JP6089822B2 - リチウム二次電池用電極材の製造方法 - Google Patents
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Description
互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなり、前記第一ポリマーブロック成分がポリスチレン成分、ポリイソプレン成分およびポリブタジエン成分からなる群から選択される少なくとも1種であり、前記第二ポリマーブロック成分がポリメチルメタクリレート成分、ポリエチレンオキシド成分、ポリビニルピリジン成分およびポリアクリル酸成分からなる群から選択される少なくとも1種であるブロックコポリマーと、リチウム塩とランタン錯体とジルコニウム錯体とからなるLi7La3Zr2O12前駆体およびリチウム塩とコバルト錯体とからなるLiCoO2前駆体のうちの一方である第一無機前駆体と、前記Li7La3Zr2O12前駆体および前記LiCoO2前駆体のうちの他方である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により規則的に配置したナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記Li7La3Zr2O12前駆体および前記LiCoO2前駆体をそれぞれLi7La3Zr2O12およびLiCoO2に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記Li7La3Zr2O12と前記LiCoO2とからなるナノヘテロ構造を有する電極材を得る第二の工程と、
ことを特徴とする方法である。
互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなるブロックコポリマーと、LLZO前駆体(Li前駆体、La前駆体およびZr前駆体の混合物)およびLCO前駆体(Li前駆体およびCo前駆体の混合物)のうちの一方である第一無機前駆体と、前記LLZO前駆体および前記LCO前駆体のうちの他方である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により規則的に配置したナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記LLZO前駆体および前記LCO前駆体をそれぞれLLZOおよびLCOに変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記LLZOと前記LCOとからなるナノヘテロ構造を有する電極材を得る第二の工程と、
を含む方法である。以下に、それぞれの工程を説明する。
係る工程は、以下に説明するブロックコポリマーと以下に説明する無機前駆体とを溶媒に溶解して原料溶液を調製する工程である。
溶解度パラメータδ[(cal/cm3)1/2]=(ΔE/V)1/2
(式中、ΔEはモル蒸発エネルギー[cal]、Vはモル体積[cm3]を示す。)
に基づいて求められる値である。
この工程は、以下に詳述する相分離処理と変換処理と除去処理とを含み、LLZOとLCOとからなるナノヘテロ構造を有する電極材を調製する工程である。
ブロックコポリマーとしてポリスチレン−b−ポリ(2−ビニルピリジン)(PS−b−P2VP、PS成分の数平均分子量:40.5×103、P2VP成分の数平均分子量:40×103)2gと、Li7La3Zr2O12(LLZO)前駆体(Li前駆体、La前駆体およびZr前駆体)としてサリチル酸リチウム(C6H4(OH)COOLi)0.483g、トリス(2,4−ペンタンジオナト)ランタン(III)水和物(La(CH3COCHCOCH3)3・xH2O)0.642gおよびテトラキス(2,4−ペンタンジオナト)ジルコニウム(IV)(Zr(CH3COCHCOCH3)4)0.522gと、LiCoO2(LCO)前駆体(Li前駆体およびCo前駆体)としてサリチル酸リチウム(C6H4(OH)COOLi)1.384gおよびコバルトカルボニル(Co(CO)8)0.937gとを0.4Lのテトラヒドロフラン(THF)に溶解し、原料溶液を得た。なお、この原料溶液中のLCO前駆体1モルに対するLLZO前駆体の量は0.1モルである。
無機粉末の充填量を0.1〜1gに変更し、300MPaまたは500MPaで冷間プレスを行なった以外は実施例1と同様にして、厚み(アルミニウム円板部分を除く)1500μmの電極材(正極材)を作製し、電極材(正極材)のアルミニウム円板を除いた部分の密度を測定した。その結果を図10に示す。
アルミニウム円板を用いなかった以外は実施例2と同様にして、厚み2000μmの電極材(正極材)を作製し、電極材(正極材)の密度を測定した。その結果を図10に示す。
LCO前駆体1モルに対するLLZO前駆体の量が0.05モルである原料溶液を調製した以外は実施例1と同様にして、無機粉末(LCO1モルに対してLLZOが0.05モル)を調製し、さらに、厚み(アルミニウム円板部分を除く)100μmの電極材(正極材)ならびに電池セルを作製して放電容量を測定した。その結果を図11に示す。なお、図11には、実施例1で得られた厚み(アルミニウム円板部分を除く)50μmの電極材(正極材)についての放電容量も示した。
LLZO前駆体を用いなかった以外は実施例1と同様にして原料溶液(LLZO前駆体の量:0モル)を調製し、LCO粉末(平均粒子径:3μm)を得た。このLCO粉末を用いた以外は実施例1と同様にして、厚み(アルミニウム円板部分を除く)75μmの電極材(正極材)を作製し、さらに電池セルを作製して放電容量を測定した。その結果を図9および図11に示す。
比較例1と同様にしてLCO粉末(平均粒子径:3μm)を調製した。また、LCO前駆体を用いなかった以外は実施例1と同様にして原料溶液(LCO前駆体の量:0モル)を調製し、LLZO粉末(平均粒子径:3μm)を得た。これらの粉末を乳鉢を用いて混合した後、実施例1と同様にして冷間プレスにより厚み(アルミニウム円板部分を除く)40μmの電極材(正極材)を作製し、さらに電池セルを作製して放電容量を測定した。その結果を図9に示す。
比較例2と同様にしてLCO粉末(平均粒子径:3μm)およびLLZO粉末(平均粒子径:3μm)を調製した。これらの粉末、カーボン(平均粒子径:0.2μm)およびバインダーとしてポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を混合した。得られた混合物をアルミニウム箔(φ14mm×0.02mm)を入れた金型(φ14mm×10mm)に充填し、25℃、500MPaでプレス成形して、厚み(アルミニウム箔部分を除く)110μmの電極材(正極材)を作製した。この電極材(正極材)を用いた以外は実施例1と同様にして電池セルを作製して放電容量を測定した。その結果を図9に示す。
冷間プレス時の圧力を75MPaに変更した以外は実施例3と同様にして、厚み2000μmの電極材(正極材)を作製し、電極材(正極材)のアルミニウム円板を除いた部分の密度を測定した。その結果を図10に示す。なお、得られた電極材は非常に脆いものであった。
LCO前駆体1モルに対するLLZO前駆体の量が0.2モルである原料溶液を調製した以外は実施例1と同様にして無機粉末(LCO1モルに対してLLZOが0.2モル)を調製し、さらに、厚み(アルミニウム円板部分を除く)80μmの電極材(正極材)ならびに電池セルを作製して放電容量を測定した。その結果を図11に示す。
Claims (4)
- 互いに混和しない少なくとも第一ポリマーブロック成分と第二ポリマーブロック成分とが結合してなり、前記第一ポリマーブロック成分がポリスチレン成分、ポリイソプレン成分およびポリブタジエン成分からなる群から選択される少なくとも1種であり、前記第二ポリマーブロック成分がポリメチルメタクリレート成分、ポリエチレンオキシド成分、ポリビニルピリジン成分およびポリアクリル酸成分からなる群から選択される少なくとも1種であるブロックコポリマーと、リチウム塩とランタン錯体とジルコニウム錯体とからなるLi7La3Zr2O12前駆体およびリチウム塩とコバルト錯体とからなるLiCoO2前駆体のうちの一方である第一無機前駆体と、前記Li7La3Zr2O12前駆体および前記LiCoO2前駆体のうちの他方である第二無機前駆体と、を溶媒に溶解して原料溶液を調製する第一の工程と、
少なくとも、前記第一無機前駆体が導入された前記第一ポリマーブロック成分からなる第一ポリマー相と、前記第二無機前駆体が導入された前記第二ポリマーブロック成分からなる第二ポリマー相と、が自己組織化により規則的に配置したナノ相分離構造体を形成せしめる相分離処理と、前記Li7La3Zr2O12前駆体および前記LiCoO2前駆体をそれぞれLi7La3Zr2O12およびLiCoO2に変換せしめる変換処理と、前記ナノ相分離構造体から前記ブロックコポリマーを除去する除去処理とを含み、前記Li7La3Zr2O12と前記LiCoO2とからなるナノヘテロ構造を有する電極材を得る第二の工程と、
を含むことを特徴とするリチウム二次電池用電極材の製造方法。 - 前記Li 7 La 3 Zr 2 O 12 前駆体が、リチウムの有機酸塩とランタンのアセチルアセトナート錯体とジルコニウムのアセチルアセトナート錯体とからなるものであることを特徴とする請求項1に記載のリチウム二次電池用電極材の製造方法。
- 前記LiCoO 2 前駆体が、リチウムの有機酸塩とコバルトカルボニルとからなるものであることを特徴とする請求項1または2に記載のリチウム二次電池用電極材の製造方法。
- 前記第一ポリマーブロック成分がポリスチレン成分であり、前記第二ポリマーブロック成分がポリビニルピリジン成分であることを特徴とする請求項1〜3のうちのいずれか一項に記載のリチウム二次電池用電極材の製造方法。
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