JP4209646B2 - Method for producing lithium cobalt composite oxide for positive electrode of secondary battery - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、体積容量密度が大きく、安全性が高く、及び充放電サイクル耐久性に優れた、リチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法、製造されたリチウムコバルト複合酸化物を含む、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池に関する。
【0002】
【従来技術】
近年、機器のポータブル化、コードレス化が進むにつれ、小型、軽量でかつ高エネルギー密度を有するリチウム二次電池などの非水電解液二次電池に対する要求がますます高まっている。かかる非水電解液二次電池用の正極活物質には、LiCoO2、LiNiO2、LiNi0.8Co0.2O2、LiMn2O4、LiMnO2などのリチウムと遷移金属の複合酸化物が知られている。
【0003】
なかでも、リチウムコバルト複合酸化物(LiCoO2)を正極活物質として用い、リチウム合金、グラファイト、カーボンファイバーなどのカーボンを負極として用いたリチウム二次電池は、4V級の高い電圧が得られるため、高エネルギー密度を有する電池として広く使用されている。
【0004】
しかしながら、LiCoO2を正極活物質として用いた非水系二次電池の場合、正極電極層の単位体積当たりの容量密度及び安全性の更なる向上が望まれるとともに、充放電サイクルを繰り返し行うことにより、その電池放電容量が徐々に減少するというサイクル特性の劣化、重量容量密度の問題、あるいは低温での放電容量低下が大きいという問題などがあった。
【0005】
これらの問題の一部を解決するために、特開平6−243897号公報には、正極活物質であるLiCoO2の平均粒径を3〜9μm、及び粒径3〜15μmの粒子群の占める体積を全体積の75%以上とし、かつCuKαを線源とするX線回折によって測定される2θ=約19°と45°回折ピーク強度比を特定値とすることにより、塗布特性、自己放電特性、サイクル性に優れた活物質とすることが提案されている。更に、該公報には、LiCoO2の粒径が1μm以下又は25μm以上の粒径分布を実質的に有さないものが好ましい態様として提案されている。しかし、かかる正極活物質では、塗布特性ならびにサイクル特性は向上するものの、安全性、体積容量密度、重量容量密度を充分に満足するものは得られていない。
【0006】
また、正極の重量容量密度と充放電サイクル性を改良するために、特開2000−82466号公報には、リチウム複合酸化物粒子の平均粒径が0.1〜50μmであり、かつ、粒度分布にピークが2個以上存在する正極活物質が提案されている。また併せて平均粒径の異なる2種の正極活物質を混合して粒度分布にピークが2個以上存在する正極活物質とすることも提案されている。かかる提案においては正極の重量容量密度と充放電サイクル性が改善される場合もあるが、2種類の粒径分布を有する正極原料粉末を製造する煩雑さがあるとともに、正極の体積容量密度、安全性、塗工均一性、重量容量密度、サイクル性のいずれをも満足するものは得られていない。
【0007】
また、電池特性に関する課題を解決するために、特開平3−201368号公報にCo原子の5〜35%をW、Mn、Ta、Ti又はNbで置換することがサイクル特性改良のために提案されている。また、特開平10−312805号公報には、格子定数のc軸長が14.051Å以下であり、結晶子の(110)方向の結晶子径が45〜100nmである、六方晶系のLiCoO2を正極活物質とすることによりサイクル特性を向上させることが提案されている。
【0008】
更に、特開平10−72219号公報には、式 LixNi1-yNyO2(式中、0<x<1.1、0≦y≦1である。) を有し、一次粒子が板状ないし柱状であり、かつ(体積基準累積95%径−体積基準累積5%径)/体積基準累積5%径)が3以下で、平均粒径が1〜50μmを有するリチウム複合酸化物が、重量あたりの初期放電容量が高く、また充放電サイクル耐久性に優れることが提案されている。
【0009】
しかしながら、上記従来の技術では、リチウム複合酸化物を正極活物質に用いたリチウム二次電池において、体積容量密度、安全性、塗工均一性、サイクル特性更には低温特性などの全てを充分に満足するものは未だ得られていない。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、体積容量密度が大きく、安全性が高く、充放電サイクル耐久性に優れた、リチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法、製造されたリチウムコバルト複合酸化物を含む、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記の課題を達成するため研究を続けたところ、リチウムコバルト複合酸化物の製造原料として、結晶性が低く、比表面積が比較的高く、プレス密度が低く、一次粒子が密に凝集して二次粒子を形成した特定の物性を有する四三酸化コバルトを使用し、かつ該四三酸化コバルトとリチウム源との混合物を焼成してリチウムコバルト複合酸化物を場合の温度として特定の範囲を採用することによりこの課題を達成し得ることを見出した。
【0012】
本発明でかかる構成を採用することにより何故に上記課題が達成されるかについては必ずしも明らかではないが、四三酸化コバルトの結晶性が高く、比表面積が低く、プレス密度が高い場合には、そのリチウム化の反応速度が遅く、従って、得られるリチウムコバルト複合酸化物の一次粒子の成長が遅くなることにより、緻密な二次粒子からなるリチウムコバルト複合酸化物が形成されず、その充填性が高くならない。しかし、本発明では、四三酸化コバルトのリチウム化の進行が速く、その結果リチウムコバルト複合酸化物の一次粒子の成長が促進され、二次粒子の密度が向上し、粉体全体の充填性が向上し、その結果上記した特性が達成されるものと推察される。
【0013】
かくして、本発明は以下の構成を要旨とするものである。
(1)四三酸化コバルト、リチウム源及び必要に応じて下記M元素源の混合物を酸素含有雰囲気下において焼成する、一般式
LipCoxMyOzFa(但し、MはCo以外の遷移金属元素またはアルカリ土類金属元素である。0.9≦p≦1.1、0.980≦x≦1.0、0≦y≦0.02、1.9≦z≦2.1、x+y=1、0≦a≦0.02)で表されるリチウムコバルト複合酸化物の製造方法であって、上記四三酸化コバルトとして、CuKαを線源とするX線回折によって測定される、2θ=31±1°の(220)面の回折ピークの半値幅が0.14〜0.45、2θ=37±1°の(311)面の回折ピークの半値幅が0.14〜0.45、比表面積が3〜25m2/g、及び二次粒子の平均粒径が5〜25μmである四三酸化コバルトを使用し、かつ上記混合物を、酸素含有雰囲気、大気圧中、800〜1050℃で5〜20時間、焼成することを特徴とするリチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法。
(2)リチウムコバルト複合酸化物の粒子粉末を0.3t/cm 2 の圧力でプレス圧縮したときのプレス密度が3.15〜3.40g/cm3である上記(1)に記載のリチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法。
(3)含有される残存アルカリ量が0.03質量%以下である上記(1)又は2に記載のリチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法。
(4)前記四三酸化コバルトが、CuKαを線源とするX線回折によって測定される、2θ=19±1°の(001)面の回折ピークの半値幅が0.18〜0.35、2θ=38±1°の(101)面の回折ピークの半値幅が0.15〜0.35、一次粒子の平均粒径が0.1〜1.2μm、比表面積が5〜50m2/g、及び二次粒子の平均粒径が5〜25μmである略球状の水酸化コバルトを酸素含有雰囲気下において300〜700℃で焼成したものである上記(1)、(2)又は(3)に記載のリチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法。
(5)前記四三酸化コバルトの粒子粉末を0.3t/cm 2 の圧力でプレス圧縮したときのプレス密度が2.0〜3.2g/cm3である上記(4)に記載のリチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法。
(6)前記一般式において、MがTi、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mn、Mg、Ca、Sr、Ba、及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1種以上である上記(1)〜(5)のいずれかに記載のリチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法。
(7)前記水酸化コバルトの二次粒子を純水中に分散させた後の平均粒子径D50が元の平均粒子径D50に対して1/4以下である上記(4)に記載のリチウムコバルト複合酸化物の製造方法。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明で製造されるリチウム二次電池正極用のリチウムコバルト複合酸化物は、一般式LipCoxMyOzFaで表される。かかる一般式における、M、p、x、y、z及びaは上記に定義される。なかでも、p、x、y、z及びaは下記が好ましい。0.97≦p≦1.03、0.990≦x≦1.0、0.0005≦y≦0.01、1.95≦z≦2.05、x+y=1、0.001≦a≦0.01。ここで、aが0より大きいときには、酸素原子の一部がフッ素原子が置換された複合酸化物になるが、この場合には、得られた正極活物質の安全性が向上する。
【0015】
また、Mは、Coを除く遷移金属元素又はアルカリ土類金属であり、該遷移金属元素は周期表の4族、5族、6族、7族、8族、9族、10族及び11族の遷移金属を表す。なかでも、Mは、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Mn、Mg、Ca、Sr、Ba、及びAlからなる群から選ばれる少なくとも1つの元素が選択される。なかでも、容量発現性、安全性、サイクル耐久性などの見地より、Ti、Zr、Hf、Mg又はAlが好ましい。
【0016】
本発明において、上記Mおよび/またはFを含有せしめる場合は、M及びFのいずれもコバルト酸リチウム粒子の表面に存在していることが好ましい。粒子の内部に存在していると、それによる電池特性の改善効果が小さいのみならず、電池特性が低下する場合があるので好ましくない。表面に存在することにより、電池性能の低下を招来することなく、少量の添加で安全性、充放電サイクル特性等の重要な電池特性を改良できる。表面に存在するか否かは正極粒子について、分光分析例えば、XPS分析を行うことにより判断できる。
【0017】
本発明のリチウムコバルト複合酸化物は、四三酸化コバルト、リチウム源及び必要に応じて下記M元素源の混合物を酸素含有雰囲気下において焼成するこにより得られるが、この場合、四三酸化コバルトとしては、CuKαを線源とするX線回折によって測定される、2θ=31±1°の(220)面の回折ピークの半値幅が0.14〜0.45、2θ=37±1°の(311)面の回折ピークの半値幅が0.14〜0.45、比表面積が3〜25m2/g、及び二次粒子の平均粒径が5〜25μmである四三酸化コバルトを使用し、かつ上記混合物を800〜1050℃で焼成することが必要である。
【0018】
使用する四三酸化コバルトのCuKαを線源とするX線回折によって測定される、2θ=31±1°の(220)面の回折ピークの半値幅及び2θ=37±1°の(311)面の回折ピークの半値幅が 上記本発明で規定される範囲外の場合には正極のプレス密度が低下したり、初期内容量が低下したり、また安全性が低下したりして本発明の目的を達成することはできない。上記の半値幅は、なかでも、2θ=31±1°の(220)面の回折ピークの半値幅が0.16〜0.35、2θ=37±1°の(311)面の回折ピークの半値幅が0.16〜0.40であるのが好適である。
【0019】
また、四三酸化コバルトの比表面積が3m2/gより小さい場合には、安全性が低下したり、初期容量が低下する。逆に25m2/gを超える場合には粉体が崇高く生産性が低下する。特に、該比表面積は4〜20m2/gが好適である。更に、四三酸化コバルトの二次粒子の平均粒径が5μmより小さい場合には緻密な電極形を形成するのが困難となったり、プレス密度が低下する。逆に25μmを超える場合には大電流放電特性が低下する。特に、該二次粒子の平均粒径は8〜20μmが好適である。
【0020】
また、本発明において、四三酸化コバルト、リチウム源及び必要に応じて下記のM元素源の混合物を酸素含有雰囲気下において焼成する際の温度は重要である。かかる焼成温度が、800℃より小さい場合にはリチウム化が不完全となり、逆に1050℃を超える場合には放電特性・サイクル特性が劣化してしまう。特に、該焼成温度は900〜1000℃が好適である。
【0021】
本発明のリチウムコバルト複合酸化物の製造に使用される上記の特定の物性を有する四三酸化コバルトは、種々の方法で製造される。なかでも、CuKαを線源とするX線回折によって測定される、2θ=19±1°の(001)面の回折ピークの半値幅が0.18〜0.35、2θ=38±1°の(101)面の回折ピークの半値幅が0.15〜0.35、一次粒子の平均粒径が0.1〜1.2μm、比表面積が5〜50m2/g、及び二次粒子の平均粒径(D50)が5〜25μmである略球状の水酸化コバルトを酸素含有雰囲気下において300〜700℃で焼成したものであるのが好適である。
【0022】
四三酸化コバルトの原料となる水酸化コバルトのCuKαを線源とするX線回折によって測定される、2θ=19±1°の(001)面の回折ピークの半値幅及び2θ=38±1°の(101)面の回折ピークの半値幅が上記本発明で規定される範囲外の場合には粉体が崇高くなったり、正極のプレス密度が低下したり、安全性が低下して本発明の目的を達成することはできない。上記の半値幅は、なかでも、2θ=19±1°の(220)面の回折ピークの半値幅が0.22〜0.30であり、2θ=38±1°の(101)面の回折ピークの半値幅が0.18〜0.30であるのが好適である。
【0023】
また、上記水酸化コバルトの一次粒子の平均粒径が0.1μmより小さい場合には粉体が崇高くなり、逆に1.2μmを超える場合には、安全性が低下したり初期容量や放電レート特性が低下する。特に、該一次粒子の平均粒径は0.3〜0.9μmが好適である。また、水酸化コバルトの比表面積が5m2/gより小さい場合には四三酸化コバルトの比表面積が低下しすぎるので、初期容量やレート特性が低下し、逆に50m2/gを超える場合には、粉体が崇高くなってしまう。特に、該比表面積は10〜25m2/gが好適である。また、水酸化コバルトの二次粒子の平均粒径が5μmより小さい場合には電極の密度が低下し、逆に25μmを超える場合には、大電流放電特性が低下することになってしまう。特に、該二次粒子の平均粒径が8〜20μmが好適である。
【0024】
上記水酸化コバルトの二次粒子の形状は、その略球形であることが好ましい。粒子の形状が略球形とは、球状、ラグビーボール状、多角体状などを含むが、その有する長径/短径が好ましくは2/1〜1/1、特には1.5/1〜1/1であるのが好適である。なかでも、できるだけ球形の形状を有するのが好ましい。
【0025】
また、本発明で四三酸化コバルトの原料として使用される水酸化コバルトは、その二次粒子間の凝集力が小さい場合に、正極活物質として優れた特性を有するリチコバルト複合酸化物が得られることが判明した。上記二次粒子間の凝集力は、水酸化コバルトの二次粒子を純水中に分散させた後の平均粒子径D50の元の平均粒子径D50に対する大きさで定義される。上記粒子の純水中への分散は超音波(42KHz、40W)を3分間照射しながら行う。二次粒子間の凝集力が大きい場合には、上記のように分散させた後の平均粒子径は元の平均粒子径に対して同じであるが、凝集力が小さい場合は小さくなる。本発明では、上記分散後の平均粒子径が、元の平均粒子径に対して好ましくは1/4以下、特には1/8以下であるのが好適である。
【0026】
上記のようにして製造される四三酸化コバルトは、好ましくは、その二次粒子のプレス密度は、2.0〜3.2g/cm3有するのが好ましい。なお、本発明におけるプレス密度は、特に断りのない限り、粒子粉末を0.3t/cm2の圧力でプレス圧縮後したときの見かけのプレス密度をいう。四三酸化コバルトのプレス密度が2.0g/cm3よりも小さい場合には、正極のプレス密度が低下し、一方、3.2g/cm3を超える場合には、正極のプレス密度が低下し好ましくない。なかでも、該プレス密度は、2.1〜3.0g/cm3が好適である。
【0027】
本発明は上記特定構造を有する四三酸化コバルトとリチウム源を混合焼成することを特徴とするが、かかる特定構造を有する四三酸化コバルトの一部を他のコバルト源と置換すると更に電池特性あるいは正極製造生産性等のバランスを改良できる場合がある。他のコバルト源としては、本発明の特定構造を有する四三酸化コバルトとは異なる粒子径や比表面積や結晶性などを有する水酸化コバルト又はオキシ水酸化コバルトなどが例示される。いずれにしても、上記した本発明による効果を達成する場合には、本発明の特定構造を有する四三酸化コバルトを全コバルト源の好ましくは10モル%以上含有するのが好適である。含有量が10モル%以下では本発明の効果は少なくなるので好ましくない。なかでも該含有量は、30%以上であるのが好適である。
【0028】
上記四三酸化コバルトを使用してリチウムコバルト複合酸化物を製造する場合、その製造方法としては種々の方法が使用できる。例えば、リチウム源としては、炭酸リチウムあるいは水酸化リチウムが好ましく使用される。また、必要に応じて使用される元素Mの原料としては、水酸化物、酸化物、炭酸塩などが選択される。フッ素原子が含まれる場合のフッ素源としては、好ましくは、フッ化リチウム又はフッ化マグネシウムなどが使用される。四三酸化コバルト、リチウム源、及び必要に応じて元素Mの原料、フッ素源の混合粉体を上記のように800〜1050℃で酸素含有雰囲気で5〜20時間焼成処理し、得られた焼成物を冷却後、粉砕、分級することによりリチウムコバルト複合酸化物粒子は製造される。
【0029】
このようにして製造されるリチウムコバルト複合酸化物は、その平均粒径D50が好ましくは5〜15μm、特に好ましくは8〜12μm、比表面積が好ましくは0.3〜0.7m2/g、特に好ましくは0.4〜0.6m2/g、CuKαを線源とするX線回折によって測定される2θ=66.5±1°の(110)面回折ピーク半値幅が好ましくは0.07〜0.14°特に好ましくは0.08〜0.12°、かつプレス密度が好ましくは3.15〜3.40g/cm3、特に好ましくは3.20〜3.35g/cm3あるのが好適である。また、本発明のリチウムコバルト複合酸化物は、そこに含有される残存アルカリ量が0.03質量%以下が好ましく、特には0.01質量%以下であるのが好適である。
【0030】
かかるリチウムコバルト複合酸化物からリチウム二次電池用の正極を製造する場合には、かかる複合酸化物の粉末に、アセチレンブラック、黒鉛、ケッチエンブラックなどのカーボン系導電材と結合材を混合することにより形成される。上記結合材には、好ましくは、ポリフッ化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリアミド、カルボキシメチルセルロース、アクリル樹脂などが用いられる。
【0031】
本発明のリチウムコバルト複合酸化物の粉末、導電材及び結合材を溶媒又は分散媒を使用し、スラリー又は混練物とし、これをアルミニウム箔、ステンレス箔などの正極集電体に塗布などにより担持せしめてリチウム二次電池用の正極が製造される。
【0032】
本発明のリチウムコバルト複合酸化物を正極活物質に用いるリチウム二次電池において、セパレータとしては、多孔質ポリエチレン、多孔質ポリプロピレンのフィルムなどが使用される。また、電池の電解質溶液の溶媒としては、種々の溶媒が使用できるが、なかでも炭酸エステルが好ましい。炭酸エステルは環状、鎖状いずれも使用できる。環状炭酸エステルとしては、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート(EC)などが例示される。鎖状炭酸エステルとしては、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート(DEC)、エチルメチルカーボネート(EMC)、メチルプロピルカーボネート、メチルイソプロピルカーボネートなどが例示される。
【0033】
本発明では、上記炭酸エステルを単独で又は2種以上を混合して使用できる。また、他の溶媒と混合して使用してもよい。また、負極活物質の材料によっては、鎖状炭酸エステルと環状炭酸エステルを併用すると、放電特性、サイクル耐久性、充放電効率が改良できる場合がある。
【0034】
また、本発明のリチウムコバルト複合酸化物を正極活物質に用いるリチウム二次電池においては、フッ化ビニリデン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体(例えばアトケム社製:商品名カイナー)あるいはフッ化ビニリデン−パーフルオロプロピルビニルエーテル共重合体を含むゲルポリマー電解質としても良い。上記の電解質溶媒又はポリマー電解質に添加される溶質としては、ClO4−、CF3SO3−、BF4−、PF6−、AsF6−、SbF6−、CF3CO2−、(CF3SO2)2N−などをアニオンとするリチウム塩のいずれか1種以上が好ましく使用される。上記リチウム塩からなる電解質溶媒又はポリマー電解質に対して、0.2〜2.0mol/l(リットル)の濃度で添加するのが好ましい。この範囲を逸脱すると、イオン伝導度が低下し、電解質の電気伝導度が低下する。なかでも、0.5〜1.5mol/lが特に好ましい。
【0035】
本発明のリチウムコバルト複合酸化物を正極活物質に用いるリチウム電池において、負極活物質には、リチウムイオンを吸蔵、放出可能な材料が用いられる。この負極活物質を形成する材料は特に限定されないが、例えばリチウム金属、リチウム合金、炭素材料、周期表14、または15族の金属を主体とした酸化物、炭素化合物、炭化ケイ素化合物、酸化ケイ素化合物、硫化チタン、炭化ホウ素化合物などが挙げられる。炭素材料としては、種々の熱分解条件で有機物を熱分解したものや人造黒鉛、天然黒鉛、土壌黒鉛、膨張黒鉛、鱗片状黒鉛などを使用できる。また、酸化物としては、酸化スズを主体とする化合物が使用できる。負極集電体としては、銅箔、ニッケル箔などが用いられる。かかる負極は、上記活物質を有機溶媒と混練してスラリーとし、該スラリーを金属箔集電体に塗布、乾燥、プレスして得ることにより好ましくは製造される。
【0036】
本発明のリチウムコバルト複合酸化物を正極活物質に用いるリチウム電池の形状には特に制約はない。シート状、フイルム状、折り畳み状、巻回型有底円筒形、ボタン形などが用途に応じて選択される。
【0037】
【実施例】
以下に実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されないことはもちろんである。なお、下記において、例1〜例2及び例5〜例8は、本発明の実施例であり、例3、例4は、比較例である。
【0038】
[例1]
硫酸コバルト水溶液と水酸化アンモニウムとの混合液を苛性ソーダ水溶液と連続的に混合して、水酸化コバルトスラリーを既知の方法により連続的に合成し、凝集、ろ過および乾燥工程を経て水酸化コバルト粉体を得た。得られた水酸化コバルトは、CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=19°付近の(001)面の回折ピーク半値幅は0.27°であり、2θ=38°付近の(101)面の回折ピーク半値幅は0.23°であった。走査型電子顕微鏡観察の画像解析から求めた体積基準の粒度分布解析の結果、平均粒径D50が17.5μm、D10が7.1μm、D90が26.4μmであった。また、比表面積は17.1m2/gであり、プレス密度が1.75g/cm3であり、その長径と短径の比率が1.2:1である、1次粒子が凝集してなる略球状の水酸化コバルト粉末であった。
【0039】
この水酸化コバルトは水中で容易に二次粒子が崩壊した。この粉末の粒度分布をレーザー散乱式粒度分布測定装置を用いて純水を分散媒として超音波(42KHz、40W)を3分間照射後測定した結果、平均粒径D50が0.75μm、D10が0.35μm、D90が1.6μmであり、平均粒径D50(0.75μm)は、元の粒子のD50(17.5μm)の約1/23であった。測定後のスラリーを乾燥し、走査型電子顕微鏡観察の結果、測定前の二次粒子形状は認められなかった。
【0040】
この水酸化コバルト粉末を、大気中600℃で12時間焼成し、四三酸化コバルトを合成した。合成された四三酸化コバルトはCuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=31°付近の(220)面の回折ピーク半値幅は0.17°であり、2θ=37±1°付近の(311)面の回折ピーク半値幅は0.17°であり、走査型電子顕微鏡観察の画像解析から求めた体積基準の粒度分布解析の結果、平均粒径D50が16μm、D10が3μm、D90が23μmであり、かつ比表面積が5.8m2/gであり、プレス密度が2.96g/cm3であり、1次粒子が凝集してなる略球状の四三酸化コバルト粉末であった。
【0041】
この四三酸化コバルトと、比表面積が1.2m2/gの炭酸リチウム粉末とを乾式混合した。混合比は焼成後LiCoO2となるように配合した。これら2種の粉末の混合物を、空気中、950℃で12時間焼成した。焼成物を解砕することにより1次粒子が凝集してなるLiCoO2粉末が得られた。その粒度分布をレーザー散乱式粒度分布測定装置を用いて測定した結果、平均粒径D50が11.8μm、D10が12.7μm、D90が22.7μmであり、BET法により求めた比表面積が0.48m2/gの略球状の粒子であった。LiCoO2粉末について、X回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用いてX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=66.5±1°付近の(110)面の回折ピーク半値幅は0.093°であった。LiCoO2粉末をプレス密度は3.36g/cm3であった。このLiCoO2粉末10gを純水100g中に分散し、濾過後0.1NHClで電位差滴定して残存アルカリ量を求めたところ、0.02質量%であった。
【0042】
上記のLiCoO2粉末と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデン粉末とを90/5/5の質量比で混合し、N−メチルピロリドンを添加してスラリーを作製し、厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて片面塗工した。乾燥し、ロールプレス圧延を5回行うことによりリチウム電池用の正極体シートを作製した。
【0043】
そして、上記正極体シートを打ち抜いたものを正極に用い、厚さ500μmの金属リチウム箔を負極に用い、負極集電体にニッケル箔20μmを使用し、セパレータには厚さ25μmの多孔質ポリプロピレンを用い、さらに電解液には、濃度1MのLiPF6/EC+DEC(1:1)溶液(LiPF6を溶質とするECとDECとの質量比(1:1)の混合溶液を意味する。後記する溶媒もこれに準じる。)を用いてステンレス製簡易密閉セル型リチウム電池をアルゴングローブボックス内で2個組み立てた。
【0044】
上記電解液としてEC+DEC(1:1)溶液を用いた1個の電池については、25℃にて正極活物質1gにつき75mAの負荷電流で4.3Vまで充電し、正極活物質1gにつき75mAの負荷電流にて2.5Vまで放電して初期放電容量を求めた。さらに電極層の密度と重量当たりの容量から体積容量密度を求めた。また、この電池について、引き続き充放電サイクル試験を30回行なった。その結果、25℃、2.5〜4.3Vにおける正極電極層の初期体積容量密度は、556mAh/cm3電極層であり、初期重量容量密度は、162mAh/g-LiCoO2であり、30回充放電サイクル後の容量維持率は97.3%であった。
【0045】
また、他方の電池は上記電解液としてEC+DEC(1:1)溶液を用いた残りの電池については、それぞれ4.3Vで10時間充電し、アルゴングローブボックス内で解体し、充電後の正極体シートを取り出し、その正極体シートを洗滌後、径3mmに打ち抜き、ECとともにアルミニウムカプセルに密閉し、走査型差動熱量計にて5℃/分の速度で昇温して発熱開始温度を測定した。その結果、4.3V充電品の発熱開始温度は166℃であった。
【0046】
[例2]
例1において、水酸化コバルトの焼成温度を400℃としたほかは例1と同様にして、四三酸化コバルトを合成した。合成された四三酸化コバルトはCuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=31°付近の(220)面の回折ピーク半値幅は0.31°であり、2θ=37±1°付近の(311)面の回折ピーク半値幅は0.36°であり、平均粒径D50が17μm、D10が5μm、D90が23μmであり、かつ比表面積が16.6m2/gであり、プレス密度が2.08g/cm3であり、1次粒子が凝集してなる略球状の四三酸化コバルト粉末であった。
【0047】
この四三酸化コバルト粉末を用いた他は例1と同様にして、LiCoO2粉末を合成した。平均粒径D50が13.5μm、D10が4.7μm、D90が22.6μmであり、BET法により求めた比表面積が0.38m2/gの略球状のLiCoO2粉末を得た。LiCoO2粉末について、X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用いてX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=66.5±1°付近の(110)面の回折ピーク半値幅は0.095°であった。得られたLiCoO2粉末のプレス密度は3.31g/cm3であった。
【0048】
かかるLiCoO2粉末を使用したほかは、例1と全く同様にして正極体シートを作製し、かつ2個の簡易密閉セル型リチウム電池を組み立て、例1と同じ条件下にその初期重量容量密度、30回充放電サイクル後の容量維持率、及び発熱開始温度を測定したところ、それぞれ、161mAh/g、97.4%、及び165℃であった。
【0049】
[例3]
例1において、水酸化コバルトの焼成温度を800℃としたほかは例1と同様にして、四三酸化コバルトを合成した。合成された四三酸化コバルトはCuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=31°付近の(220)面の回折ピーク半値幅は0.094°であり、2θ=37±1°付近の(311)面の回折ピーク半値幅は0.093°であり、平均粒径D50が14μm、D10が4μm、D90が22μmであり、かつ比表面積が1.43m2/gであり、プレス密度が3.45g/cm3であり、1次粒子が凝集してなる略球状の四三酸化コバルト粉末であった。
【0050】
この四三酸化コバルト粉末を用いた他は例1と同様にして、LiCoO2粉末を合成した。平均粒径D50が10.7μm、D10が3.0μm、D90が23.3μmであり、BET法により求めた比表面積が0.54m2/gの略球状のLiCoO2粉末を得た。LiCoO2粉末について、X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用いてX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=66.5±1°付近の(110)面の回折ピーク半値幅は0.093°であった。得られたLiCoO2粉末のプレス密度は3.08g/cm3であった。
【0051】
かかるLiCoO2粉末を使用したほかは、例1と全く同様にして正極体シートを作製し、かつ2個の簡易密閉セル型リチウム電池を組み立て、例1と同じ条件下にその初期重量容量密度、30回充放電サイクル後の容量維持率、及び発熱開始温度を測定したところ、それぞれ、158mAh/g、95.3%、及び157℃であった。
【0052】
[例4]
市販の四三酸化コバルトを用いた他は例1と同様な方法でLiCoO2を合成した。四三酸化コバルトの物性を調べた結果、CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=31°付近の(220)面の回折ピーク半値幅は0.11°であり、2θ=37±1°付近の(311)面の回折ピーク半値幅は0.12°であり、平均粒径D50が2.8μm、D10が1.6μm、D90が4.0μmであり、かつ比表面積が1.2m2/gであり、プレス密度が3.45g/cm3であり、1次粒子が凝集してなる隗状の四三酸化コバルト粉末であった。
【0053】
この四三酸化コバルト粉末を用いた他は例1と同様にして、LiCoO2粉末を合成した。平均粒径D50が7.3μm、D10が3.3μm、D90が15.0μmであり、BET法により求めた比表面積が0.55m2/gの略球状のLiCoO2末を得た。LiCoO2粉末について、X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用いてX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=66.5±1°付近の(110)面の回折ピーク半値幅は0.099°であった。得られたLiCoO2粉末のプレス密度は2.71g/cm3であった。
【0054】
かかるLiCoO2粉末を使用したほかは、例1と全く同様にして正極体シートを作製し、かつ2個の簡易密閉セル型リチウム電池を組み立て、例1と同じ条件下にその初期体積容量密度、初期重量容量密度、30回充放電サイクル後の容量維持率、及び発熱開始温度を測定したところ、それぞれ、440mAh/cm3、160mAh/g、97.0%、及び159℃であった。
【0055】
[例5]
例1において、水酸化コバルトと炭酸リチウムを混合するにあたり、更に酸化チタン粉末とフッ化リチウム粉末を添加した他は例1と同様にして正極活物質を合成した。元素分析の結果、LiCo0.997Ti0.003O1.995F0.005であった。焼成物を解砕し得られた1次粒子が凝集してなる、LiCo0.997Ti0.003O1.995F0.005粉末の粒度分布をレーザー散乱式粒度分布測定装置を用いて水を分散媒として測定した結果、平均粒径D50が10.7μm、D10が2.6μm、D90が20.7μmであり、BET法により求めた比表面積が0.55m2/gの略球状のLiCoO2粉末を得た。
【0056】
LiCo0.997Ti0.003O1.995F0.005粉末について、X線回折装置(理学電機社製RINT 2100型)を用いてX線回折スペクトルを得た。CuKα線を使用した粉末X線回折において、2θ=66.5±1°付近の(110)面の回折ピーク半値幅は0.095°であった。LiCo0.997Ti0.003O1.995F0.005粉末の密度は3.35g/cm3であった。分光分析により調べた結果、チタンとフッ素は表面に局在していた。
【0057】
上記のLiCo0.997Ti0.003O1.995F0.005粉末と、アセチレンブラックと、ポリフッ化ビニリデン粉末とを90/5/5の質量比で混合し、N−メチルピロリドンを添加してスラリーを作製し、厚さ20μmのアルミニウム箔にドクターブレードを用いて片面塗工した。乾燥し、ロールプレス圧延することによりリチウム電池用の正極体シートを作製した。
【0058】
そして、上記正極体シートを打ち抜いたものを正極に用い、厚さ500μmの金属リチウム箔を負極に用い、負極集電体にニッケル箔20μmを使用し、セパレータには厚さ25μmの多孔質ポリプロピレンを用い、さらに電解液には、濃度1MのLiPF6/EC+DEC(1:1)溶液(LiPF6を溶質とするECとDECとの質量比(1:1)の混合溶液を意味する。後記する溶媒もこれに準じる。)を用いてステンレス製簡易密閉セル型リチウム電池をアルゴングローブボックス内で2個組み立てた。
【0059】
上記電解液としてEC+DEC(1:1)溶液を用いた1個の電池については、25℃にて正極活物質1gにつき75mAの負荷電流で4.3Vまで充電し、正極活物質1gにつき75mAの負荷電流にて2.5Vまで放電して初期放電容量を求めた。さらに電極層の密度と重量当たりの容量から体積容量密度を求めた。また、この電池について、引き続き充放電サイクル試験を30回行なった。
【0060】
その結果、25℃、2.5〜4.3Vにおける正極電極層の初期体積容量密度は、558mAh/cm3電極層であり、初期重量容量密度は、160mAh/g-LiCoO2であり、30回充放電サイクル後の容量維持率は99.5%であった。また、他方の電池は上記電解液としてEC+DEC(1:1)溶液を用いた残りの電池については、それぞれ4.3Vで10時間充電し、アルゴングローブボックス内で解体し、充電後の正極体シートを取り出し、その正極体シートを洗滌後、径3mmに打ち抜き、ECとともにアルミニウムカプセルに密閉し、走査型差動熱量計にて5℃/分の速度で昇温して発熱開始温度を測定した。その結果、4.3V充電品の発熱開始温度は174℃であった。
【0061】
[例6]
例5において、酸化チタンの替わりに水酸化アルミニウムを用いたほかは例5と同様に正極活物質を合成した。 化学分析の結果、LiCo0.997Al0.003O1.995F0.005であり、この粉末のプレス密度は 3.34g/cm3であった。また、例1と同様にして電池特性、発熱開始温度を測定した結果、初期容量は160mAH/g、30回サイクル後の容量維持率は 99.5%、発熱開始温度179℃であった。
【0062】
[例7]
例5において、酸化チタンの替わりに水酸化マグネシウムを用いたほかは例5と同様に正極活物質を合成した。化学分析の結果、LiCo0.997Mg0.003O1.995F0.005であり、この粉末のプレス密度は3.35g/cm3であった。また、例1と同様にして電池特性、発熱開始温度を測定した結果、初期容量は160mAH/g、30回サイクル後の容量維持率は99.6%、発熱開始温度185℃であった。
【0063】
[例8]
例5において、酸化チタンの替わりに酸化ジルコニウムを用いたほかは例5と同様に正極活物質を合成した。化学分析の結果、LiCo0.997Zr0.003O1.995F0.005であり、この粉末のプレス密度は3.36g/cm3であった。また、例1と同様にして電池特性、発熱開始温度を測定した結果、初期容量は161mAH/g、30回サイクル後の容量維持率は99.5%、発熱開始温度173℃であった。
【0064】
【発明の効果】
本発明によれば、体積容量密度が大きく、安全性が高く、充放電サイクル耐久性、リチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法、製造されたリチウムコバルト複合酸化物を含む、リチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池が提供される。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention includes a method for producing a lithium cobalt composite oxide for a positive electrode of a lithium secondary battery having a large volumetric capacity density, high safety, and excellent charge / discharge cycle durability, and the produced lithium cobalt composite oxide. The present invention relates to a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery.
[0002]
[Prior art]
In recent years, as devices become more portable and cordless, demands for non-aqueous electrolyte secondary batteries such as lithium secondary batteries that are small, lightweight, and have high energy density are increasing. The positive electrode active material for such a non-aqueous electrolyte secondary battery includes LiCoO.2, LiNiO2, LiNi0.8Co0.2O2, LiMn2OFourLiMnO2There are known composite oxides of lithium and transition metals.
[0003]
Among these, lithium cobalt composite oxide (LiCoO2) Is used as a positive electrode active material, and lithium secondary batteries using carbon such as lithium alloy, graphite, and carbon fiber as negative electrodes are widely used as batteries having high energy density because a high voltage of 4V is obtained. Yes.
[0004]
However, LiCoO2In the case of a non-aqueous secondary battery using as a positive electrode active material, further improvement in the capacity density per unit volume and safety of the positive electrode layer is desired, and the battery discharge capacity can be increased by repeating the charge / discharge cycle. There are problems such as deterioration of cycle characteristics in which the gradual decrease, weight capacity density, and large decrease in discharge capacity at low temperatures.
[0005]
In order to solve some of these problems, Japanese Patent Laid-Open No. 6-243897 discloses LiCoO which is a positive electrode active material.22θ measured by X-ray diffraction using CuKα as a radiation source is set to about 19 °, and an average particle size of 3 to 9 μm, and a volume occupied by a particle group having a particle size of 3 to 15 μm is 75% or more of the total volume. It has been proposed to make the active material excellent in coating characteristics, self-discharge characteristics, and cycleability by setting the 45 ° diffraction peak intensity ratio to a specific value. Further, the publication includes LiCoO2It has been proposed as a preferred embodiment that substantially does not have a particle size distribution of 1 μm or less or 25 μm or more. However, such a positive electrode active material has improved coating characteristics and cycle characteristics, but has not been sufficiently satisfactory in safety, volume capacity density, and weight capacity density.
[0006]
In order to improve the weight capacity density and charge / discharge cycleability of the positive electrode, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-82466 discloses that the lithium composite oxide particles have an average particle size of 0.1 to 50 μm and a particle size distribution. A positive electrode active material having two or more peaks is proposed. In addition, it has also been proposed to mix two kinds of positive electrode active materials having different average particle diameters to obtain a positive electrode active material having two or more peaks in the particle size distribution. In such a proposal, the weight capacity density of the positive electrode and the charge / discharge cycleability may be improved, but there is a troublesome production of the positive electrode raw material powder having two kinds of particle size distributions, and the positive electrode volume capacity density, safety No material satisfying all of the properties, coating uniformity, weight capacity density, and cycleability has been obtained.
[0007]
In order to solve the problem related to battery characteristics, Japanese Patent Laid-Open No. 3-201368 proposes replacing 5 to 35% of Co atoms with W, Mn, Ta, Ti or Nb for improving cycle characteristics. ing. JP-A-10-31805 discloses a hexagonal LiCoO in which the c-axis length of the lattice constant is not more than 14.051 mm and the crystallite diameter in the (110) direction is 45 to 100 nm.2It has been proposed to improve cycle characteristics by using as a positive electrode active material.
[0008]
Further, JP-A-10-72219 discloses the formula LixNi1-yNyO2(Where 0 <x <1.1, 0 ≦ y ≦ 1), and the primary particles are plate-like or columnar, and (volume-based cumulative 95% diameter−volume-based cumulative 5% diameter) ) / Volume-based cumulative 5% diameter) is 3 or less, and a lithium composite oxide having an average particle diameter of 1 to 50 μm is proposed to have a high initial discharge capacity per weight and excellent charge / discharge cycle durability. ing.
[0009]
However, the conventional technology described above sufficiently satisfies all of volume capacity density, safety, coating uniformity, cycle characteristics, and low temperature characteristics in a lithium secondary battery using a lithium composite oxide as a positive electrode active material. We still haven't got what to do.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention includes a method for producing a lithium cobalt composite oxide for a lithium secondary battery positive electrode having a large volumetric capacity density, high safety, and excellent charge / discharge cycle durability, and a produced lithium cobalt composite oxide. An object is to provide a positive electrode for a lithium secondary battery and a lithium secondary battery.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
As a raw material for producing lithium cobalt composite oxide, the present inventor has continued research to achieve the above-mentioned problems, and has low crystallinity, relatively high specific surface area, low press density, and dense primary particles. Using cobalt tetroxide having specific physical properties formed by agglomeration to form secondary particles, and calcining a mixture of the cobalt tetroxide and lithium source to give lithium cobalt composite oxide as the specific temperature We have found that this problem can be achieved by adopting a range.
[0012]
Although it is not necessarily clear why the above problem is achieved by adopting such a configuration in the present invention, when the crystallinity of cobalt trioxide is high, the specific surface area is low, and the press density is high, The reaction rate of the lithiation is slow, and therefore the growth of the primary particles of the obtained lithium cobalt composite oxide is slow, so that the lithium cobalt composite oxide composed of dense secondary particles is not formed, and the filling property is reduced. It will not be high. However, in the present invention, the progress of lithiation of tribasic cobalt oxide is fast, and as a result, the growth of primary particles of the lithium cobalt composite oxide is promoted, the density of secondary particles is improved, and the filling property of the whole powder is improved. As a result, it is assumed that the above-mentioned characteristics are achieved.
[0013]
Thus, the gist of the present invention is as follows.
(1) A general formula in which a mixture of cobalt trioxide, a lithium source and, if necessary, the following M element source is fired in an oxygen-containing atmosphere.
LipCoxMyOzFa(However, M is a transition metal element or alkaline earth metal element other than Co. 0.9 ≦ p ≦ 1.1, 0.980 ≦ x ≦ 1.0, 0 ≦ y ≦ 0.02, 9 ≦ z ≦ 2.1, x + y = 1, 0 ≦ a ≦ 0.02), wherein the cobalt cobalt tetroxide is X The half-value width of the diffraction peak of the (220) plane at 2θ = 31 ± 1 ° measured by line diffraction is 0.14 to 0.45, and the half-value width of the diffraction peak of the (311) plane at 2θ = 37 ± 1 °. 0.14 to 0.45, specific surface area 3 to 25m2/ G, and cobalt trioxide having an average secondary particle size of 5 to 25 μm, and the mixture, Oxygen-containing atmosphere, atmospheric pressure,800-1050 ° C5-20 hours,A method for producing a lithium cobalt composite oxide for a positive electrode of a lithium secondary battery, characterized by firing.
(2)The particle powder of lithium cobalt composite oxide is 0.3 t / cm. 2 When press compressed withPress density is 3.15 to 3.40 g / cmThreeThe manufacturing method of the lithium cobalt complex oxide for lithium secondary battery positive electrodes as described in said (1) which is.
(3) The manufacturing method of the lithium cobalt composite oxide for lithium secondary battery positive electrodes as described in said (1) or 2 whose residual alkali amount contained is 0.03 mass% or less.
(4) The half width of the diffraction peak of the (001) plane of 2θ = 19 ± 1 ° measured by X-ray diffraction using CuKα as the radiation source is 0.18 to 0.35, The full width at half maximum of the diffraction peak of (101) plane at 2θ = 38 ± 1 ° is 0.15 to 0.35, the average particle size of primary particles is 0.1 to 1.2 μm, and the specific surface area is 5 to 50 m.2/ G, and (1), (2) or (3) above, which is obtained by firing substantially spherical cobalt hydroxide having an average secondary particle size of 5 to 25 μm at 300 to 700 ° C. in an oxygen-containing atmosphere. ) For producing a lithium cobalt composite oxide for a positive electrode of a lithium secondary battery.
(5) of the cobalt trioxideParticle powder 0.3t / cm 2 When press compressed withPress density is 2.0 to 3.2 g / cmThreeThe manufacturing method of the lithium cobalt complex oxide for lithium secondary battery positive electrodes as described in said (4) which is.
(6) In the above general formula (1), M is at least one selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Mg, Ca, Sr, Ba, and Al. The manufacturing method of the lithium cobalt complex oxide for lithium secondary battery positive electrodes in any one of-(5).
(7The above (4), wherein the average particle diameter D50 after the secondary particles of cobalt hydroxide are dispersed in pure water is ¼ or less of the original average particle diameter D50.)The manufacturing method of lithium cobalt complex oxide of description.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The lithium cobalt composite oxide for a lithium secondary battery positive electrode produced in the present invention has a general formula Li.pCoxMyOzFaIt is represented by In such general formula, M, p, x, y, z and a are defined above. Among these, p, x, y, z and a are preferably as follows. 0.97 ≦ p ≦ 1.03, 0.990 ≦ x ≦ 1.0, 0.0005 ≦ y ≦ 0.01, 1.95 ≦ z ≦ 2.05, x + y = 1, 0.001 ≦ a ≦ 0.01. Here, when a is larger than 0, a part of oxygen atoms becomes a composite oxide in which fluorine atoms are substituted. In this case, the safety of the obtained positive electrode active material is improved.
[0015]
M is a transition metal element or alkaline earth metal excluding Co, and the transition metal element is Group 4, Group 6, Group 7, Group 8, Group 9, Group 10, Group 11 of the periodic table. Represents a transition metal. Among these, M is at least one element selected from the group consisting of Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Mn, Mg, Ca, Sr, Ba, and Al. Among these, Ti, Zr, Hf, Mg, or Al is preferable from the viewpoint of capacity development, safety, cycle durability, and the like.
[0016]
In the present invention, when M and / or F is contained, both M and F are preferably present on the surface of the lithium cobalt oxide particles. It is not preferable that the particles exist inside the particles because not only the effect of improving the battery characteristics due to the particles is small but also the battery characteristics may be deteriorated. By being present on the surface, it is possible to improve important battery characteristics such as safety and charge / discharge cycle characteristics by adding a small amount without causing deterioration of battery performance. Whether or not it exists on the surface can be determined by performing spectroscopic analysis such as XPS analysis on the positive electrode particles.
[0017]
The lithium cobalt composite oxide of the present invention can be obtained by firing a mixture of tribasic cobalt oxide, a lithium source and, if necessary, the following M element source in an oxygen-containing atmosphere. Is measured by X-ray diffraction using CuKα as a radiation source, the half-value width of the diffraction peak of (220) plane at 2θ = 31 ± 1 ° is 0.14 to 0.45, and 2θ = 37 ± 1 ° ( 311) The half width of the diffraction peak of the surface is 0.14 to 0.45, and the specific surface area is 3 to 25 m.2/ G and cobalt trioxide having an average secondary particle size of 5 to 25 μm, and the mixture needs to be fired at 800 to 1050 ° C.
[0018]
Half-width of diffraction peak of (220) plane of 2θ = 31 ± 1 ° and (311) plane of 2θ = 37 ± 1 ° measured by X-ray diffraction using CuKα of cobalt trioxide used as a radiation source If the half-value width of the diffraction peak is outside the range defined in the present invention, the press density of the positive electrode decreases, the initial internal capacity decreases, and the safety decreases. Cannot be achieved. The above half-value width is, in particular, that of the diffraction peak of the (311) plane where the half-value width of the (220) plane at 2θ = 31 ± 1 ° is 0.16 to 0.35, and 2θ = 37 ± 1 °. The full width at half maximum is preferably 0.16 to 0.40.
[0019]
The specific surface area of cobalt tetroxide is 3m.2If it is smaller than / g, the safety is lowered or the initial capacity is lowered. Conversely, 25m2When the amount exceeds / g, the powder is so high that productivity is lowered. In particular, the specific surface area is 4 to 20 m.2/ G is preferred. Furthermore, when the average particle diameter of secondary particles of cobalt tetroxide is smaller than 5 μm, it becomes difficult to form a dense electrode shape or the press density is lowered. On the other hand, when it exceeds 25 μm, the large current discharge characteristics deteriorate. In particular, the average particle size of the secondary particles is preferably 8 to 20 μm.
[0020]
In the present invention, the temperature at which the mixture of cobalt tetroxide, lithium source and, if necessary, the following M element source is calcined in an oxygen-containing atmosphere is important. When the firing temperature is lower than 800 ° C., the lithiation is incomplete, and when it exceeds 1050 ° C., the discharge characteristics / cycle characteristics are deteriorated. In particular, the firing temperature is preferably 900 to 1000 ° C.
[0021]
The cobalt tetroxide having the specific physical properties used for the production of the lithium cobalt composite oxide of the present invention is produced by various methods. In particular, the half-value width of the diffraction peak on the (001) plane of 2θ = 19 ± 1 ° measured by X-ray diffraction using CuKα as a radiation source is 0.18 to 0.35, and 2θ = 38 ± 1 °. The full width at half maximum of the (101) plane diffraction peak is 0.15 to 0.35, the average primary particle size is 0.1 to 1.2 μm, and the specific surface area is 5 to 50 m.2/ G and substantially spherical cobalt hydroxide having an average secondary particle diameter (D50) of 5 to 25 μm is preferably fired at 300 to 700 ° C. in an oxygen-containing atmosphere.
[0022]
The half width of the diffraction peak on the (001) plane of 2θ = 19 ± 1 ° and 2θ = 38 ± 1 ° measured by X-ray diffraction using CuKα of cobalt hydroxide as a raw material for cobalt tetraoxide. When the half-value width of the diffraction peak of the (101) plane is outside the range defined in the present invention, the powder becomes sublime, the press density of the positive electrode decreases, the safety decreases, and the present invention The goal of cannot be achieved. The half width of the diffraction peak on the (220) plane at 2θ = 19 ± 1 ° is 0.22 to 0.30, and the diffraction on the (101) plane at 2θ = 38 ± 1 ° is the above half width. It is preferable that the half width of the peak is 0.18 to 0.30.
[0023]
Further, when the average particle size of the primary particles of cobalt hydroxide is smaller than 0.1 μm, the powder becomes higher. On the other hand, when the average particle size exceeds 1.2 μm, the safety is lowered or the initial capacity or discharge is reduced. Rate characteristics are degraded. In particular, the average particle size of the primary particles is preferably 0.3 to 0.9 μm. The specific surface area of cobalt hydroxide is 5m.2If it is smaller than / g, the specific surface area of cobalt tetroxide will be too low, so the initial capacity and rate characteristics will be reduced.2If it exceeds / g, the powder becomes sublime. In particular, the specific surface area is 10 to 25 m.2/ G is preferred. Further, when the average particle diameter of the secondary particles of cobalt hydroxide is smaller than 5 μm, the density of the electrode is lowered, and conversely, when it exceeds 25 μm, the large current discharge characteristics are lowered. In particular, the average particle diameter of the secondary particles is preferably 8 to 20 μm.
[0024]
The shape of the secondary particles of cobalt hydroxide is preferably substantially spherical. The substantially spherical shape of the particle includes a spherical shape, a rugby ball shape, a polygonal shape and the like, and the major axis / minor axis thereof is preferably 2/1 to 1/1, particularly 1.5 / 1 to 1 /. 1 is preferred. Among them, it is preferable to have a spherical shape as much as possible.
[0025]
In addition, cobalt hydroxide used as a raw material for cobalt trioxide in the present invention can provide a lithicobalt composite oxide having excellent properties as a positive electrode active material when the cohesion between the secondary particles is small. There was found. The cohesive force between the secondary particles is defined by the size of the average particle size D50 after the cobalt hydroxide secondary particles are dispersed in pure water with respect to the original average particle size D50. The particles are dispersed in pure water while being irradiated with ultrasonic waves (42 KHz, 40 W) for 3 minutes. When the cohesive force between the secondary particles is large, the average particle size after the dispersion as described above is the same as the original average particle size, but becomes small when the cohesive force is small. In the present invention, the average particle size after the dispersion is preferably ¼ or less, particularly 8 or less of the original average particle size.
[0026]
The cobalt tetroxide produced as described above preferably has a secondary particle press density of 2.0 to 3.2 g / cm.ThreeIt is preferable to have. The press density in the present invention is such that the particle powder is 0.3 t / cm unless otherwise specified.2The apparent press density when press-compressed at a pressure of. Press density of tribasic cobalt oxide is 2.0 g / cmThreeIs smaller, the press density of the positive electrode is reduced, while 3.2 g / cm.ThreeIf it exceeds 1, the press density of the positive electrode is lowered, which is not preferable. Among these, the press density is 2.1 to 3.0 g / cm.ThreeIs preferred.
[0027]
The present invention is characterized in that the cobalt trioxide having the specific structure and a lithium source are mixed and calcined. However, when a part of the cobalt trioxide having the specific structure is replaced with another cobalt source, further battery characteristics or In some cases, the balance of positive electrode manufacturing productivity and the like can be improved. Examples of other cobalt sources include cobalt hydroxide or cobalt oxyhydroxide having a particle size, specific surface area, crystallinity, and the like different from those of cobalt trioxide having the specific structure of the present invention. In any case, in order to achieve the above-described effects of the present invention, it is preferable that the cobalt trioxide having the specific structure of the present invention is contained in an amount of preferably 10 mol% or more of the total cobalt source. If the content is 10 mol% or less, the effect of the present invention is reduced, which is not preferable. In particular, the content is preferably 30% or more.
[0028]
When a lithium cobalt composite oxide is produced using the above-described tribasic cobalt oxide, various methods can be used as the production method. For example, lithium carbonate or lithium hydroxide is preferably used as the lithium source. Further, hydroxides, oxides, carbonates, and the like are selected as raw materials for the element M used as necessary. As the fluorine source when a fluorine atom is contained, lithium fluoride or magnesium fluoride is preferably used. A mixed powder of cobalt trioxide, a lithium source, and, if necessary, a raw material of element M and a fluorine source is calcined at 800 to 1050 ° C. in an oxygen-containing atmosphere for 5 to 20 hours as described above, and obtained calcined Lithium cobalt composite oxide particles are produced by pulverizing and classifying the product after cooling.
[0029]
The lithium cobalt composite oxide thus produced has an average particle diameter D50 of preferably 5 to 15 μm, particularly preferably 8 to 12 μm, and a specific surface area of preferably 0.3 to 0.7 m.2/ G, particularly preferably 0.4 to 0.6 m2/ 110, (110) plane diffraction peak half width of 2θ = 66.5 ± 1 ° measured by X-ray diffraction using CuKα as a radiation source is preferably 0.07 to 0.14 °, particularly preferably 0.08. ˜0.12 ° and the press density is preferably 3.15 to 3.40 g / cmThree, Particularly preferably 3.20 to 3.35 g / cmThreePreferably there is. In the lithium cobalt composite oxide of the present invention, the amount of residual alkali contained therein is preferably 0.03% by mass or less, and particularly preferably 0.01% by mass or less.
[0030]
When producing a positive electrode for a lithium secondary battery from such a lithium cobalt composite oxide, the composite oxide powder is mixed with a carbon-based conductive material such as acetylene black, graphite, and Ketchen black and a binder. It is formed by. For the binder, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyamide, carboxymethyl cellulose, acrylic resin, or the like is preferably used.
[0031]
The lithium cobalt composite oxide powder, conductive material and binder of the present invention are made into a slurry or kneaded material using a solvent or dispersion medium, and this is supported on a positive electrode current collector such as an aluminum foil or a stainless steel foil by coating or the like. Thus, a positive electrode for a lithium secondary battery is manufactured.
[0032]
In the lithium secondary battery using the lithium cobalt composite oxide of the present invention as the positive electrode active material, a porous polyethylene film, a porous polypropylene film, or the like is used as the separator. Various solvents can be used as the solvent for the electrolyte solution of the battery, and among them, carbonate ester is preferable. The carbonate ester can be either cyclic or chain. Examples of the cyclic carbonate include propylene carbonate and ethylene carbonate (EC). Examples of the chain carbonate ester include dimethyl carbonate, diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC), methyl propyl carbonate, methyl isopropyl carbonate and the like.
[0033]
In this invention, the said carbonate ester can be used individually or in mixture of 2 or more types. Moreover, you may mix and use with another solvent. Moreover, depending on the material of the negative electrode active material, when a chain carbonate ester and a cyclic carbonate ester are used in combination, discharge characteristics, cycle durability, and charge / discharge efficiency may be improved.
[0034]
Further, in the lithium secondary battery using the lithium cobalt composite oxide of the present invention as the positive electrode active material, a vinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer (for example, product name Kyner manufactured by Atchem Co.) or vinylidene fluoride-perfluoro is used. A gel polymer electrolyte containing a propyl vinyl ether copolymer may be used. Solutes added to the electrolyte solvent or polymer electrolyte include ClO.Four-, CFThreeSOThree-, BFFour-, PF6-, AsF6-, SbF6-, CFThreeCO2-, (CFThreeSO2)2Any one or more of lithium salts having N- or the like as an anion is preferably used. It is preferable to add at a concentration of 0.2 to 2.0 mol / l (liter) with respect to the electrolyte solvent or polymer electrolyte made of the lithium salt. If it deviates from this range, the ionic conductivity is lowered and the electrical conductivity of the electrolyte is lowered. Of these, 0.5 to 1.5 mol / l is particularly preferable.
[0035]
In the lithium battery using the lithium cobalt composite oxide of the present invention as the positive electrode active material, a material capable of inserting and extracting lithium ions is used as the negative electrode active material. The material for forming the negative electrode active material is not particularly limited. For example, an oxide, a carbon compound, a silicon carbide compound, or a silicon oxide compound mainly composed of lithium metal, lithium alloy, carbon material, periodic table 14 or group 15 metal. , Titanium sulfide, boron carbide compounds and the like. As the carbon material, those obtained by pyrolyzing an organic substance under various pyrolysis conditions, artificial graphite, natural graphite, soil graphite, expanded graphite, flake graphite, and the like can be used. As the oxide, a compound mainly composed of tin oxide can be used. As the negative electrode current collector, a copper foil, a nickel foil, or the like is used. Such a negative electrode is preferably produced by kneading the active material with an organic solvent to form a slurry, and applying the slurry to a metal foil current collector, drying, and pressing.
[0036]
There is no restriction | limiting in particular in the shape of the lithium battery which uses the lithium cobalt complex oxide of this invention for a positive electrode active material. A sheet shape, a film shape, a folded shape, a wound-type bottomed cylindrical shape, a button shape, or the like is selected depending on the application.
[0037]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples. In the following, Examples 1 to 2 and Examples 5 to 8 are examples of the present invention, and Examples 3 and 4 are comparative examples.
[0038]
[Example 1]
Cobalt hydroxide powder is mixed continuously with a caustic soda solution and a cobalt hydroxide slurry is continuously synthesized by a known method, followed by agglomeration, filtration and drying processes. Got. The obtained cobalt hydroxide had a diffraction peak half-width of (001) plane near 2θ = 19 ° of 0.27 ° in powder X-ray diffraction using CuKα ray, and (101 ) Plane diffraction peak half-width was 0.23 °. As a result of volume-based particle size distribution analysis obtained from image analysis under scanning electron microscope observation, the average particle size D50 was 17.5 μm, D10 was 7.1 μm, and D90 was 26.4 μm. The specific surface area is 17.1m.2/ G and the press density is 1.75 g / cm.ThreeThe ratio of the major axis to the minor axis was 1.2: 1, which was a substantially spherical cobalt hydroxide powder formed by aggregation of primary particles.
[0039]
This cobalt hydroxide easily collapsed secondary particles in water. As a result of measuring the particle size distribution of this powder after irradiating ultrasonic waves (42 KHz, 40 W) with pure water as a dispersion medium for 3 minutes using a laser scattering type particle size distribution measuring device, the average particle size D50 is 0.75 μm and D10 is 0.35 μm. D90 was 1.6 μm, and the average particle diameter D50 (0.75 μm) was about 1/23 of the original particle D50 (17.5 μm). The slurry after the measurement was dried, and as a result of observation with a scanning electron microscope, the secondary particle shape before the measurement was not observed.
[0040]
This cobalt hydroxide powder was calcined at 600 ° C. for 12 hours in the atmosphere to synthesize cobalt trioxide. The synthesized cobalt tetroxide has a diffraction peak half-width of (220) plane near 2θ = 31 ° is 0.17 ° in powder X-ray diffraction using CuKα ray, and is around 2θ = 37 ± 1 °. The diffraction peak half-value width of the (311) plane is 0.17 °. As a result of volume-based particle size distribution analysis obtained from image analysis under scanning electron microscope observation, the average particle size D50 is 16 μm, D10 is 3 μm, and D90 is 23 μm and specific surface area of 5.8 m2/ G and the press density is 2.96 g / cm.ThreeIt was a substantially spherical cobalt tetroxide powder formed by agglomeration of primary particles.
[0041]
This cobalt trioxide and the specific surface area is 1.2m2/ G lithium carbonate powder was dry mixed. Mixing ratio is LiCoO after firing2It mix | blended so that it might become. A mixture of these two types of powders was fired in air at 950 ° C. for 12 hours. LiCoO formed by agglomerating primary particles by crushing the fired product2A powder was obtained. As a result of measuring the particle size distribution using a laser scattering type particle size distribution measuring device, the average particle size D50 was 11.8 μm, D10 was 12.7 μm, D90 was 22.7 μm, and the specific surface area determined by the BET method was 0. .48m2/ G of substantially spherical particles. LiCoO2An X-ray diffraction spectrum was obtained for the powder using an X diffraction device (RINT 2100 type, manufactured by Rigaku Corporation). In powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half value width of the diffraction peak of (110) plane in the vicinity of 2θ = 66.5 ± 1 ° was 0.093 °. LiCoO2Press density of powder is 3.36 g / cmThreeMet. This LiCoO210 g of the powder was dispersed in 100 g of pure water, filtered, and potentiometrically titrated with 0.1 N HCl to determine the residual alkali amount, which was 0.02% by mass.
[0042]
LiCoO above2Powder, acetylene black, and polyvinylidene fluoride powder are mixed at a mass ratio of 90/5/5, N-methylpyrrolidone is added to prepare a slurry, and a doctor blade is used on a 20 μm thick aluminum foil. One side was coated. The positive electrode sheet for lithium batteries was produced by drying and performing roll press rolling 5 times.
[0043]
The positive electrode sheet is punched out as a positive electrode, a metal lithium foil having a thickness of 500 μm is used as a negative electrode, a nickel foil of 20 μm is used as a negative electrode current collector, and a porous polypropylene having a thickness of 25 μm is used as a separator. In addition, the electrolyte contains LiPF with a concentration of 1M.6/ EC + DEC (1: 1) solution (LiPF6Means a mixed solution of EC and DEC in a mass ratio (1: 1). The solvent described later also conforms to this. ) Were used to assemble two stainless steel simple sealed cell type lithium batteries in an argon glove box.
[0044]
For one battery using an EC + DEC (1: 1) solution as the electrolyte, the battery was charged at a load current of 75 mA / g of the positive electrode active material at 25 ° C. to 4.3 V, and a load of 75 mA / g of the positive electrode active material. The initial discharge capacity was determined by discharging to 2.5 V with current. Further, the volume capacity density was determined from the density of the electrode layer and the capacity per weight. Moreover, about this battery, the charging / discharging cycle test was done 30 times continuously. As a result, the initial volume capacity density of the positive electrode layer at 25 ° C. and 2.5 to 4.3 V was 556 mAh / cm.ThreeThe electrode layer has an initial weight capacity density of 162 mAh / g-LiCoO.2The capacity retention rate after 30 charge / discharge cycles was 97.3%.
[0045]
On the other hand, the remaining battery using the EC + DEC (1: 1) solution as the electrolyte was charged at 4.3 V for 10 hours, disassembled in an argon glove box, and charged positive electrode sheet. The positive electrode sheet was washed, punched out to a diameter of 3 mm, sealed in an aluminum capsule together with EC, and heated at a rate of 5 ° C./min with a scanning differential calorimeter to measure the heat generation start temperature. As a result, the heat generation start temperature of the 4.3V charged product was 166 ° C.
[0046]
[Example 2]
Cobalt tetroxide was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the calcining temperature of cobalt hydroxide was set to 400 ° C. in Example 1. The synthesized cobalt tetroxide has a diffraction peak half-value width of (220) plane near 2θ = 31 ° is 0.31 ° in powder X-ray diffraction using CuKα ray, and it is around 2θ = 37 ± 1 °. The (311) plane has a diffraction peak half width of 0.36 °, an average particle diameter D50 of 17 μm, D10 of 5 μm, D90 of 23 μm, and a specific surface area of 16.6 m.2/ G and the press density is 2.08 g / cm.ThreeIt was a substantially spherical cobalt tetroxide powder formed by agglomeration of primary particles.
[0047]
Except for using this cobalt tetroxide powder, the same procedure as in Example 1 was followed.2A powder was synthesized. The average particle diameter D50 is 13.5 μm, D10 is 4.7 μm, D90 is 22.6 μm, and the specific surface area determined by the BET method is 0.38 m.2/ G of substantially spherical LiCoO2A powder was obtained. LiCoO2An X-ray diffraction spectrum was obtained for the powder using an X-ray diffractometer (RINT 2100 type, manufactured by Rigaku Corporation). In powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half value width of the diffraction peak of (110) plane in the vicinity of 2θ = 66.5 ± 1 ° was 0.095 °. Obtained LiCoO2The press density of the powder is 3.31 g / cmThreeMet.
[0048]
Such LiCoO2A positive electrode sheet was prepared in the same manner as in Example 1 except that powder was used, and two simple sealed cell type lithium batteries were assembled, and the initial weight capacity density was charged 30 times under the same conditions as in Example 1. When the capacity retention ratio after the discharge cycle and the heat generation start temperature were measured, they were 161 mAh / g, 97.4%, and 165 ° C., respectively.
[0049]
[Example 3]
Cobalt tetroxide was synthesized in the same manner as in Example 1 except that the calcining temperature of cobalt hydroxide was 800 ° C. in Example 1. The synthesized cobalt tetroxide has a diffraction peak half-width of (220) plane near 2θ = 31 ° is 0.094 ° in powder X-ray diffraction using CuKα ray, and is around 2θ = 37 ± 1 °. The (311) plane has a diffraction peak half width of 0.093 °, an average particle diameter D50 of 14 μm, D10 of 4 μm, D90 of 22 μm and a specific surface area of 1.43 m.2/ G and the press density is 3.45 g / cm.ThreeIt was a substantially spherical cobalt tetroxide powder formed by agglomeration of primary particles.
[0050]
Except for using this cobalt tetroxide powder, the same procedure as in Example 1 was followed.2A powder was synthesized. The average particle diameter D50 is 10.7 μm, D10 is 3.0 μm, D90 is 23.3 μm, and the specific surface area determined by the BET method is 0.54 m.2/ G of substantially spherical LiCoO2A powder was obtained. LiCoO2An X-ray diffraction spectrum was obtained for the powder using an X-ray diffractometer (RINT 2100 type, manufactured by Rigaku Corporation). In powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half value width of the diffraction peak of (110) plane in the vicinity of 2θ = 66.5 ± 1 ° was 0.093 °. Obtained LiCoO2The press density of the powder is 3.08 g / cmThreeMet.
[0051]
Such LiCoO2A positive electrode sheet was prepared in the same manner as in Example 1 except that powder was used, and two simple sealed cell type lithium batteries were assembled, and the initial weight capacity density was charged 30 times under the same conditions as in Example 1. When the capacity retention rate after the discharge cycle and the heat generation start temperature were measured, they were 158 mAh / g, 95.3%, and 157 ° C., respectively.
[0052]
[Example 4]
LiCoO was prepared in the same manner as in Example 1 except that commercially available cobalt tetroxide was used.2Was synthesized. As a result of investigating the physical properties of cobalt tetroxide, in the powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half value width of the diffraction peak of (220) plane near 2θ = 31 ° is 0.11 °, and 2θ = 37 ± 1. The half-value width of the diffraction peak of (311) plane near 0.1 ° is 0.12 °, the average particle diameter D50 is 2.8 μm, D10 is 1.6 μm, D90 is 4.0 μm and the specific surface area is 1.2 m.2/ G and the press density is 3.45 g / cm.ThreeIt was a cage-shaped cobalt tetroxide powder formed by agglomeration of primary particles.
[0053]
Except for using this cobalt tetroxide powder, the same procedure as in Example 1 was followed.2A powder was synthesized. The average particle diameter D50 is 7.3 μm, D10 is 3.3 μm, D90 is 15.0 μm, and the specific surface area determined by the BET method is 0.55 m.2/ G of substantially spherical LiCoO2I got the end. LiCoO2An X-ray diffraction spectrum was obtained for the powder using an X-ray diffractometer (RINT 2100 type, manufactured by Rigaku Corporation). In the powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half value width of the diffraction peak of (110) plane around 2θ = 66.5 ± 1 ° was 0.099 °. Obtained LiCoO2The press density of the powder is 2.71 g / cmThreeMet.
[0054]
Such LiCoO2A positive electrode sheet was prepared in the same manner as in Example 1 except that powder was used, and two simple sealed cell type lithium batteries were assembled. The initial volume capacity density and initial weight capacity were the same as in Example 1. When the density, the capacity retention rate after 30 charge / discharge cycles, and the heat generation start temperature were measured, 440 mAh / cm, respectively.Three, 160 mAh / g, 97.0%, and 159 ° C.
[0055]
[Example 5]
In Example 1, a positive electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 1 except that titanium oxide powder and lithium fluoride powder were further added when mixing cobalt hydroxide and lithium carbonate. As a result of elemental analysis, LiCo0.997Ti0.003O1.995F0.005Met. LiCo made by agglomerating primary particles obtained by crushing the fired product0.997Ti0.003O1.995F0.005As a result of measuring the particle size distribution of the powder using a laser scattering type particle size distribution measuring apparatus with water as a dispersion medium, the average particle size D50 is 10.7 μm, D10 is 2.6 μm, D90 is 20.7 μm, and the ratio obtained by the BET method Surface area is 0.55m2/ G of substantially spherical LiCoO2A powder was obtained.
[0056]
LiCo0.997Ti0.003O1.995F0.005An X-ray diffraction spectrum was obtained for the powder using an X-ray diffractometer (RINT 2100 type, manufactured by Rigaku Corporation). In powder X-ray diffraction using CuKα ray, the half value width of the diffraction peak of (110) plane in the vicinity of 2θ = 66.5 ± 1 ° was 0.095 °. LiCo0.997Ti0.003O1.995F0.005The density of the powder is 3.35 g / cmThreeMet. As a result of spectroscopic analysis, titanium and fluorine were localized on the surface.
[0057]
LiCo above0.997Ti0.003O1.995F0.005Powder, acetylene black, and polyvinylidene fluoride powder are mixed at a mass ratio of 90/5/5, N-methylpyrrolidone is added to prepare a slurry, and a doctor blade is used on a 20 μm thick aluminum foil. One side was coated. The positive electrode sheet for lithium batteries was produced by drying and roll press rolling.
[0058]
The positive electrode sheet is punched out as a positive electrode, a metal lithium foil having a thickness of 500 μm is used as a negative electrode, a nickel foil of 20 μm is used as a negative electrode current collector, and a porous polypropylene having a thickness of 25 μm is used as a separator. In addition, the electrolyte contains LiPF with a concentration of 1M.6/ EC + DEC (1: 1) solution (LiPF6Means a mixed solution of EC and DEC in a mass ratio (1: 1). The solvent described later also conforms to this. ) Were used to assemble two stainless steel simple sealed cell type lithium batteries in an argon glove box.
[0059]
For one battery using an EC + DEC (1: 1) solution as the electrolyte, the battery was charged at a load current of 75 mA / g of the positive electrode active material at 25 ° C. to 4.3 V, and a load of 75 mA / g of the positive electrode active material. The initial discharge capacity was determined by discharging to 2.5 V with current. Further, the volume capacity density was determined from the density of the electrode layer and the capacity per weight. Moreover, about this battery, the charging / discharging cycle test was done 30 times continuously.
[0060]
As a result, the initial volume capacity density of the positive electrode layer at 25 ° C. and 2.5 to 4.3 V was 558 mAh / cm.ThreeThe electrode layer has an initial weight capacity density of 160 mAh / g-LiCoO.2The capacity retention rate after 30 charge / discharge cycles was 99.5%. On the other hand, the remaining battery using the EC + DEC (1: 1) solution as the electrolyte was charged at 4.3 V for 10 hours, disassembled in an argon glove box, and charged positive electrode sheet. The positive electrode sheet was washed, punched out to a diameter of 3 mm, sealed in an aluminum capsule together with EC, and heated at a rate of 5 ° C./min with a scanning differential calorimeter to measure the heat generation start temperature. As a result, the heat generation start temperature of the 4.3V charged product was 174 ° C.
[0061]
[Example 6]
In Example 5, a positive electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 5 except that aluminum hydroxide was used instead of titanium oxide. As a result of chemical analysis, LiCo0.997Al0.003O1.995F0.005The press density of this powder is 3.34 g / cmThreeMet. The battery characteristics and heat generation start temperature were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the initial capacity was 160 mAH / g, the capacity retention after 30 cycles was 99.5%, and the heat generation start temperature was 179 ° C.
[0062]
[Example 7]
A positive electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 5 except that magnesium hydroxide was used instead of titanium oxide. As a result of chemical analysis, LiCo0.997Mg0.003O1.995F0.005The press density of this powder is 3.35 g / cmThreeMet. The battery characteristics and heat generation start temperature were measured in the same manner as in Example 1. As a result, the initial capacity was 160 mAH / g, the capacity retention rate after 30 cycles was 99.6%, and the heat generation start temperature was 185 ° C.
[0063]
[Example 8]
In Example 5, a positive electrode active material was synthesized in the same manner as in Example 5 except that zirconium oxide was used instead of titanium oxide. As a result of chemical analysis, LiCo0.997Zr0.003O1.995F0.005The press density of this powder is 3.36 g / cmThreeMet. As a result of measuring the battery characteristics and the heat generation start temperature in the same manner as in Example 1, the initial capacity was 161 mAH / g, the capacity retention rate after 30 cycles was 99.5%, and the heat generation start temperature was 173 ° C.
[0064]
【The invention's effect】
According to the present invention, the volumetric capacity density is large, the safety is high, the charge / discharge cycle durability, the method for producing a lithium cobalt composite oxide for a lithium secondary battery positive electrode, A positive electrode for a secondary battery and a lithium secondary battery are provided.
Claims (7)
LipCoxMyOzFa(但し、MはCo以外の遷移金属元素またはアルカリ土類金属元素である。0.9≦p≦1.1、0.980≦x≦1.000、0≦y≦0.02、1.9≦z≦2.1、x+y=1、0≦a≦0.02)で表されるリチウムコバルト複合酸化物の製造方法であって、上記四三酸化コバルトとして、CuKαを線源とするX線回折によって測定される、2θ=31±1°の(220)面の回折ピークの半値幅が0.14〜0.45、2θ=37±1°の(311)面の回折ピークの半値幅が0.14〜0.45、比表面積が3〜25m2/g及び二次粒子の平均粒径D50が5〜25μmである四三酸化コバルトを使用し、かつ上記混合物を、酸素含有雰囲気、大気圧中、800〜1050℃で5〜20時間、焼成することを特徴とするリチウム二次電池正極用リチウムコバルト複合酸化物の製造方法。Tricobalt tetroxide, calcined in an oxygen-containing atmosphere a mixture of the following M element source if lithium source and required the general formula Li p Co x M y O z F a ( where, M is or transition metal elements other than Co An alkaline earth metal element, 0.9 ≦ p ≦ 1.1, 0.980 ≦ x ≦ 1.000, 0 ≦ y ≦ 0.02, 1.9 ≦ z ≦ 2.1, x + y = 1, 0 ≦ a ≦ 0.02), which is measured by X-ray diffraction using CuKα as a radiation source as the above-described cobalt trioxide, 2θ = 31 ± 1 The full width at half maximum of the diffraction peak on the (220) plane at 0.1 ° is 0.14 to 0.45, and the full width at half maximum of the diffraction peak on the (311) plane at 2θ = 37 ± 1 ° is 0.14 to 0.45. the average particle diameter D50 of 3~25m 2 / g and a secondary particle is 5~25μm trimanganese cobaltite Using, and the mixture, an oxygen-containing atmosphere, atmospheric pressure, 5 to 20 hours at 800 to 1050 ° C., a manufacturing method of a lithium secondary battery positive electrode for a lithium-cobalt composite oxide and firing.
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