JP5625273B2 - Method for producing positive electrode material for lithium ion battery - Google Patents
Method for producing positive electrode material for lithium ion battery Download PDFInfo
- Publication number
- JP5625273B2 JP5625273B2 JP2009173563A JP2009173563A JP5625273B2 JP 5625273 B2 JP5625273 B2 JP 5625273B2 JP 2009173563 A JP2009173563 A JP 2009173563A JP 2009173563 A JP2009173563 A JP 2009173563A JP 5625273 B2 JP5625273 B2 JP 5625273B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- battery
- active material
- lithium ion
- electrolyte
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Inorganic Compounds Of Heavy Metals (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
本発明は、リチウムイオン電池用正極材料の製造方法に関する。より詳細には、電池の高容量化のための改良に関する。 The present invention relates to a method for producing a positive electrode material for a lithium ion battery. More specifically, the present invention relates to an improvement for increasing the capacity of a battery.
近年、地球温暖化に対処するため、二酸化炭素量の低減が切に望まれている。自動車業界では、電気自動車やハイブリッド電気自動車の導入による二酸化炭素排出量の低減に期待が集まっており、これらの実用化の鍵を握るモータ駆動用電池の開発が盛んに行われている。 In recent years, in order to cope with global warming, reduction of the amount of carbon dioxide is eagerly desired. In the automobile industry, there is a great expectation for the reduction of carbon dioxide emissions by the introduction of electric vehicles and hybrid electric vehicles, and motor drive batteries that hold the key to commercialization of these are actively being developed.
モータ駆動用電池としては、比較的高い理論エネルギーを有するリチウムイオン電池が注目を集めており、現在急速に開発が進められている。リチウムイオン電池は、一般に、バインダーを用いて正極活物質等を正極集電体の両面に塗布した正極と、バインダーを用いて負極活物質等を負極集電体の両面に塗布した負極とが、電解質層を介して接続され、電池ケースに収納される構成を有している。 As a battery for driving a motor, a lithium ion battery having a relatively high theoretical energy is attracting attention, and is currently being developed rapidly. In general, a lithium ion battery includes a positive electrode in which a positive electrode active material or the like is applied to both surfaces of a positive electrode current collector using a binder, and a negative electrode in which a negative electrode active material or the like is applied to both surfaces of the negative electrode current collector using a binder. It is connected via an electrolyte layer and is configured to be stored in a battery case.
こうしたリチウムイオン電池を搭載した電気自動車が広く普及するためには、リチウムイオン電池を高性能にして、より安くする必要がある。特に、電気自動車については、一充電走行距離をガソリンエンジン車に近づける必要があり、より高エネルギーの電池が望まれている。電池を高エネルギー密度にするためには、正極と負極の単位質量当たりの電気容量を大きくする必要がある。 In order for electric vehicles equipped with such a lithium ion battery to be widely spread, it is necessary to make the lithium ion battery high performance and cheaper. In particular, for an electric vehicle, it is necessary to make one charging mileage closer to a gasoline engine vehicle, and a battery with higher energy is desired. In order to make the battery have a high energy density, it is necessary to increase the electric capacity per unit mass of the positive electrode and the negative electrode.
この要請に応えられる可能性のある正極材料として、層状構造を有するリチウムマンガン系複合酸化物が提案されている。なかでも、電気化学的に不活性な層状のLi2MnO3と、電気化学的に活性な層状のLiMO2(ここでMは、Co、Niなどの遷移金属)との固溶体は、200mAh/gを超える大きな電気容量を示しうる高容量正極材料の候補として期待されている(例えば、特許文献1参照)。 A lithium manganese composite oxide having a layered structure has been proposed as a positive electrode material that can meet this demand. Among them, the solid solution of the electrochemically inactive layered Li 2 MnO 3 and the electrochemically active layered LiMO 2 (where M is a transition metal such as Co or Ni) is 200 mAh / g. It is expected as a candidate for a high-capacity positive electrode material capable of exhibiting a large electric capacity exceeding 1 (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に記載の技術においては、焼成後に急冷処理を施すことによって正極材料の高容量化が図られているが、このような急冷処理は生産効率が悪いため、大量生産に適用した場合に資源的・コスト的に生産性・効率性を著しく低下させるという問題があった。 In the technique described in Patent Document 1, the capacity of the positive electrode material is increased by performing a rapid cooling process after firing. However, since such a rapid cooling process has low production efficiency, it is applied to mass production. There is a problem that productivity and efficiency are remarkably lowered in terms of resources and costs.
そこで本発明は、簡便かつ生産性が高い方法で得られ、安定した電池特性(特に、高容量)を有する正極材料を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a positive electrode material obtained by a simple and highly productive method and having stable battery characteristics (particularly, high capacity).
本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意研究を行なった。その結果、正極固溶体材料において、焼成後に不活性雰囲気下で熱処理を行うことにより、上記課題が解決されうることを見出し、本発明を完成した。 The present inventors have intensively studied to solve the above problems. As a result, in the positive electrode solid solution material, it was found that the above-mentioned problems can be solved by performing heat treatment in an inert atmosphere after firing, and the present invention has been completed.
すなわち本発明は、Li化合物、Mn化合物、Ni化合物、および必要に応じてCo化合物を含む原料を混合して混合物を得る工程と、前記混合物を900〜1000℃で焼成して焼成物を得る工程と、前記焼成物を不活性ガス雰囲気下において600〜800℃で熱処理する工程と、を有するリチウムイオン電池用正極材料の製造方法である。 That is, the present invention includes a step of obtaining a mixture by mixing a Li compound, a Mn compound, a Ni compound, and, if necessary, a raw material containing a Co compound, and a step of firing the mixture at 900 to 1000 ° C. to obtain a fired product. And a step of heat-treating the fired product at 600 to 800 ° C. in an inert gas atmosphere.
本発明では焼成後に不活性雰囲気下で熱処理を行うことにより、高容量な正極活物質が簡便な方法で得られる。特に、本発明の方法によれば、電気化学的に不活性な層状のLi2MnO3を多く含む場合であっても高容量な正極活物質が得られる。これにより、高価なNi、Coなどの遷移金属の含有量を低減することができるため、コスト的・資源的に有利で高容量な正極材料が得られる。 In the present invention, a high-capacity positive electrode active material can be obtained by a simple method by performing a heat treatment in an inert atmosphere after firing. In particular, according to the method of the present invention, a high-capacity positive electrode active material can be obtained even when a large amount of electrochemically inactive layered Li 2 MnO 3 is contained. Thereby, since content of expensive transition metals, such as Ni and Co, can be reduced, the positive electrode material which is advantageous in terms of cost and resources and has a high capacity can be obtained.
本発明の代表的な一実施形態は、Li化合物、Mn化合物、Ni化合物、および必要に応じてCo化合物を含む原料を混合して混合物を得る工程と、前記混合物を900〜1000℃で焼成して焼成物を得る工程と、前記焼成物を不活性ガス雰囲気下において600〜800℃で熱処理する工程と、を有するリチウムイオン電池用正極材料の製造方法である。 One exemplary embodiment of the present invention includes a step of mixing a Li compound, a Mn compound, a Ni compound, and, if necessary, a raw material containing a Co compound to obtain a mixture, and firing the mixture at 900 to 1000 ° C. A process for obtaining a fired product, and a process for heat-treating the fired product at 600 to 800 ° C. in an inert gas atmosphere.
以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。ただし、本発明は以下の実施形態のみには制限されない。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited only to the following embodiments. In the description of the drawings, the same elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. The dimensional ratios in the drawings are exaggerated for convenience of explanation, and may differ from actual ratios.
まず、本実施形態の製造方法により得られる正極材料が適用され得るリチウムイオン電池の基本的な構成を、図面を用いて説明する。 First, a basic configuration of a lithium ion battery to which a positive electrode material obtained by the manufacturing method of the present embodiment can be applied will be described with reference to the drawings.
[電池の全体構造]
本発明において、リチウムイオン電池は、本実施形態の製造方法により得られるリチウムイオン電池用正極材料を用いてなるものであればよく、他の構成要件に関しては特に制限されない。
[Battery overall structure]
In the present invention, the lithium ion battery is not particularly limited as long as it uses a positive electrode material for a lithium ion battery obtained by the production method of the present embodiment.
例えば、上記リチウムイオン電池を形態・構造で区別した場合には、積層型(扁平型)電池、巻回型(円筒型)電池など、従来公知のいずれの形態・構造にも適用し得るものである。積層型(扁平型)電池構造を採用することで簡単な熱圧着などのシール技術により長期信頼性を確保でき、コスト面や作業性の点では有利である。 For example, when the lithium ion battery is distinguished by its form / structure, it can be applied to any conventionally known form / structure, such as a stacked (flat) battery or a wound (cylindrical) battery. is there. By adopting a stacked (flat) battery structure, long-term reliability can be secured by a sealing technique such as simple thermocompression bonding, which is advantageous in terms of cost and workability.
また、リチウムイオン電池内の電気的な接続形態(電極構造)で見た場合、非双極型(内部並列接続タイプ)電池および双極型(内部直列接続タイプ)電池のいずれにも適用し得るものである。 Moreover, when viewed in terms of electrical connection form (electrode structure) in a lithium ion battery, it can be applied to both non-bipolar (internal parallel connection type) batteries and bipolar (internal series connection type) batteries. is there.
以下の説明では、代表的な実施形態として、リチウムイオン電池用正極材料を用いてなる非双極型(内部並列接続タイプ)リチウムイオン二次電池である場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明の技術的範囲は下記の形態のみに制限されない。 In the following description, as a representative embodiment, a case of a non-bipolar (internal parallel connection type) lithium ion secondary battery using a positive electrode material for a lithium ion battery will be described as an example. However, the technical scope of the present invention is not limited to the following forms.
図1は、本発明の一実施形態である、扁平型(積層型)の非双極型リチウムイオン二次電池(以下、単に「積層型電池」ともいう)の基本構成を示す概略図である。図1に示すように、本実施形態の積層型電池10は、実際に充放電反応が進行する略矩形の発電要素21が、外装体であるラミネートシート29の内部に封止された構造を有する。ここで、発電要素21は、負極集電体11の両面に負極活物質層13が配置された負極と、電解質層17と、正極集電体12の両面に正極活物質層15が配置された正極とを積層した構成を有している。具体的には、1つの負極活物質層13とこれに隣接する正極活物質層15とが、電解質層17を介して対向するようにして、負極、電解質層および正極がこの順に積層されている。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a basic configuration of a flat (stacked) non-bipolar lithium ion secondary battery (hereinafter also simply referred to as “stacked battery”) according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the stacked battery 10 of the present embodiment has a structure in which a substantially rectangular power generation element 21 in which a charge / discharge reaction actually proceeds is sealed inside a laminate sheet 29 that is an exterior body. . Here, in the power generation element 21, the negative electrode in which the negative electrode active material layer 13 is disposed on both surfaces of the negative electrode current collector 11, the electrolyte layer 17, and the positive electrode active material layer 15 are disposed on both surfaces of the positive electrode current collector 12. It has a configuration in which a positive electrode is laminated. Specifically, the negative electrode, the electrolyte layer, and the positive electrode are stacked in this order so that one negative electrode active material layer 13 and the positive electrode active material layer 15 adjacent thereto face each other with the electrolyte layer 17 therebetween. .
これにより、隣接する負極、電解質層および正極は、1つの単電池層19を構成する。したがって、本実施形態の積層型電池10は、単電池層19が複数積層されることで、電気的に並列接続されてなる構成を有するともいえる。なお、発電要素21の両最外層に位置する最外層負極集電体には、いずれも片面のみに負極活物質層13が配置されているが、両面に活物質層が設けられてもよい。すなわち、片面にのみ活物質層を設けた最外層専用の集電体とするのではなく、両面に活物質層がある集電体をそのまま最外層の集電体として用いてもよい。また、図1とは正極および負極の配置を逆にすることで、発電要素21の両最外層に最外層正極集電体が位置するようにし、該最外層正極集電体の片面または両面に正極活物質層が配置されているようにしてもよい。 Thereby, the adjacent negative electrode, electrolyte layer, and positive electrode constitute one unit cell layer 19. Therefore, it can be said that the stacked battery 10 of the present embodiment has a configuration in which a plurality of the single battery layers 19 are stacked and electrically connected in parallel. In addition, although the negative electrode active material layer 13 is arrange | positioned only in the single side | surface at all the outermost layer negative electrode collectors located in both outermost layers of the electric power generation element 21, an active material layer may be provided in both surfaces. That is, instead of using a current collector dedicated to the outermost layer provided with an active material layer only on one side, a current collector having an active material layer on both sides may be used as it is as an outermost current collector. Further, by reversing the arrangement of the positive electrode and the negative electrode as compared with FIG. 1, the outermost positive electrode current collector is positioned in both outermost layers of the power generation element 21, and the outermost positive electrode current collector is arranged on one or both surfaces A positive electrode active material layer may be disposed.
負極集電体11および正極集電体12は、各電極(負極および正極)と導通される負極集電板25および正極集電板27がそれぞれ取り付けられ、ラミネートシート29の端部に挟まれるようにしてラミネートシート29の外部に導出される構造を有している。負極集電板25および正極集電板27はそれぞれ、必要に応じて負極リードおよび正極リード(図示せず)を介して、各電極の負極集電体11および正極集電体12に超音波溶接や抵抗溶接等により取り付けられていてもよい。 The negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 12 are attached to a negative electrode current collector plate 25 and a positive electrode current collector plate 27 that are electrically connected to the respective electrodes (negative electrode and positive electrode), and are sandwiched between end portions of the laminate sheet 29. Thus, it has a structure led out of the laminate sheet 29. The negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 are ultrasonically welded to the negative electrode current collector 11 and the positive electrode current collector 12 of each electrode via a negative electrode lead and a positive electrode lead (not shown), respectively, as necessary. Or resistance welding or the like.
以下、本実施形態の電池を構成する部材について、詳細に説明する。 Hereinafter, members constituting the battery of this embodiment will be described in detail.
(リチウムイオン電池用正極材料)
本発明では、前記正極(正極活物質層)の主要な活物質(正極材料)が、焼成後に不活性雰囲気下で熱処理を行うことにより得られることを特徴とする。すなわち、本発明の一形態によれば、(1)Li化合物、Mn化合物、Ni化合物、および必要に応じてCo化合物を含む原料を混合して混合物を得る工程(原料の混合工程)と、(2)前記混合物を900〜1000℃で焼成して焼成物を得る工程(本焼成工程)と、(3)前記焼成物を不活性ガス雰囲気下において600〜800℃で熱処理する工程(熱処理工程)と、を有する製造方法が提供される。かような方法を用いることにより、高コストで効率性・生産性が悪い急冷処理を行わなくても、従来の方法で得られた正極材料と同等以上の性能(特に、高容量)を有する正極材料が得られる。これにより、大量生産時の生産性・効率性を飛躍的に向上させることが可能となる。以下、工程順に詳細に説明する。
(Positive electrode material for lithium ion battery)
In the present invention, the main active material (positive electrode material) of the positive electrode (positive electrode active material layer) is obtained by performing a heat treatment in an inert atmosphere after firing. That is, according to one aspect of the present invention, (1) a step of mixing a Li compound, a Mn compound, a Ni compound, and, if necessary, a raw material containing a Co compound to obtain a mixture (a raw material mixing step); 2) a step of firing the mixture at 900 to 1000 ° C. to obtain a fired product (main firing step); and (3) a step of heat-treating the fired product at 600 to 800 ° C. in an inert gas atmosphere (heat treatment step). A manufacturing method is provided. By using such a method, a positive electrode having performance (particularly, high capacity) equivalent to or higher than that of the positive electrode material obtained by the conventional method, without performing a rapid cooling process that is expensive and poor in efficiency and productivity. A material is obtained. This makes it possible to dramatically improve productivity and efficiency during mass production. Hereinafter, it demonstrates in detail in order of a process.
(1)原料の混合工程
まず、出発物質として、正極材料を構成する金属元素の化合物、すなわち、Li化合物、Mn化合物、Ni化合物、および必要に応じてCo化合物を含む原料を所定量秤量し、これらの混合物を調製する。これらの化合物の種類は特に制限されないが、例えば、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物などが挙げられる。
(1) Raw material mixing step First, as a starting material, a metal element compound constituting the positive electrode material, that is, a Li compound, a Mn compound, a Ni compound, and a raw material containing a Co compound as required, is weighed in a predetermined amount, Prepare a mixture of these. Although the kind in particular of these compounds is not restrict | limited, For example, a sulfate, nitrate, carbonate, acetate, oxalate, an oxide, a hydroxide, a halide etc. are mentioned.
具体的には、Li化合物としては、Li2CO3、Li(OH)、LiNO3、CH3COOLi、Li2O等を用いることができ、好ましくは吸湿性が低い点でLi2CO3を用いる。これらのLi化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。また、これらのLi化合物は水和物の形態で使用してもよい。 Specifically, as the Li compound, Li 2 CO 3, Li ( OH), LiNO 3, CH 3 COOLi, can be used Li 2 O or the like, the Li 2 CO 3 preferably with respect less hygroscopic Use. These Li compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. These Li compounds may be used in the form of hydrates.
Mn化合物としては、Mn2O3、MnO2、Mn3O4等のマンガン酸化物、MnSO4、MnCO3、Mn(NO3)2、(CH3COO)2Mn等を用いることができ、好ましくは経済性の面からMnO2を用いる。これらのMn化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。また、これらのMn化合物は水和物の形態で使用してもよい。 As the Mn compound, manganese oxides such as Mn 2 O 3 , MnO 2 , Mn 3 O 4 , MnSO 4 , MnCO 3 , Mn (NO 3 ) 2 , (CH 3 COO) 2 Mn, etc. can be used. Preferably, MnO 2 is used from the economical aspect. These Mn compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. These Mn compounds may be used in the form of hydrates.
Ni化合物としては、NiSO4、Ni(OH)2、NiO、NiCO3・2Ni(OH)2、Ni(NO3)2等を用いることができ、好ましくは経済性の面からNiSO4を用いる。これらのNi化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。また、これらのNi化合物は水和物の形態で使用してもよい。 As the Ni compound, NiSO 4 , Ni (OH) 2 , NiO, NiCO 3 · 2Ni (OH) 2 , Ni (NO 3 ) 2 or the like can be used, and NiSO 4 is preferably used from the viewpoint of economy. These Ni compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. These Ni compounds may be used in the form of hydrates.
Co化合物としては、CoSO4、Co(OH)2、CoO、Co2O3、Co3O4、(CH3COO)2Co、CoCl2、Co(NO3)2、C2O4Co等を用いることができ、好ましくは経済性の面からCoSO4を用いる。これらのCo化合物は1種を単独で使用しても良く、2種以上を併用しても良い。また、これらのCo化合物は水和物の形態で使用してもよい。 Examples of the Co compound include CoSO 4 , Co (OH) 2 , CoO, Co 2 O 3 , Co 3 O 4 , (CH 3 COO) 2 Co, CoCl 2 , Co (NO 3 ) 2 , C 2 O 4 Co, and the like. CoSO 4 is preferably used from the viewpoint of economy. These Co compounds may be used individually by 1 type, and may use 2 or more types together. These Co compounds may be used in the form of hydrates.
なお、Li、Mn、Ni、および必要に応じてCoに加えて、他の元素を含む場合には、当該元素の化合物(例えば、硫酸塩、硝酸塩、炭酸塩、酢酸塩、シュウ酸塩、酸化物、水酸化物、ハロゲン化物など)を上記の元素の化合物に添加して、共に混合すればよい。 When other elements are included in addition to Li, Mn, Ni and, if necessary, Co, a compound of the element (for example, sulfate, nitrate, carbonate, acetate, oxalate, oxidation) Products, hydroxides, halides, etc.) may be added to the compounds of the above elements and mixed together.
これらの原料は、いずれも粉末状のものを用いればよい。混合の均一性、焼成時の反応性を高める観点から、原料の粒子径としては、平均粒子径で通常0.01〜200μmとすることが好ましい。 Any of these raw materials may be used in powder form. From the viewpoint of improving the uniformity of mixing and the reactivity during firing, the particle diameter of the raw material is preferably 0.01 to 200 μm in average particle diameter.
原料の混合は通常の粉体の混合に用いられている方法で行えばよく、乾式混合または湿式混合のいずれも選択できる。混合に用いる装置としては、ボールミル、Vブレンダー、乳鉢、ミキサー、混錬装置等の公知の手段を選択することができる。混合時間や混合温度も特に限定されないが、通常、室温(23℃)以上で1分以上である。混合が不十分であると、最終的に得られる正極材料の性能(容量特性、サイクル性)が低下する場合があるため、原料が粒子レベルで均一な状態となるまで十分に混合することが好ましい。原料の配合量は、製造しようと正極材料の組成に応じて決定すればよい。原料の混合を行う際の雰囲気は、特に制限されず、不活性雰囲気下で行っても、大気中で行ってもよいが、製造コストを考慮すると大気中で行うとよい。 The raw materials may be mixed by a method used for normal powder mixing, and either dry mixing or wet mixing can be selected. As a device used for mixing, known means such as a ball mill, a V blender, a mortar, a mixer, and a kneading device can be selected. The mixing time and the mixing temperature are not particularly limited, but are usually room temperature (23 ° C.) or more and 1 minute or more. If the mixing is insufficient, the performance (capacity characteristics, cycleability) of the positive electrode material finally obtained may be deteriorated. Therefore, it is preferable to mix the raw materials sufficiently until the raw materials are in a uniform state at the particle level. . What is necessary is just to determine the compounding quantity of a raw material according to the composition of positive electrode material which it is going to manufacture. The atmosphere at the time of mixing the raw materials is not particularly limited, and may be performed in an inert atmosphere or in the air, but it is preferable to perform in the air in consideration of manufacturing costs.
(仮焼成工程)
続いて得られた混合物を本焼成する前に仮焼成することが好ましい。ただし、仮焼成工程は必須工程ではなく、上記で得た正極材料の原料の混合物をそのまま本焼成してもよい。仮焼成を行うことにより正極材料の偏析を防止し、均一な混合状態を得ることができる。仮焼成温度は400℃〜900℃の間が望ましい。400℃以上であれば反応が進行し、900℃以下であれば、焼成が進行して粉砕が困難となることが防止されうる。仮焼成時間は特に限定されないが、通常24時間程度である。仮焼成の雰囲気は酸素を含んでいれば特に限定されないが、製造コストを考慮すると大気中で行うとよい。
(Preliminary firing process)
Subsequently, the obtained mixture is preferably calcined before the main firing. However, the preliminary firing step is not an essential step, and the mixture of the raw materials for the positive electrode material obtained above may be subjected to main firing as it is. By performing preliminary firing, segregation of the positive electrode material can be prevented and a uniform mixed state can be obtained. The pre-baking temperature is preferably between 400 ° C and 900 ° C. If it is 400 degreeC or more, reaction will advance, and if it is 900 degreeC or less, it can prevent that baking advances and it becomes difficult to grind | pulverize. The pre-baking time is not particularly limited, but is usually about 24 hours. The atmosphere for pre-baking is not particularly limited as long as it contains oxygen, but it is preferable to perform in the air in consideration of the manufacturing cost.
その後、仮焼成された原料を、再度ボールミル、Vブレンダー、乳鉢、ミキサー、混錬装置等などを用いて粉砕し、原料粉末の混合物を得る。粉砕の程度は特に限定されないが、平均粒径が0.01〜200μmとなるように粉砕するとよい。 Thereafter, the calcined raw material is pulverized again using a ball mill, a V blender, a mortar, a mixer, a kneader, or the like to obtain a mixture of raw material powders. The degree of pulverization is not particularly limited, but pulverization may be performed so that the average particle diameter is 0.01 to 200 μm.
(2)本焼成工程
上記で得た原料の混合物または仮焼成後の原料粉末の混合物を900〜1000℃で所定時間焼成して焼成物を得る。焼成温度が900℃未満であると、反応が充分に進行せず、不純物量が増加して、容量が低下するおそれがある。一方、1000℃を超える場合には、粒成長が促成されすぎて、粒子間の焼結が進行し過ぎ、容量が低下するおそれがある。一層の高容量化を図る観点で、焼成温度は好ましくは920〜980℃である。焼成は必要により、多段焼成で行ってもよい。焼成時間は焼成が完了するのに十分な時間であればよく、通常24時間程度である。焼成の雰囲気は酸素を含んでいれば特に限定されないが、製造コストを考慮すると大気中で行うとよい。
(2) Main firing step The mixture of raw materials obtained above or the mixture of raw material powders after preliminary firing is fired at 900 to 1000 ° C for a predetermined time to obtain a fired product. If the firing temperature is less than 900 ° C., the reaction does not proceed sufficiently, the amount of impurities increases, and the capacity may decrease. On the other hand, when the temperature exceeds 1000 ° C., grain growth is promoted too much, sintering between the particles proceeds excessively, and the capacity may be reduced. From the viewpoint of further increasing the capacity, the firing temperature is preferably 920 to 980 ° C. If necessary, the firing may be performed by multi-stage firing. The firing time may be a time sufficient to complete the firing, and is usually about 24 hours. The firing atmosphere is not particularly limited as long as it contains oxygen. However, considering the manufacturing cost, the firing is preferably performed in the air.
(3)不活性ガス雰囲気下での熱処理工程
上記で得られた焼成物を不活性ガス雰囲気下において600〜800℃で熱処理する。不活性ガス雰囲気下で熱処理を行うことにより、遷移金属層内の原子の再配列や遷移金属層の積層欠陥、酸素欠陥等の生成のような構造的変化が促進され、高容量を発現できるようになると考えられる。600℃以上の温度では、酸素ガス(O2)の吸蔵・放出が盛んに起こり、焼成物の微視的構造的変化が生じやすい。しかし、600℃未満の温度では、焼成物の微視的構造的変化が生じにくいため好ましくない。一方、800℃を超えると、結晶化が進行しすぎるおそれがあるため好ましくない。熱処理の時間は特に限定されないが、好ましくは1時間以上であり、より好ましくは4〜24時間である。かような時間であれば、焼成物の微視的構造的変化が十分に達成され、高容量な正極材料が得られる。不活性ガスの種類としては、窒素、水素、アルゴンなどの希ガスがあり、好ましくは、窒素、アルゴンなどの希ガスであり、より好ましくは窒素である。
(3) Heat treatment process under inert gas atmosphere The fired product obtained above is heat treated at 600 to 800 ° C. under an inert gas atmosphere. By performing heat treatment under an inert gas atmosphere, structural changes such as rearrangement of atoms in the transition metal layer, stacking faults in the transition metal layer, generation of oxygen defects, etc. are promoted, so that high capacity can be expressed. It is thought that it becomes. At a temperature of 600 ° C. or higher, oxygen gas (O 2 ) is actively stored and released, and microscopic structural changes of the fired product are likely to occur. However, a temperature of less than 600 ° C. is not preferable because microscopic structural changes of the fired product hardly occur. On the other hand, when it exceeds 800 ° C., crystallization may proceed excessively, which is not preferable. Although the time of heat processing is not specifically limited, Preferably it is 1 hour or more, More preferably, it is 4 to 24 hours. With such a time, the microscopic structural change of the fired product is sufficiently achieved, and a high-capacity positive electrode material can be obtained. As a kind of inert gas, there are noble gases such as nitrogen, hydrogen, and argon, preferably noble gases such as nitrogen and argon, and more preferably nitrogen.
好ましくは、前記正極(正極活物質層)の主要な活物質が、Li[Li1/3Mn2/3]O2−LiNi1/2Mn1/2O2−LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2系の固溶体材料であることを特徴とする。すなわち、本発明の一実施形態に係る製造方法において、前記リチウムイオン正極材料は、一般式: Preferably, the main active material of the positive electrode (positive electrode active material layer) is Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 -LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 -LiNi 1/3 Mn 1 / It is a 3 Co 1/3 O 2 based solid solution material. That is, in the manufacturing method according to an embodiment of the present invention, the lithium ion positive electrode material has the general formula:
で表され、単斜晶(C2/m)構造を有する。 And has a monoclinic (C2 / m) structure.
従来、このようなxLi[Li1/3Mn2/3]O2・(1−x)LiMO2(Mは、Co、Niなどの遷移金属)で表される、いわゆる固溶体系の正極材料は高容量材料として期待されていたが、合成方法や仕込みリチウム量などの合成条件によって電池特性が大きく異なり、安定した電池特性を有する正極材料を得ることが困難であった。 Conventionally, a so-called solid solution positive electrode material represented by xLi [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2. (1-x) LiMO 2 (M is a transition metal such as Co or Ni) has been used. Although expected as a high-capacity material, battery characteristics differed greatly depending on the synthesis conditions such as the synthesis method and the amount of charged lithium, and it was difficult to obtain a positive electrode material having stable battery characteristics.
これに対して、本実施形態においては、電気化学的に不活性な層状のLi[Li1/3Mn2/3O2]を多く含む場合であっても高容量な正極活物質が得られる。これにより、高価なNi、Coなどの遷移金属の含有量を低減することができるため、コスト的・資源的に有利で高容量な正極材料が得られるのである。 In contrast, in the present embodiment, a high-capacity positive electrode active material can be obtained even when a large amount of electrochemically inactive layered Li [Li 1/3 Mn 2/3 O 2 ] is contained. . Thereby, since the content of expensive transition metals such as Ni and Co can be reduced, a positive electrode material having a high capacity and advantageous in terms of cost and resources can be obtained.
図2にLi[Li1/3Mn2/3]O2−LiNi1/2Mn1/2O2−LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2系の基本組成図を示す。図2に示すように、当該固溶体材料は、Li[Li1/3Mn2/3]O2、LiNi1/2Mn1/2O2、およびLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2から構成される。そして、本実施形態の正極材料は、図2の網掛け部分に属する組成を有する。なお、Li[Li1/3Mn2/3]O2はLi2MnO3とも表記できるため、本明細書では、当該固溶体材料を、「Li2MnO3−LiNi1/2Mn1/2O2−LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2系固溶体材料」と称することもある。また、上記一般式(1)は下記式(2)のように表記することもできる。 FIG. 2 shows a basic composition diagram of the Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 -LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 -LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 system. As shown in FIG. 2, the solid solution materials are Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 , LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 , and LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3. Consists of O 2 . And the positive electrode material of this embodiment has the composition which belongs to the shaded part of FIG. Since Li [Li 1/3 Mn 2/3 ] O 2 can also be expressed as Li 2 MnO 3 , in this specification, the solid solution material is referred to as “Li 2 MnO 3 —LiNi 1/2 Mn 1/2 O”. It may be referred to as “ 2- LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 -based solid solution material”. The general formula (1) can also be expressed as the following formula (2).
上記一般式(1)および(2)中のxは0.6≦x<1を満たす数であればよい。特に好ましくはx=0.6である。 X in the general formulas (1) and (2) may be any number that satisfies 0.6 ≦ x <1. Particularly preferably, x = 0.6.
上記一般式(1)および(2)中のyは、0≦y≦1を満たす数であればよい。ただし、ハイブリッド電気自動車用としては0≦y≦0.5が好ましく、電気自動車用としては0.5≦y≦1が好ましい。 Y in the general formulas (1) and (2) may be any number satisfying 0 ≦ y ≦ 1. However, 0 ≦ y ≦ 0.5 is preferable for a hybrid electric vehicle, and 0.5 ≦ y ≦ 1 is preferable for an electric vehicle.
本実施形態の正極材料は、単斜晶(C2/m)構造を有する。図3はLi[Li1/3Mn2/3O2]・(1−x)[yLiNi1/2Mn1/2O2・(1−y)LiNi1/3Mn1/3Co1/3O2]の単位格子を示す模式図である。かような構造は、X線回折測定やラマン分光測定から確認することができる。 The positive electrode material of this embodiment has a monoclinic crystal (C2 / m) structure. FIG. 3 shows Li [Li 1/3 Mn 2/3 O 2 ]. (1-x) [yLiNi 1/2 Mn 1/2 O 2. (1-y) LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1 / 3 is a schematic diagram showing a unit cell of [ 3 O 2 ]. FIG. Such a structure can be confirmed by X-ray diffraction measurement or Raman spectroscopic measurement.
本実施形態の正極材料は、Mn、Ni、Co以外の他の遷移金属元素を固溶していてもよい。例えば、Li[Li1/3Mn2/3O2]のMnサイトはTiおよびZrからなる群から選択される1つ以上の遷移金属で置換されていてもよい。MnにTi、Zrを適量加える形態では、Ti、ZrはMnと比較すると容量特性に劣るが、結晶構造の安定化に寄与することから、Mnの持つ高容量の一部(放電容量の増大効果を損なわない範囲)を犠牲にしても安定化が求められる用途に有効活用できる。また、LiNi1/2Mn1/2O2やLiNi1/3Mn1/3Co1/3O2のMn、Ni、CoサイトはCr、Al、Zr、Ti、Fe、Mg、およびZnからなる群から選択される少なくとも1種類以上の遷移金属元素で置換されていてもよい。これらの遷移金属を添加する場合には、高容量でサイクル耐久性がよい正極材料を製造できる。 The positive electrode material of the present embodiment may have a solid solution other than transition metal elements other than Mn, Ni, and Co. For example, the Mn site of Li [Li 1/3 Mn 2/3 O 2 ] may be substituted with one or more transition metals selected from the group consisting of Ti and Zr. In the form of adding appropriate amounts of Ti and Zr to Mn, Ti and Zr are inferior in capacity characteristics compared to Mn, but contribute to the stabilization of the crystal structure, so a part of the high capacity of Mn (effect of increasing discharge capacity) Can be effectively utilized in applications where stabilization is required even at the expense of sacrificing the range. In addition, Mn, Ni, and Co sites of LiNi 1/2 Mn 1/2 O 2 and LiNi 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 O 2 are made of Cr, Al, Zr, Ti, Fe, Mg, and Zn. It may be substituted with at least one transition metal element selected from the group consisting of When these transition metals are added, a positive electrode material having a high capacity and good cycle durability can be produced.
なお、上記一般式(1)で表される固溶体の同定は、X線回折(XRD)、ラマン分光、誘導結合プラズマ(ICP)元素分析を用いて分析することができる。 The solid solution represented by the general formula (1) can be identified by using X-ray diffraction (XRD), Raman spectroscopy, and inductively coupled plasma (ICP) elemental analysis.
以上が、本実施形態のリチウムイオン電池の特徴的な構成要件に関する説明であり、他の構成要件に関しては特に制限されるものではない。よって、以下では、本発明のリチウムイオン電池の特徴的な構成要件以外の他の構成要件に関し、図1に示す積層型電池を中心に説明する。ただし、本発明は、これらに制限されるものではない。 The above is the description regarding the characteristic configuration requirements of the lithium ion battery of the present embodiment, and the other configuration requirements are not particularly limited. Therefore, in the following, other constituent features than the characteristic constituent features of the lithium ion battery of the present invention will be described with a focus on the stacked battery shown in FIG. However, the present invention is not limited to these.
[集電体]
集電体(負極集電体11、正極集電体12;集電体14)としては、いずれも電池用の集電体材料として従来用いられている部材が適宜採用されうる。一例を挙げると、正極集電体および負極集電体としては、アルミニウム、ニッケル、鉄、ステンレス鋼(SUS)、チタンまたは銅が挙げられる。中でも、電子伝導性、電池作動電位という観点からは、正極集電体としてはアルミニウムが好ましく、負極集電体としては銅が好ましい。集電体の一般的な厚さは、10〜20μmである。ただし、この範囲を外れる厚さの集電体を用いてもよい。集電板についても、集電体と同様の材料で形成することができる。
[Current collector]
As the current collector (the negative electrode current collector 11, the positive electrode current collector 12; the current collector 14), any member conventionally used as a current collector material for a battery can be appropriately employed. As an example, examples of the positive electrode current collector and the negative electrode current collector include aluminum, nickel, iron, stainless steel (SUS), titanium, and copper. Among these, from the viewpoints of electron conductivity and battery operating potential, aluminum is preferable as the positive electrode current collector, and copper is preferable as the negative electrode current collector. A typical thickness of the current collector is 10 to 20 μm. However, a current collector having a thickness outside this range may be used. The current collector plate can also be formed of the same material as the current collector.
[活物質層]
活物質層(負極活物質層13、正極活物質層15)は活物質(負極活物質、正極活物質、参照極活物質)を含んで構成される。さらに、これらの活物質層は、必要に応じてバインダー、電気伝導性を高めるための導電剤、電解質(ポリマーマトリックス、イオン伝導性ポリマー、電解液など)、イオン伝導性を高めるための電解質支持塩(リチウム塩)などを含む。
[Active material layer]
The active material layers (the negative electrode active material layer 13 and the positive electrode active material layer 15) are configured to include an active material (negative electrode active material, positive electrode active material, reference electrode active material). In addition, these active material layers include a binder, a conductive agent for increasing electric conductivity, an electrolyte (polymer matrix, ion conductive polymer, electrolytic solution, etc.), and an electrolyte supporting salt for increasing ionic conductivity as necessary. (Lithium salt) and the like.
(a)活物質
正極活物質および負極活物質の材料(材質)としては、本発明のリチウムイオン電池の特徴的な構成要件を具備するものであればよく、特に制限されるものではなく、電池の種類に応じて適宜選択すればよい。
(A) Active material The material (material) of the positive electrode active material and the negative electrode active material is not particularly limited as long as it has the characteristic constituent features of the lithium ion battery of the present invention. What is necessary is just to select suitably according to the kind of.
具体的には、正極活物質としては、上述した製造方法により得られるリチウムイオン電池用正極材料を正極の主要な活物質として用いる。正極活物質としては、上述した製造方法により得られるリチウムイオン電池用正極材料を単独で使用してもよいほか、さらに必要に応じて、従来公知の他の正極活物質を併用してもよい。従来公知の正極活物質としては、リチウム−マンガン複合酸化物(LiMn2O4など)、リチウム−ニッケル複合酸化物(LiNiO2など)、リチウム−コバルト複合酸化物(LiCoO2など)、リチウム−鉄複合酸化物(LiFeO2など)、リチウム−ニッケル−マンガン複合酸化物(LiNi0.5Mn0.5O2など)、リチウム−ニッケル−コバルト複合酸化物(LiNi0.8Co0.2O2など)、リチウム−遷移金属リン酸化合物(LiFePO4など)、およびリチウム−遷移金属硫酸化合物(LixFe2(SO4)3)などが挙げられる。 Specifically, as the positive electrode active material, a positive electrode material for a lithium ion battery obtained by the above-described manufacturing method is used as a main active material of the positive electrode. As the positive electrode active material, a positive electrode material for a lithium ion battery obtained by the above-described production method may be used alone, or, if necessary, another conventionally known positive electrode active material may be used in combination. Conventionally known positive electrode active materials include lithium-manganese composite oxides (such as LiMn 2 O 4 ), lithium-nickel composite oxides (such as LiNiO 2 ), lithium-cobalt composite oxides (such as LiCoO 2 ), and lithium-iron. Complex oxides (such as LiFeO 2 ), lithium-nickel-manganese complex oxides (such as LiNi 0.5 Mn 0.5 O 2 ), lithium-nickel-cobalt complex oxides (LiNi 0.8 Co 0.2 O 2) Etc.), lithium-transition metal phosphate compounds (such as LiFePO 4 ), and lithium-transition metal sulfate compounds (Li x Fe 2 (SO 4 ) 3 ).
負極活物質はリチウムを可逆的に吸蔵および放出できるものであれば特に制限されず、従来公知の負極活物質をいずれも使用できる。例えば、高結晶性カーボンであるグラファイト(天然グラファイト、人造グラファイト等)、低結晶性カーボン(ソフトカーボン、ハードカーボン)、カーボンブラック(ケッチェンブラック、アセチレンブラック、チャンネルブラック、ランプブラック、オイルファーネスブラック、サーマルブラック等)、フラーレン、カーボンナノチューブ、カーボンナノファイバー、カーボンナノホーン、カーボンフィブリルなどの炭素材料;Si、Ge、Sn、Pb、Al、In、Zn、H、Ca、Sr、Ba、Ru、Rh、Ir、Pd、Pt、Ag、Au、Cd、Hg、Ga、Tl、C、N、Sb、Bi、O、S、Se、Te、Cl等のリチウムと合金化する元素の単体、およびこれらの元素を含む酸化物(一酸化ケイ素(SiO)、SiOx(0<x<2)、二酸化スズ(SnO2)、SnOx(0<x<2)、SnSiO3など)および炭化物(炭化ケイ素(SiC)など)等;リチウム金属等の金属材料;リチウム−チタン複合酸化物(チタン酸リチウム:Li4Ti5O12)等のリチウム−遷移金属複合酸化物;ならびにその他の従来公知の負極活物質が使用可能である。上記負極活物質は、単独で使用されてもあるいは2種以上の混合物の形態で使用されてもよい。 The negative electrode active material is not particularly limited as long as it can reversibly occlude and release lithium, and any conventionally known negative electrode active material can be used. For example, high crystalline carbon graphite (natural graphite, artificial graphite, etc.), low crystalline carbon (soft carbon, hard carbon), carbon black (Ketjen black, acetylene black, channel black, lamp black, oil furnace black, Carbon materials such as thermal black), fullerene, carbon nanotube, carbon nanofiber, carbon nanohorn, carbon fibril; Si, Ge, Sn, Pb, Al, In, Zn, H, Ca, Sr, Ba, Ru, Rh, Ir, Pd, Pt, Ag, Au, Cd, Hg, Ga, Tl, C, N, Sb, Bi, O, S, Se, Te, Cl, and the like, and simple elements of these elements alloyed with lithium oxide containing (silicon monoxide (SiO), SiO x 0 <x <2), tin (SnO 2 dioxide), SnO x (0 <x <2), etc. SnSiO 3) and carbides (such as silicon carbide (SiC)) or the like; a metal material of a lithium metal or the like; lithium - titanium Lithium-transition metal composite oxides such as composite oxides (lithium titanate: Li 4 Ti 5 O 12 ); and other conventionally known negative electrode active materials can be used. The negative electrode active material may be used alone or in the form of a mixture of two or more.
各活物質層(13、15)に含まれるそれぞれの活物質の平均粒子径は特に制限されないが、高容量化、反応性、サイクル耐久性の観点から、通常は0.1〜100μm程度であり、好ましくは1〜20μmである。 The average particle diameter of each active material contained in each active material layer (13, 15) is not particularly limited, but is usually about 0.1 to 100 μm from the viewpoint of high capacity, reactivity, and cycle durability. The thickness is preferably 1 to 20 μm.
各活物質層(13、15)中に含まれる成分の配合比は特に限定されず、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオン電池についての公知の知見を適宜参照することにより、調整されうる。また、活物質層の厚さについても特に制限はなく、リチウムイオン二次電池またはリチウムイオン電池についての従来公知の知見が適宜参照されうる。一例を挙げると、活物質層の厚さは、2〜100μm程度である
(b)バインダー
バインダーは、活物質同士または活物質と集電体とを結着させて電極構造を維持する目的で添加される。
The compounding ratio of the components contained in each active material layer (13, 15) is not particularly limited, and can be adjusted by appropriately referring to known knowledge about lithium ion secondary batteries or lithium ion batteries. Moreover, there is no restriction | limiting in particular also about the thickness of an active material layer, The conventionally well-known knowledge about a lithium ion secondary battery or a lithium ion battery can be referred suitably. For example, the thickness of the active material layer is about 2 to 100 μm. (B) Binder A binder is added to maintain the electrode structure by binding the active materials or the active material and the current collector. Is done.
かようなバインダーとしては、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリ酢酸ビニル、ポリイミド(PI)、ポリアミド(PA)、ポリ塩化ビニル(PVC)、ポリメチルアクリレート(PMA)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)、ポリエーテルニトリル(PEN)、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)およびポリアクリロニトリル(PAN)などの熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、ポリウレタン樹脂、およびユリア樹脂などの熱硬化性樹脂、ならびにスチレンブタジエンゴム(SBR)などのゴム系材料が挙げられる。 As such a binder, polyvinylidene fluoride (PVDF), polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinyl acetate, polyimide (PI), polyamide (PA), polyvinyl chloride (PVC), polymethyl acrylate (PMA), Thermosetting resins such as polymethyl methacrylate (PMMA), polyether nitrile (PEN), polyethylene (PE), polypropylene (PP) and polyacrylonitrile (PAN), epoxy resins, polyurethane resins, and urea resins And rubber-based materials such as styrene butadiene rubber (SBR).
(c)導電剤
導電剤とは、導電性を向上させるために配合される導電性の添加物をいう。本実施形態で使用しうる導電剤は特に制限されず、従来公知のものを利用することができる。例えば、アセチレンブラック等のカーボンブラック、グラファイト、炭素繊維などの炭素材料が挙げられる。導電剤を含むと、活物質層の内部における電子ネットワークが効果的に形成され、電池の出力特性の向上、電解液の保液性の向上による信頼性向上に寄与しうる。
(C) Conductive agent A conductive agent means the conductive additive mix | blended in order to improve electroconductivity. The conductive agent that can be used in the present embodiment is not particularly limited, and a conventionally known one can be used. Examples thereof include carbon materials such as carbon black such as acetylene black, graphite, and carbon fiber. When the conductive agent is included, an electronic network inside the active material layer is effectively formed, which can contribute to improvement in reliability by improving output characteristics of the battery and improving liquid retention of the electrolyte.
(d)電解質
電解質としては、後述する[電解質層]の項で説明する液体電解質、ゲルポリマー電解質、および真性ポリマー電解質を特に制限なく用いることができる。液体電解質、ゲルポリマー電解質、および真性ポリマー電解質の具体的な形態については、後述する(電解質層)の項で説明するため、詳細はここでは省略する。これらの電解質は1種単独であってもよいし、2種以上を組み合わせて用いてもよい。また、後述する電解質層に用いた電解質と異なる電解質を用いてもよいし、同一の電解質を用いてもよい。
(D) Electrolyte As the electrolyte, a liquid electrolyte, a gel polymer electrolyte, and an intrinsic polymer electrolyte described in the section of [Electrolyte layer] described later can be used without particular limitation. Specific forms of the liquid electrolyte, the gel polymer electrolyte, and the intrinsic polymer electrolyte will be described later in the section of (electrolyte layer), and the details are omitted here. These electrolytes may be used alone or in combination of two or more. Moreover, an electrolyte different from the electrolyte used for the electrolyte layer described later may be used, or the same electrolyte may be used.
[電解質層]
電解質層は、非水電解質を含む層である。電解質層に含まれる非水電解質(具体的には、リチウム塩)は、充放電時に正負極間を移動するリチウムイオンのキャリアーとしての機能を有する。非水電解質としてはかような機能を発揮できるものであれば特に限定されないが、液体電解質またはポリマー電解質が用いられうる。
[Electrolyte layer]
The electrolyte layer is a layer containing a non-aqueous electrolyte. A nonaqueous electrolyte (specifically, a lithium salt) contained in the electrolyte layer has a function as a carrier of lithium ions that moves between the positive and negative electrodes during charge and discharge. The nonaqueous electrolyte is not particularly limited as long as it can exhibit such a function, but a liquid electrolyte or a polymer electrolyte may be used.
液体電解質は、可塑剤である有機溶媒に支持塩であるリチウム塩が溶解した形態を有する。可塑剤として用いられうる有機溶媒としては、例えば、エチレンカーボネート(EC)、プロピレンカーボネート(PC)、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)等のカーボネート類が例示される。また、支持塩(リチウム塩)としては、Li(CF3SO2)2N、Li(C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiTaF6、LiClO4、LiCF3SO3等の電極の合剤層に添加されうる化合物が同様に採用されうる。 The liquid electrolyte has a form in which a lithium salt as a supporting salt is dissolved in an organic solvent as a plasticizer. Examples of the organic solvent that can be used as the plasticizer include carbonates such as ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), dimethyl carbonate (DMC), and diethyl carbonate (DEC). As the supporting salt (lithium salt), Li (CF 3 SO 2 ) 2 N, Li (C 2 F 5 SO 2) 2 N, LiPF 6, LiBF 4, LiAsF 6, LiTaF 6, LiClO 4, LiCF 3 Compounds that can be added to the electrode mixture layer, such as SO 3, can be employed as well.
一方、ポリマー電解質は、電解液を含むゲルポリマー電解質(ゲル電解質)と、電解液を含まない真性ポリマー電解質に分類される。 On the other hand, the polymer electrolyte is classified into a gel polymer electrolyte containing an electrolytic solution (gel electrolyte) and an intrinsic polymer electrolyte containing no electrolytic solution.
ゲルポリマー電解質は、イオン伝導性ポリマーからなるマトリックスポリマー(ホストポリマー)に、上記の液体電解質が注入されてなる構成を有する。電解質としてゲルポリマー電解質を用いることで電解質の流動性がなくなり、各層間のイオン伝導性を遮断することが容易になる点で優れている。マトリックスポリマー(ホストポリマー)として用いられるイオン伝導性ポリマーとしては、特に限定されない。例えば、ポリエチレンオキシド(PEO)、ポリプロピレンオキシド(PPO)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリフッ化ビニリデンとヘキサフルオロプロピレンの共重合体(PVDF−HFP)、ポリエチレングリコール(PEG)、ポリアクリロニトリル(PAN)、ポリメチルメタクリレート(PMMA)およびこれらの共重合体等が挙げられる。ここで、上記のイオン伝導性ポリマーは、活物質層において電解質として用いられるイオン伝導性ポリマーと同じであってもよく、異なっていてもよいが、同じであることが好ましい。電解液(電解質塩および可塑剤)の種類は特に制限されず、上記で例示したリチウム塩などの電解質塩およびカーボネート類などの可塑剤が用いられうる。 The gel polymer electrolyte has a configuration in which the liquid electrolyte is injected into a matrix polymer (host polymer) made of an ion conductive polymer. Using a gel polymer electrolyte as the electrolyte is superior in that the fluidity of the electrolyte is lost and it is easy to block the ion conductivity between the layers. The ion conductive polymer used as the matrix polymer (host polymer) is not particularly limited. For example, polyethylene oxide (PEO), polypropylene oxide (PPO), polyvinylidene fluoride (PVDF), a copolymer of polyvinylidene fluoride and hexafluoropropylene (PVDF-HFP), polyethylene glycol (PEG), polyacrylonitrile (PAN), Examples thereof include polymethyl methacrylate (PMMA) and copolymers thereof. Here, the ion conductive polymer may be the same as or different from the ion conductive polymer used as the electrolyte in the active material layer, but is preferably the same. The type of the electrolytic solution (electrolyte salt and plasticizer) is not particularly limited, and an electrolyte salt such as the lithium salt exemplified above and a plasticizer such as carbonates may be used.
真性ポリマー電解質は、上記のマトリックスポリマーに支持塩(リチウム塩)が溶解してなる構成を有し、可塑剤である有機溶媒を含まない。従って、電解質として真性ポリマー電解質を用いることで電池からの液漏れの心配がなく、電池の信頼性が向上しうる。 The intrinsic polymer electrolyte has a structure in which a supporting salt (lithium salt) is dissolved in the matrix polymer, and does not include an organic solvent that is a plasticizer. Therefore, by using an intrinsic polymer electrolyte as the electrolyte, there is no fear of liquid leakage from the battery, and the battery reliability can be improved.
ゲルポリマー電解質や真性ポリマー電解質のマトリックスポリマーは、架橋構造を形成することによって、優れた機械的強度を発現しうる。架橋構造を形成させるには、適当な重合開始剤を用いて、高分子電解質形成用の重合性ポリマー(例えば、PEOやPPO)に対して熱重合、紫外線重合、放射線重合、電子線重合等の重合処理を施せばよい。 The matrix polymer of gel polymer electrolyte or intrinsic polymer electrolyte can express excellent mechanical strength by forming a crosslinked structure. In order to form a crosslinked structure, thermal polymerization, ultraviolet polymerization, radiation polymerization, electron beam polymerization, etc. are performed on a polymerizable polymer (for example, PEO or PPO) for forming a polymer electrolyte using an appropriate polymerization initiator. A polymerization treatment may be performed.
これらの電解質層に含まれる非水電解質は、1種単独であってもよいし、2種以上であってもよい。 The non-aqueous electrolyte contained in these electrolyte layers may be one kind alone, or two or more kinds.
なお、電解質層が液体電解質やゲルポリマー電解質から構成される場合には、電解質層にセパレータを用いる。セパレータの具体的な形態としては、例えば、ポリエチレンやポリプロピレン等のポリオレフィンからなる微多孔膜が挙げられる。 In addition, when an electrolyte layer is comprised from a liquid electrolyte or a gel polymer electrolyte, a separator is used for the electrolyte layer. Specific examples of the separator include a microporous film made of polyolefin such as polyethylene or polypropylene.
電解質層の厚さは、内部抵抗を低減させるには薄ければ薄いほどよいといえる。電解質層の厚さは、通常1〜100μm、好ましくは5〜50μm、とするのがよい。 It can be said that the thinner the electrolyte layer, the better to reduce the internal resistance. The thickness of the electrolyte layer is usually 1 to 100 μm, preferably 5 to 50 μm.
[外装体]
リチウムイオン二次電池では、使用時の外部からの衝撃や環境劣化を防止するために、発電要素全体を外装体に収容するのが望ましい。外装体としては、従来公知の金属缶ケースを用いることができほか、アルミニウムを含むラミネートフィルムを用いた発電要素を覆うことができる袋状のケースを用いることができる。ラミネートフィルムには、例えば、PP、アルミニウム、ナイロンをこの順に積層してなる3層構造のラミネートフィルム等を用いることができるが、これらに何ら制限されるものではない。
[Exterior body]
In a lithium ion secondary battery, it is desirable to accommodate the entire power generating element in an exterior body in order to prevent external impact and environmental degradation during use. As the exterior body, a conventionally known metal can case can be used, and a bag-like case that can cover a power generation element using a laminate film containing aluminum can be used. For example, a laminate film having a three-layer structure in which PP, aluminum, and nylon are laminated in this order can be used as the laminate film, but the laminate film is not limited thereto.
[電池の外観]
図4は、本発明の一実施形態である積層型電池の外観を模式的に表した斜視図である。図4に示すように、積層型電池10は、長方形状の扁平な形状を有しており、その両側部からは電力を取り出すための負極集電板25、正極集電板27が引き出されている。発電要素21は、電池10の外装体29によって包まれ、その周囲は熱融着されており、発電要素21は負極集電板25および正極集電板27を引き出した状態で密封されている。ここで、発電要素21は、図1に示す積層型電池10の発電要素21に相当し、負極(負極活物質層)13、電解質層17および正極(正極活物質層)15で構成される単電池層(単セル)19が複数積層されたものである。
[Battery appearance]
FIG. 4 is a perspective view schematically showing the appearance of the stacked battery according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, the stacked battery 10 has a rectangular flat shape, and a negative electrode current collector plate 25 and a positive electrode current collector plate 27 for taking out electric power are drawn out from both sides thereof. Yes. The power generation element 21 is encased in an outer package 29 of the battery 10 and the periphery thereof is heat-sealed. The power generation element 21 is sealed with the negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 drawn out. Here, the power generation element 21 corresponds to the power generation element 21 of the stacked battery 10 shown in FIG. 1, and is composed of a negative electrode (negative electrode active material layer) 13, an electrolyte layer 17, and a positive electrode (positive electrode active material layer) 15. A plurality of battery layers (single cells) 19 are stacked.
なお、本発明のリチウムイオン二次電池は、図1に示すような扁平な形状(積層型)のものに制限されるわけではない。例えば、巻回型のリチウムイオン電池では、円筒型形状のものであってもよいし、こうした円筒型形状のものを変形させて、長方形状の扁平な形状にしたようなものであってもよい。上記円筒型の形状のものでは、その外装材に、ラミネートシートを用いてもよいし、従来の円筒缶(金属缶)を用いてもよく、特に制限はない。 The lithium ion secondary battery of the present invention is not limited to a flat shape (stacked type) as shown in FIG. For example, the wound type lithium ion battery may have a cylindrical shape, or may have a shape that is a flattened rectangular shape by deforming such a cylindrical shape. . In the cylindrical shape, a laminate sheet or a conventional cylindrical can (metal can) may be used as the exterior material, and there is no particular limitation.
また、図4に示す集電板25、27の取り出しに関しても、特に制限されず、負極集電板25と正極集電板27とを同じ辺から引き出すようにしてもよいし負極集電板25と正極集電板27をそれぞれ複数に分けて、各辺から取り出すようにしてもよい。また、巻回型の双極型二次電池では、集電板に代えて、例えば、円筒缶(金属缶)を利用して端子を形成すればよい。 Further, the removal of the current collector plates 25 and 27 shown in FIG. 4 is not particularly limited, and the negative electrode current collector plate 25 and the positive electrode current collector plate 27 may be drawn out from the same side or the negative electrode current collector plate 25. The positive electrode current collector plate 27 may be divided into a plurality of pieces and taken out from each side. Further, in a wound bipolar secondary battery, a terminal may be formed using, for example, a cylindrical can (metal can) instead of the current collector plate.
本実施形態によれば、高容量なリチウムイオン二次電池が提供されうる。本実施形態のリチウムイオン二次電池は、電気自動車やハイブリッド電気自動車や燃料電池自動車やハイブリッド燃料電池自動車などの大容量電源として、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に好適に利用することができる。 According to this embodiment, a high-capacity lithium ion secondary battery can be provided. The lithium ion secondary battery of the present embodiment is a power source for driving a vehicle that requires a high volume energy density and a high volume output density as a large capacity power source such as an electric vehicle, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, and a hybrid fuel cell vehicle. It can be suitably used for an auxiliary power source.
[組電池]
本実施形態の電池の複数個を、並列および/または直列に接続して、組電池としてもよい。図5は、本発明の一実施形態に係る組電池の外観図である。図5Aは組電池の平面図であり、図5Bは組電池の正面図であり、図5Cは組電池の側面図である。
[Battery]
A plurality of the batteries of this embodiment may be connected in parallel and / or in series to form an assembled battery. FIG. 5 is an external view of an assembled battery according to an embodiment of the present invention. 5A is a plan view of the assembled battery, FIG. 5B is a front view of the assembled battery, and FIG. 5C is a side view of the assembled battery.
図5に示す形態では、上記実施形態の積層型電池10を複数、直列および/または並列に接続して装脱着可能な小型の組電池35が形成されている。そして、この装脱着可能な小型の組電池35がさらに複数、直列および/または並列に接続され、組電池37とされている。これにより、組電池37は、高体積エネルギー密度、高体積出力密度が求められる車両駆動用電源や補助電源に適した大容量、大出力を持つ組電池37とされる。作成した装脱着可能な小型の組電池35は、バスバーのような電気的な接続手段を用いて相互に接続され、この組電池35は接続治具39を用いて複数段積層される。何個の非双極型ないし双極型のリチウムイオン二次電池を接続して組電池35を作製するか、また、何段の組電池35を積層して組電池37を作製するかは、搭載される車両(電気自動車)の電池容量や出力に応じて決めればよい。本実施形態によれば、高容量な組電池が提供されうる。 In the form shown in FIG. 5, a small assembled battery 35 that can be attached and detached by connecting a plurality of the stacked batteries 10 of the above embodiment in series and / or in parallel is formed. A plurality of small assembled batteries 35 that can be attached and detached are connected in series and / or in parallel to form an assembled battery 37. As a result, the assembled battery 37 is an assembled battery 37 having a large capacity and a large output suitable for a vehicle driving power source and an auxiliary power source that require high volume energy density and high volume output density. The small assembled batteries 35 that can be attached and detached are connected to each other using an electrical connection means such as a bus bar, and the assembled batteries 35 are stacked in a plurality of stages using a connection jig 39. It is mounted how many non-bipolar or bipolar lithium ion secondary batteries are connected to produce the assembled battery 35, and how many assembled batteries 35 are stacked to produce the assembled battery 37. What is necessary is just to determine according to the battery capacity and output of the vehicle (electric vehicle) to be. According to this embodiment, a high-capacity assembled battery can be provided.
[車両]
積層型電池10または組電池37は、車両の駆動用電源として用いられうる。積層型電池10または組電池37は、例えば、自動車ならばハイブリッド電気自動車、燃料電池自動車、電気自動車(いずれも四輪車(乗用車、トラック、バスなどの商用車、軽自動車など)のほか、二輪車(バイク)や三輪車を含む)に用いられうる。これにより、充放電サイクルに優れた自動車が提供されうる。ただし、用途が自動車に限定されるわけではなく、例えば、他の車両であれば、電車などの移動体の各種電源であっても適用は可能であるし、無停電電源装置などの載置用電源として利用することも可能である。
[vehicle]
The stacked battery 10 or the assembled battery 37 can be used as a power source for driving the vehicle. The stacked battery 10 or the assembled battery 37 is, for example, a hybrid electric vehicle, a fuel cell vehicle, and an electric vehicle (all are automobiles (commercial vehicles such as passenger cars, trucks, buses, light vehicles, etc.) as well as two-wheeled vehicles. (Including motorcycles and tricycles). Thereby, the motor vehicle excellent in the charge / discharge cycle can be provided. However, the application is not limited to automobiles. For example, if it is another vehicle, it can be applied to various power sources for moving bodies such as trains, and it can be used for mounting uninterruptible power supplies and the like. It can also be used as a power source.
図6は、本発明の組電池37を搭載した車両の概念図である。図6に示すように、組電池37を自動車40のような車両に搭載するには、自動車40の車体中央部の座席下に搭載する。座席下に搭載すれば、車内空間およびトランクルームを広く取ることができるからである。なお、組電池37を搭載する場所は、座席下に限らず、後部トランクルームの下部でもよいし、車両前方のエンジンルームに搭載してもよい。以上のような組電池37を用いた自動車40は優れた耐久性を有し、長期間使用しても十分な出力を提供しうる。さらに、燃費、走行性能に優れた電気自動車、ハイブリッド自動車を提供できる。 FIG. 6 is a conceptual diagram of a vehicle equipped with the assembled battery 37 of the present invention. As shown in FIG. 6, in order to mount the assembled battery 37 in a vehicle such as the automobile 40, the assembled battery 37 is mounted under the seat in the center of the vehicle body of the automobile 40. This is because if it is installed under the seat, the interior space and the trunk room can be widened. The place where the assembled battery 37 is mounted is not limited to the position under the seat, but may be a lower part of the rear trunk room or may be mounted in an engine room in front of the vehicle. The automobile 40 using the assembled battery 37 as described above has excellent durability and can provide a sufficient output even when used for a long period of time. Furthermore, it is possible to provide electric vehicles and hybrid vehicles that are excellent in fuel efficiency and running performance.
本発明の効果を、以下の実施例および比較例を用いて説明する。ただし、本発明の技術的範囲が以下の実施例のみに制限されるわけではない。 The effects of the present invention will be described using the following examples and comparative examples. However, the technical scope of the present invention is not limited only to the following examples.
1.固溶体正極材料の合成
[実施例1−1〜1−5]
(a)原料の混合工程
まず、炭酸リチウム(Li2CO3)、二酸化マンガン(MnO2)、酸化コバルト(Co3O4)、酸化ニッケル(NiO)を所定量(上記一般式(1)および(2)において、x=0.6かつyの値が以下に掲げる表1に示す値となるように)秤量し、これらを大気中でめのう製乳鉢と乳棒を用いて1〜2時間混合した。
1. Synthesis of Solid Solution Cathode Material [Examples 1-1 to 1-5]
(A) Raw material mixing step First, lithium carbonate (Li 2 CO 3 ), manganese dioxide (MnO 2 ), cobalt oxide (Co 3 O 4 ), and nickel oxide (NiO) in predetermined amounts (the above general formula (1) and In (2), weighed so that x = 0.6 and the value of y is the value shown in Table 1 below, and mixed them in the atmosphere using an agate mortar and pestle for 1-2 hours. .
(b)仮焼成工程
得られた混合物を大気中において、600℃で12時間仮焼成した後に、850℃で24時間仮焼成した。得られた仮焼成物をボールミルを用いて粉砕・混合した。
(B) Temporary calcination step The obtained mixture was calcined at 600 ° C for 12 hours in the air, and then calcined at 850 ° C for 24 hours. The obtained calcined product was pulverized and mixed using a ball mill.
(c)本焼成工程
その後、得られた混合物を大気中において950℃で24時間焼成した。
(C) Main firing step Thereafter, the obtained mixture was fired in the air at 950 ° C for 24 hours.
(d)不活性ガス雰囲気下での熱処理工程
得られた焼成物を窒素ガス雰囲気下、600℃で4時間熱処理した。これにより、Li[Li1/5Mn8/15+y/15Ni2/15+y/15Co2/15−2y/15]O2の組成式を有し、y=0、0.25、0.5、0.75、1である固溶体正極材料をそれぞれ得た。なお、Li[Li1/5Mn8/15+y/15Ni2/15+y/15Co2/15−2y/15]O2は上記一般式(1)および(2)において、x=0.6とした場合の組成式に相当する。
(D) Heat treatment step under inert gas atmosphere The obtained fired product was heat treated at 600 ° C. for 4 hours under a nitrogen gas atmosphere. Thereby, it has a composition formula of Li [Li 1/5 Mn 8/15 + y / 15 Ni 2/15 + y / 15 Co 2 / 15-2y / 15 ] O 2 , and y = 0, 0.25, 0.5 , 0.75, and 1 were obtained as solid solution positive electrode materials, respectively. Note that Li [Li 1/5 Mn 8/15 + y / 15 Ni 2/15 + y / 15 Co 2 / 15-2y / 15 ] O 2 is x = 0.6 in the above general formulas (1) and (2). This corresponds to the composition formula.
[比較例1−1〜1−5]
(d)不活性ガス雰囲気下での熱処理工程を行わなかったこと以外は、実施例1−1と同様にして固溶体正極材料を得た。
[Comparative Examples 1-1 to 1-5]
(D) A solid solution positive electrode material was obtained in the same manner as in Example 1-1 except that the heat treatment step under an inert gas atmosphere was not performed.
[比較例2−1〜2−5]
(c)本焼成工程において800℃で24時間仮焼成したことおよび(d)不活性ガス雰囲気下での熱処理工程を行わなかったこと以外は、実施例1−1と同様にして固溶体正極材料を得た。
[Comparative Examples 2-1 to 2-5]
(C) A solid solution positive electrode material was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that it was calcined at 800 ° C. for 24 hours in the main firing step and (d) the heat treatment step in an inert gas atmosphere was not performed. Obtained.
[比較例3−1〜3−5]
(c)本焼成工程において1000℃で24時間仮焼成したことおよび(d)不活性ガス雰囲気下での熱処理工程を行わなかったこと以外は、実施例1−1と同様にして固溶体正極材料を得た。
[Comparative Examples 3-1 to 3-5]
(C) A solid solution positive electrode material was prepared in the same manner as in Example 1-1 except that it was calcined at 1000 ° C. for 24 hours in this firing step and (d) the heat treatment step was not performed under an inert gas atmosphere. Obtained.
2.合成試料の分析
実施例1−1〜1−5で得た正極材料に対して、X線回折測定およびラマン分光測定を行った。測定結果をそれぞれ図7A〜図7Eおよび図8A〜図8Eに示す。なお、参考として、図7A〜図7Eの下段には、結晶構造が空間群C2/mに帰属するLi2MnO3のX線回折データが示されており、図8A〜図8Eの下段には、結晶構造が空間群C2/mに帰属するLi2MnO3のラマン分光データが示されている。これらの結果から、合成した試料の結晶構造はLi2MnO3と同様の単斜晶構造(空間群:C2/m)を有することが確認された。
2. Analysis of Synthetic Sample X-ray diffraction measurement and Raman spectroscopic measurement were performed on the positive electrode materials obtained in Examples 1-1 to 1-5. The measurement results are shown in FIGS. 7A to 7E and FIGS. 8A to 8E, respectively. For reference, X-ray diffraction data of Li 2 MnO 3 whose crystal structure belongs to the space group C2 / m is shown in the lower part of FIGS. 7A to 7E, and in the lower part of FIGS. 8A to 8E. The Raman spectroscopic data of Li 2 MnO 3 whose crystal structure belongs to the space group C2 / m are shown. From these results, it was confirmed that the crystal structure of the synthesized sample had a monoclinic structure (space group: C2 / m) similar to Li 2 MnO 3 .
3.正極材料の評価
(1)電極と評価用セルの作製
上記の表1〜3の正極活物質を用いて以下の手順により評価用セルを作製した。まず、正極活物質:導電性結着剤(TAB−2)=66:34(質量比)にして、混練法を用いて直径16mmのペレットに成形し、同径のステンレスメッシュ(集電体)に2トンの圧力で圧着して、真空下、120℃で4時間加熱乾燥してサンプル正極とした。なお、単位面積当たりの活物質量は10mgと一定した。
3. Evaluation of Positive Electrode Material (1) Preparation of Electrode and Evaluation Cell An evaluation cell was prepared by the following procedure using the positive electrode active materials shown in Tables 1 to 3 above. First, a positive electrode active material: conductive binder (TAB-2) = 66: 34 (mass ratio) was formed into a pellet having a diameter of 16 mm using a kneading method, and a stainless mesh having the same diameter (current collector). The sample was pressure-bonded to 2 tons and dried by heating at 120 ° C. for 4 hours under vacuum to obtain a sample positive electrode. The amount of active material per unit area was fixed at 10 mg.
負極として金属リチウムを用いた。セパレータとしての厚さ25μmのポリプロピレンの多孔質膜2枚を介して上記で得たサンプル正極と負極とを対向させ、コインセルの底部の上に配置させた。続いて、正極と負極との間の絶縁性を保つためのガスケットを装着した後に、シリンジを用いて電解液を注液し、スプリングおよびスペーサを積層した。そして、コインセルの上部を重ね合わせ、かしめを行って評価用セルとした。なお、電解液としては、1M LiPF6のエチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=1:2(体積比)の電解液を用いた。 Metallic lithium was used as the negative electrode. The sample positive electrode and negative electrode obtained above were opposed to each other through two 25 μm-thick polypropylene porous membranes as separators and placed on the bottom of the coin cell. Subsequently, after mounting a gasket for maintaining insulation between the positive electrode and the negative electrode, an electrolyte was injected using a syringe, and a spring and a spacer were laminated. Then, the upper part of the coin cell was overlapped and caulked to obtain an evaluation cell. In addition, as electrolyte solution, electrolyte solution of ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC) = 1: 2 (volume ratio) of 1M LiPF 6 was used.
(2)充放電試験
上記の方法で作製した各評価用セルについて、定電流0.4mAにて、4.8V(=最高電位)となるまで充電した後、2.0V(=最低電位)となるまで放電させた。このときの充電容量と放電容量とを測定した。結果を図9および図10に示す。
(2) Charge / Discharge Test After charging each evaluation cell produced by the above method at a constant current of 0.4 mA until 4.8 V (= maximum potential), 2.0 V (= minimum potential) It was made to discharge until. The charge capacity and discharge capacity at this time were measured. The results are shown in FIG. 9 and FIG.
図9は、実施例1−1〜1−5および比較例1−1〜1−5で得られた評価用セルにおける放電容量および充電容量の測定結果を示すグラフである。図9から、窒素ガス雰囲気下で熱処理を行った実施例のセルは、窒素ガス雰囲気下での熱処理を行っていないセルに比べて、概ね充電容量および放電容量が高いことが確認される。特に、Co含有比率が小さい、0.5≦y≦1.0である実施例1−1〜1−3の評価用セルは、窒素ガス雰囲気下での熱処理を行っていないセルに比べて、放電容量が有意に向上することが確認された。 FIG. 9 is a graph showing the measurement results of the discharge capacity and the charge capacity in the evaluation cells obtained in Examples 1-1 to 1-5 and Comparative Examples 1-1 to 1-5. From FIG. 9, it is confirmed that the cell of the example in which the heat treatment was performed in the nitrogen gas atmosphere generally has a higher charge capacity and discharge capacity than the cell in which the heat treatment was not performed in the nitrogen gas atmosphere. In particular, the evaluation cells of Examples 1-1 to 1-3, in which the Co content ratio is small and 0.5 ≦ y ≦ 1.0, are compared to the cells that are not heat-treated in a nitrogen gas atmosphere. It was confirmed that the discharge capacity was significantly improved.
図10は、比較例1−1〜比較例3−5の評価用セルにおける放電容量および充電容量の測定結果を示すグラフである。図10から、焼成温度が950℃である比較例1の評価用セルは、焼成温度が900℃または1000℃である比較例2または3の評価用セルに比べて、概ね充電容量および放電容量が高いことが確認される。 FIG. 10 is a graph showing the measurement results of the discharge capacity and the charge capacity in the evaluation cells of Comparative Examples 1-1 to 3-5. From FIG. 10, the evaluation cell of Comparative Example 1 having a firing temperature of 950 ° C. generally has a charge capacity and a discharge capacity as compared with the evaluation cell of Comparative Example 2 or 3 having a firing temperature of 900 ° C. or 1000 ° C. It is confirmed that it is expensive.
以上から、窒素ガス雰囲気下での熱処理を行うことにより、高容量な正極活物質が得られることが確認された。特に、この熱処理による高容量化の効果は、高価なCo元素の含有量を低減した場合に顕著に発揮され、コスト的・資源的に有利で高容量な正極材料が得られることがわかった。 From the above, it was confirmed that a high-capacity positive electrode active material can be obtained by performing a heat treatment in a nitrogen gas atmosphere. In particular, the effect of increasing the capacity by this heat treatment is remarkably exhibited when the content of expensive Co element is reduced, and it has been found that a high-capacity positive electrode material that is advantageous in terms of cost and resources can be obtained.
10 積層型電池、
11 負極集電体、
12 正極集電体、
13 負極活物質層(負極)、
15 正極活物質層(正極)、
17 電解質層、
19 単電池層(単セル)、
21 発電要素、
25 負極集電板、
27 正極集電板、
29 外装体(ラミネートシート)、
35 装脱着可能な小型の組電池、
37 組電池、
39 接続治具、
40 自動車、
101 リチウム原子(Li)、
102 酸素原子(O)、
103 遷移金属原子。
10 stacked battery,
11 negative electrode current collector,
12 positive electrode current collector,
13 negative electrode active material layer (negative electrode),
15 positive electrode active material layer (positive electrode),
17 electrolyte layer,
19 Single battery layer (single cell),
21 power generation elements,
25 negative current collector,
27 positive current collector,
29 exterior body (laminate sheet),
35 A small assembled battery that can be attached and detached,
37 battery pack,
39 Connecting jig,
40 cars,
101 lithium atom (Li),
102 oxygen atoms (O),
103 Transition metal atom.
Claims (4)
前記混合物を酸素を含む雰囲気下において900〜1000℃で焼成して焼成物を得る工程と、
前記焼成物を不活性ガス雰囲気下において600〜800℃で熱処理する工程と、
を有する、一般式:
で表され、単斜晶(C2/m)構造を有するリチウムイオン電池用正極材料の製造方法。 A step of mixing a raw material containing a Li compound, a Mn compound, a Ni compound, and, if necessary, a Co compound to obtain a mixture;
Firing the mixture at 900 to 1000 ° C. in an oxygen-containing atmosphere to obtain a fired product;
Heat-treating the fired product at 600 to 800 ° C. in an inert gas atmosphere;
Having the general formula:
And a method for producing a positive electrode material for a lithium ion battery having a monoclinic crystal (C2 / m) structure .
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009173563A JP5625273B2 (en) | 2009-07-24 | 2009-07-24 | Method for producing positive electrode material for lithium ion battery |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2009173563A JP5625273B2 (en) | 2009-07-24 | 2009-07-24 | Method for producing positive electrode material for lithium ion battery |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2011029000A JP2011029000A (en) | 2011-02-10 |
| JP5625273B2 true JP5625273B2 (en) | 2014-11-19 |
Family
ID=43637526
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2009173563A Expired - Fee Related JP5625273B2 (en) | 2009-07-24 | 2009-07-24 | Method for producing positive electrode material for lithium ion battery |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5625273B2 (en) |
Families Citing this family (21)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5617663B2 (en) * | 2011-01-27 | 2014-11-05 | 旭硝子株式会社 | Cathode active material for lithium ion secondary battery and method for producing the same |
| WO2012111614A1 (en) * | 2011-02-18 | 2012-08-23 | 三井金属鉱業株式会社 | Lithium-manganese-type solid solution positive electrode material |
| JP2012185911A (en) * | 2011-03-03 | 2012-09-27 | Nissan Motor Co Ltd | Composite positive electrode active material for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery using the same |
| JP5614729B2 (en) * | 2011-03-03 | 2014-10-29 | 日産自動車株式会社 | Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery |
| US20130337344A1 (en) * | 2011-03-10 | 2013-12-19 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Lithium ion secondary battery |
| CN102738456A (en) * | 2011-04-07 | 2012-10-17 | 锂科科技股份有限公司 | Lithium-ion battery cathode metal oxide material, manufacturing method thereof and lithium-ion battery |
| CN103035922B (en) | 2011-10-07 | 2019-02-19 | 株式会社半导体能源研究所 | Electrical storage device |
| JP6003157B2 (en) | 2012-03-30 | 2016-10-05 | 戸田工業株式会社 | Positive electrode active material particle powder, method for producing the same, and nonaqueous electrolyte secondary battery |
| KR101751143B1 (en) * | 2012-07-06 | 2017-06-26 | 스미또모 가가꾸 가부시키가이샤 | Lithium composite metal oxide, positive electrode active substance, positive electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
| WO2014007360A1 (en) * | 2012-07-06 | 2014-01-09 | 住友化学株式会社 | Lithium composite metal oxide, production method for lithium composite metal oxide, positive electrode active substance, positive electrode, and non-aqueous electrolyte secondary battery |
| JPWO2014041926A1 (en) * | 2012-09-12 | 2016-08-18 | 株式会社日立製作所 | Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery, and lithium ion secondary battery using the same |
| US9812745B2 (en) | 2012-12-28 | 2017-11-07 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Power storage device |
| WO2014155708A1 (en) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 株式会社日立製作所 | Positive electrode material for lithium ion secondary batteries, positive electrode for lithium ion secondary batteries, and lithium ion secondary battery |
| WO2014162531A1 (en) * | 2013-04-03 | 2014-10-09 | 株式会社 日立製作所 | Positive electrode material for lithium ion secondary battery |
| WO2014181455A1 (en) * | 2013-05-10 | 2014-11-13 | 株式会社 日立製作所 | Positive electrode active material for non-aqueous secondary cell, positive electrode for non-aqueous secondary cell using same, non-aqueous secondary cell, and method for manufacturing same |
| WO2015019483A1 (en) * | 2013-08-09 | 2015-02-12 | 株式会社日立製作所 | Positive electrode active material for nonaqueous secondary batteries, positive electrode for nonaqueous secondary batteries using same, and nonaqueous secondary battery |
| JP6587804B2 (en) * | 2015-01-23 | 2019-10-09 | 住友化学株式会社 | Positive electrode active material, positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery |
| WO2016209014A1 (en) * | 2015-06-26 | 2016-12-29 | 주식회사 엘지화학 | Method for manufacturing lithium secondary battery and lithium secondary battery manufactured using same |
| JP6803041B2 (en) * | 2016-11-25 | 2020-12-23 | 日立造船株式会社 | Manufacturing method of positive electrode for all-solid-state battery, positive electrode for all-solid-state battery and all-solid-state battery including the positive electrode |
| JP2019050143A (en) * | 2017-09-11 | 2019-03-28 | 株式会社Gsユアサ | Positive electrode active material, positive electrode, and non-aqueous electrolyte storage element |
| US12515966B2 (en) * | 2022-04-25 | 2026-01-06 | GM Global Technology Operations LLC | Method to create a lithium manganese nickel oxide cathode using ultra-pure electrolytic manganese dioxide for improved electrochemical cell performance |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6964828B2 (en) * | 2001-04-27 | 2005-11-15 | 3M Innovative Properties Company | Cathode compositions for lithium-ion batteries |
| JP2004281253A (en) * | 2003-03-17 | 2004-10-07 | Hitachi Metals Ltd | Cathode active material for nonaqueous system lithium secondary battery, its manufacturing method and nonaqueous system lithium secondary battery using the material |
| JP3991359B2 (en) * | 2003-11-20 | 2007-10-17 | 日立金属株式会社 | Cathode active material for non-aqueous lithium secondary battery, method for producing the same, and non-aqueous lithium secondary battery using the cathode active material |
| JP2007194208A (en) * | 2005-12-22 | 2007-08-02 | Mitsubishi Chemicals Corp | Lithium secondary battery and assembled battery formed by connecting the same |
| JP5256816B2 (en) * | 2007-03-27 | 2013-08-07 | 学校法人神奈川大学 | Cathode material for lithium-ion batteries |
| JP5217372B2 (en) * | 2007-11-12 | 2013-06-19 | 株式会社Gsユアサ | Active material for lithium secondary battery and lithium secondary battery |
| JP4873000B2 (en) * | 2008-12-05 | 2012-02-08 | ソニー株式会社 | Positive electrode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery and non-aqueous electrolyte secondary battery |
-
2009
- 2009-07-24 JP JP2009173563A patent/JP5625273B2/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2011029000A (en) | 2011-02-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5625273B2 (en) | Method for producing positive electrode material for lithium ion battery | |
| TWI452760B (en) | Positive electrode active materials for electrical installations, Positive and electrical installations for electrical installations | |
| JP5357268B2 (en) | Positive electrode material for electric device and electric device using the same | |
| JP5673990B2 (en) | Positive electrode material for lithium ion battery and lithium ion battery using the same | |
| EP2685533B1 (en) | Positive electrode active material for lithium ion secondary batteries | |
| KR101305712B1 (en) | Positive electrode active material for lithium ion secondary battery, positive electrode for lithium ion secondary battery and lithium ion secondary battery | |
| JP5402411B2 (en) | Lithium ion secondary battery and manufacturing method thereof | |
| CN104508893B (en) | Non-water system organic electrolyte secondary battery | |
| JP5691315B2 (en) | Positive electrode for lithium ion battery and lithium ion battery using the same | |
| JP2023544339A (en) | Positive electrode active material and lithium secondary battery containing the same | |
| JP2010232063A (en) | Cathode active material for non-aqueous electrolyte secondary battery | |
| JP2011204563A (en) | Method of manufacturing nonaqueous secondary battery | |
| KR20120101989A (en) | Pretreatment method and using method of lithium ion secondary battery | |
| JP5593991B2 (en) | Cathode material for lithium-ion batteries | |
| JP5765179B2 (en) | Positive electrode material for electrochemical device and electrochemical device using the same | |
| CN104160532A (en) | Positive electrode active material | |
| KR20240172316A (en) | Method for preparing cathode active material, cathode active material prepared using the same and lithium secondary battery comprising the same | |
| KR20250130563A (en) | Positive active material and lithium secondary battery comprising the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20120525 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131030 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131126 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140124 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20140902 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140915 |
|
| R151 | Written notification of patent or utility model registration |
Ref document number: 5625273 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |