JP6042513B2 - 二次電池用正極活物質及びその製造方法 - Google Patents
二次電池用正極活物質及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6042513B2 JP6042513B2 JP2015178161A JP2015178161A JP6042513B2 JP 6042513 B2 JP6042513 B2 JP 6042513B2 JP 2015178161 A JP2015178161 A JP 2015178161A JP 2015178161 A JP2015178161 A JP 2015178161A JP 6042513 B2 JP6042513 B2 JP 6042513B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- mass
- oxide
- water
- active material
- positive electrode
- 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.)
- Active
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B25/00—Phosphorus; Compounds thereof
- C01B25/16—Oxyacids of phosphorus; Salts thereof
- C01B25/26—Phosphates
- C01B25/45—Phosphates containing plural metal, or metal and ammonium
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/05—Preparation or purification of carbon not covered by groups C01B32/15, C01B32/20, C01B32/25, C01B32/30
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
- C01B32/20—Graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
- C01B33/00—Silicon; Compounds thereof
- C01B33/20—Silicates
- C01B33/32—Alkali metal silicates
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
- H01M4/0471—Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
- H01M4/139—Processes of manufacture
- H01M4/1397—Processes of manufacture of electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
- H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/624—Electric conductive fillers
- H01M4/625—Carbon or graphite
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2004/00—Particle morphology
- C01P2004/80—Particles consisting of a mixture of two or more inorganic phases
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C01—INORGANIC CHEMISTRY
- C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
- C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
- C01P2006/40—Electric properties
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/054—Accumulators with insertion or intercalation of metals other than lithium, e.g. with magnesium or aluminium
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
- H01M2004/028—Positive electrodes
-
- 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
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Inorganic Chemistry (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geology (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Description
例えば、特許文献4には、マリサイト型NaMnPO4を用いたナトリウム二次電池用活物質が開示されており、また特許文献5には、オリビン型構造を有するリン酸遷移金属ナトリウムを含む正極活物質が開示されており、いずれの文献においても高性能なナトリウムイオン二次電池が得られることを示している。
LiFeaMnbMcPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.2、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)
Li2FedMneNfSiO4・・・(B)
(式(B)中、NはNi、Co、Al、Zn、V又はZrを示す。d、e及びfは、0≦d≦1、0≦e≦1、及び0≦f<1、2d+2e+(Nの価数)×f=2を満たし、かつd+e≠0を満たす数を示す。)
NaFegMnhQiPO4・・・(C)
(式(C)中、QはMg、Ca、Co、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h及びiは、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i<1、及び2g+2h+(Qの価数)×i=2を満たし、かつg+h≠0を満たす数を示す。)
で表される酸化物に、水不溶性導電性炭素材料と、水溶性炭素材料由来の炭素とが担持してなる二次電池用正極活物質を提供するものである。
LiFeaMnbMcPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.2、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)
Li2FedMneNfSiO4・・・(B)
(式(B)中、NはNi、Co、Al、Zn、V又はZrを示す。d、e及びfは、0≦d≦1、0≦e≦1、及び0≦f<1、2d+2e+(Nの価数)×f=2を満たし、かつd+e≠0を満たす数を示す。)
NaFegMnhQiPO4・・・(C)
(式(C)中、QはMg、Ca、Co、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。を示す。g、h及びiは、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i<1、及び2g+2h+(Qの価数)×i=2を満たし、かつg+h≠0を満たす数を示す。)
で表される酸化物に、水不溶性導電性炭素材料と、水溶性炭素材料由来の炭素とが担持してなる二次電池用正極活物質の製造方法であって、
リチウム化合物又はナトリウム化合物、リン酸化合物又はケイ酸化合物、並びに少なくとも鉄化合物又はマンガン化合物を含む金属塩を含有するスラリー水を水熱反応に付して酸化物Xを得る工程(I)、
得られた酸化物Xに水不溶性導電性炭素材料を添加して乾式混合して複合体Yを得る工程(II)、並びに
得られた複合体Yに水溶性炭素材料を添加して湿式混合し、焼成する工程(III)を備える、二次電池用正極活物質の製造方法を提供するものである。
本発明で用いる酸化物は、少なくとも鉄又はマンガンを含み、かつ下記式(A)、(B)又は(C):
LiFeaMnbMcPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.2、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)
Li2FedMneNfSiO4・・・(B)
(式(B)中、NはNi、Co、Al、Zn、V又はZrを示す。d、e及びfは、0≦d≦1、0≦e≦1、0≦f<1、及び2d+2e+(Nの価数)×f=2を満たし、かつd+e≠0を満たす数を示す。)
NaFegMnhQiPO4・・・(C)
(式(C)中、QはMg、Ca、Co、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。g、h及びiは、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i<1、及び2g+2h+(Qの価数)×i=2を満たし、かつg+h≠0を満たす数を示す。)
のいずれかの式で表される。
これらの酸化物は、いずれもオリビン型構造を有しており、少なくとも鉄又はマンガンを含む。上記式(A)又は式(B)で表される酸化物を用いた場合には、リチウムイオン電池用正極活物質が得られ、上記式(C)で表される酸化物を用いた場合には、ナトリウムイオン電池用正極活物質が得られる。
また、水溶性炭素材料の炭素原子換算量、すなわち水溶性炭素材料由来の炭素の担持量は、本発明の二次電池用正極活物質中に、好ましくは0.5〜17.0質量%であり、より好ましくは0.5〜13.5質量%であり、さらに好ましくは0.5〜10.0質量%である。具体的には、水溶性炭素材料の炭素原子換算量は、酸化物が上記式(A)又は(C)で表される二次電池用正極活物質では、好ましくは0.5〜10.0質量%であり、より好ましくは0.5〜9.0質量%であり、さらに好ましくは0.5〜8.0質量%であり、酸化物が上記式(B)で表される二次電池用正極活物質では、好ましくは0.75〜17.0質量%であり、より好ましくは0.75〜13.5質量%であり、さらに好ましくは0.75〜10.0質量%である。
なお、二次電池用正極活物質中に存在する水不溶性導電性炭素材料と水溶性炭素材料の炭素原子換算量の合計量は、炭素・硫黄分析装置を用いて測定した全炭素量として、確認することができる。また、水溶性炭素材料の炭素原子換算量は、炭素・硫黄分析装置を用いて測定した上記合計の炭素量から、水不溶性導電性炭素材料の添加量を差し引くことにより、確認することができる。
得られた酸化物Xに水不溶性導電性炭素材料を添加して乾式混合して複合体Yを得る工程(II)、並びに
得られた複合体Yに水溶性炭素材料を添加して湿式混合し、焼成する工程(III)を備える製造方法により得られるものであるのが好ましい。
用い得るリチウム化合物又はナトリウム化合物としては、水酸化物(例えばLiOH・H2O、NaOH)、炭酸化物、硫酸化物、酢酸化物が挙げられる。なかでも、水酸化物が好ましい。
スラリー水におけるリチウム化合物又はケイ酸化合物の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜50質量部であり、より好ましくは7〜45質量部である。より具体的には、工程(I)においてリン酸化合物を用いた場合、スラリー水におけるリチウム化合物又はナトリウム化合物の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜50質量部であり、より好ましくは10〜45質量部である。また、ケイ酸化合物を用いた場合、スラリー水におけるケイ酸化合物の含有量は、水100質量部に対し、好ましくは5〜40質量部であり、より好ましくは7〜35質量部である。
なお、混合物A1を撹拌する際、さらに混合物A1の沸点温度以下に冷却するのが好ましい。具体的には、80℃以下に冷却するのが好ましく、20〜60℃に冷却するのがより好ましい。
また、窒素をパージする際、反応を良好に進行させる観点から、リン酸化合物又はケイ酸化合物を混合した後の混合物A2を撹拌するのが好ましい。このときの撹拌速度は、好ましくは200〜700rpmであり、より好ましくは250〜600rpmである。
これら金属(M、N又はQ)塩を用いる場合、鉄化合物、マンガン化合物、及び金属(M、N又はQ)塩の合計添加量は、上記工程(I)において得られた混合物中のリン酸又はケイ酸1モルに対し、好ましくは0.99〜1.01モルであり、より好ましくは0.995〜1.005モルである。
得られた酸化物Xは、上記式(A)〜(C)で表される酸化物であり、ろ過後、水で洗浄し、乾燥することによりこれを単離できる。なお、乾燥手段は、凍結乾燥、真空乾燥が用いられる。
また、かかる工程(II)において、水不溶性導電性炭素材料と水溶性炭素材料を併用する場合、水不溶性導電性炭素材料の添加量と水溶性炭素材料の添加量の炭素原子換算量との質量比(水不溶性導電性炭素材料:水溶性炭素材料)は、好ましくは100:2〜3:100であり、より好ましくは100:10〜10:100である。
なお、インペラの周速度とは、回転式攪拌翼(インペラ)の最外端部の速度を意味し、下記式(1)により表すことができ、また圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する処理を行う時間は、インペラの周速度が遅いほど長くなるように、インペラの周速度によっても変動し得る。
インペラの周速度(m/s)=
インペラの半径(m)×2×π×回転数(rpm)÷60・・・(1)
例えば、上記混合する処理を、周速度25〜40m/sで回転するインペラを備える密閉容器内で6〜90分間行う場合、容器に投入する複合体Yの量は、有効容器(インペラを備える密閉容器のうち、複合体Yを収容可能な部位に相当する容器)1cm3当たり、好ましくは0.1〜0.7gであり、より好ましくは0.15〜0.4gである。
上記混合の処理条件としては、処理温度が、好ましくは5〜80℃、より好ましくは10〜50℃である。処理雰囲気としては、特に限定されないが、不活性ガス雰囲気下、又は還元ガス雰囲気下が好ましい。
このように、本発明の二次電池用正極活物質は、水分を吸着しにくいため、製造環境として強い乾燥条件を必要とすることなく吸着水分量を有効に低減することができ、得られるリチウムイオン二次電池及びナトリウムイオン二次電池の双方において、様々な使用環境下でも優れた電池特性を安定して発現することが可能となる。
なお、温度20℃及び相対湿度50%にて平衡に達するまで水分を吸着させ、温度150℃まで昇温して20分間保持した後、さらに温度250℃まで昇温して20分間保持したときの、150℃から昇温を再開するときを始点、及び250℃での恒温状態を終えたときを終点とする、始点から終点までの間に揮発した水分量は、例えばカールフィッシャー水分計を用いて測定することができる。
LiOH・H2O 4.9kg、及び水 11.7kgを混合してスラリー水を得た。次いで、得られたスラリー水を25℃の温度に保持しながら速度400rpmにて30分間撹拌しつつ、70%のリン酸水溶液 5.09kgを35mL/minで滴下して、混合物A1を得た。かかる混合スラリー液のpHは10.0であり、水酸化リチウム1モルに対し、0.33モルのリン酸を含有していた。
次いで、混合物A2を蒸気加熱式オートクレーブ内に設置した合成容器に投入した。投入後、隔膜分離装置により水(溶存酸素濃度0.5mg/L未満)を加熱して得た飽和蒸気を用いて、170℃で1時間攪拌しながら加熱した。オートクレーブ内の圧力は、0.8MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで水により洗浄した。洗浄した結晶を60℃、1Torrの条件で真空乾燥し、酸化物X1(粉末、式(A)で表される化学組成:LiFe0.2Mn0.8PO4)を得た。
複合体Y1’に添加するグルコースを0.5g(活物質中における炭素原子換算量で2.0質量%に相当)とした以外、実施例1−1と同様の方法でリチウムイオン二次電池用正極活物質(LiFe0.2Mn0.8PO4、炭素の量=5.8質量%)を得た。
複合体Y1’に添加するグルコースを0.75g(活物質中における炭素原子換算量で2.9質量%に相当)とした以外、実施例1−1と同様の方法でリチウムイオン二次電池用正極活物質(LiFe0.2Mn0.8PO4、炭素の量=6.7質量%)を得た。
複合体Y1’に添加するグルコースを1.25g(活物質中における炭素原子換算量で4.8質量%に相当)とした以外、実施例1−1と同様の方法でリチウムイオン二次電池用正極活物質(LiFe0.2Mn0.8PO4、炭素の量=8.6質量%)を得た。
FeSO4・7H2Oを7.34kg、MnSO4・H2Oを0.7kgとした以外、実施例1−1と同様の方法で、酸化物X2(粉末、式(A)で表される化学組成:LiFe0.9Mn0.1PO4)を得た後にグラファイトを4g(活物質中における炭素原子換算量で3.8質量%に相当)を混合して複合体Y2及び複合体Y2’を得て、次いでグルコースを0.25g(活物質中における炭素原子換算量で1.0質量%に相当)添加して、グラファイトとグルコース由来の炭素とが担持してなるリチウムイオン二次電池用正極活物質(LiFe0.9Mn0.1PO4、炭素の量=4.8質量%)を得た。
複合体Y2’にグルコースを添加しなかった以外、実施例1−5と同様の方法でリチウムイオン二次電池用正極活物質(LiFe0.9Mn0.1PO4、炭素の量=3.8質量%)を得た。
LiOH・H2O 0.428kg、Na4SiO4・nH2O 1.40kgに超純水3.75Lを混合してスラリー水を得た。このスラリー水に、FeSO4・7H2O 0.39kg、MnSO4・5H2O 0.79kg、及びZr(SO4)2・4H2O 0.053kgを添加し、混合した。次いで、得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で12時間水熱反応を行った。オートクレーブの圧力は0.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して酸化物X3(粉末、式(B)で表される化学組成:Li2Fe0.28Mn0.66Zr0.03SiO4)を得た。
複合体Y3’に添加するグルコースを0.25g(活物質中における炭素原子換算量で2.0質量%に相当)とした以外、実施例2−1と同様の方法でリチウムイオン二次電池用正極活物質(Li2Fe0.28Mn0.66Zr0.03SiO4、炭素の量=9.0質量%)を得た。
複合体Y3’に添加するグルコースを0.375g(活物質中における炭素原子換算量で2.9質量%に相当)とした以外、実施例2−1と同様の方法でリチウムイオン二次電池用正極活物質(Li2Fe0.28Mn0.66Zr0.03SiO4、炭素の量=9.9質量%)質を得た。
複合体Y3’に添加するグルコースを0.875g(活物質中における炭素原子換算量で6.8質量%に相当)とした以外、実施例2−1と同様の方法でリチウムイオン二次電池用正極活物質(Li2Fe0.28Mn0.66Zr0.03SiO4、炭素の量=13.8質量%)を得た。
複合体Y3’にグルコースを添加しなかった以外、実施例2−1と同様の方法でリチウムイオン二次電池用正極活物質(Li2Fe0.28Mn0.66Zr0.03SiO4、炭素の量=7.0質量%)を得た。
NaOH 0.60kgと水 9.0Lを混合して溶液を得た。次いで、得られた溶液を、25℃の温度に保持しながら5分間撹拌しつつ85%のリン酸水溶液0.577kgを35mL/分で滴下し、続いて12時間、400rpmの速度で撹拌することにより、混合物A4を含有するスラリーを得た。かかるスラリーは、リン1モルに対し、3.00モルのナトリウムを含有していた。得られたスラリーに対し、窒素ガスをパージして溶存酸素濃度を0.5mg/Lに調整した後、FeSO4・7H2O 0.139kg、MnSO4・5H2O 0.964kg、MgSO4・7H2O 0.124kgを添加した。次いで、得られた混合液を窒素ガスでパージしたオートクレーブに投入し、200℃で3時間水熱反応を行った。オートクレーブ内の圧力は、1.4MPaであった。生成した結晶をろ過し、次いで結晶1質量部に対し、12質量部の水により洗浄した。洗浄した結晶を−50℃で12時間凍結乾燥して酸化物X4(粉末、式(C)で表される化学組成:NaFe0.1Mn0.8Mg0.1PO4)を得た。
複合体Y4’に添加するグルコースを0.25g(活物質中における炭素原子換算量で2.0質量%に相当)とした以外、実施例3−1と同様の方法でナトリウムイオン二次電池用正極活物質(NaFe0.1Mn0.8Mg0.1PO4、炭素の量=6.0質量%)を得た。
複合体Y4’に添加するグルコースを0.375g(活物質中における炭素原子換算量で2.9質量%に相当)とした以外、実施例3−1と同様の方法でナトリウムイオン二次電池用正極活物質(NaFe0.1Mn0.8Mg0.1PO4、炭素の量=6.9質量%)を得た。
複合体Y4’に添加するグルコースを0.92g(活物質中における炭素原子換算量で6.8質量%に相当)とした以外、実施例3−1と同様の方法でナトリウムイオン二次電池用正極活物質(NaFe0.1Mn0.8Mg0.1PO4、炭素の量=10.8質量%)を得た。
複合体Y4’にグルコースを添加しなかった以外、実施例3−1と同様の方法でナトリウムイオン二次電池用正極活物質(NaFe0.1Mn0.8Mg0.1PO4、炭素の量=4.0質量%)を得た。
実施例1−1〜3−4及び比較例1−1〜3−1で得られた各正極活物質の吸着水分量は、下記方法にしたがって測定した。
正極活物質(複合体粒子)について、温度20℃、相対湿度50%の環境に1日間静置して平衡に達するまで水分を吸着させ、温度150℃まで昇温して20分間保持した後、さらに温度250℃まで昇温して20分間保持したときの、150℃から昇温を再開するときを始点とし、及び250℃での恒温状態を終えたときを終点とし、始点から終点までの間に揮発した水分量を、カールフィッシャー水分計(MKC−610、京都電子工業(株)製)で測定し、正極活物質における吸着水分量として求めた。
結果を表1に示す。
実施例1−1〜3−4及び比較例1−1〜3−1で得られた正極活物質を用い、リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池の正極を作製した。具体的には、得られた正極活物質、ケッチェンブラック、ポリフッ化ビニリデンを質量比75:20:5の配合割合で混合し、これにN−メチル−2−ピロリドンを加えて充分混練し、正極スラリーを調製した。正極スラリーを厚さ20μmのアルミニウム箔からなる集電体に塗工機を用いて塗布し、80℃で12時間の真空乾燥を行った。
その後、φ14mmの円盤状に打ち抜いてハンドプレスを用いて16MPaで2分間プレスし、正極とした。
次いで、上記の正極を用いてコイン型二次電池を構築した。負極には、φ15mmに打ち抜いたリチウム箔を用いた。電解液には、エチレンカーボネート及びエチルメチルカーボネートを体積比1:1の割合で混合した混合溶媒に、LiPF6(リチウムイオン二次電池の場合)又はNaPF6(ナトリウムイオン二次電池の場合)を1mol/Lの濃度で溶解したものを用いた。セパレータには、ポリプロピレンなどの高分子多孔フィルムなど、公知のものを用いた。これらの電池部品を露点が−50℃以下の雰囲気で常法により組み込み収容し、コイン型二次電池(CR−2032)を製造した。
容量保持率(%)=(50サイクル後の放電容量)/(1サイクル後の放電容量) ×100 ・・・(2)
結果を表2に示す。
Claims (5)
- 少なくとも鉄又はマンガンを含む下記式(A)、(B)又は(C):
LiFeaMnbMcPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.2、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)
Li2FedMneNfSiO4・・・(B)
(式(B)中、NはNi、Co、Al、Zn、V又はZrを示す。d、e及びfは、0≦d≦1、0≦e≦1、及び0≦f<1、2d+2e+(Nの価数)×f=2を満たし、かつd+e≠0を満たす数を示す。)
NaFegMnhQiPO4・・・(C)
(式(C)中、QはMg、Ca、Co、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。を示す。g、h及びiは、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i<1、及び2g+2h+(Qの価数)×i=2を満たし、かつg+h≠0を満たす数を示す。)
で表される酸化物に、グラファイトと、グルコース由来の炭素とが担持してなり、
酸化物が上記式(A)又は(C)で表されるときのグラファイト及びグルコースの炭素原子換算量が合計で3.0〜12.0質量%であり、かつグルコース由来の炭素量が0.5〜8.0質量%であり、
酸化物が上記式(B)で表されるときのグラファイト及びグルコースの炭素原子換算量が合計で4.0〜15.0質量%であり、かつグルコース由来の炭素量が0.75〜10.0質量%である、リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質。 - 少なくとも鉄又はマンガンを含む下記式(A)、(B)又は(C):
LiFeaMnbMcPO4・・・(A)
(式(A)中、MはMg、Ca、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。a、b及びcは、0≦a≦1、0≦b≦1、0≦c≦0.2、及び2a+2b+(Mの価数)×c=2を満たし、かつa+b≠0を満たす数を示す。)
Li2FedMneNfSiO4・・・(B)
(式(B)中、NはNi、Co、Al、Zn、V又はZrを示す。d、e及びfは、0≦d≦1、0≦e≦1、及び0≦f<1、2d+2e+(Nの価数)×f=2を満たし、かつd+e≠0を満たす数を示す。)
NaFegMnhQiPO4・・・(C)
(式(C)中、QはMg、Ca、Co、Sr、Y、Zr、Mo、Ba、Pb、Bi、La、Ce、Nd又はGdを示す。を示す。g、h及びiは、0≦g≦1、0≦h≦1、0≦i<1、及び2g+2h+(Qの価数)×i=2を満たし、かつg+h≠0を満たす数を示す。)
で表される酸化物に、グラファイトと、グルコース由来の炭素とが担持してなり、
酸化物が上記式(A)又は(C)で表されるときのグラファイト及びグルコースの炭素原子換算量が合計で3.0〜12.0質量%であり、かつグルコース由来の炭素量が0.5〜8.0質量%であり、
酸化物が上記式(B)で表されるときのグラファイト及びグルコースの炭素原子換算量が合計で4.0〜15.0質量%であり、かつグルコース由来の炭素量が0.75〜10.0質量%である、リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、
リチウム化合物又はナトリウム化合物、リン酸化合物又はケイ酸化合物、並びに少なくとも鉄化合物又はマンガン化合物を含む金属塩を含有するスラリー水を水熱反応に付して酸化物Xを得る工程(I)、
得られた酸化物Xにグラファイトを添加して乾式混合して複合体Yを得る工程(II)、並びに
得られた複合体Yにグルコースを添加して湿式混合し、500〜800℃で焼成する工程(III)を備える、リチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。 - 工程(II)において、グラファイトとともにグルコースを添加する請求項2に記載のリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
- 工程(III)におけるグルコースの添加量が、複合体Y100質量部に対して1.0〜55.0質量部である請求項2又は3に記載のリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
- 工程(II)における乾式混合が、酸化物とグラファイトとを予備混合し、次いで圧縮力及びせん断力を付加しながら混合する混合である請求項2〜4のいずれか1項に記載のリチウムイオン二次電池又はナトリウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US15/560,749 US10601042B2 (en) | 2015-03-24 | 2015-09-17 | Secondary battery positive electrode active material and method for producing same |
| KR1020177025026A KR102336781B1 (ko) | 2015-03-24 | 2015-09-17 | 이차전지용 양극 활물질 및 그 제조방법 |
| PCT/JP2015/076385 WO2016151890A1 (ja) | 2015-03-24 | 2015-09-17 | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 |
| CN201580078111.7A CN107408695B (zh) | 2015-03-24 | 2015-09-17 | 二次电池用正极活性物质和其制造方法 |
| EP15886442.1A EP3276711B1 (en) | 2015-03-24 | 2015-09-17 | Secondary battery positive electrode active material and method for producing same |
| TW104130844A TWI670892B (zh) | 2015-03-24 | 2015-09-17 | 二次電池用正極活性物質及其製造方法 |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2015060578 | 2015-03-24 | ||
| JP2015060578 | 2015-03-24 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2016181496A JP2016181496A (ja) | 2016-10-13 |
| JP6042513B2 true JP6042513B2 (ja) | 2016-12-14 |
Family
ID=57131969
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015178161A Active JP6042513B2 (ja) | 2015-03-24 | 2015-09-10 | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US10601042B2 (ja) |
| EP (1) | EP3276711B1 (ja) |
| JP (1) | JP6042513B2 (ja) |
| CN (1) | CN107408695B (ja) |
| TW (1) | TWI670892B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2683652B2 (ja) | 1988-01-16 | 1997-12-03 | 松下電器産業株式会社 | ポータブル端末装置 |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112789755A (zh) * | 2018-09-27 | 2021-05-11 | 株式会社村田制作所 | 二次电池 |
| JP7760272B2 (ja) * | 2021-07-07 | 2025-10-27 | 太平洋セメント株式会社 | リチウムイオン二次電池 |
| WO2023182649A1 (ko) | 2022-03-21 | 2023-09-28 | 주식회사 엘지에너지솔루션 | 금속 용출이 억제된 리튬 이차전지 |
| WO2024128295A1 (ja) * | 2022-12-16 | 2024-06-20 | 日本電気硝子株式会社 | 蓄電デバイス用正極材料の製造方法 |
Family Cites Families (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4187524B2 (ja) | 2002-01-31 | 2008-11-26 | 日本化学工業株式会社 | リチウム鉄リン系複合酸化物炭素複合体、その製造方法、リチウム二次電池正極活物質及びリチウム二次電池 |
| JP5213213B2 (ja) * | 2006-11-27 | 2013-06-19 | 日立マクセル株式会社 | 電気化学素子用活物質、その製造方法、および電気化学素子 |
| JP2008260666A (ja) | 2007-04-13 | 2008-10-30 | Kyushu Univ | ナトリウム二次電池用活物質およびその製造方法 |
| JP5436896B2 (ja) | 2009-03-17 | 2014-03-05 | 日本化学工業株式会社 | リチウムリン系複合酸化物炭素複合体、その製造方法、リチウム二次電池用正極活物質及びリチウム二次電池 |
| DE102009020832A1 (de) * | 2009-05-11 | 2010-11-25 | Süd-Chemie AG | Verbundmaterial enthaltend ein gemischtes Lithium-Metalloxid |
| US20110008233A1 (en) | 2009-07-10 | 2011-01-13 | Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. | Positive electrode active material |
| JP2011181486A (ja) | 2009-08-28 | 2011-09-15 | Equos Research Co Ltd | 二次電池用電解液の評価方法 |
| JP5672432B2 (ja) | 2010-03-12 | 2015-02-18 | 株式会社エクォス・リサーチ | 二次電池用正極 |
| KR20120039472A (ko) | 2010-10-15 | 2012-04-25 | 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 | 축전 장치용 정극 활물질의 제작 방법 |
| WO2013005705A1 (ja) * | 2011-07-04 | 2013-01-10 | 昭栄化学工業株式会社 | リチウムイオン二次電池用の正極材料、正極部材、リチウムイオン二次電池及び前記正極材料の製造方法 |
| CA2754372A1 (en) * | 2011-10-04 | 2013-04-04 | Hydro-Quebec | Positive-electrode material for lithium-ion secondary battery and method of producing same |
| JP6292739B2 (ja) | 2012-01-26 | 2018-03-14 | Jx金属株式会社 | リチウムイオン電池用正極活物質、リチウムイオン電池用正極、及び、リチウムイオン電池 |
| JPWO2013128936A1 (ja) * | 2012-02-28 | 2015-07-30 | 株式会社豊田自動織機 | 活物質複合体及びその製造方法、非水電解質二次電池用正極活物質、並びに非水電解質二次電池 |
| JP5478693B2 (ja) * | 2012-03-23 | 2014-04-23 | 太平洋セメント株式会社 | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 |
| CA2794290A1 (en) * | 2012-10-22 | 2014-04-22 | Hydro-Quebec | Method of producing electrode material for lithium-ion secondary battery and lithium-ion secondary battery using such electrode material |
| WO2014134969A1 (zh) | 2013-03-04 | 2014-09-12 | 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 | 多孔磷酸锰锂-碳复合材料、其制备方法及应用 |
| JP5728515B2 (ja) * | 2013-03-26 | 2015-06-03 | 太平洋セメント株式会社 | 二次電池用正極材料の製造方法 |
| CN103545522A (zh) * | 2013-07-10 | 2014-01-29 | 江苏华东锂电技术研究院有限公司 | 锂离子电池正极活性材料的制备方法 |
| KR102277906B1 (ko) * | 2013-11-28 | 2021-07-15 | 삼성전자주식회사 | 양극 활물질, 이를 포함하는 이차전지, 및 이의 제조방법 |
| US9203090B2 (en) * | 2014-01-13 | 2015-12-01 | The Gillette Company | Method of making a cathode slurry and a cathode |
-
2015
- 2015-09-10 JP JP2015178161A patent/JP6042513B2/ja active Active
- 2015-09-17 US US15/560,749 patent/US10601042B2/en active Active
- 2015-09-17 CN CN201580078111.7A patent/CN107408695B/zh active Active
- 2015-09-17 EP EP15886442.1A patent/EP3276711B1/en active Active
- 2015-09-17 TW TW104130844A patent/TWI670892B/zh active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2683652B2 (ja) | 1988-01-16 | 1997-12-03 | 松下電器産業株式会社 | ポータブル端末装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20180083280A1 (en) | 2018-03-22 |
| EP3276711B1 (en) | 2020-11-11 |
| EP3276711A1 (en) | 2018-01-31 |
| US10601042B2 (en) | 2020-03-24 |
| EP3276711A4 (en) | 2018-08-08 |
| TW201635619A (zh) | 2016-10-01 |
| TWI670892B (zh) | 2019-09-01 |
| CN107408695B (zh) | 2020-11-13 |
| JP2016181496A (ja) | 2016-10-13 |
| CN107408695A (zh) | 2017-11-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6357193B2 (ja) | ポリアニオン系正極活物質及びその製造方法 | |
| JP6042515B2 (ja) | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 | |
| JP6101771B1 (ja) | ナトリウムイオン電池用正極活物質及びその製造方法 | |
| JP6042514B2 (ja) | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 | |
| JP6023295B2 (ja) | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 | |
| TWI676592B (zh) | 二次電池用正極活性物質及其製造方法 | |
| US11646405B2 (en) | Positive electrode active substance for secondary cell and method for producing same | |
| JP6042511B2 (ja) | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 | |
| JP6042513B2 (ja) | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 | |
| WO2016143171A1 (ja) | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 | |
| JP5700346B2 (ja) | リン酸マンガンリチウム正極活物質の製造方法 | |
| JP5909131B2 (ja) | リチウム二次電池用活物質、それを用いたリチウム二次電池用電極及びリチウム二次電池 | |
| KR102385969B1 (ko) | 이차전지용 양극 활물질 및 그 제조방법 | |
| JP6042512B2 (ja) | 二次電池用正極活物質及びその製造方法 | |
| JP5862172B2 (ja) | 二次電池用活物質及び二次電池用活物質用電極、並びに、それを用いた二次電池 | |
| KR102336781B1 (ko) | 이차전지용 양극 활물질 및 그 제조방법 | |
| JP5688126B2 (ja) | リン酸マンガンリチウム正極活物質の製造方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160808 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160906 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20161004 |
|
| 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: 20161108 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20161109 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6042513 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |