JP6057402B2 - 電極活物質とその製造方法及びリチウムイオン電池 - Google Patents
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Description
リチウムイオン電池は、リチウムイオンを可逆的に脱挿入可能な性質を有する正極及び負極と、非水系の電解質とにより構成されている。
リチウムイオン電池は、従来の鉛電池、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池等の二次電池と比べて、軽量かつ小型で高エネルギーを有しており、携帯用電話機、ノート型パーソナルコンピュータ等の携帯用電子機器の電源として用いられているが、近年、電気自動車、ハイブリッド自動車、電動工具等の高出力電源としても検討されている。これらの高出力電源として用いられる電池の電極活物質には、高速の充放電特性が求められている。また、発電負荷の平滑化、定置用電源、バックアップ電源等の大型電池への応用も検討されており、長期の安全性、信頼性と共に、資源的に豊富で安価であること(資源量の問題が無いこと)も重要視されている。
このリチウムイオン電池の正極活物質としては、通常、コバルト酸リチウム(LiCoO2)が用いられているが、その他、ニッケル酸リチウム(LiNiO2)、マンガン酸リチウム(LiMn2O4)、リン酸鉄リチウム(LiFePO4)等のリチウム(Li)化合物が用いられている。
これらのリチウム化合物のうち、コバルト酸リチウムやニッケル酸リチウムは、人体や環境に対する毒性、資源量、充電状態の不安定性等の種々の問題点を有している。また、マンガン酸リチウムは、高温下で電解液中へ溶解するという問題点が指摘されている。
そこで、近年では、長期の安全性、信頼性に優れた、リン酸鉄リチウムに代表されるオリビン構造を有するリン酸塩系電極活物質が注目を集めている。
しかしながら、粒子の微細化や導電性物質を多量に用いた複合化を行った場合、電極密度の低下を招き、引いては電池の密度低下、即ち単位容積当たりの容量低下を引き起こしてしまうという問題点がある。そこで、この問題点を解決する方法として、電子導電性物質である炭素前駆体として有機物溶液を用い、この有機物溶液と電極活物質粒子とを混合した後、乾燥し、得られた乾燥物を非酸化性雰囲気下にて熱処理し、有機物を炭化させることにより、電極活物質粒子の表面を炭素で被覆する炭素被覆法が見出された。
これらの提案の1つに、LiFePO4からなる粒子の表面を、還元糖の熱分解により生成した炭素により被覆した電極材料がある(特許文献1)。
この電極材料は、リチウム成分と、Fe成分と、P成分と、還元糖とを含む溶液または懸濁液を噴霧し、加熱することにより、容易に合成することができる。
例えば、LiMnPO4の場合、Mnが炭化反応を抑制する負触媒として働くために、LiMnPO4にLiFePO4で効果的な有機物による炭素被覆法を適用しても、十分な効果を得ることができない。
そこで、負触媒であるMnの作用に勝る十分な量のFeを電極活物質の粒子表面に生じさせるには、少なくともFe/Mn比が10/90を超える程の多量のFeを固溶させる必要があり、その結果、電気化学的な反応電位の低い領域が電極活物質全体の10%を超えることとなってしまい、高電位かつ高エネルギーというLiMnPO4の有する効果を十分に発揮することができない。
なお、この形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。
(電極活物質)
図1は、本発明の第1の実施形態の電極活物質を示す断面図であり、この電極活物質1は、LiwAxDO4(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子(以下、LiwAxDO4粒子と略称する)2の表面が、LiyEzGO4(但し、EはFe、Niの群から選択される1種または2種、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)を含む被覆層3により被覆されている。
この粒子2の平均粒径は5nm以上かつ500nm以下が好ましく、より好ましくは20nm以上かつ200nm以下である。
その理由は、平均粒径が5nmより小さいと、充放電による体積変化により結晶構造が破壊される虞があるからであり、また、平均粒径が500nmより大きいと、粒子内部への電子の供給量が不足し、利用効率が低下するからである。
その理由は、厚みが0.1nmより薄いと、炭化触媒能が不十分となり、したがって、電子導電性が不十分となり、その結果、電子の供給量が不足するからであり、また、厚みが25nmより厚いと、電極活物質1中の活物質の割合が減少し、活物質が有効に利用され難くなるからである。
この電極活物質1は、平均粒径の範囲がシャープで単分散性に優れているので、この電極活物質1をリチウムイオン電池の正電極に用いた場合、この正電極の電気的特性が極めて均一なものとなり、特性のバラツキも極めて小さなものとなる。したがって、得られたリチウムイオン電池は、高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性を有するとともに、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたものとなる。
本実施形態の電極活物質の製造方法は、LiwAxDO4粒子を、E源を水を主成分とする溶媒中に溶解した溶液中に投入し、撹拌して懸濁液とし、この懸濁液に、高温、高圧下にて水熱処理を施し、LiwAxDO4粒子の表面に、LiyEzGO4(但し、EはFe、Niの群から選択される1種または2種、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)を含む被覆層を形成する方法である。
Li源としては、例えば、水酸化リチウム(LiOH)、炭酸リチウム(Li2CO3)等のLi化合物が、A源としては、Mn、Coの群から選択される1種または2種の化合物が、D源としては、P、Si、Sの群から選択される1種または2種以上の化合物が、用いられる。
この場合、水熱処理時の温度、圧力及び時間を調整することにより、LiwAxDO4粒子の粒子径を所望の大きさに制御することが可能である。
E源としては、Fe、Niの群から選択される1種または2種を含む化合物、例えば、塩化鉄(II)(FeCl2)、硫酸鉄(II)(FeSO4)、酢酸鉄(II)(Fe(CH3COO)2)、塩化ニッケル(II)(NiCl2)、硫酸ニッケル(II)(NiSO4)、酢酸ニッケル(II)(Ni(CH3COO)2)、及びこれらの水和物、の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
この水を主成分とする溶媒としては、例えば、水の他、アルコール類、ケトン類、エーテル類等を含む水溶液等を用いることができるが、使い易さ、安全性の点から水が好ましい。
この高温高圧の条件は、LiyEzGO4が生成する温度、圧力及び時間の範囲であればよく、例えば、水熱処理時の温度は120℃以上かつ250℃以下が好ましく、150℃以上かつ220℃以下がより好ましい。また、この水熱処理時の圧力は0.2MPa以上が好ましく、0.4MPa以上がより好ましい。また、水熱処理時間は、水熱処理時の温度にもよるが、1時間以上かつ24時間以下が好ましく、3時間以上かつ12時間以下がより好ましい。
また、G源としては、オルトリン酸(H3PO4)、メタリン酸(HPO3)等のリン酸、リン酸二水素アンモニウム(NH4H2PO4)、リン酸水素二アンモニウム((NH4)2HPO4)、リン酸アンモニウム((NH4)3PO4)、及びこれらの水和物等のリン酸源、酸化ケイ素(SiO2)、シリコンテトラメトキシド(Si(OCH3)4)等のSi源、硫酸二アンモニウム((NH4)2SO4)、硫酸(H2SO4)等のS源、の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
(電極活物質)
図2は、本発明の第2の実施形態の電極活物質を示す断面図であり、この電極活物質11が第1の実施形態の電極活物質1と異なる点は、第1の実施形態の電極活物質1では、LiwAxDO4粒子2の表面をLiyEzGO4を含む被覆層3により被覆しただけであるのに対し、本実施形態の電極活物質11では、被覆層3の表面を、さらに、炭素質を含む(第2の)被覆層12により被覆した点であり、この点以外の構成については、第1の実施形態の電極活物質1と全く同様であるから、説明を省略する。
この炭素質を含む電子導電性物質としては、炭素を30質量%以上かつ100質量%以下含有することが好ましく、50質量%以上かつ100質量%以下含有することがより好ましい。
この炭素質を含む電子導電性物質は、炭素を30質量%以上かつ100質量%以下含有することで、電極活物質11に所望の電子伝導性を付与することができる。
その理由は、厚みが0.1nmより薄いと、被覆層12自体の電子導電性が不十分となり、その結果、電極活物質11としての電子導電性が大きく低下するからであり、また、厚みが25nmより厚いと、電極活物質11中の活物質の割合が減少し、活物質が有効に利用され難くなるからである。
この電極活物質11は、平均粒径の範囲がシャープで単分散性に優れているので、この電極活物質11をリチウムイオン電池の正電極に用いた場合、この正電極の電気的特性が極めて均一なものとなり、特性のバラツキも極めて小さなものとなる。したがって、得られたリチウムイオン電池は、高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性を有するとともに、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたものとなる。
本実施形態の電極活物質の製造方法は、LiwAxDO4粒子を、E源を水を主成分とする溶媒中に溶解した溶液中に投入し、撹拌して懸濁液とし、この懸濁液に、高温、高圧下にて水熱処理を施し、LiwAxDO4粒子の表面に、LiyEzGO4(但し、EはFe、Niの群から選択される1種または2種、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)を含む被覆層を形成し、次いで、この被覆層が形成されたLiwAxDO4粒子を、炭素源となる有機物を含む溶液中に投入し、撹拌してスラリーとし、このスラリーを乾燥して粉体を得、この粉体を非酸化性雰囲気下にて熱処理する方法である。
なお、この方法では、LiwAxDO4粒子の表面にLiyEzGO4を含む被覆層を形成する工程までは、第1の実施形態の電極活物質の製造方法と全く同様である。
この炭素源となる有機物としては、非酸化性雰囲気下にて熱処理することにより炭素を生成する有機物であればよく、特に制限はされないが、例えば、ヘキサノール、オクタノール等の高級一価アルコール、アリルアルコール、プロピノール(プロパルギルアルコール)、テルピネオール等の不飽和一価アルコール、ポリビニルアルコール(PVA)等が挙げられる。
この熱処理の条件は、炭素源となる有機物から炭素が生成する温度及び時間の範囲であればよく、例えば、温度は500℃以上かつ1000℃以下、時間は、熱処理時の温度にもよるが、1時間以上かつ24時間以下が好ましい。
(電極活物質)
図3は、本発明の第3の実施形態の電極活物質を示す断面図であり、この電極活物質21が第1の実施形態の電極活物質1と異なる点は、第1の実施形態の電極活物質1では、LiwAxDO4粒子2の表面をLiyEzGO4を含む被覆層3により被覆したのに対し、本実施形態の電極活物質21では、LiwAxDO4粒子2の表面を、LiyEzGO4(但し、EはFe、Niの群から選択される1種または2種、GはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<y≦2、0<z≦1.5)と炭素質の電子伝導性物質との複合体からなる被覆層22により被覆した点であり、この点以外の構成については、第1の実施形態の電極活物質1と全く同様であるから、説明を省略する。
この炭素質を含む電子導電性物質は、炭素質を炭素換算値で30質量%以上かつ99質量%以下含有することで、電極活物質21に所望の電子伝導性を付与することができる。
その理由は、厚みが0.1nmより薄いと、被覆層22自体の電子導電性が不十分となり、その結果、電極活物質21としての電子導電性が大きく低下するからであり、また、厚みが25nmより厚いと、電極活物質21中の活物質の割合が減少し、活物質が有効に利用され難くなるからである。
この電極活物質21は、平均粒径の範囲がシャープで単分散性に優れているので、この電極活物質21をリチウムイオン電池の正電極に用いた場合、この正電極の電気的特性が極めて均一なものとなり、特性のバラツキも極めて小さなものとなる。したがって、得られたリチウムイオン電池は、高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性を有するとともに、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたものとなる。
本実施形態の電極活物質の製造方法は、LiwAxDO4粒子を、Li源、E源及びG源をモル比(Li源:E源:G源)でy:z:1の割合で含むとともに炭素源となる有機物を含む溶液中に投入し、撹拌してスラリーとし、このスラリーを乾燥して粉体を得、この粉体を非酸化性雰囲気下にて熱処理する方法である。
E源としては、Fe、Niの群から選択される1種または2種を含む化合物、例えば、塩化鉄(II)(FeCl2)、硫酸鉄(II)(FeSO4)、酢酸鉄(II)(Fe(CH3COO)2)、塩化ニッケル(II)(NiCl2)、硫酸ニッケル(II)(NiSO4)、酢酸ニッケル(II)(Ni(CH3COO)2)、及びこれらの水和物、の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
この炭素源となる有機物、及び炭素源となる有機物を溶解させる溶媒については、第3の実施形態の炭素源となる有機物、及び炭素源となる有機物を溶解させる溶媒と全く同様である。
(電極活物質)
図4は、本発明の第4の実施形態の電極活物質を示す断面図であり、この電極活物質31が第1の実施形態の電極活物質1と異なる点は、第1の実施形態の電極活物質1では、LiwAxDO4粒子2の表面をLiyEzGO4を含む被覆層3により被覆したのに対し、本実施形態の電極活物質31では、LiwAxDO4粒子2の表面を、有機物を非酸化性雰囲気下にて熱処理し炭化してなる有機系炭素質の電子伝導性物質及びFe及びNiのいずれか1種または2種を含む物質を含有するとともに、この有機系炭素質の電子伝導性物質がFe及びNiのいずれか1種または2種を含む物質と接触してなる被覆層32により被覆した点であり、この点以外の構成については、第1の実施形態の電極活物質1と全く同様であるから、説明を省略する。
この炭素質を含む電子導電性物質は、炭素質を炭素換算値で30質量%以上かつ99質量%以下含有することで、電極活物質31に所望の電子伝導性を付与することができる。
また、Fe及びNiのいずれか1種または2種を含む物質としては、例えば、酸化鉄(II)(FeO)、塩化鉄(II)(FeCl2)、硫酸鉄(II)(FeSO4)、酢酸鉄(II)(Fe(CH3COO)2)、酸化ニッケル(II)(NiO)、塩化ニッケル(II)(NiCl2)、硫酸ニッケル(II)(NiSO4)、酢酸ニッケル(II)(Ni(CH3COO)2等が挙げられる。
その理由は、厚みが0.1nmより薄いと、被覆層32自体の電子導電性が不十分となり、その結果、電極活物質31としての電子導電性が大きく低下するからであり、また、厚みが30nmより厚いと、電極活物質31中の活物質の割合が減少し、活物質が有効に利用され難くなるからである。
この電極活物質31は、平均粒径の範囲がシャープで単分散性に優れているので、この電極活物質31をリチウムイオン電池の正電極に用いた場合、この正電極の電気的特性が極めて均一なものとなり、特性のバラツキも極めて小さなものとなる。したがって、得られたリチウムイオン電池は、高電圧、高エネルギー密度、高負荷特性を有するとともに、長期のサイクル安定性及び安全性に優れたものとなる。
本実施形態の電極活物質の製造方法は、LiwAxDO4粒子を、E源を水を主成分とする溶媒中に溶解した溶液中に投入し、撹拌して懸濁液とし、この懸濁液を乾燥後、熱処理して、表面処理LiwAxDO4粒子とし、この表面処理LiwAxDO4粒子を、炭素源となる有機物を含む溶液中に投入し、撹拌してスラリーとし、このスラリーを乾燥して粉体とし、この粉体を非酸化性雰囲気下にて熱処理する方法である。
E源としては、Fe、Niの群から選択される1種または2種を含む化合物、例えば、塩化鉄(II)(FeCl2)、硫酸鉄(II)(FeSO4)、酢酸鉄(II)(Fe(CH3COO)2)、塩化ニッケル(II)(NiCl2)、硫酸ニッケル(II)(NiSO4)、酢酸ニッケル(II)(Ni(CH3COO)2)、及びこれらの水和物、の群から選択された1種または2種以上が好適に用いられる。
この水を主成分とする溶媒としては、例えば、水の他、アルコール類、ケトン類、エーテル類等を含む水溶液等を用いることができるが、使い易さ、安全性の点から水が好ましい。
熱処理する際の条件は、LiwAxDO4粒子の表面を処理するのに十分な温度及び時間の範囲であればよく、例えば、温度は400℃以上かつ900℃以下、時間は、熱処理時の温度にもよるが、1時間以上かつ48時間以下が好ましい。
このようにして、LiwAxDO4粒子2に表面処理が施された表面処理LiwAxDO4粒子が得られる。
この炭素源となる有機物としては、非酸化性雰囲気下にて熱処理することにより炭素を生成する有機物であればよく、特に制限はされないが、例えば、ヘキサノール、オクタノール等の高級一価アルコール、アリルアルコール、プロピノール(プロパルギルアルコール)、テルピネオール等の不飽和一価アルコール、ポリビニルアルコール(PVA)等が挙げられる。
この炭素源となる有機物を溶解させる溶媒は、第2の実施形態の炭素源となる有機物を溶解させる溶媒と全く同様である。
この熱処理の条件は、炭素源となる有機物から炭素が生成する温度及び時間の範囲であればよく、例えば、温度は500℃以上かつ1000℃以下、時間は、熱処理時の温度にもよるが、1時間以上かつ24時間以下が好ましい。
これにより、LiwAxDO4粒子の表面には、有機物を非酸化性雰囲気下にて熱処理し炭化してなる有機系炭素質の電子伝導性物質、すなわち炭素と、Fe及びNiのいずれか1種または2種を含む物質、すなわちFe化合物あるいはNi化合物と、を含む被覆層32が形成されることとなる。
実施例1〜3、9及び比較例1共通のLiMnPO4を、以下のようにして作製した。
Li源及びP源としてLi3PO4を、Mn源としてMnSO4・5H2Oを用い、これらをモル比でLi:Mn:P=3:1:1となるように純水に溶解して前駆体溶液200mLを作製した。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて5回水洗して不純物を洗い流し、その後、乾燥しないように含水率30%に保持し、ケーキ状のLiMnPO4とした。
このケーキ状のLiMnPO4から若干量の試料を採取し、70℃にて2時間真空乾燥させて得られた粉体をX線回折法にて同定したところ、単相のLiMnPO4が生成していることが確認された。
実施例4〜6及び比較例2共通のLiCoPO4を、以下のようにして作製した。
Li源及びP源としてLi3PO4を、Co源としてCoSO4・7H2Oを用い、これらをモル比でLi:Co:P=3:1:1となるように純水に溶解して前駆体溶液200mLを作製した。
次いで、この沈殿物を蒸留水にて5回水洗して不純物を洗い流し、その後、乾燥しないように含水率30%に保持し、ケーキ状のLiCoPO4とした。
このケーキ状のLiCoPO4から若干量の試料を採取し、70℃にて2時間真空乾燥させて得られた粉体をX線回折法にて同定したところ、単相のLiCoPO4が生成していることが確認された。
LiMnPO495質量%に対し、Li源としてLiCH3COOを、Fe源としてFe(CH3COO)2を、リン酸源として(NH4)2HPO4を、LiFePO4に換算して5質量%含むように、これらの各質量を調整して純水中に投入し、撹拌して懸濁させ、得られたスラリーを乾燥後、600℃にて6時間、熱処理を行い、粉体を得た。
次いで、この粉体95質量%に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を、ポリビニルアルコール固形分で5質量%となるように添加し、懸濁したスラリーとし、このスラリーを乾燥後、600℃にて1時間、熱処理を行い、図2に示す構造の実施例1の電極活物質を得た。
LiMnPO495質量%に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を、ポリビニルアルコール固形分で5質量%となるように添加し、さらに、Li源としてLiCH3COOを、Fe源としてFe(CH3COO)2を、リン酸源として(NH4)2HPO4を、LiFePO4に換算して4質量%含むように、これらの各質量を調整して投入し、撹拌して懸濁させ、得られたスラリーを乾燥後、600℃にて1時間、熱処理を行い、図3に示す構造の実施例2の電極活物質を得た。
LiMnPO495質量%に対し、Fe源として塩化鉄(II)(FeCl2)を5質量%含むように、これらLiMnPO4及び塩化鉄(II)(FeCl2)の各質量を調整して純水中に投入し、撹拌して懸濁させ、この懸濁液を乾燥後、600℃にて6時間、熱処理を行い、粉体を得た。
次いで、この粉体95質量%に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を、ポリビニルアルコール固形分で5質量%となるように添加し、懸濁したスラリーとし、このスラリーを乾燥後、600℃にて1時間、熱処理を行い、図4に示す構造の実施例3の電極活物質を得た。
LiCoPO495質量%に対し、Li源としてLiCH3COOを、Fe源としてFe(CH3COO)2を、リン酸源として(NH4)2HPO4を、LiFePO4に換算して5質量%含むように、これらの各質量を調整して純水中に投入し、撹拌して懸濁させ、得られたスラリーを乾燥後、600℃にて6時間、熱処理を行い、粉体を得た。
次いで、この粉体95質量%に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を、ポリビニルアルコール固形分で5質量%となるように添加し、懸濁したスラリーとし、このスラリーを乾燥後、600℃にて1時間、熱処理を行い、図2に示す構造の実施例4の電極活物質を得た。
LiCoPO495質量%に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を、ポリビニルアルコール固形分で5質量%となるように添加し、さらに、Li源としてLiCH3COOを、Fe源としてFe(CH3COO)2を、リン酸源として(NH4)2HPO4を、LiFePO4に換算して4質量%含むように、これらの各質量を調整して投入し、撹拌して懸濁させ、得られたスラリーを乾燥後、600℃にて1時間、熱処理を行い、図3に示す構造の実施例5の電極活物質を得た。
LiCoPO495質量%に対し、Fe源として塩化鉄(II)(FeCl2)を5質量%含むように、これらLiCoPO4及び塩化鉄(II)(FeCl2)の各質量を調整して純水中に投入し、撹拌して懸濁させ、この懸濁液を乾燥後、600℃にて6時間、熱処理を行い、粉体を得た。
次いで、この粉体95質量%に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を、ポリビニルアルコール固形分で5質量%となるように添加し、懸濁したスラリーとし、このスラリーを乾燥後、600℃にて1時間、熱処理を行い、図4に示す構造の実施例6の電極活物質を得た。
実施例3のLiMnPO4をLiMn0.5Co0.5PO4に替えた他は、実施例3に準じて、図4に示す構造の実施例7の電極活物質を得た。
実施例3のLiMnPO4をLi2MnSiO4に替えた他は、実施例3に準じて、図4に示す構造の実施例7の電極活物質を得た。
実施例3のFe源である塩化鉄(II)(FeCl2)をNi源である塩化ニッケル(NiCl2)に替えた他は、実施例3に準じて、図4に示す構造の実施例9の電極活物質を得た。
LiMnPO495質量%に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を、ポリビニルアルコール固形分で7質量%となるように添加し、懸濁したスラリーとし、このスラリーを乾燥後、600℃にて1時間、熱処理を行い、比較例1の電極活物質を得た。
LiCoPO495質量%に対し、ポリビニルアルコール10%水溶液を、ポリビニルアルコール固形分で7質量%となるように添加し、懸濁したスラリーとし、このスラリーを乾燥後、600℃にて1時間、熱処理を行い、比較例2の電極活物質を得た。
実施例1〜9及び比較例1、2各々の正電極を作製した。
ここでは、実施例1〜9及び比較例1、2各々にて得られた各電極活物質、導電助剤としてアセチレンブラック(AB)、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン(PVdF)、溶媒としてN−メチル−2−ピロリジノン(NMP)を用い、これらを混合し、実施例1〜9及び比較例1、2各々のペーストを作製した。なお、ペースト中の質量比、LiMnPO4またはLiCoPO4:AB:PVdFは85:10:5であった。
次いで、これらのペーストを厚み30μmのアルミニウム(Al)箔上に塗布し、乾燥した。その後、40MPaの圧力にて圧密し、正電極とした。
実施例1〜9及び比較例1、2各々のリチウムイオン電池の電池特性試験を、環境温度60℃、充電電流0.1CAで、試験極の電位がLiの平衡電位に対して所定の充電電圧になるまで充電し、1分間休止の後、0.1CA及び1CAの放電電流で2.0Vになるまで放電させて行った。
充電電圧は、実施例1〜3、8、9及び比較例1のMn系のリチウムイオン電池については4.5V、実施例4〜7及び比較例2のCo系のリチウムイオン電池については4.9Vとした。
実施例1〜9及び比較例1、2各々の環境温度60℃における放電容量(1C)を表1に示す。また、図5〜7に実施例1〜3の0.1CAの充放電曲線を示す。
また、実施例1〜9では、導電助剤としてアセチレンブラックを用いているが、カーボンブラック、グラファイト、ケッチェンブラック、天然黒鉛、人造黒鉛等の炭素材料を用いてもよい。
また、電解液とセパレーターの代わりに固体電解質を用いてもよい。
2 LiwAxDO4粒子
3 被覆層
11 電極活物質
12 (第2の)被覆層
21 電極活物質
22 被覆層
31 電極活物質
32 被覆層
Claims (3)
- オリビン構造を有し、LiwAxDO4(但し、AはMn、Coの群から選択される1種または2種、DはP、Si、Sの群から選択される1種または2種以上、0<w≦4、0<x≦1.5)からなる粒子の表面を被覆層により被覆してなり、
前記被覆層が1nm以上かつ5nm以下であり、
前記被覆層は、前記LiwAxDO4粒子を表面処理する前記Fe及びNiのいずれか1種または2種を含む化合物と、
前記LiwAxDO4粒子の表面処理された部分に存在する前記Fe及びNiのいずれか1種または2種を含む化合物と接触する有機系炭素質の電子伝導性物質と、を有する電極活物質。 - 請求項1に記載の電極活物質の製造方法であって、
水を主成分とする溶媒中にFe、Niの群から選択される1種または2種を含む化合物を溶解した溶液中に、前記Li w A x DO 4 粒子を投入し、撹拌して懸濁液とし、この懸濁液を乾燥後、熱処理して、表面処理LiwAxDO4粒子とし、この表面処理LiwAxDO4粒子を、炭素源となる有機物を含む溶液中に投入し、撹拌してスラリーとし、このスラリーを乾燥して粉体とし、この粉体を非酸化性雰囲気下にて熱処理することを特徴とする電極活物質の製造方法。 - 請求項1に記載の電極活物質を用いた電極を備えてなることを特徴とするリチウムイオン電池。
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