JP5822197B2 - リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法 - Google Patents
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Description
[1]リチウム化合物及びケイ酸化合物を含有する塩基性水分散液に、鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物及びアルミニウム化合物から選ばれる1種又は2種以上の金属化合物、α−グルコースが結合してなる多糖類並びに酸化防止剤を混合し、得られた混合物を水熱反応させることを特徴とする、次式(I)又は(II):
Li2FexMnyCozSiO4 ・・・(I)
(式(I)中、x、y及びzは、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、及びx+y+z=1を満たす数を示す)
LiaFebMncAldSiO4 ・・・(II)
(式(II)中、a、b、c及びdは、1<a≦2、0≦b<1、0≦c<1、0<d<1、a+2b+2c+3d=4、及びb+c≠0を満たす数を示す)
で表されるオリビン型シリケート化合物の製造方法。
[3]酸化防止剤が、アンモニウムイオンを含有する化合物である上記[1]又は[2]記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
[4]金属化合物が、金属硫酸塩である上記[1]〜[3]のいずれかに記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
[6]リチウム化合物が、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、硫酸リチウムから選ばれるものである上記[1]〜[5]のいずれかに記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
[7]ケイ酸化合物が、非晶質シリカ及びNa4SiO4から選ばれるものである請求項1〜60のいずれか1項に記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
[9]上記[8]に記載の製造方法により得られたリチウムイオン電池用正極活物質を含む正極を有するリチウムイオン電池。
本発明においては、予めリチウム化合物及びケイ酸化合物を含有する塩基性水分散液を調製する。該水分散液は塩基性とするのが、副反応を防止し、ケイ酸化合物を溶解するうえで重要である。具体的には、該水分散液のpHが12.0〜13.5であるのが副反応(Fe3O4の生成)の防止、ケイ酸化合物の溶解性及び反応の進行の点で特に好ましい。該水分散液のpHの調整は、塩基、例えば、水酸化ナトリウムを添加することにより行ってもよいが、ケイ酸化合物としてNa4SiO4を用いて調整するのが特に好ましい。
Li2FexMnyCozSiO4 ・・・(I)
(式(I)中、x、y及びzは、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、及びx+y+z=1を満たす数を示す)
LiaFebMncAldSiO4 ・・・(II)
(式(II)中、a、b、c及びdは、1<a≦2、0≦b<1、0≦c<1、0<d<1、a+2b+2c+3d=4、及びb+c≠0を満たす数を示す)で表されるオリビン型シリケート化合物が高収率で得られる。また、得られるオリビン型シリケート化合物の平均粒径は10〜100nmとなり、その結晶度も高い。
Li2FexSiO4 ・・・(Ia)
Li2MnySiO4 ・・・(Ib)
Li2CozSiO4 ・・・(Ic)
Li2FebMncSiO4 ・・・(Id)
Li2FebMncAldSiO4 ・・・(Ie)
LiOH・H2O 4.20g(0.1mol)、Na4SiO4・nH2O 13.98g(0.05mol)に超純水75cm3を加えて混合した(この時のpHは約12.5)。この水分散液にFeSO4・7H2O6.95g(0.025mol)、MnSO4・5H2O6.02g(0.025mol)、デキストリン(水分散液中の炭素濃度として0.8mol/l)及び28%アンモニア水1.4g(0.025mol)を添加し、混合した。得られた混合液をオートクレーブに投入し、150℃で16hr水熱反応を行った。反応液をろ過後、凍結乾燥した。凍結乾燥(約12時間)して得られた粉末を、アルゴン/水素雰囲気下で600℃で1hr焼成した。
得られた焼成粉末のTEM像を図1に示す。
金属化合物として、FeSO4・7H2O 13.9g(0.05mol)のみを用いた以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
金属化合物として、MnSO4・5H2O 12.054g(0.05mol)のみを用いた以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
金属化合物として、CoSO4・7H2O 14.055g(0.05mol)のみを用いた以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
金属化合物として、FeSO4・7H2O 3.753g(13.5mol)、無水和物であるAl2(SO4)3 0.671g(3.33mol)及びMnSO4・5H2O 7.594g(31.5mol)を用いた以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
水分散液にアンモニア水を添加しなかった以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
デキストリンの代わりにグルコース(水分散液中の炭素濃度として0.8mol/l)を添加した以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
水分散液にアンモニア水を添加せず、かつデキストリンの代わりにグルコース(水分散液中の炭素濃度として0.8mol/l)を添加した以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
デキストリンの代わりにリノール酸(水分散液中の炭素濃度として0.8mol/l)を添加した以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
デキストリンの代わりに尿素(水分散液中の炭素濃度として0.8mol/l)を添加した以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
デキストリンの代わりにカルボキシメチルセルロース(水分散液中の炭素濃度として0.8mol/l)を添加した以外、実施例1と同様にして、焼成粉末を得た。
デキストリンを添加しなかった以外、実施例1と同様にして水熱反応を行った。次いで、反応液をろ過し、ここにデキストリンを炭化させた水溶液を添加して、実施例と同様にして、焼成粉末を得たが、炭素濃度は算出不可能なほど極めて低い値を示した。
実施例1〜5及び比較例1〜6で得られた焼成粉末のX線回折を行った。このときのX線回折の測定はRINT−UltimaII(リガク社製)で行い、測定条件は、ターゲットCuKα、管電圧40 kV、管電流40 mA、走査範囲10〜80°(2θ)、ステップ幅0.02°、およびスキャンスピード2.00°/minとした。得られたX線回折図より不純物の有無及び炭素濃度(質量%)を算出した。これらの結果を表1に示す。
実施例1及び5並びに比較例1で得られた焼成粉末を用い、リチウムイオン電池の正極を作製した。実施例1及び比較例1で得られた焼成粉末のみでは炭素濃度が低いため、ケッチェンブラックを助剤として焼成粉末100質量部に対して5質量部となるように加え、さらにケッチェンブラック(導電剤)、ポリフッ化ビニリデン(粘結剤)を重量比75:15:10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。
Claims (8)
- リチウム化合物及びケイ酸化合物を含有する塩基性水分散液に、鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物及びアルミニウム化合物から選ばれる1種又は2種以上の金属化合物、α−グルコースが結合してなる多糖類並びに酸化防止剤を混合し、得られた混合物を水熱反応させることを特徴とする、次式(I)又は(II):
Li2FexMnyCozSiO4 ・・・(I)
(式(I)中、x、y及びzは、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦z≦1、及びx+y+z=1を満たす数を示す)
LiaFebMncAldSiO4 ・・・(II)
(式(II)中、a、b、c及びdは、1<a≦2、0≦b<1、0≦c<1、0<d<1、a+2b+2c+3d=4、及びb+c≠0を満たす数を示す)
で表されるオリビン型シリケート化合物の製造方法。 - α−グルコースが結合してなる多糖類が、デキストリン及びデンプンから選ばれるものである請求項1に記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
- 酸化防止剤が、アンモニウムイオンを含有する化合物である請求項1又は2に記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
- 金属化合物が、金属硫酸塩である請求項1〜3のいずれか1項に記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
- 金属化合物が、少なくとも鉄化合物を含む2種以上である請求項1〜4のいずれか1項に記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
- リチウム化合物が、水酸化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、酢酸リチウム、硫酸リチウムから選ばれるものである請求項1〜5のいずれか1項に記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
- ケイ酸化合物が、非晶質シリカ及びNa4SiO4から選ばれるものである請求項1〜60のいずれか1項に記載のオリビン型シリケート化合物の製造方法。
- リチウム化合物及びケイ酸化合物を含有する塩基性水分散液に、鉄化合物、マンガン化合物、コバルト化合物及びアルミニウム化合物から選ばれる1種又は2種以上の金属化合物、α−グルコースが結合してなる多糖類並びに酸化防止剤を混合し、得られた混合物を水熱反応させ、次いで焼成することを特徴とする、リチウムイオン電池用正極活物質の製造方法。
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