JP5548523B2 - 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 - Google Patents
正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 Download PDFInfo
- Publication number
- JP5548523B2 JP5548523B2 JP2010124769A JP2010124769A JP5548523B2 JP 5548523 B2 JP5548523 B2 JP 5548523B2 JP 2010124769 A JP2010124769 A JP 2010124769A JP 2010124769 A JP2010124769 A JP 2010124769A JP 5548523 B2 JP5548523 B2 JP 5548523B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- positive electrode
- active material
- electrode active
- lithium
- plane
- 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
Images
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
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Description
二次電池は、その主たる構成要素として正極、負極、電解液、セパレータ及び外装材を有する。また、上記正極は、正極活物質、導電材、集電体及びバインダー(結着剤)により構成される。
このため、安全性という面では、構造が安定し異常時に酸素を放出しないオリビン型構造を有するリン酸鉄リチウム(LiFePO4)が期待されている。
しかし、オリビン型構造を有するリン酸鉄リチウムを正極活物質として電池に用いる場合、電子伝導性が不十分であること、平均電位が低いこと等の充放電特性の低下が問題になる。
そのため、充放電特性の改善を目的として、一般式AaMb(XY4)cZd(式中、Aはアルカリ金属、Mは遷移金属、XY4はPO4等、ZはOH等)で表される活物質が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
また、大電流での充放電特性に優れた非水電解液二次電池用正極活物質として、一般式Li1-xAxFe1-Y-ZMyMezP1-mXmO4-nZn(式中、AはNa、Kであり、MはFe、Li及びAl以外の金属元素であり、XはSi、N、Asであり、ZはF、Cl、Br、I、S、N)で表される物質や(例えば、特許文献3参照)、製造する際、経済的で、充電容量良好で、多サイクルにわたっての再充電性が良好な電極活物質としてAa+xMbP1-xSixO4(式中、AはKi、Na、又はKであり、Mは金属)で表される物質(例えば、特許文献4参照)が提案されている。
具体的には、特許文献1〜4に記載されている活物質の構成では、充放電によりLiの挿入脱離に起因する正極活物質の膨張もしくは収縮が大きいため、サイクル数が増えると、正極活物質が集電体や導電材から物理的に徐々に欠落し、正極活物質の構造が破壊されるおそれがある。これは、充放電による膨張もしくは収縮の大きい材料では、二次粒子の破壊や、正極活物質と導電材との導電パスの破壊が起こることにより、二次電池の内部抵抗が増大するからである。その結果、充放電に寄与しない活物質が増加し、容量の低下が起こり、二次電池の寿命が短くなるという課題がある。
線源にCu−Kα線を用いた粉末X線回折測定における2θ=35〜36度の間に存在する(311)面の回折ピークの強度を100とした場合、25〜50の2θ=16.5〜17.5度の間の(200)面の回折ピークの強度と、70〜85の2θ=20〜21度の間の(101)面の回折ピークの強度、95〜110の2θ=25〜26度の間の(111及び201)面の回折ピークの強度と、70〜100の2θ=29〜30度の間の(211及び020)面の回折ピークの強度とを示すリチウム含有複合酸化物を含むことを特徴とする正極活物質が提供される。
更に、本発明によれば、上記正極活物質を含む正極と、負極と、電解質と、セパレータとを有することを特徴とする非水電解質二次電池が提供される。
また、正極活物質が、ZrであるQと、SiであるWである一般式(1)のリチウム含有複合酸化物を含む場合、より充放電の繰り返しに伴うリチウム含有複合酸化物の物理的なストレスを防止できるので、更に寿命の長い正極活物質を提供できる。
また、正極活物質が、0.3〜0.55度の(311)面の回折ピークの半値幅を有する一般式(1)のリチウム含有複合酸化物を含む場合、より充放電の繰り返しに伴うリチウム含有複合酸化物の物理的なストレスを防止できるので、更に寿命の長い正極活物質を提供できる。
(1)正極活物質
(1)リチウム含有複合酸化物
正極活物質は、一般式(1):LiFe1-xQxP1-yWyO4で表されるリチウム含有複合酸化物を含んでいる。
Qは、Zr、Sn及びYからなる群から選択される少なくとも1種である。従って、2種又は3種同時に選択してもよい。これら群からQを選択することで、充放電の繰り返し(Liの挿入脱離)に伴うリチウム含有複合酸化物の物理的なストレス(体積収縮膨張)を防止できるので、より寿命の長い正極活物質を提供できる。更に、この内、Feよりもイオン性の強いZrを少なくとも選択することが好ましい。Zrを選択することで、リチウム含有複合酸化物を構成する金属(FeとZr)と酸素間の結合をより強固にできるため、より物理的なストレスに強い正極活物質を提供できる。なお、FeとZrは種々の価数を取り得るが、上記一般式(1)中の「x」を規定するための価数は、平均値を意味する。
xは0<x<1の範囲である。この範囲であれば、Q及びWが置換されていない、LiFePO4よりも物理的なストレスに強い正極活物質を提供できる。また、xが0.05〜0.33の範囲であることがより好ましい。この範囲であれば、リチウム含有複合酸化物の結晶構造をオリビン型構造優勢にできるので、より物理的なストレスに強い正極活物質を提供できる。更に好ましい範囲は、0.125〜0.25である。
更に、x及びyが、それぞれ、0.125〜0.25及び0.25〜0.5の範囲内であることが特に好ましい。これら範囲内から設定されることで、特に物理的なストレスに強い正極活物質を提供できる。
2θ=16.5〜17.5度の間の(200)面の回折ピークの強度が25〜50の範囲であり、
2θ=20〜21度の間の(101)面の回折ピークの強度が70〜85の範囲であり、
2θ=25〜26度の間の(111及び201)面の回折ピークの強度は95〜110の範囲であり、
2θ=29〜30度の間の(211及び020)面の回折ピークの強度が70〜100の範囲である。ここでの回折ピークは、上記2θの範囲内で最大の強度の回折ピークを意味する。これらの範囲内であれば、物理的なストレスに強い正極活物質を提供できる。その理由は、ジルコニウムのようなFeを置換するQは、酸素との結合力が強いため、鉄の一部をQで置換することにより、より強固な結晶構造が得られるためと考えられる。Qは鉄よりも電子数が多く、より強くX線を散乱させる。そのため鉄の一部をQで置換した場合鉄に起因する回折面からの回折強度が増えるので、(101)面及び(211)の回折強度は増加する。
(200)面の回折ピークの強度が50より大きい、(101)面の回折ピークの強度が85より大きい、(111)(201)面の回折ピークの強度が110より大きい、(211)(020)面の回折ピークの強度が100より大きい場合は鉄に対するQの置換量が多すぎるために、結果として容量が低下することがある。
(200)面の回折ピークの強度は、30〜45の範囲であることが更に好ましい。
また、(111及び201)面の回折ピークの強度は、100〜105の範囲であることが更に好ましい。
また、(211及び020)面の回折ピークの強度は、75〜95の範囲であることが更に好ましい。
LiFe1-xZrxP1-ySiyO4(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66)
LiFe1-xZrxP1-yAlyO4(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.33)
LiFe1-xSnxP1-ySiyO4(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66)
LiFe1-xSnxP1-yAlyO4(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.33)
LiFe1-xYxP1-ySiyO4(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.33)
LiFe1-xYxP1-yAlyO4(0.05≦x≦0.33、0.025≦y≦0.16)
(0.05≦x≦0.33、0.1≦y≦0.66、ZrとSnの原子比1:0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-x(Zr,Sn)xP1-yAlyO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.33、ZrとSnの原子比10.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-x(Zr,Y)xP1-ySiyO4
(0.05≦x≦0.66、0.05≦y≦0.66、ZrとYの原子比1:0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-x(Zr,Y)xP1-yAlyO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.33、ZrとYの原子比1:0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-x(Sn,Y)xP1-ySiyO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、SnとYの原子比1:0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-x(Sn,Y)xP1-yAlyO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.33、SnとYの原子比1:0.99:0.01〜0.01:0.99)
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、ZrとSnとYの原子比0.01:0.01:0.98〜0.01:0.98:0.01〜0.98:0.01:0.01)
LiFe1-x(Zr,Sn,Y)xP1-yAlyO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、ZrとSnとYの原子比0.01:0.01:0.98〜0.01:0.98:0.01〜0.98:0.01:0.01)
LiFe1-xZrxP1-y(Si,Al)yO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、SiとAlの原子比1:0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-xSnxP1-y(Si,Al)yO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、SiとAlの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-xYxP1-y(Si,Al)yO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、SiとAlの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99)
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、ZrとSnの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99、SiとAlの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-x(Zr,Y)xP1-y(Si,Al)yO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、ZrとYの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99、SiとAlの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-x(Sn,Y)xP1-y(Si,Al)yO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、SnとYの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99、SiとAlの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99)
LiFe1-x(Zr,Sn,Y)xP1-y(Si,Al)yO4
(0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.66、ZrとSnとYの原子比0.01:0.01:0.98〜0.01:0.98:0.01〜0.98:0.01:0.01、SiとAlの原子比0.99:0.01〜0.01:0.99)
等が挙げられる。
Qが3価の元素であり、かつWがSiである場合、x、yの範囲として、0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.33であり、かつx=yであることが好ましい。
Qが4価の元素であり、かつWがAlである場合、x、yの範囲として、0.05≦x≦0.33、0.05≦y≦0.33であり、かつx=yであることが好ましい。
Qが3価の元素であり、かつWがAlである場合、x、yの範囲として、0.05≦x≦0.33、0.025≦y≦0.16であり、かつx=2yであることが好ましい。
2θ=16.5〜17.5度の間の(200)面の回折ピークの強度が25〜50の範囲であり、
2θ=20〜21度の間の(101)面の回折ピークの強度が70〜85の範囲であり、
2θ=25〜26度の間の(111及び201)面の回折ピークの強度は95〜110の範囲であり、
2θ=29〜30度の間の(211及び020)面の回折ピークの強度が70〜100の範囲であれば、更に物理的なストレスに強い正極活物質を提供できる。
加えて、(200)面の回折ピークの半値幅、(101)面の回折ピークの半値幅、(111及び201)面の回折ピークの半値幅、((211及び020)面の回折ピークの半値幅は、それぞれ0.3〜0.6度の範囲であれば、更に物理的なストレスに強い正極活物質を提供できる。
リチウム含有複合酸化物は、炭素で被覆されていてもよい。炭素で被覆することで、リチウム含有複合酸化物への電子の伝導性を高めることができるので、リチウムイオンの挿入脱離の効率を高めることができる。炭素での被覆は、リチウム含有複合酸化物の全表面であっても、一部表面であってもよい。全表面であれば、リチウム含有複合酸化物への電子の伝導性をより高めることができるので好ましい。
炭素の被覆量は、リチウム含有複合酸化物100重量部に対して、1〜10重量部程度である。1重量部未満の場合、上記炭素被覆による効果が十分得られないことがある。10重量部より多い場合、リチウム含有複合酸化物を被覆する炭素からなる膜が厚くなりすぎ、却ってリチウムイオンの挿入脱離の効率が妨げられることがある。より好ましい炭素の被覆量は、2〜5重量部程度である。
正極活物質には、本発明の効果を妨げない範囲において、LiCoO2、LiNiO2、LiFeO2、LiMnO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiNiPO4、LiMnPO4、LiFePO4等の他の酸化物が含まれていてもよい。
正極活物質は、原料として、各元素の炭酸塩、水酸化物、塩化物、硫酸塩、酢酸塩、酸化物、シュウ酸塩、硝酸塩等任意の組合せを用いることにより製造できる。これら原料は結晶水を含んでいていてもよい。製造方法としては、固相法、ゾルゲル法、溶融急冷法、メカノケミカル法、共沈法、水熱法、噴霧熱分解法等の方法を用いることができる。
二次電池は、正極と負極と非水電解質とセパレータとを有する。以下、各構成材料について説明する。
(a)正極
正極は、正極活物質と導電材とバインダーと集電体とを含み、例えば、活物質と導電材とバインダーとを有機溶剤と混合したスラリーを集電体に塗布する等の公知の方法によって作製できる。なお、リチウム含有複合酸化物を炭素で被覆することで、その導電性が十分であるならば、導電材の使用は省略してもよい。
導電材としては、アセチレンブラック、カーボン、グラファイト、天然黒鉛、人造黒鉛、ニードルコークス等を用いることができる。
集電体としては、連続孔を持つ発泡(多孔質)金属、ハニカム状に形成された金属、焼結金属、エキスパンドメタル、不織布、板、箔、孔開きの板、箔等を用いることができる。
正極の厚さは、0.01〜20mm程度が好ましい。厚すぎると導電性が低下し、薄すぎると単位面積当たりの容量が低下するので好ましくない。なお、塗布並びに乾燥によって得られた正極は、活物質の充填密度を高めるためローラープレス等により圧密してもよい。
負極は公知の方法により作製できる。具体的には、正極の作製法で説明した方法と同様にして作製できる。つまり、正極の作製法で説明した公知の結着剤と公知の導電材と負極活物質とを混合した後、この混合粉末をシート状に成形し、当該成形体をステンレス、銅等の導電体網(集電体)に圧着すればよい。また、上記混合粉末を正極作製法で説明した公知の有機溶剤と混合して得られたスラリーを銅等の金属基板上に塗布することにより作製することもできる。
負極活物質としては公知の材料を用いることができる。高エネルギー密度電池を構成するためには、リチウムの挿入/脱離する電位が金属リチウムの析出/溶解電位に近いものが好ましい。その典型例は、粒子状(鱗片状、塊状、繊維状、ウィスカー状、球状、粉砕粒子状等)の天然もしくは人造黒鉛のような炭素材料である。
また、リチウム遷移金属酸化物、リチウム遷移金属窒化物、遷移金属酸化物、酸化シリコン等も負極活物質として使用可能である。これらの中では、Li4Ti5O12は電位の平坦性が高く、かつ充放電による体積変化が小さいためより好ましい。
非水電解質としては、例えば、有機電解液、ゲル状電解質、高分子固体電解質、無機固体電解質、溶融塩等を用いることができる。非水電解質を注入した後に二次電池の容器の開口部を封止する。封止の前に通電し発生したガスを取り除いてもよい。
有機電解液を構成する有機溶媒としては、プロピレンカーボネート(PC)とエチレンカーボネート(EC)、ブチレンカーボネート等の環状カーボネート類、ジメチルカーボネート(DMC)、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート、ジプロピルカーボネート等の鎖状カーボネート類、γ−ブチロラクトン(GBL)、γ−バレロラクトン等のラクトン類、テトラヒドロフラン、2−メチルテトラヒドロフラン等のフラン類、ジエチルエーテル、1,2−ジメトキシエタン、1,2−ジエトキシエタン、エトキシメトキシエタン、ジオキサン等のエーテル類、ジメチルスルホキシド、スルホラン、メチルスルホラン、アセトニトリル、ギ酸メチル、酢酸メチル等が挙げられ、これらの1種以上を混合して用いることができる。
また、PC、EC及びブチレンカーボネート等の環状カーボネート類は高沸点溶媒であるため、GBLと混合する溶媒として好適である。
セパレータとしては、多孔質材料又は不織布等が挙げられる。セパレータの材質としては、上述した、電解質中に含まれる有機溶媒に対して溶解したり膨潤したりしないものが好ましい。具体的には、ポリエステル系ポリマー、ポリオレフィン系ポリマー(例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン)、エーテル系ポリマー、ガラスのような無機材料等が挙げられる。
電池容器のような他の部材についても従来公知の非水電解質二次電池に使用される各種材料を使用でき、特に制限はない。
二次電池は、例えば、正極と負極と、それらの間に挟まれたセパレータとからなる積層体を備えている。積層体は、例えば短冊状の平面形状を有していてもよい。また、円筒型や扁平型の電池を作製する場合は、積層体を巻き取ってもよい。
積層体は、その1つ又は複数が電池容器の内部に挿入される。通常、正極及び負極は電池の外部導電端子に接続される。その後に、正極、負極及びセパレータを外気より遮断するために電池容器を密閉する。
製造例1
まず、サンプル瓶に溶媒としてエタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiCH3COOを1.3196g量りとり、鉄源としてFe(NO3)3・9H2O、ジルコニウム源としてZrCl4、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.75:0.25:0.5:0.5となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置することでエタノールを蒸発させて、茶褐色の粉末を得た。
まず、サンプル瓶に溶媒としてエタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiCH3COOを1.3196g量りとり、鉄源としてFe(NO3)3・9H2O、ジルコニウム源としてZrCl4、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.85:0.15:0.7:0.3となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置することでエタノールを蒸発させて、茶褐色の粉末を得た。
まず、サンプル瓶に溶媒としてエタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiCH3COOを1.3196g量りとり、鉄源としてFe(NO3)3・9H2O、ジルコニウム源としてZrCl4、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.875:0.125:0.75:0.25となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置することでエタノールを蒸発させて、茶褐色の粉末を得た。
まず、サンプル瓶に溶媒としてメタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiCH3COOを1.3196g量りとり、鉄源としてFe(NO3)3・9H2O、ジルコニウム源としてZrCl4、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.9:0.1:0.8:0.2となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置することでエタノールを蒸発させて、茶褐色の粉末を得た。
まず、サンプル瓶に溶媒としてメタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiCH3COOを1.3196g量りとり、鉄源としてFe(NO3)3・9H2O、ジルコニウム源としてZrCl4、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.925:0.075:0.85:0.15となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置することでエタノールを蒸発させて、茶褐色の粉末を得た。
まず、サンプル瓶に溶媒としてエタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiNO3を1.3788g量りとり、鉄源としてFeCl3・6H2O、ジルコニウム源としてZrCl4、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.75:0.25:0.5:0.5となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置し、茶褐色の粉末を得た。
まず、サンプル瓶に溶媒としてエタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiOHを0.4789g量りとり、鉄源としてFeCl3・6H2O、ジルコニウム源としてZrCl4、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.875:0.125:0.75:0.25となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置し、茶褐色の粉末を得た。
まず、サンプル瓶に溶媒としてメタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiOHを0.4789g量りとり、鉄源としてFeCl3・6H2O、ジルコニウム源としてZrOCl2・8H2O、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.9:0.1:0.8:0.2となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置し、茶褐色の粉末を得た。
まず、サンプル瓶に溶媒としてエタノールを30ml量りとった。出発原料にリチウム源としてLiCH3COOを1.3196g量りとり、鉄源としてFe(NO3)3・9H2O、ジルコニウム源としてZrCl4、リン源としてH3PO4(純度85%)、シリコン源としてSi(OC2H5)4をそれぞれモル比でLi:Fe:Zr:P:Si=1:0.98:0.02:0.96:0.04となるように量りとり、溶媒中に順に溶解させていった。すべての原料を溶媒に溶解後、室温でスターラーにて1週間攪拌し、次いで、40℃の大気雰囲気下の恒温槽内にて24時間放置し、茶褐色の粉末を得た。
(200)面、(101)面、(111)面、(201)面、(211)面、(020)面、及び(311)面の回折ピークの強度に特定の関係が存在する。具体的には、特定の関係は、2θ=35〜36度の間に存在する(311)面の回折ピークの強度を100とした場合、
・2θ=16.5〜17.5度の間の(200)面の回折ピークの強度が30〜45の範囲であり、
・2θ=20〜21度の間の(101)面の回折ピークの強度が70〜85の範囲であり、
・2θ=25〜26度の間の(111及び201)面の回折ピークの強度は100〜105の範囲であり、
・2θ=29〜30度の間の(211及び020)面の回折ピークの強度が75〜95の範囲である
複数のピーク強度を有していた。
得られた正極活物質を用いて以下の方法で、二次電池を作製した。
A1をメノウ乳鉢にて粉砕した。得られた粉砕物約80重量%と、導電材として約10重量%のアセチレンブラック(電気化学工業社製デンカブラック)と、結着剤として約10重量%のテフロン(登録商標)樹脂粉末(呉羽化学社製クレハKFポリマー)とを混合した。
混合物をN−メチル−2−ピロリドン(キシダ化学社製)に溶解・分散してスラリー状にし、これを厚さ20μmのアルミニウム箔の両面にドクターブレード法で塗布した。塗布量としては約5mg/cm2となるようにした。塗膜を乾燥した後に、電極塗布面が2cm×2cmとなるように切断し、プレスを行って正極(全厚30μm)を作製した。
上記のようにして作製した正極と負極をそれぞれ30mm×30mmに大きさに切り抜き、二次電池の電流導入端子として正極には幅3mm、長さ50mmのアルミニウム製タブを、負極には幅3mm、長さ50mm銅製タブを溶接し正極と負極を作製した。
50体積%のエチレンカーボネートと50体積%のジエチルカーボネートに1モル/リットルのLiPF6を溶解させた電解質を開口部から電池外装内に導入することで、電解質を積層体に含浸させた。
含浸後、開口部を封止することで図4に示す二次電池を得た。図4中、1は正極であり、2は負極であり、3はセパレータであり、4は正極及び負極タブであり、5はラミネートである。
A1に代えて表2に示すようにA2及びA3を使用すること以外は実施例1と同様にして二次電池を得た。
実施例4及び5
A1に代えて表2に示すようにA4及びA5を使用し、天然黒鉛粉末に代えてチタン酸リチウム(Li4Ti5O12)を使用すること以外は実施例1と同様にして二次電池を得た。
A1に代えて表2に示すようにB1〜B4のいずれかを使用すること以外は実施例1と同様にして二次電池を得た。
容量保持率=100回目の放電容量/初回の放電容量
Claims (7)
- 一般式(1):LiFe1-xQxP1-yWyO4(式中、Qは、Zr、Sn及びYからなる
群から選択される少なくとも1種であり、Wは、Si及びAlから選択される少なくとも1種であり、xは0<x<1、yは0<y<1である)で表され、
線源にCu−Kα線を用いた粉末X線回折測定における2θ=35〜36度の間に存在する(311)面の回折ピークの強度を100とした場合、25〜50の2θ=16.5〜17.5度の間の(200)面の回折ピークの強度と、70〜85の2θ=20〜21度の間の(101)面の回折ピークの強度、95〜110の2θ=25〜26度の間の(111及び201)面の回折ピークの強度と、70〜100の2θ=29〜30度の間の(211及び020)面の回折ピークの強度とを示すリチウム含有複合酸化物を含むことを特徴とする正極活物質。 - 前記正極活物質が、Zrである前記Qと、Siである前記Wである前記一般式(1)のリチウム含有複合酸化物を含む請求項1に記載の正極活物質。
- 前記正極活物質が、0.05〜0.33の間の前記xと、0.025〜0.66の間の前記yである前記一般式(1)のリチウム含有複合酸化物を含む請求項1又は2に記載の正極活物質。
- 前記正極活物質が、0.3〜0.55度の(311)面の回折ピークの半値幅を有する前記一般式(1)のリチウム含有複合酸化物を含む請求項1〜3のいずれか1つに記載の正極活物質。
- 前記正極活物質が、炭素で被覆された前記一般式(1)のリチウム含有複合酸化物を含む請求項1〜4のいずれか1つに記載の正極活物質。
- 請求項1〜5のいずれか1つに記載の正極活物質と、導電材と、バインダーとを含むことを特徴とする正極。
- 請求項1〜5のいずれか1つの記載の正極活物質を含む正極と、負極と、電解質と、セパレータとを有することを特徴とする非水電解質二次電池。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010124769A JP5548523B2 (ja) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2010124769A JP5548523B2 (ja) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011253631A JP2011253631A (ja) | 2011-12-15 |
JP5548523B2 true JP5548523B2 (ja) | 2014-07-16 |
Family
ID=45417414
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2010124769A Expired - Fee Related JP5548523B2 (ja) | 2010-05-31 | 2010-05-31 | 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5548523B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5839227B2 (ja) * | 2011-11-10 | 2016-01-06 | トヨタ自動車株式会社 | リチウム二次電池とその製造方法 |
JP5442915B1 (ja) * | 2012-06-06 | 2014-03-19 | シャープ株式会社 | 非水電解質二次電池用正極活物質、非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池 |
WO2014069207A1 (ja) * | 2012-10-31 | 2014-05-08 | シャープ株式会社 | 正極活物質および正極並びに非水電解質二次電池 |
JP2016015197A (ja) * | 2012-11-14 | 2016-01-28 | シャープ株式会社 | 正極および非水系二次電池 |
CN114068918A (zh) * | 2020-08-06 | 2022-02-18 | 比亚迪股份有限公司 | 磷酸铁锂正极活性材料及其制备方法及电池 |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6085015A (en) * | 1997-03-25 | 2000-07-04 | Hydro-Quebec | Lithium insertion electrode materials based on orthosilicate derivatives |
JP3952491B2 (ja) * | 2000-04-24 | 2007-08-01 | 株式会社ジーエス・ユアサコーポレーション | 電極材料及びそれを用いた電池 |
JP4686859B2 (ja) * | 2000-12-27 | 2011-05-25 | 株式会社デンソー | 正極活物質および非水電解質二次電池 |
US6815122B2 (en) * | 2002-03-06 | 2004-11-09 | Valence Technology, Inc. | Alkali transition metal phosphates and related electrode active materials |
JP5470773B2 (ja) * | 2007-12-19 | 2014-04-16 | 株式会社Gsユアサ | 非水電解質二次電池 |
CA2835382C (en) * | 2009-05-22 | 2017-08-22 | Sharp Kabushiki Kaisha | Cathode active material containing lithium and having transition metal oxide, cathode containing lithium and having transition metal oxide, and nonaqueous secondary battery containing lithium and having transition metal oxide |
-
2010
- 2010-05-31 JP JP2010124769A patent/JP5548523B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011253631A (ja) | 2011-12-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5843766B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水系二次電池 | |
JP5370937B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水二次電池 | |
JP4963330B2 (ja) | リチウム二次電池正極活物質用リチウム鉄複合酸化物、その製造方法およびそれを用いたリチウム二次電池 | |
JP5107213B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水二次電池 | |
JP5271975B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 | |
JP2004319129A (ja) | 正極活物質及びそれを用いた非水電解質二次電池 | |
JP5683890B2 (ja) | 正極材料、その製造方法、正極及び非水電解質二次電池 | |
WO2011118302A1 (ja) | 電池用活物質および電池 | |
JP2012022791A (ja) | 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 | |
JP5451671B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水系二次電池 | |
JP5548523B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 | |
JP5586116B2 (ja) | リチウム二次電池用の正極合材およびその使用 | |
JP5451681B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水系二次電池 | |
JP5847204B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水系二次電池 | |
JP5463208B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 | |
WO2014069207A1 (ja) | 正極活物質および正極並びに非水電解質二次電池 | |
JP5463222B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水電解質二次電池 | |
JP5189466B2 (ja) | リチウム二次電池 | |
WO2014021395A1 (ja) | 非水電解質二次電池用正極活物質 | |
JP5698929B2 (ja) | 正極活物質、正極及び非水二次電池 | |
JP2012022790A (ja) | 非水電解質二次電池用正極活物質、非水電解質二次電池用正極および非水電解質二次電池 | |
JP5354091B2 (ja) | 電池用活物質および電池 | |
JP2009087945A (ja) | リチウム二次電池正極活物質用リチウム鉄複合酸化物の製造方法 | |
WO2014077118A1 (ja) | 正極および非水系二次電池 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20130401 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20131211 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20131224 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140218 |
|
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: 20140422 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20140519 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5548523 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |