(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子により構成される二次粒子からなり、
前記リチウム化合物には遷移金属が含まれず、
前記リチウム化合物は前記リチウム−遷移金属酸化物粒子の一次粒子の表面を被覆しており、
前記二次粒子中のリチウムのモル数が、遷移金属のモル数よりも多いことを特徴とする非水電解質リチウムイオン電池用正極材料。
【請求項２】
前記リチウム化合物のリチウムイオン伝導性が１０−１５Ｓ・ｍ−１以上であることを特徴とする請求項１に記載の正極材料。
【請求項３】
前記遷移金属が、Ｎｉ、ＭｎおよびＣｏからなる群から選択される少なくとも１種を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の正極材料。
【請求項４】
前記リチウム−遷移金属酸化物は、下記化学式１に示される化合物であることを特徴とする請求項３に記載の正極材料。
【化１】
0005470669.tif 000005
化学式１において、０＜ａ≦１．２、０≦ｂ≦０．８５、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．６、０≦ｅ≦０．１、０．９≦ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ≦１、−０．０５≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．０５、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、およびＧａからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＮはＦ、Ｃｌ、およびＳからなる群より選択される少なくとも１種である。
【請求項５】
前記リチウム化合物が硫酸リチウム、リン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＬｉＩ化合物、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２化合物、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４化合物、フッ化リチウム、酢酸リチウム、リチウムアセチリドエチレンジアミン、安息香酸リチウム、臭化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム、ピルビン酸リチウム、ステアリン酸リチウム、酒石酸リチウム、水酸化リチウム、およびリチウムリン酸硫黄化合物からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の正極材料。
【請求項６】
前記リチウム化合物が膜状であり、前記リチウム化合物の膜厚が５〜１００ｎｍであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の正極材料。
【請求項７】
前記リチウム−遷移金属酸化物粒子の平均粒径が０．０１〜２μｍであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の正極材料。
【請求項８】
リチウムイオンを含む無機塩、および遷移金属イオンを含む無機塩を溶媒に添加した後、さらにリチウム化合物を添加して混合液を調製する工程、
前記混合液を乾燥して前駆体を得る工程、
前記前駆体を熱処理してリチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子を作製する工程を含み、
前記リチウム化合物は前記リチウム−遷移金属酸化物粒子の表面を被覆しており、
前記リチウム化合物および前記リチウムイオンを含む無機塩に含まれるリチウムのモル数が前記遷移金属イオンを含む無機塩に含まれる遷移金属のモル数よりも多いことを特徴とする非水電解質リチウムイオン電池用正極材料の製造方法。
【請求項９】
前記リチウム化合物および前記リチウムイオンを含む無機塩に含まれるリチウムのモル数が前記遷移金属イオンを含む無機塩に含まれる遷移金属のモル数に対して１．０５倍以上であることを特徴とする請求項８に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記二次粒子を洗浄する工程を含むことを特徴とする請求項８または９に記載の製造方法。
【請求項１１】
前記遷移金属イオンを含む無機塩が、水酸化物、酢酸化合物、硫酸化合物、硝酸化合物、塩化物、フッ化物、ヨウ化物、臭化物、シュウ酸化合物、およびリン酸化合からなる群より選択される少なくとも一種であることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１２】
前記リチウム化合物または前記リチウムイオンを含む無機塩が硫酸リチウム、リン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＬｉＩ化合物、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２化合物、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４化合物、フッ化リチウム、酢酸リチウム、リチウムアセチリドエチレンジアミン、安息香酸リチウム、臭化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム、ピルビン酸リチウム、ステアリン酸リチウム、酒石酸リチウム、水酸化リチウム、およびリチウムリン酸硫黄化合物からなる群より選択される少なくとも１種であることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜７のいずれかに記載の正極材料または請求項８〜１２のいずれか１項に記載の方法により作製された正極材料を含むことを特徴とする非水電解質リチウムイオン電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は非水電解リチウムイオン電池用の正極材料に関し、より詳細には耐久性が向上した非水電解リチウムイオン電池用の正極材料に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質リチウムイオン電池は、容器に正極および負極を挿入して、液状の非水電解質を封入した構造であり、携帯電話などの情報機器用の電源または、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド自動車（ＨＥＶ）および燃料電池車用（ＦＣＶ）のモーター駆動、ハイブリッド用補助電源などに用いられている。
【０００３】
これらの用途の中でも特に、ＥＶ、ＨＥＶ、およびＦＣＶに用いられる非水電解質リチウムイオン電池には更なる高出力、高サイクル寿命化が求められている。
【０００４】
非水電解質リチウムイオン電池の高出力、高サイクル寿命化の一手段として、特許文献１に示すような一次粒子を凝集させた二次粒子を正極材料として用いて、内部抵抗を下げて高出力化したり、抵抗上昇による出力劣化を抑制したりする方法がある。特許文献１では、リチウムとマンガンを含有する一次粒子形状の酸化物が静電気的及び／又は機械的に凝集した状態の集合体であって、該集合体が物理的な外力によって個々の一次粒子に分離する形態であるリチウム二次電池用正極活物質が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２０３６３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の正極活物質は、一次粒子間の結合力が弱いため、高出力充放電を繰り返すと一次粒子同士が解離してしまう可能性が大きい。一次粒子同士が解離することにより、電池内部の抵抗上昇や容量の低下を引き起こすおそれがある。
【０００６】
上述の課題を解決するために、本発明は高出力充放電を行っても一次粒子同士が解離しにくい二次粒子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者はリチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子から構成される二次粒子において、前記二次粒子中のリチウムのモル数を遷移金属のモル数よりも多くすることで、高出力充放電を繰り返しても一次粒子であるリチウム−遷移金属粒子同士が解離しにくくなることを見出し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち本発明は、リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子により構成される二次粒子からなり、前記リチウム化合物には遷移金属が含まれず、前記二次粒子中のリチウムのモル数が、遷移金属のモル数よりも多いことを特徴とする非水電解質リチウムイオン電池用正極材料により上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、高出力充放電を繰り返すことによるサイクル寿命の低下が抑制された非水電解質リチウムイオン電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の第一は、リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子により構成される二次粒子からなり、前記リチウム化合物には遷移金属が含まれず、前記二次粒子中のリチウムのモル数が、遷移金属のモル数よりも多いことを特徴とする非水電解質リチウムイオン電池用正極材料である。
【００１１】
正極材料に用いられる二次粒子を、リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子（以下、一次粒子とも記載する）で構成し、前記二次粒子中のリチウムのモル数を遷移金属のモル数よりも多くすることで、高出力充放電を繰り返しても一次粒子同士が解離しにくくなる。このため、一次粒子同士の解離に伴うサイクル寿命の低下を抑制することができる。
【００１２】
二次粒子中のリチウムのモル数は遷移金属のモル数よりも多ければよいが、好ましくは１．０５倍以上であり、より好ましくは１．０７倍以上である。モル数が１．０５倍以上であると、一次粒子同士が解離しにくくなる効果が上昇するため好ましい。
【００１３】
本発明により一次粒子同士の解離を抑制することができる理由については、二次粒子中のリチウムのモル数を遷移金属のモル数よりも多くすることで、リチウム化合物がバインダーの役割を果たすようになるためであると考えられる。また、リチウム−遷移金属酸化物粒子は、充放電に伴いリチウムイオンを放出・吸蔵するため充電時と放電時とで粒子のサイズが変動して粒子同士が解離しやすくなるが、リチウム化合物は充放電においてもサイズが変動しないことも理由の一つであると考えられる。
【００１４】
リチウム化合物は一次粒子同士の解離を抑制する効果以外にも、電解液の劣化を抑制する効果も有する。リチウム−遷移金属酸化物粒子に含まれる遷移金属は、充放電の際に、電解液中に含まれる酸素イオンをラジカル化する場合があり、酸素ラジカルが発生すると、電池に含まれる電解液が分解するおそれがある。しかし、遷移金属を含まないリチウム化合物を併用することにより、酸素イオンと遷移金属との接触を抑えることができるため酸素ラジカルの発生を抑制することができる。
【００１５】
リチウム化合物は、リチウム−遷移金属酸化物粒子の凝集体の表面に配置されていてもよいし、リチウム−遷移金属酸化物粒子の表面に配置されていてもよいし、これらの組み合わせでもよい。
【００１６】
図１および図２に、リチウム−遷移金属酸化物粒子の表面にリチウム化合物を配置した好ましい例を示す。
【００１７】
図１に示すようにリチウム化合物２０が膜状であって、リチウム−遷移金属酸化物粒子１０の表面を被覆していると、高出力充放電を繰り返した際に発生する電池の膨張を抑制することができるため好ましい。これは、リチウム−遷移金属酸化物粒子の表面がリチウム化合物によって被覆されているため、リチウム−遷移金属酸化物粒子が酸素ラジカルの発生を効果的に抑制できるためであると考えられる。
【００１８】
この場合、リチウム化合物の膜厚は３〜１０００ｎｍが好ましく、より好ましくは５〜１０００ｎｍ、更に好ましくは５〜７００ｎｍｎ、特に好ましくは５〜１００ｎｍである。リチウム化合物の膜厚が３ｎｍ未満の場合には、一次粒子同士の結着性が低下するおそれがある。また、膜厚が３ｎｍ未満の場合には一次粒子が酸素イオンを酸化して酸素ラジカルを発生させるおそれもある。膜厚が１０００ｎｍを超えると、リチウムイオンを伝導し難くなり、電池の発電特性が低下するおそれがある。リチウム化合物の膜厚は、一次粒子の断面のＴＥＭ観察により測定することができる。
【００１９】
図２に示すようにリチウム化合物２０が粒子状であって、リチウム−遷移金属酸化物粒子１０の表面に点在していると、電池の内部抵抗の上昇を抑制することができるため好ましい。これは、リチウム−遷移金属酸化物粒子の一部が露出しているためであると考えられる。
【００２０】
この場合、リチウム化合物の平均粒径は１０〜２０００ｎｍであることが好ましく、より好ましくは５０〜１５００ｎｍである。平均粒径が１０ｎｍ未満であると、一次粒子同士の結着性が低下するおそれがあり、２０００ｎｍ超であるとリチウム化合物の粒子を点在化させることが困難となり、発電特性が低下するおそれがある。
【００２１】
また、図２に示すようにリチウム化合物が配置される場合、リチウム−遷移金属酸化物粒子の体積を１００とした際に、リチウム化合物の体積は０．５〜２５０が好ましく、より好ましくは０．7〜１５０である。体積が０．５未満であると、一次粒子同士の結着性が低下するおそれがあり、２５０超であるとリチウム化合物の粒子を点在化させることが困難となり、発電特性が低下するおそれがある。
【００２２】
リチウム化合物としては、遷移金属が含まれていないものであれば特に限定されず、従来公知のものを用いることができるが、図１に示すようにリチウム化合物が膜状であって、リチウム−遷移金属酸化物粒子の表面を被覆している場合には、リチウムイオン導伝性を有している必要がある。また、図２に示すようにリチウム−遷移金属酸化物粒子の一部が露出している形状の場合もリチウム化合物が、リチウムイオン伝導性を有していることが好ましく、リチウムイオン伝導性を有するリチウム化合物を用いることにより電池の内部抵抗の上昇を抑制することができる。
【００２３】
リチウム化合物のリチウムイオン伝導性としては、１０−１５Ｓ・ｍ−１以上が好ましく、より好ましくは１０−１２Ｓ・ｍ−１である。リチウムイオン伝導性が１０−１５Ｓ・ｍ−１以上であると、電池の内部抵抗の上昇を効果的に抑制することができる。リチウムイオン導伝性は交流インピーダンス法、定電位ステップ法、定電流ステップ法などにより測定することができる。
【００２４】
リチウムイオン導伝性を有するリチウム化合物としては、硫酸リチウム、リン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＬｉＩ化合物、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２化合物、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４化合物、フッ化リチウム、酢酸リチウム、リチウムアセチリドエチレンジアミン、安息香酸リチウム、臭化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム、ピルビン酸リチウム、ステアリン酸リチウム、酒石酸リチウム、水酸化リチウム、およびリチウムリン酸硫黄化合物からなる群より選択される少なくとも１種が好ましく、より好ましくは、硫酸リチウム、リン酸リチウム、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３化合物、酢酸リチウム、リチウムアセチリドアミン、安息香酸リチウム、臭化リチウム、炭酸リチウム、およびピルビン酸リチウムである。
【００２５】
リチウム−遷移金属酸化物粒子に含まれる遷移金属としては、Ｓｃ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔｃ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ、Ｇｄ、Ｔｂ、Ｄｙ、Ｈｏ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｙｂ、Ｌｕ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ、およびＡｕから選択される少なくとも１種を含むことが好ましく、より好ましくはＮｉ、ＭｎおよびＣｏからなる群より選択される少なくとも１種を含むことである。
【００２６】
遷移金属としてＮｉ、ＭｎおよびＣｏからなる群より選択される少なくとも１種を含むリチウム−遷移金属酸化物としては、下記化学式１に示される化合物が好ましく挙げられる。
【００２７】
【化１】
0005470669.tif 000002
【００２８】
化学式１において、０＜ａ≦１．２、０≦ｂ≦０．８５、０≦ｃ≦０．４、０≦ｄ≦０．６、０≦ｅ≦０．１、０．９≦ｂ＋ｃ＋ｄ＋ｅ≦１、−０．０５≦ｘ≦０．１、０≦ｙ≦０．０５、ＭはＡｌ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｆｅ、およびＧａからなる群より選択される少なくとも１種であり、ＮはＦ、Ｃｌ、およびＳからなる群より選択される少なくとも１種である。
【００２９】
リチウム−遷移金属酸化物粒子の平均粒径は０．０１〜２μｍであることが好ましくより好ましくは、０．０１５〜１．５μｍである。平均粒径が０．０１μｍ未満であると抵抗が大きくなるおそれがあり、２μｍ超であるとサイクル耐久性が低下するおそれがある。リチウム−遷移金属酸化物粒子の平均粒径はＳＥＭまたはＴＥＭを用いた観察により測定することができる。
【００３０】
本発明の正極材料には、上述の二次粒子の他に、Ｖ２Ｏ５、ＭｎＯ２、ＴｉＳ２、ＭｏＳ２、ＭｏＯ３、ＰｂＯ２、ＡｇＯ、およびＮｉＯＯＨなどの正極材料活物質、導電助剤、バインダー、ホストポリマーまたは電解液などの高分子電解質、およびリチウム塩などを含んでいてもよい。
【００３１】
正極材料の構成要素の種類や比などは従来公知の技術を適宜用いることができる。
【００３２】
本発明の第二は上述の非水電解質リチウムイオン電池用正極材料の製造方法である。
【００３３】
本発明の非水電解質リチウムイオン電池用正極材料の製造方法としては、図１に示すようにリチウム化合物２０が膜状であって、リチウム−遷移金属酸化物粒子１０の表面を被覆したものからなる二次粒子を作製する場合には、湿式方法が有効であり、図２に示すようにリチウム化合物２０が粒子状であって、リチウム−遷移金属酸化物粒子１０の表面に点在したものからなる二次粒子を作製する場合には、乾式方法が有効である。
【００３４】
湿式方法としては、リチウム化合物、リチウムイオンを含む無機塩、遷移金属イオンを含む無機塩、および溶媒を混合して混合液を調製する工程、前記混合液を乾燥して前駆体を得る工程、ならびに前記前駆体を熱処理してリチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子を作製する工程を含み、前記リチウム化合物および前記リチウムイオンを含む無機塩に含まれるリチウムのモル数が前記遷移金属イオンを含む無機塩に含まれる遷移金属のモル数よりも多くする製造方法が好ましく挙げられる。
【００３５】
乾式方法としてはリチウムイオンを含む無機塩、遷移金属イオンを含む無機塩、および溶媒を混合して混合液を調製する工程、前記混合液を乾燥して前駆体を得る工程、前記前駆体を熱処理してリチウム−遷移金属酸化物粒子を得る工程、ならびにリチウム化合物と前記リチウム−遷移金属酸化物粒子とを乾式混合リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子を作製する工程を含む正極材料の製造方法であって、前記リチウム化合物および前記リチウムイオンを含む無機塩に含まれるリチウムのモル数が前記遷移金属イオンを含む無機塩に含まれる遷移金属のモル数よりも多くする製造方法が好ましく挙げられる。
【００３６】
上述の湿式方法または乾式方法において、前記溶媒は水が好ましい。前記混合液の攪拌時間は４〜２４時間が好ましく、攪拌方法はプロペラ攪拌機を用いた攪拌方法が好ましい。混合液を攪拌させながら乾燥する。乾燥時間は４〜２４時間が好ましく、乾燥温度は６０〜１２０℃が好ましい。前駆体の熱処理時間は４〜２４時間が好ましく、熱処理温度は３００〜５００℃が好ましい。
【００３７】
上述の湿式方法または乾式方法により、リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子から構成される二次粒子を製造することができる。前記二次粒子は、非水電解質リチウムイオン電池用の正極材料として好ましく用いることができる。
【００３８】
リチウム化合物およびリチウムイオンを含む無機塩に含まれるリチウムのモル数を、遷移金属イオンを含む無機塩に含まれる遷移金属のモル数よりも多くすることで、製造された二次粒子中のリチウムのモル数を遷移金属のモル数よりも多くすることができる。上述したように、正極材料に用いられる二次粒子を、リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子で構成し、前記二次粒子中のリチウムのモル数を遷移金属のモル数よりも多くすることで、高出力充放電を繰り返しても一次粒子同士が解離しにくくなる。このため、一次粒子同士の解離に伴うサイクル寿命の低下を抑制することができる。
【００３９】
リチウム化合物およびリチウムイオンを含む無機塩に含まれるリチウムのモル数は、遷移金属イオンを含む無機塩に含まれる遷移金属のモル数よりも多ければよいが、好ましくは１．０５倍以上であり、より好ましくは１．０７５倍以上である。モル数が１．０５倍以上であると、一次粒子同士が解離しにくくなるため好ましい。
【００４０】
上述の湿式方法または乾式方法により二次粒子を製造した後に、得られた二次粒子を洗浄すると、二次粒子の比表面積が大きくなるため好ましい。これは、洗浄を行うことにより、一次粒子同士の結着に関与しないリチウム化合物が二次粒子中から除去されるため、二次粒子の空隙が大きくなるからである。洗浄方法としては、製造した二次粒子と純水とを質量比で１：５となるように混合し、混合物をプロペラ攪拌機によって１〜４時間攪拌し、攪拌後、ろ過することが好ましい。洗浄は２〜５回繰り返すことが好ましい。ろ過後、二次粒子は１５０〜２５０℃で５〜１５時間乾燥することが好ましい。
【００４１】
上述の製造方法において用いられる、遷移金属を含む無機塩としては水酸化物、酢酸化合物、硫酸化合物、硝酸化合物、塩化物、フッ化物、ヨウ化物、臭化物、シュウ酸化合物、リン酸化合、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＬｉＰＯ４化合物、リチウムアセチリドアミン、安息香酸リチウム、炭酸リチウム、ピルビン酸リチウム、ステアリン酸リチウム、および酒石酸リチウムからなる群より選択される少なくとも一種が好ましく挙げられる。
【００４２】
前記水酸化物は水酸化ニッケル、水酸化マンガン、または水酸化コバルトであり、前記酢酸化合物は酢酸ニッケル、酢酸マンガン、または酢酸コバルトであり、前記硫酸化合物は硫酸ニッケル、硫酸マンガン、または硫酸コバルトであり、前記硝酸化合物は硝酸ニッケル、硝酸マンガン、または硝酸コバルトであり、前記塩化物は塩化ニッケル、塩化マンガン、または塩化コバルトであり、前記フッ化物はフッ化ニッケル、フッ化マンガン、またはフッ化コバルトであり、前記ヨウ化物はヨウ化ニッケル、ヨウ化マンガン、またはヨウ化コバルトであり、前記臭化物は臭化ニッケル、臭化マンガン、または臭化コバルトであり、前記シュウ酸化合物はシュウ酸ニッケル、シュウ酸マンガン、またはシュウ酸コバルトであり、前記リン酸化合物はリン酸ニッケル、リン酸マンガン、またはリン酸コバルトであることが好ましい。
【００４３】
前記リチウム化合物または前記リチウムイオンを含む無機塩は硫酸リチウム、リン酸リチウム、ＬｉＰＯＮ化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３化合物、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＬｉＩ化合物、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２化合物、Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４化合物、フッ化リチウム、酢酸リチウム、リチウムアセチリドエチレンジアミン、安息香酸リチウム、臭化リチウム、炭酸リチウム、硝酸リチウム、シュウ酸リチウム、ピルビン酸リチウム、ステアリン酸リチウム、酒石酸リチウム、水酸化リチウム、およびリチウムリン酸硫黄化合物からなる群より選択される少なくとも１種であることが好ましく、リチウム化合物としては、硫酸リチウム、リン酸リチウム、Ｌｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３化合物、酢酸リチウム、リチウムアセチリドアミン、安息香酸リチウム、臭化リチウム、炭酸リチウム、およびピルビン酸リチウムがより好ましく、リチウムイオンを含む無機塩としては水酸化リチウムがより好ましい。
【００４４】
リチウム化合物の好ましい膜厚、粒径、リチウムイオン伝導性や、リチウム化合物とリチウム−遷移金属酸化物粒子との体積比や、好ましい一次粒子の大きさなどは上述したとおりである。
【００４５】
本発明の第３は、上述の正極材料、または上述の方法により作製された正極材料を含むことを特徴とする非水電解質リチウムイオン電池である。
【００４６】
本発明の非水電解質リチウムイオン電池に含まれる正極材料は、高出力充放電を行っても一次粒子同士が解離しにくいため、耐久性に優れる。
【００４７】
本発明の非水電解質リチウムイオン電池に含まれる集電体、負極活物質、および非水電解質などの構成要素については従来公知の技術を適宜用いることができる。
【００４８】
本発明の電池は、並列−直列、直列−並列、直列、または並列に接続して組電池とすることもできる。前記組電池を直列および／または並列に接続して複合組電池とすることもできる。前記複合組電池は、各々着脱可能とすることもできる。前記組電池、または前記複合組電池は車両に搭載することもできる。
【実施例】
【００４９】
次に実施例を挙げて本発明を具体的に説明するが、これらの実施例は何ら本発明を制限するものではない。
【００５０】
（実施例１）
［正極の作製］
水酸化リチウム、水酸化ニッケル、水酸化コバルト、水酸化アルミニウムをモル比で、Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌ＝１０：０．８：０．１５：０．０５となるように水に添加し、さらに前記水酸化リチウムに対して含まれるリチウムのモル比が１０：０．５となるように硫酸リチウムを添加し、混合液を作製した。前記混合液を攪拌しながら２００℃に加熱して水を蒸発させた。水を９５％以上蒸発させてからセラミックス坩堝に移し、空気中で１００℃／ｈで４００℃まで昇温し、４００℃で１２時間仮焼成を行った。仮焼成後、８００℃。酸素雰囲気中で２４時間焼成し、焼成後、酸素を流しながら室温中で放置し、非水電解質リチウムイオン電池用正極材料としての二次粒子を得た。
【００５１】
次に、前記正極材料と水とを質量比で１：５となるように混合し、混合液をプロペラ攪拌機によって２時間攪拌した後ろ過した。これを３回繰り返した後、２００℃で１２時間真空乾燥した。
【００５２】
得られた正極材料の形状は図１に示すように、リチウム−遷移金属酸化物粒子であるＬｉ１．００Ｎｉ０．８２Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０３Ｏ２．００の粒子表面をリチウム化合物である硫酸リチウムが被覆している形状であり、Ｌｉ１．００Ｎｉ０．８２Ｃｏ０．１５Ａｌ０．０３Ｏ２．００の粒子の平均粒径は５００ｎｍであり、硫酸リチウムの膜厚は５０ｎｍであった。
【００５３】
上述の正極材料７５質量％、導電助剤としてアセチレンブラック１０質量％、バインダーとしてポリフッ化ビニリデン１５質量％を、溶媒であるＮ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）に加えて攪拌し、正極活物質スラリーを調製した。正極活物質スラリーを正極集電体であるアルミ箔（厚さ２０μｍ）上にアプリケーターにて塗布して、真空乾燥機にて８０℃で加熱乾燥した後、直径１５ｍｍに打ち抜き、１０−１Ｐａという高真空条件で、９０℃にて６時間乾燥した。打ち抜いた正極の厚みは５０μｍであった。
【００５４】
［負極の作製］
負極活物質としてカーボンを８５質量％、導電助剤としてアセチレンブラックを８質量％、気相成長カーボンファイバー（ＶＧＣＦ）を２質量％、バインダーとしてポリフッ化ビニリデンを５質量％を、溶媒であるＮＭＰに加えて攪拌し、負極活物質スラリーを調製した。負極活物質スラリーを負極集電体である銅箔（厚さ２０μｍ）上にアプリケーターにて塗布して、真空乾燥機にて８０℃で加熱乾燥した後、直径１６ｍｍに打ち抜き、１０−１Ｐａという高真空条件で、９０℃にて６時間乾燥した。打ち抜いた負極の厚みは８０μｍであった。
【００５５】
［電池の作製］
上述の正極、上述の負極、ポリフッ化ビニリデンからなる微多孔質セパレーター（細孔の平均孔径＝８００ｎｍ、空孔率＝３５％、厚さ＝３０μｍ）、非水電解液（０．１ＭのＬｉＰＦ６を含むエチレンカーボネート−ジエチルカーボネート溶液、エチレンカーボネート：ジエチルカーボネートの質量比は２：８である。）、および外装（ＳＵＳ）を用いてコインセルを作製した。作製したコインセルを用いて耐久性試験を行った。
【００５６】
［耐久性試験］
上述のコインセルを作製直後、正極の換算で０．２Ｃにて４．１Ｖまで充電し、室温で１時間保存した。その後、２５℃において直流により電池の内部抵抗を求め、４５℃において、４．１Ｖ−２．５Ｖ、定電流１Ｃ相当での充放電を２００サイクル行った。
【００５７】
電池の内部抵抗上昇率を下記式１に示すように定義した。耐久試験の測定結果を表１に示す。
【００５８】
【数１】
0005470669.tif 000003
【００５９】
（実施例２）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにリン酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６０】
（実施例３）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにＬｉ２．９ＰＯ３．３Ｎ０．３６を用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６１】
（実施例４）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにＬｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３化合物を用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６２】
（実施例５）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにＬｉ２Ｏ−Ｂ２Ｏ３−ＬｉＩ化合物を用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６３】
（実施例６）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにＬｉ２Ｓ−ＳｉＳ２化合物を用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６４】
（実施例７）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにＬｉ２Ｓ−ＳｉＳ２−Ｌｉ３ＰＯ４化合物を用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６５】
（実施例８）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにフッ化リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６６】
（実施例９）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりに酢酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６７】
（実施例１０）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにリチウムアセチリドエチレンジアミンを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６８】
（実施例１１）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりに安息香酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００６９】
（実施例１２）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりに臭化リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７０】
（実施例１３）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりに炭酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７１】
（実施例１８）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりに硝酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７２】
（実施例１５）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにシュウ酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７３】
（実施例１６）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにピルビン酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７４】
（実施例１７）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにステアリン酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７５】
（実施例２３）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりに酒石酸リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７６】
（実施例１９）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりに水酸化リチウムを用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７７】
（実施例２０）
正極材料の製造において、硫酸リチウムの代わりにリチウムリン酸硫黄化合物を用いたこと以外は実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７８】
（比較例１）
リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子の代わりに、リチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００７９】
前記二次粒子は、炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸コバルト、炭酸アルミニウムをモル比で、Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌ＝１：０．８：０．１５：０．０５となるように水に添加して混合液を作製し、８００℃で酸素雰囲気中で２４時間焼成することにより作製した。
【００８０】
（比較例２）
リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子の代わりに、リチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００８１】
前記二次粒子は、炭酸リチウム、炭酸ニッケル、炭酸コバルト、炭酸アルミニウムをモル比で、Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌ＝１：０．８：０．１５：０．０５となるように水に添加して混合液を作製し、８００℃で酸素雰囲気中で２４時間焼成し、得られた粒子をホソカワミクロン製ジェットミルにより乾式粉砕することにより作製した。
【００８２】
（実施例２１）
リチウム化合物およびリチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子の代わりに、リチウム−遷移金属酸化物粒子からなる二次粒子を用いたこと以外は、実施例１と同様に電池を作製し、耐久性試験を行った。
【００８３】
リチウム−遷移金属酸化物粒子の製造方法を以下に記す。水酸化リチウム、水酸化ニッケル、水酸化コバルト、水酸化アルミニウムをモル比で、Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ａｌ＝３０：０．８：０．１５：０．０５となるように水に添加して混合液を作製し、前記混合液を攪拌しながら２００℃に加熱して水を蒸発させた。水を９５％以上蒸発させてからセラミックス坩堝に移し、空気中で１００℃／ｈで４００℃まで昇温し、４００℃で１２時間仮焼成を行った。仮焼成後、８００℃。酸素雰囲気中で２４時間焼成し、焼成後、酸素を流しながら室温中で放置し、非水電解質リチウムイオン電池用正極材料としての二次粒子を得た。
【００８４】
【表１】
0005470669.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】リチウム−遷移金属酸化物粒子の表面にリチウム化合物を配置した好ましい例である。
【図２】リチウム−遷移金属酸化物粒子の表面にリチウム化合物を配置した好ましい例である。
【符号の説明】
【００８６】
１０    リチウム−遷移金属酸化物粒子、
２０    リチウム化合物。
【図１】
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【図２】
0005470669.tif 000007