソフタル酸、テレフタル酸、ジフェニルメタン-4,4’-ジカルボン酸など芳香族ジカルボン酸類やそれらの酸無水物を併用することができる。
上記のジアミン類としては、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル、3,4’-ジアミノジフェニルエーテル、4,4’-ジアミノフェニルメタン、3,3’-ジメチル-4,4’-ジアミノジフェニルメタン、4,4’-ジアミノジフェニルスルホン、4,4’-ジ(m-アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、4,4’-ジアミノジフェニルスルフィド、1,4-ジアミノベンゼン、2,5-ジアミノトルエン、イソホロンジアミン、4-(2-アミノフェノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン、4-(4-アミノフェノキシ)-1,3-ジアミノベンゼン、2-アミノ-4-(4-アミノフェニル)チアゾール、2-アミノ-4-フェニル-5-(4-アミノフェニル)チアゾール、ベンジジン、3,3’,5,5’-テトラメチルベンジジン、オクタフルオロベンジジン、o-トリジン、m-トリジン、p-フェニレンジアミン、m-フェニレンジアミン、1,2-ビス(アニリノ)エタン、2,2-ビス(p-アミノフェニル)プロパン、2,2-ビス(p-アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,6-ジアミノナフタレン、ジアミノベンゾトリフルオライド、1,4-ビス(p-アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’-ビス(p-アミノフェノキシ)ビフェニル、ジアミノアントラキノン、1,3-ビス(アニリノ)ヘキサフルオロプロパン、1,4-ビス(アニリノ)オクタフルオロプロパン、2,2-ビス〔4-(p-アミノフェノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロプロパンなどを例示でき、これらは1種単独で又は2種以上を組み合わせが挙げられる。
エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)は、1分子中に1つの水酸基を持つエポキシ化合物(以下、単にエポキシ化合物(A)という)とアルコキシシラン部分縮合物(2)との脱アルコール反応によって得られるものが挙げられる。
かかるエポキシ化合物(A)としては、1分子中に水酸基を1つもつエポキシ化合物であれば、エポキシ基の数は特に限定されない。また、エポキシ化合物(A)としては、分子量が小さいもの程、アルコキシシラン部分縮合物(II)に対する相溶性がよく、耐熱性や密着性付与効果が高いことから、炭素数が15以下のものが好適である。その具体例としては、エピクロロヒドリンと、水、2価アルコール又は2つの水酸基を有するフェノール類とを反応させて得られる分子末端に1つの水酸基を有するモノグリシジルエーテル類;エピクロロヒドリンとグリセリンやペンタエリスリトールなどの3価以上の多価アルコールとを反応させて得られる分子末端に1つの水酸基を有するポリグリシジルエーテル類;エピクロロヒドリンとアミノモノアルコールとを反応させて得られる分子末端に1つの水酸基を有するエポキシ化合物;分子中に1つの水酸基を有する脂環式炭化水素モノエポキシド(例えば、エポキシ化テトラヒドロベンジルアルコール)などが例示できる。
アルコキシシラン部分縮合物(II)としては、下記一般式(4)で表される加水分解性アルコキシシランモノマーを、酸又は塩基触媒、及び水の存在下で加水分解し、部分的に縮合させて得られるものが用いられる。
R1 mSi(OR2)(4-m)・・・(4)
(式中、mは0又は1の整数を示し、R1は炭素数8以下のアルキル基又はアリール基、R2は炭素数4以下の低級アルキル基を示す。)
R1 mSi(OR2)(4-m)・・・(4)
(式中、mは0又は1の整数を示し、R1は炭素数8以下のアルキル基又はアリール基、R2は炭素数4以下の低級アルキル基を示す。)
アルコキシシラン部分縮合物(II)の構成原料である加水分解性アルコキシシランモノマーの具体的としては、テトラメトキシシラン、テトラエトキシシラン、テトラプロポキシシラン、テトライソプロポキシシラン等のテトラアルコキシシラン類、メチルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリプロポキシシラン、メチルトリブトキシシラン、エチルトリメトキシシラン、エチルトリエトキシシラン、n-プロピルトリメトキシシラン、n-プロピルトリエトキシシラン、イソプロピルトリメトキシシラン、イソプロピルトリエトキシシラン等のトリアルコキシシラン類などが挙げられる。
エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)は、エポキシ化合物(A)とアルコキシシラン部分縮合物(II)を脱アルコール反応させることにより得られる。エポキシ化合物(A)とアルコキシシラン部分縮合物(II)との使用割合は、アルコキシ基が実質的に残存するような割合であれば特に制限されない。
アルコキシシラン部分縮合物(II)とエポキシ化合物(A)の反応は、例えば、前記各成分を仕込み、加熱して生成するアルコールを留去しながら、脱アルコール反応を行なうことが挙げられる。
また、上記のアルコキシシラン部分縮合物(II)とエポキシ化合物(A)の脱アルコール反応に際しては、反応促進のために従来公知のエステルと水酸基のエステル交換触媒の内、エポキシ環を開環しないものを使用することができる。例えば、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、カルシウム、バリウム、ストロンチウム、亜鉛、アルミニウム、チタン、コバルト、ゲルマニウム、錫、鉛、アンチモン、砒素、セリウム、硼素、カドミウム、マンガンのような金属や、これら酸化物、有機酸塩、ハロゲン化物、アルコキシド等があげられる。これらのなかでも、特に有機錫、有機酸錫が好ましく、具体的には、ジブチル錫ジラウレート、オクチル酸錫などが有効である。
本発明の目的物であるアルコキシ基含有シラン変性ポリアミック酸は、例えば、ポリアミック酸(1)とエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)とを反応させて得ることができる。ポリアミック酸(I)とエポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)の使用割合は、特に制限されないが、(エポキシ基含有アルコキシシラン部分縮合物(II)のエポキシ基の当量)/(ポリアミック酸(I)に使用したテトラカルボン酸類のカルボン酸基の当量)が0.01~0.4の範囲とするのが好ましい。上記数値が0.01未満であると本発明の効果が得られにくくなる傾向がある。
2.導電性高分子
[導電性高分子]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有される導電性高分子とは、電気伝導性を持つ高分子化合物の呼称である。この高分子化合物の特徴は、分子構造中に二重結合と単結合が交互に並んだ構造、つまりπ共役が発達した主鎖を持つことにある。通常、導電性高分子の他、ドーパントと呼ばれるアクセプター分子、又はドナー分子をドーピングすることによってキャリアが発生し、電気伝導性を発現させる。ドーパントとは、例えば、Li+、Na+、K+、Cs+等のアルカリ金属イオン、テトラエチルアンモニウム等のアルキルアンモニウムイオンやハロゲン類、ルイス酸、プロトン類、遷移金属ハライド等を例示することができる。
[導電性高分子]
本発明に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子被覆膜に含有される導電性高分子とは、電気伝導性を持つ高分子化合物の呼称である。この高分子化合物の特徴は、分子構造中に二重結合と単結合が交互に並んだ構造、つまりπ共役が発達した主鎖を持つことにある。通常、導電性高分子の他、ドーパントと呼ばれるアクセプター分子、又はドナー分子をドーピングすることによってキャリアが発生し、電気伝導性を発現させる。ドーパントとは、例えば、Li+、Na+、K+、Cs+等のアルカリ金属イオン、テトラエチルアンモニウム等のアルキルアンモニウムイオンやハロゲン類、ルイス酸、プロトン類、遷移金属ハライド等を例示することができる。
導電性高分子は、ポリアセチレンに代表されるようにπ共役系が高度に成長した高分子であるが、いかなる溶媒にも溶解せず、また融点を持たない、いわゆる不溶不融の性質を持っている。したがって、加工性が悪く工業的な応用が困難であった。
しかしながら、近年の研究により導電性高分子を有機溶媒に溶解又は水溶媒に分散するなど、実質的にもしくは見かけ上で溶液として得られる導電性高分子が開発され、これにより工業化への利用が広がってきている。
以下に例を挙げ詳細を説明する。1つ目は、導電性高分子を構成するモノマーに直接置換基を導入して、有機溶媒溶解性や水溶解性を与える方法である。具体的に説明すると、チオフェンの3位にアルキル基を導入したポリ-3-アルキル置換チオフェンから合成されたポリチオフェン誘導体は、クロロホルム、塩化メチレン等の有機溶媒に溶解し、また分解前に融点を持つ、すなわち溶融溶解することが知られている。また、3位にアルキルスルホン酸を導入したポリ-3-アルキルスルホン酸チオフェンから合成されたポリチオフェン誘導体は、水となじみやすいスルホ基によって水溶性が得られ、同時に自己ドーピングが可能となる。
また、2つ目は、水溶性ドーパントを用いる方法がある。水となじみやすいスルホ基を分子中に有するポリマーがドーパント兼水分散剤と導入されることにより、水中への導電性高分子の微分散が可能となる。具体的に説明すると、水溶性高分子の水溶液中で、導電性高分子を構成させるモノマーを酸化重合させる。この際、水溶性高分子を持つスルホ基の一部が導電性高分子にドーピングするとともに水溶性高分子と導電性高分子を一体化させ、残りのスルホ基によって水溶性の導電性高分子となる。この導電性高分子は水中に数10nmレベルで微分散できる。この代表例がポリスチレンスルホン酸(PSS)を用い、導電性高分子モノマーに3,4―エチレンジオキシチオフェン(EDOT)を用いて開発されたPEDOT/PSSがある。
本発明に用いることができる高分子化合物は、例えば、ポリピロール系化合物、ポリアニリン系化合物、ポリチオフェン化合物、ポリ(p-フェニレン)化合物、ポリフルオレン化合物又はこれらの誘導体などを例示することができる。本発明は、導電性高分子を溶媒に溶解又は分散させる工程を経るため、溶解性又は分散性に富む、例えば、PEDOT/PSSやリグニンをポリアニリン末端に修飾させたリグニングラフト型ポリアニリンなどを好ましく使用することができる。
また、非電子伝導性高分子が変性ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体並びに電子伝導性高分子がポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ(p-フェニレン)、ポリフルオレン及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体の混合物で被覆されてなる本発明の被覆粒子全量中における、該重合体又は共重合体の被覆量は、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子100質量%に対して、0.1~5.0質量%が好ましく、より好ましくは0.2~1.0質量%である。0.1質量%未満では処理が不十分になる傾向があり、5.0質量%を超えると粒子被覆に関与しない当該重合体もしくは共重合体により粒子の重点密度を低下させ、正極製造時に悪影響を及ぼす可能性がある。
また、非電子伝導性高分子がシラン変性樹脂又はその誘導体からなる重合体又は共重合体並びに電子伝導性高分子がポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ(p-フェニレン)、ポリフルオレン及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体の混合物の被覆量は、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子100質量%に対して、0.05~5.0質量%が好ましく、より好ましくは0.1~1.0質量%である。0.05質量%未満では処理が不十分になる傾向があり、5.0質量%を超えると粒子被覆に関与しない当該重合体又は共重合体により粒子の重点密度を低下させ、正極製造時に悪影響を及ぼす可能性がある。
また、非電子伝導性高分子の重合体又は共重合体及び電子伝導性高分子の重合体又は共重合体の混合膜に占める非電子伝導性高分子の割合が30質量%から80質量%であることが好ましい。30質量%未満となると材料コストが上がる傾向があり、80質量%を超えると被膜の電子伝導性が低下する傾向がある。
また、重合体又は共重合体の混合膜に占める電子伝導性高分子の割合は20質量%から70質量%であることが好ましい。20質量%未満であると被膜の電子伝導性が低下する傾向があり、70質量%を超えると、材料コストが上がる傾向がある。
[ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子]
ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は、球状粒子であって、その平均粒径は、5~20μmであることが好ましい。このような範囲とすることで、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として良好な電池性能を有するとともに、且つ良好な電池の繰り返し寿命(サイクル特性)の両立ができるため好ましい。
ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は、球状粒子であって、その平均粒径は、5~20μmであることが好ましい。このような範囲とすることで、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として良好な電池性能を有するとともに、且つ良好な電池の繰り返し寿命(サイクル特性)の両立ができるため好ましい。
また、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は、下記一般式(1)で表されるものであることが好ましい。
LixNi(1-y-z)MyNzO2・・・(1)
式中、xは0.80~1.10、yは0.01~0.20、zは0.01~0.15、1-y-zは0.65を超える値であって、Mは、Co又はMnより選ばれた少なくとも一種の元素を示し、NはAl、In又はSnより選ばれた少なくとも一種の元素を示す。
式中、xは0.80~1.10、yは0.01~0.20、zは0.01~0.15、1-y-zは0.65を超える値であって、Mは、Co又はMnより選ばれた少なくとも一種の元素を示し、NはAl、In又はSnより選ばれた少なくとも一種の元素を示す。
なお、1-y-zの値(ニッケル含有量)は、容量の観点から、好ましくは0.70を超える値であり、さらに好ましくは0.80を超える値である。
コバルト系(LCO)、三元系(NCM)、ニッケル系(NCA)の電極エネルギー密度(Wh/L)は、それぞれ2160Wh/L(LiCoO2)、2018.6Wh/L(LiNi0.33Co0.33Mn0.33Co0.33O2)、2376Wh/L(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)となる。そのため、当該ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子をリチウムイオン電池の正極活物質として用いることで、高容量の電池を作製することができる。
[被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の製造方法]
被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子を製造する方法、すなわちニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子にシェルとなる非電子伝導性高分子が変性ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シラン変性樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体並びに電子伝導性高分子がポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ(p-フェニレン)、ポリフルオレン及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体の混合物を被覆する方法としては、様々な方法をとることができる。
被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子を製造する方法、すなわちニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子にシェルとなる非電子伝導性高分子が変性ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シラン変性樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体並びに電子伝導性高分子がポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ(p-フェニレン)、ポリフルオレン及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体の混合物を被覆する方法としては、様々な方法をとることができる。
例えば、非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物に対して良溶媒中に該重合体もしくは共重合体を溶解又は分散させ、さらに粒子を混合しスラリーを作製する。その後、該重合体もしくは共重合体に対して貧溶媒を段階的に添加し洗い、完全に良溶媒を除くことで粒子表面に当該重合体もしくは共重合体を沈着される方法、いわゆる相分離法を利用して製造することができる。
また、シェルとなる非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物に対して良溶媒中に溶解又は分散させ、コアとなる粒子を混合しスラリーを作製する。さらに、このスラリーに当該重合体もしくは共重合体に対して貧溶媒を加え混合する。その後、良溶媒を除々に除去して粒子表面に当該重合体もしくは共重合体を析出させる方法、いわゆる界面沈殿法を利用して製造することもできる。
また、非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物を溶解又は分散させた溶液中にコアとなる粒子を分散させ、液滴を細かく分散して熱風中に吹き付ける方法、いわゆる気中乾燥法、スプレードライ法を利用して製造することもできる。
また、コアとなる粒子を転動するパンで流動させ、そこに非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物を溶解又は分散させた溶液を噴霧し、粒子表面に均一に該重合体もしくは共重合体を塗布・乾燥させる方法、いわゆるパンコーティング法を利用して製造することもできる。
また、底部から送風された気体にコアとなる粒子を上下に循環させ非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物を溶解又は分散させた溶液を噴霧する方法、いわゆる気中懸濁被覆法を利用して製造することもできる。
中でも、製造コストの観点から、上述した界面沈殿法を利用して製造することが最も好ましい。なお、シラン変性樹脂で被覆された粒子に、水蒸気処理による加水分解反応を加えることでアルコキシ基同士が反応し、より堅牢な被膜を形成できる。
また、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子に被覆された上記樹脂に、硬化剤を別途添加し架橋処理してもよい。硬化剤としては、例えば、アミン系硬化剤、ポリアミド系硬化剤、メラミン系硬化剤等が挙げられる。
以下、本発明の実施例について比較例を挙げて具体的に説明する。但し、本発明は以下実施例によってのみ限定されるものではない。
(実施例1)
変性ポリエチレン樹脂溶液0.07g(固形分:35.7%)とSIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール150gに溶解させ、さらにトルエン16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃、2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
変性ポリエチレン樹脂溶液0.07g(固形分:35.7%)とSIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール150gに溶解させ、さらにトルエン16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃、2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.2質量%の変性ポリエチレンとリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例1に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例2)
荒川化学工業製ポリエステル樹脂溶液(製品名:アラキード-7005N)0.07g(固形分:35.5%)をトルエン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながら溶剤を除去した。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃、2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
荒川化学工業製ポリエステル樹脂溶液(製品名:アラキード-7005N)0.07g(固形分:35.5%)をトルエン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながら溶剤を除去した。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃、2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.2質量%のポリエステルとリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例2に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例3)
荒川化学工業製ポリフェノール樹脂溶液(製品名:アラキード7104)0.05g(固形分:50.0%)をキシレン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらスラリーから溶媒を除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
荒川化学工業製ポリフェノール樹脂溶液(製品名:アラキード7104)0.05g(固形分:50.0%)をキシレン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらスラリーから溶媒を除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.2質量%のポリフェノール樹脂とリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例3に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例4)
荒川化学工業製ポリウレタン樹脂溶液(製品名:TSP-2242)0.09g(固形分:28.3%)をアセトン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにトルエン16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらアセトンとエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
荒川化学工業製ポリウレタン樹脂溶液(製品名:TSP-2242)0.09g(固形分:28.3%)をアセトン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにトルエン16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらアセトンとエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.2質量%のポリウレタン樹脂とリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例4に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例5)
荒川化学工業製エポキシ樹脂溶液(製品名:アラキード-9201N)0.06g(固形分:40.0%)をブチルセルソルブ75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにトルエン16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながら溶剤を除去した。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
荒川化学工業製エポキシ樹脂溶液(製品名:アラキード-9201N)0.06g(固形分:40.0%)をブチルセルソルブ75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.025gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにトルエン16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながら溶剤を除去した。最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.2質量%のエポキシ樹脂とリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例5に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例6)
シラン変性ポリエーテル樹脂溶液0.0313g(固形分:40%)とSIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール150gに溶解させ、さらにトルエン16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながら溶剤を除去した。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃、2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
シラン変性ポリエーテル樹脂溶液0.0313g(固形分:40%)とSIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール150gに溶解させ、さらにトルエン16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながら溶剤を除去した。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃、2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.1質量%のシラン変性ポリエーテルとリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例6に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例7)
シラン変性ポリエステル樹脂溶液0.0364g(固形分:34.3%)をトルエン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながら溶剤を除去した。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃、2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
シラン変性ポリエステル樹脂溶液0.0364g(固形分:34.3%)をトルエン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、60℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながら溶剤を除去した。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃、2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.1質量%のシラン変性ポリエステルとリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例7に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例8)
荒川化学工業製シラン変性ポリフェノール樹脂溶液(製品名:コンポセランP501)0.0147g(固形分:85.3%)をアセトン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにトルエン16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらスラリーからアセトンとエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
荒川化学工業製シラン変性ポリフェノール樹脂溶液(製品名:コンポセランP501)0.0147g(固形分:85.3%)をアセトン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにトルエン16gを添加し混合しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。次に、上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらスラリーからアセトンとエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.1質量%のシラン変性ポリフェノール樹脂とリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例8に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例9)
荒川化学工業製シラン変性ポリウレタン樹脂溶液(製品名:ユルアーノU201)0.0414g(固形分:30.2%)をメチルエチルケトン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにトルエン16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらアセトンとエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
荒川化学工業製シラン変性ポリウレタン樹脂溶液(製品名:ユルアーノU201)0.0414g(固形分:30.2%)をメチルエチルケトン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにトルエン16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらアセトンとエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、トルエンの除去を行った。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.1質量%のシラン変性ポリウレタン樹脂とリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例9に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例10)
荒川化学工業製シラン変性エポキシ樹脂溶液(製品名:HBEP195)0.0138g(固形分:90.5%)をアセトン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらスラリーからアセトンとエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、イソプロピルアルコールの除去を行った。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
荒川化学工業製シラン変性エポキシ樹脂溶液(製品名:HBEP195)0.0138g(固形分:90.5%)をアセトン75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをエタノール75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、45℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらスラリーからアセトンとエタノールを除去した。続いてウォーターバスの設定温度を60℃とし、イソプロピルアルコールの除去を行った。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.1質量%のシラン変性エポキシ樹脂とリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例10に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(実施例11)
荒川化学工業製シラン変性ポリアミド樹脂溶液(製品名:コンポセランH850D)0.0833g(固形分:15%)をジメチルアセトアミド75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをジメチルアセトアミド75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、80℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらスラリーからジメチルアセトアミドを除去した。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
荒川化学工業製シラン変性ポリアミド樹脂溶液(製品名:コンポセランH850D)0.0833g(固形分:15%)をジメチルアセトアミド75gに溶解させた溶液に、SIGMA-ALDRICH製ポリアニリン(エメラルジン塩)、リグニングラフト型パウダー0.0125gをジメチルアセトアミド75gで溶解させた溶液を混合し、さらにイソプロピルアルコール16gを添加しコーティング溶液を作製した。この溶液をフラスコに移し、さらにニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として遷移金属組成Li1.03Ni0.82Co0.15Al0.03で表される複合酸化物粒子25gを入れ混合し、スラリーを作製した。上記スラリー含有のフラスコをエバポレーターに接続し、減圧下、80℃に温めたウォーターバスにフラスコ部を入れ、回転させながらスラリーからジメチルアセトアミドを除去した。その後水蒸気処理を行い、最後に完全に溶媒を除去するために粉末を真空乾燥機に移し、減圧下100℃2時間の乾燥を行い、処理粉体を作製した。
このニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物に対し0.1質量%のシラン変性ポリアミド樹脂とリグニングラフト型ポリアニリン混合体がそれぞれ50質量%の割合で被覆されたものを実施例11に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子として、以下に示した大気安定性試験、ゲル化試験、及び電池特性試験(充放電試験、サイクル試験)を行った。
(比較例1)
処理を施さないリチウム-ニッケル複合酸化物粒子を用いたこと以外、実施例1~実施例11と同様に大気安定性、ゲル化試験、電池特性試験を行った。
処理を施さないリチウム-ニッケル複合酸化物粒子を用いたこと以外、実施例1~実施例11と同様に大気安定性、ゲル化試験、電池特性試験を行った。
<大気安定性試験>
実施例及び比較例のリチウム-ニッケル複合酸化物粒子をそれぞれ2.0gガラス瓶に詰め、温度30℃・湿度70%の恒湿恒温槽に1週間静置し初期質量からの増加質量を測定し、粒子質量当たりの変化率を算出した。比較例1に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子の1週間後の粒子質量当たりの変化率を100として実施例1~実施例11及び比較例1の1日ごとの変化率を図1及び図3に示す。
実施例及び比較例のリチウム-ニッケル複合酸化物粒子をそれぞれ2.0gガラス瓶に詰め、温度30℃・湿度70%の恒湿恒温槽に1週間静置し初期質量からの増加質量を測定し、粒子質量当たりの変化率を算出した。比較例1に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子の1週間後の粒子質量当たりの変化率を100として実施例1~実施例11及び比較例1の1日ごとの変化率を図1及び図3に示す。
図1及び図3から分かるように、実施例1から実施例11のそれぞれ変性ポリエチレン樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、ポリエステル樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、ポリウレタン樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、ポリフェノール樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、エポキシ樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、シラン変性ポリエーテル系樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、シラン変性ポリエステル系樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、シラン変性ポリフェノール系樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、シラン変性ポリウレタン系樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、シラン変性エポキシ系樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体、シラン変性ポリアミド系樹脂/リグニングラフト型ポリアニリン混合体の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は、前記重合体が被覆されていない比較例1のリチウム-ニッケル複合酸化物粒子と比べ、質量当たりの変化率が小さい。本結果から、前記重合体が被覆されていることで、大気中の水分、炭酸ガスの透過を抑制できることが確認された。
<ゲル化試験>
正極合剤スラリーの粘度の経時変化の測定を、以下の順序により正極合剤スラリーを作製し、粘度増加及びゲル化の観察を行った。
正極合剤スラリーの粘度の経時変化の測定を、以下の順序により正極合剤スラリーを作製し、粘度増加及びゲル化の観察を行った。
配合比として、実施例及び比較例に係るリチウム-ニッケル複合酸化物粒子:導電助剤:バインダー:N-メチル-2-ピロリドン(NMP)のそれぞれの質量比が、45:2.5:2.5:50となるように秤量し、さらに1.5質量%の水を添加後、自転・公転ミキサーで撹拌して正極合剤スラリーを得た。得られたスラリーを25℃のインキュベーター内で保管し、経時変化をスパチュラでかき混ぜ粘度増加、ゲル化度合いを、実施例及び比較例1についてそれぞれ確認し、完全にゲル化するまで保管を行った。
実施例1及び実施例4に係るスラリーが完全にゲル化するまでに6日を要し、実施例2,実施例3及び実施例5に係るスラリーが完全にゲル化するまでに8日を要し実施例6係るスラリーが完全にゲル化するまでに8日以上を要し、実施例7及び実施例11に係るスラリーが完全にゲル化するまでに5日以上を要し、実施例8係るスラリーが完全にゲル化するまでに9日を要し、実施例9及び実施例10に係るスラリーが完全にゲル化するまでに14日以上を要した。それに対し、比較例1に係るスラリーが完全にゲル化するまでには1日を要した。このことから、実施例1から実施例11に係るスラリーは、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子に前記重合体が被覆されていることで、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(Li2CO3)といった不純物の生成が抑えられ、これら不純物のスラリー中への溶解を抑制し、バインダーと反応することによるスラリーのゲル化及びスラリー粘度の上昇させることを妨げることができることが確認された。
また、フッ素化合物によってリチウム-ニッケル複合酸化物粒子を被覆させた場合には、フッ素化合物は一般的にNMPに溶解するため、フッ素系化合物が被膜しても、スラリー混合時、被膜が溶解すると考えられる。そのため、実施例に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子とは異なり、製造された正極を通常保管する際、不純物生成を抑制することが困難と考えられる。したがって、正極保管時に生成した不純物が原因となる電池駆動時のガス発生を伴う電解液との反応の抑制が難しく、高額な保管設備が必要となる。
<電池特性評価>
以下の手順にて、評価用非水電解質二次電池(リチウムイオン二次電池)を作製し、電池特性評価を行った。
以下の手順にて、評価用非水電解質二次電池(リチウムイオン二次電池)を作製し、電池特性評価を行った。
[二次電池の製造]
本発明のリチウム-ニッケル複合酸化物粒子の電池特性評価は、コイン型電池とラミネート型電池を作製し、コイン型電池で充放電容量測定を行い、ラミネートセル型電池で充放電サイクル試験と抵抗測定を行った。
本発明のリチウム-ニッケル複合酸化物粒子の電池特性評価は、コイン型電池とラミネート型電池を作製し、コイン型電池で充放電容量測定を行い、ラミネートセル型電池で充放電サイクル試験と抵抗測定を行った。
(a)正極
得られた実施例及び比較例に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子及びリチウム-ニッケル複合酸化物粒子に、導電助剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とをこれらの材料の質量比が85:10:5となるように混合し、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液に溶解させ、正極合剤スラリーを作製した。この正極合剤スラリーを、コンマコーターによりアルミ箔に塗布し、100℃で加熱し、乾燥させることにより正極を得た。得られた正極をロールプレス機に通して荷重を加え、正極密度を向上させた正極シートを作製した。この正極シートをコイン型電池評価用に直径がφ9mmとなるように打ち抜き、またラミネートセル型電池用に50mm×30mmとなるように切り出し、それぞれを評価用正極電極として用いた。
得られた実施例及び比較例に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子及びリチウム-ニッケル複合酸化物粒子に、導電助剤としてのアセチレンブラックと、結着剤としてのポリフッ化ビニリデン(PVdF)とをこれらの材料の質量比が85:10:5となるように混合し、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液に溶解させ、正極合剤スラリーを作製した。この正極合剤スラリーを、コンマコーターによりアルミ箔に塗布し、100℃で加熱し、乾燥させることにより正極を得た。得られた正極をロールプレス機に通して荷重を加え、正極密度を向上させた正極シートを作製した。この正極シートをコイン型電池評価用に直径がφ9mmとなるように打ち抜き、またラミネートセル型電池用に50mm×30mmとなるように切り出し、それぞれを評価用正極電極として用いた。
(b)負極
負極活物質としてグラファイトと、結着材としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、これらの材料の質量比が92.5:7.5となるように混合し、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液に溶解させて、負極合剤ペーストを得た。
負極活物質としてグラファイトと、結着材としてポリフッ化ビニリデン(PVdF)とを、これらの材料の質量比が92.5:7.5となるように混合し、N-メチル-2-ピロリドン(NMP)溶液に溶解させて、負極合剤ペーストを得た。
この負極合剤スラリーを、正極と同様に、コンマコーターにより銅箔に塗布し、120℃で加熱し、乾燥させるとことにより負極を得た。得られた負極をロールプレス機に通して荷重を加え、電極密度を向上させた負極シートを作製した。得られた負極シートをコイン型電池用にφ14mmとなるように打ち抜き、またラミネートセル型電池用に54mm×34mmとなるように切り出し、それぞれを評価用負極として用いた。
(c)コイン電池及びラミネートセル型電池
作製した評価用電極を真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。そして、この正極を用いて2032型コイン電池とラミネートセル型電池を、露点が-80℃に管理されたアルゴン雰囲気のグローブボックス内で作製した。電解液には、1MのLiPF6を支持電解質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3:7(富山薬品工業株式会社製)、セパレーターとしてガラスセパレーターを用いてそれぞれの評価用電池を作製した。
作製した評価用電極を真空乾燥機中120℃で12時間乾燥した。そして、この正極を用いて2032型コイン電池とラミネートセル型電池を、露点が-80℃に管理されたアルゴン雰囲気のグローブボックス内で作製した。電解液には、1MのLiPF6を支持電解質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3:7(富山薬品工業株式会社製)、セパレーターとしてガラスセパレーターを用いてそれぞれの評価用電池を作製した。
<<充放電試験>>
作製したコイン型電池について、組立から24時間程度静置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、25℃の恒温槽内で、0.2Cレートの電流密度でカットオフ電圧4.3Vになるまで充電した。1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vになるまで放電したときの放電容量を測定する充放電試験を行った。
作製したコイン型電池について、組立から24時間程度静置し、開回路電圧OCV(Open Circuit Voltage)が安定した後、25℃の恒温槽内で、0.2Cレートの電流密度でカットオフ電圧4.3Vになるまで充電した。1時間の休止後、カットオフ電圧3.0Vになるまで放電したときの放電容量を測定する充放電試験を行った。
実施例に係るコイン型電池の初期放電容量は、実施例1:196.88mAh/g、実施例2:196.99mAh/g、実施例3:197.89mAh/g、実施例4:195.95mAh/g、実施例5:195.85mAh/g、実施例6:192.86mAh/g、実施例7:192.89mAh/g、実施例8:192.93mAh/g、実施例9:192.95mAh/g、実施例10:192.88mAh/g、実施例11:192.32mAh/gであったのに対し、比較例1に係るコイン型電池の初期放電容量は、191.93mAh/gであった。
<<サイクル試験>>
作製したラミネート型電池について、コイン型電池と同様に、組立から24時間程度静置し、開回路電圧が安定した後、25℃の恒温槽内で、0.2Cレートの電流密度でカットオフ電圧4.1Vになるまで充電した。1時間の休止後、カットオフ電圧が3.0Vになるまで放電した。次にこの電池を、60℃の恒温槽内で2.0Cレートの電流密度で4.1V-CC充電、3.0V-CC放電を繰り返すサイクル試験を行い、500サイクル後の容量維持率を確認するサイクル試験を行った。1サイクル目を100%とするサイクル試験後の容量維持率は、実施例1:87.3%、実施例2:87.2%、実施例3:88.1%、実施例4:86.3、実施例5:87.2%、実施例6:87.3%、実施例7:87.5%、実施例8:88.3%、実施例9:89.2%、実施例10:87.5%、実施例11:87.1%であったのに対し、比較例1に係るサイクル試験後の容量維持率は80.7%であった。
作製したラミネート型電池について、コイン型電池と同様に、組立から24時間程度静置し、開回路電圧が安定した後、25℃の恒温槽内で、0.2Cレートの電流密度でカットオフ電圧4.1Vになるまで充電した。1時間の休止後、カットオフ電圧が3.0Vになるまで放電した。次にこの電池を、60℃の恒温槽内で2.0Cレートの電流密度で4.1V-CC充電、3.0V-CC放電を繰り返すサイクル試験を行い、500サイクル後の容量維持率を確認するサイクル試験を行った。1サイクル目を100%とするサイクル試験後の容量維持率は、実施例1:87.3%、実施例2:87.2%、実施例3:88.1%、実施例4:86.3、実施例5:87.2%、実施例6:87.3%、実施例7:87.5%、実施例8:88.3%、実施例9:89.2%、実施例10:87.5%、実施例11:87.1%であったのに対し、比較例1に係るサイクル試験後の容量維持率は80.7%であった。
図2及び図4からサイクル試験前のインピーダンスにおけるCole-Coleプロットでは、実施例及び比較例に係るラミネート電池はほぼ同等であった。これは、実施例のラミネート電池に使用されたリチウム-ニッケル複合酸化物粒子には変性ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリフェノール樹脂、エポキシ樹脂、シラン変性樹脂が充放電容量、電池抵抗、サイクル特性ともに被覆処理のないリチウム-ニッケル複合酸化物粒子と同等又は優れることが確認された。
以上より、本発明に係る被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子は、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の課題とされていた環境安定性に優れ、且つリチウム-ニッケル複合酸化物粒子の高い放電容量と同等以上の特性を有する優れたリチウムイオン電池正極活物質用のリチウム-ニッケル複合酸化物粒子であることが分かる。
Claims (10)
- ニッケル系リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の表面に、非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子が含まれる高分子組成物が被覆されているリチウムイオン電池正極活物質用の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。
- 前記非電子伝導性高分子が変性ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂、シラン変性樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体である請求項1に記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。
- 前記シラン変性樹脂がシラン変性ポリエーテル系樹脂、シラン変性ポリエステル系樹脂、シラン変性ポリフェノール系樹脂、シラン変性ポリウレタン系樹脂、シラン変性エポキシ系樹脂、及びシラン変性ポリアミド系樹脂からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体である請求項2に記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。
- 前記電子伝導性高分子がポリピロール、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリ(p-フェニレン)、ポリフルオレン及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体である請求項1から3のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。
- 前記非電子伝導性高分子が変性ポリオレフィン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリフェノール系樹脂、ポリウレタン系樹脂、エポキシ系樹脂及びそれらの誘導体からなる群より選ばれた少なくとも一種からなる重合体又は共重合体であって、
前記高分子組成物の被覆量が、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子に対して0.1~5.0質量%である請求項1から4のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。 - 前記非電子伝導性高分子がシラン変性樹脂又はその誘導体からなる重合体又は共重合体であって、
前記高分子組成物の被覆量が、リチウム-ニッケル複合酸化物粒子に対して0.05~5.0質量%である請求項1から4のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。 - 前記高分子組成物の全量における非電子伝導性高分子の含有量が30~80質量%である請求項1から6のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。
- 前記リチウム-ニッケル複合酸化物が下記一般式(1)で表される請求項1から7のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。
LixNi(1-y-z)MyNzO2 ・・・(1)
(式中、xは0.80~1.10、yは0.01~0.20、zは0.01~0.15、1-y-zは0.65を超える値であって、Mは、Co又はMnより選ばれた少なくとも一種の元素を示し、NはAl、In又はSnより選ばれた少なくとも一種の元素を示す。) - 5~20μmの平均粒径を有する球状粒子である請求項1から8のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子。
- 前記非電子伝導性高分子及び電子伝導性高分子を溶解する良溶媒に溶解させて被覆用樹脂溶液とする工程と、
前記被覆用樹脂溶液に、前記非電子伝導性高分子及び前記電子伝導性高分子を溶解しない貧溶媒であって、前記良溶媒よりも蒸発速度の遅い貧溶媒を添加する工程と、
前記被覆用樹脂溶液に、前記リチウム-ニッケル複合酸化物粒子を添加してスラリーとする工程と、
前記スラリーから良溶媒及び貧溶媒を除去する工程と、を含む請求項1から9のいずれかに記載の被覆リチウム-ニッケル複合酸化物粒子の製造方法。
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