JPH11233113A - 二次電池用Li−Co系複合酸化物の製造方法 - Google Patents

二次電池用Li−Co系複合酸化物の製造方法

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JPH11233113A
JPH11233113A JP10037729A JP3772998A JPH11233113A JP H11233113 A JPH11233113 A JP H11233113A JP 10037729 A JP10037729 A JP 10037729A JP 3772998 A JP3772998 A JP 3772998A JP H11233113 A JPH11233113 A JP H11233113A
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JP
Japan
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lithium
carbon dioxide
atmosphere
lithium carbonate
dioxide gas
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JP10037729A
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Susumu Sato
行 佐藤
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Sony Corp
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries

Abstract

(57)【要約】 【課題】 二次電池用Li−Co系複合酸化物を製造す
る際に、過剰に存在するリチウム分を迅速且つ容易に炭
酸リチウムに変換できるようにし、焼成処理量の増産を
可能とする。 【解決手段】 リチウム化合物とコバルト化合物とを混
合し、焼成し、得られた焼成物を冷却することにより二
次電池用Li−Co系複合酸化物を製造する方法におい
て、焼成物を冷却する際の雰囲気中に炭酸ガスを添加す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、リチウムイオン二
次電池の正極活物質に特に適した二次電池用Li−Co
系複合酸化物の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、リチウムイオン二次電池の正極活
物質として、Li−Co系複合酸化物が広く使用されて
いる。
【0003】このようなLi−Co系複合酸化物は、リ
チウム化合物(例えば炭酸リチウム)粉末とコバルト化
合物(例えば、四三酸化コバルト)粉末とを混合し、空
気中で980℃程度に数時間保持することにより焼成
し、その後、空気中で200℃程度まで徐々に冷却する
ことにより製造されている。
【0004】ところで、リチウム化合物とコバルト化合
物とを混合する場合、リチウムがコバルトよりも化学量
論的に約10%程度過剰(例えば、Li1.11CoO2
となるように混合している。この理由は以下の通りであ
る。
【0005】即ち、過剰のリチウム分の多くは焼成直後
には酸化リチウムの形態で存在するが、焼成後の冷却中
に空気中の炭酸ガスと反応して炭酸リチウムに変化す
る。このような炭酸リチウムを含有するLi−Co系複
合酸化物を使用してリチウムイオン二次電池を組上げた
場合、異常な電池反応が生ずると炭酸リチウムが分解し
て炭酸ガスを発生し、その結果、電池缶内圧が高まる。
このため、電池の安全装置を円滑に作動させることがで
きる。
【0006】なお、炭酸リチウムと四三酸化コバルトと
を使用してLi1.11CoO2を製造する場合、理論的に
は以下の反応式に示す量で両者を反応させる。
【0007】
【化1】 (3Li2CO3)1.11 + 2Co3O4 → 6LiCoO2 + (3Li2CO3)0.11 3×73.88×1.11 2×240.79 6×97.84 3×73.88×0.11 =587.04 =24.38 従って、炭酸リチウムの理論残存量は以下の式
【0008】
【数1】 炭酸リチウム理論残存量=(3Li2CO3)0.11/(6LiCoO2+(3Li2CO3)0.11) =24.38/(587.04+24.38) =0.03987 に示すように、3.987%となる。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、過剰の
リチウム分のすべてが炭酸リチウムとはならず、一部の
リチウム分が酸化リチウムとして残ってしまうので、実
際の炭酸リチウム残存量が理論数値を大きく下回った
3.0〜3.5%という数値となってしまうという問題
がある。しかも、酸化リチウムの残存量に、使用した焼
成炉の構造の相違や焼成ロットの相違等によりバラツキ
が生じるという問題がある。このため、正極合剤塗料を
調製する際に、酸化リチウムがバインダー(PVDF)
と架橋反応し、その結果、塗料の粘度が上昇し、しかも
粘度にバラツキが生じ、塗布条件が不安定になってい
た。
【0010】また、Li−Co系複合酸化物の生産量の
拡大のために、リチウム化合物粉末及びコバルト化合物
粉末の混合物の焼成炉への投入量の増大や焼成炉への投
入搬出速度のスピードアップ等の焼成条件を変更したり
することが試みられた。しかし、このような焼成条件の
変更により、焼成後の焼成物の冷却スピードが変化し、
それにより酸化リチウム残存量が増加するという問題が
あった。従って、焼成炉1台当たりの焼成処理量の増大
を計ることは困難であった。
【0011】また、焼成後に、Li−Co系複合酸化物
(例えば、LiCoO2)を空気中で長時間放置し、そ
の中の残存酸化リチウム分を空気中のCO2と反応させ
て炭酸リチウムに変化させることも試みられたが、リー
ドタイムの増大や水分の吸着等の問題があった。
【0012】本発明は、以上の従来の技術の課題を解決
しようとするものであり、二次電池用Li−Co系複合
酸化物を製造する際に、過剰に存在するリチウム分を迅
速且つ容易に炭酸リチウムに変換できるようにし、焼成
処理量の増大を比較的容易にできるようにすることを目
的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明者は、リチウム化
合物粉末及びコバルト化合物粉末の混合物を焼成し、得
られた焼成物を冷却する際に冷却雰囲気中に炭酸ガスを
導入することにより、過剰に存在するリチウム分を迅速
且つ容易に炭酸リチウムに変換できることを見出し、本
発明を完成させるに至った。
【0014】即ち、本発明は、リチウム化合物とコバル
ト化合物とを混合し、焼成し、得られた焼成物を冷却す
ることにより二次電池用Li−Co系複合酸化物を製造
する方法において、焼成物を冷却する際の雰囲気中に炭
酸ガスを添加することを特徴とする製造方法を提供す
る。
【0015】
【発明の実施の形態】以下、本発明の二次電池用Li−
Co系複合酸化物の製造方法を詳細に説明する。
【0016】本発明の二次電池用Li−Co系複合酸化
物の製造方法においては、まず、リチウム化合物とコバ
ルト化合物とを混合する。
【0017】リチウム化合物としては、炭酸リチウム、
酸化リチウム等を挙げることができる。また、コバルト
化合物としては四三酸化コバルト、炭酸コバルト等を挙
げることができる。これらは、粉末状態で混合すること
が好ましい。
【0018】また、リチウム化合物とコバルト化合物の
他に、他の金属元素化合物(例えば、酸化アルミニウ
ム、酸化ニッケル、五酸化バナジウム等を混合してもよ
い。
【0019】リチウム化合物とコバルト化合物との混合
割合としては、リチウム化合物がコバルト化合物よりも
化学量論的に過剰となるようにする。例えば、化学量論
的に均衡した状態の化合物がLiCoO2あるいはLi
Co0.96Al0.042である場合に、それぞれLi1.11
CoO2あるいはLi1.11Co0.96Al0.042と表され
る化合物を挙げることができる。
【0020】次に、リチウム化合物とコバルト化合物と
の混合物を公知の手法にて焼成する。例えば可変送り速
度調節機能を備えたプッシャー式連続トンネル炉を使用
して焼成することができる。一般的なプッシャー式連続
トンネル炉について、図1(概略断面図)及び図2
(a)(長手方向概略構造図)を参照しながら説明す
る。
【0021】このトンネル炉においては、図1に示すよ
うに、耐熱壁Wで囲われた空間(トンネル炉内空間)の
中をコンベアにより移動可能な台盤Cが配されており、
その台盤C上には、焼成物を収容する耐熱ボートBが置
かれている。更に、トンネル炉には、トンネル炉内を加
熱するためのヒータhと、トンネル炉内空間にガスを供
給するためのガス供給口Gと、炉内雰囲気ガス濃度を測
定するためのガス検知孔Sと、炉内ガス濃度を調節する
ためのダンパーDとが設けられている。
【0022】このようなトンネル炉は、長手方向に、例
えば図2(a)に示すように、まず入口のスタートゾー
ンFと、温度設定可能なヒーティングゾーンH1〜H1
5と、それに続いて、焼成物を冷却するクーリングゾー
ンC1、C2と、更に焼成物を水冷できる出口の最終ゾ
ーンZとを有する。特に最終ゾーンZでは、焼成物を2
00℃以下で炉出できるように設定してある。
【0023】また、各ゾーンには適宜、ガス供給口G1
〜G17と、ガス検知孔S1〜S17と、ダンパーD1
〜D13とが設けられている。また、各ゾーン内のガス
濃度は、各ガス供給口からのガスの供給量と各ダンパー
からのガスの排気量とにより調節可能となっている。ま
た、焼成温度条件は、各ヒーティングゾーンの加熱温度
と被焼成物の送り速度との調整により設定できるように
なっている。
【0024】なお、耐熱ボートBは、リターンコンベア
システムにより再利用可能となっている。
【0025】このトンネル炉の長手方向の各ゾーンと内
部温度との一般的な関係図を図2(b)に示す。この図
からわかるように、Li−Co系複合酸化物の焼成は、
被焼成物の温度を徐々に980℃前後まで昇温させ、そ
の温度で一定時間(例えば、2〜5時間)保持すること
により行う。焼成時の雰囲気は、大気雰囲気でよく、焼
成炉の外部から内部へ空気以外の特別なガスを導入する
必要はない。
【0026】焼成した後、本発明においては、得られた
焼成物を冷却するが、その際の雰囲気中に炭酸ガスを添
加する。これにより、焼成物の冷却中に、焼成物中に残
存する酸化リチウムを迅速に且つ簡便に炭酸リチウムに
変化させることができ、結果的に炭酸リチウムの理論残
存量を達成したLi−Co系複合酸化物を得ることがで
きる。
【0027】冷却する際の雰囲気中の炭酸ガス濃度の好
ましい濃度は、低すぎると酸化リチウムの炭酸リチウム
への変換が十分でなく、多すぎると無駄となるので、好
ましくは0.5〜3.0容量%に設定する。
【0028】このようにして得られたLi−Co系複合
酸化物は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として
好ましく利用することができる。
【0029】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説
明する。
【0030】実施例1 Li1.11Co0.96Al0.042を調製するために、炭酸
リチウム1.11モルに対し、四三酸化コバルト0.6
4モルとアルミナ0.04モルとの混合物(被焼成物)
4.5Kgを、高純度アルミナ製耐熱ボートに投入し、
図3に示すような炉内温度と炉内炭酸ガス濃度とになる
ように、図1及び図2(a)に示すプッシャー式連続ト
ンネル炉で焼成と冷却とを行った。これによりLi−C
o系複合酸化物(Li1.11Co0.96Al0.042)を得
た。
【0031】なお、図3においては、昇温の際に炭酸ガ
ス濃度が高まっているが、これは被焼成物の昇温の際に
炭酸リチウムの炭酸残基が分解したためであった。被焼
成物の温度が900℃程度になると、大部分の炭酸残基
が分解してしまっているので、炭酸ガス濃度の低下が観
察された。本実施例では、冷却を開始した時点で炭酸ガ
ス濃度が約4%程度になるまで炉内に炭酸ガスを導入
し、その後、図3に示すような炭酸ガス濃度曲線になる
ようにした。即ち、表1に示すような温度領域に応じて
炭酸ガス濃度を調整した。
【0032】
【表1】 温度領域 炭酸ガス濃度 950〜900℃: 3.0%以上 900〜700℃: 2.0%以上 700〜400℃: 1.0%以上 400〜200℃: 0.5%以上
【0033】実施例2 被焼成物の送り速度を実施例1の1.5倍とし、ヒーテ
ィングゾーンを拡げ、焼成温度980℃を3.0時間維
持するように設定し、且つ冷却ゾーンの炭酸ガス濃度を
図4に示すように調整すること以外は、実施例1と同様
にしてLi−Co系複合酸化物(Li1.11Co0.96Al
0.042)を得た。
【0034】実施例3 高純度アルミナ製の耐熱ボートを、スペーサー(25m
m)を介して2段積みとする以外は、実施例1と同様
(図3参照)にしてLi−Co系複合酸化物(Li1.11
Co0.96Al0.042)を得た。
【0035】比較例1 図5に示すように、焼成の際の温度を980℃にて3.
0時間維持するようにし、且つ冷却ゾーンにAirを流
すること以外は実施例1と同様にしてLi−Co系複合
酸化物(Li1.11Co0.96Al0.042)を得た。この
時の冷却ゾーン950℃以下の炭酸ガス濃度2.0%以
下であった。
【0036】(評価)実施例1〜3及び比較例1のLi
−Co系複合酸化物の残存炭酸リチウム分を測定した。
その結果を表2に示す。
【0037】なお、この複合酸化物の炭酸リチウム残存
量は、以下の式に示すようにその理論残存量が4.03
7%である。
【0038】
【数2】炭酸リチウム理論残存量=3(LiCO
0.11/(6LiCo0.96Al0.04
(3LiCO)0.11)=0.04037
【0039】
【表2】 残存炭酸リチウム% 残存率% 残存炭酸リチウム(換算) 実施例1 4.03 99.83 LiCO30.1098 実施例2 4.01 99.33 Li2CO30.1093 実施例3/下段 3.98 98.59 Li2CO30.1084 /上段 4.02 99.58 Li2CO30.1095 比較例1 3.60 89.12 Li2CO30.0980
【0040】表2から明らかなように、実施例1〜3の
Li−Co系複合酸化物は、過剰のリチウム分のほとん
どが炭酸リチウムとして存在していた。
【0041】一方、比較例1のLi−Co系複合酸化物
の場合、過剰のリチウム分の10%程度が酸化リチウム
として残存していることがわかった。
【0042】以上の結果から、焼成物を冷却する際の雰
囲気中の炭酸ガス濃度を0.5〜3.0%に設定するこ
とで、過剰のリチウム分のほとんどすべてを炭酸リチウ
ムに変換することができた。その結果、二次電池に要求
される安全性の確保が可能となり、しかも安定した特質
の材料の供給が可能となり、生産性の向上も可能とな
る。
【0043】
【発明の効果】本発明によれは、二次電池用Li−Co
系複合酸化物を製造する際に、過剰に存在するリチウム
分を迅速且つ容易に炭酸リチウムに変換でき、従って焼
成処理量の増産が比較的容易に可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用する焼成炉の概略断面図である。
【図2】本発明で使用する焼成炉の長手方向概略構造図
(同図(a))、及び焼成炉の長手方向の各ゾーンと内
部温度との関係図(同図(b))である。
【図3】実施例1及び3の焼成条件説明図である。
【図4】実施例2の焼成条件説明図である。
【図5】比較例1の焼成条件説明図である。
【符号の説明】
W 耐熱壁、C 台盤、B 耐熱ボート、h ヒータ、
G ガス供給口、Sガス検知孔、D ダンパー

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 リチウム化合物とコバルト化合物とを混
    合し、焼成し、得られた焼成物を冷却することにより二
    次電池用Li−Co系複合酸化物を製造する方法におい
    て、焼成物を冷却する際の雰囲気中に炭酸ガスを添加す
    ることを特徴とする製造方法。
  2. 【請求項2】 冷却する際の雰囲気中の炭酸ガス濃度を
    0.5〜3.0容量%に設定する請求項1記載の製造方
    法。
  3. 【請求項3】 リチウム化合物として炭酸リチウムを使
    用し、コバルト化合物として四三酸化コバルトを使用す
    る請求項1又は2記載の製造方法。
  4. 【請求項4】 リチウム化合物がコバルト化合物よりも
    化学量論的に過剰に使用されている請求項1〜3のいず
    れかに記載の製造方法。
JP10037729A 1998-02-19 1998-02-19 二次電池用Li−Co系複合酸化物の製造方法 Pending JPH11233113A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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