经表面处理的氧化物粒子的制造方法及通过该方法得到的氧化物粒子的制作方法_4

文档序号:9932162阅读:来源:国知局
-镍-钴-铝氧化物(1^1+\祖0.82(>)().1541().()302;1 = 0.05)形成的氧化物粒子。由于上述组成相对于化学计量组成(LiN1.82Co0.15Al0.Q302)过剩地含有0.05倍(摩尔比)的锂的氧化物(Li00.5),因而将上述氧化物粒子称作过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子。过剩地含有的锂的氧化物被认为固溶于NCA粒子中,因此,推测在上述过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子的表面均匀地分布、存在着过剩的锂的氧化物(碱性化合物)。此外,上述氧化物粒子是由粒径为0.3?Ιμπι的I次粒子构成的粒径为5?15μηι的2次粒子,其中,I次粒子之间具有1nm?数10nm的开孔(openpore) ο
[0153][氧化物粒子的表面处理]
[0154]如图5所示,将134.9g作为氧化物粒子16的所述过剩含有锂的氧化物的NCA粒子加入至氧化物粒子的收纳容器11(玻璃培养皿)内,将2.28g作为挥发性酸性化合物14的硼酸三甲酯(Trimethyl borate) [B(OCH3)3](沸点:68°C、熔点:_34°C)加入至挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内,将所述收纳容器设置于反应容器10(玻璃制干燥器)内,并填充作为环境气体的干燥空气(露点温度:-60°C )后,用风扇15使环境气体在反应容器10内循环,并在室温(25°C)放置12小时,使在过剩含有锂的氧化物的NCA粒子的表面上存在的锂的氧化物(或氢氧化锂)(碱性化合物)与硼酸三甲酯(Trimethyl borate)的蒸汽借助气相进行反应,使中和生成物形成在过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子表面上,随后进一步在干燥空气(露点温度:_60°C)中、150°C施以30分钟的加热处理,通过上述实施例1的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,得到表面被上述中和生成物包覆的、实施例1的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)。
[0155]此外,挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内的硼酸三甲酯(Trimethylborate)经上述12小时的放置完全地消失,认为其全部消耗于过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子表面的中和生成物的形成中。
[0156]当对上述表面被上述中和生成物包覆的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物的NCA粒子)进行扫描电子显微镜(SEM)图像观察时,确认在粒子表面(2次粒子表面、以及开孔(open pore)表面)形成均匀的包覆层,并且估计包覆层的厚度约为17nm0
[0157][特性评价]
[0158]接下来,使用制造的被中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物的NCA粒子),制造正极活性物质层形成用膏时,确认了其即使在室温放置4天也不发生凝胶化(布丁化),且保持流动性。
[0159]此外,上述正极活性物质层形成用膏通过如下方法制备,将作为正极活性物质的经表面处理的氧化物粒子、作为导电助剂的乙炔黑(AB)、作为粘合材料(粘合剂)的聚偏氟乙烯(PVDF)、作为有机溶剂的N-甲基吡咯烷酮(NMP),以使氧化物粒子:AB: PVDF: NMP = 45:2.5:2.5:50 (质量比)的方式进行混合,并对其进行分散处理(在溶解有PVDF的NMP中分散有氧化物粒子和AB的状态)。
[0160]并且,在使用正极活性物质层的硬币型电池(正极活性物质/电解液(间隔体)/负极活性物质(Li箔))中,测定的正极电容为196mAh/g(倍率:0.05C),其中,所述正极活性物质层是通过对上述正极活性物质层形成用膏进行涂布、干燥、冲压加压而得到的。
[0161]〈实施例2>
[0162]在300°C施以30分钟的加热处理以代替实施例1中的150°C的30分钟的加热处理,除此以外,与实施例1同样地进行实施例2的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,通过所述制造方法得到表面被上述中和生成物所包覆的、实施例2的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)。
[ΟΙ63][特性评价]
[0164]接下来,使用制造的被中和生成物所包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物的NCA粒子),与实施例1同样地制备正极活性物质层形成用膏时,确认了其即使在室温放置7天也不会发生凝胶化(布丁化),且流动性也得到保持。
[0165]并且,在使用正极活性物质层的硬币型电池(正极活性物质/电解液(间隔体)/负极活性物质(Li箔))中,测定的正极电容为194mAh/g,其中,所述正极活性物质层是通过对上述正极活性物质层形成用膏进行涂布、干燥、冲压加压而得到的。
[0166]〈实施例3>
[0167][氧化物粒子的表面处理]
[0168]如图5所示,将49.3g作为氧化物粒子16的实施例1的过剩含有锂的氧化物的NCA粒子加入至氧化物粒子的收纳容器11 (玻璃培养皿)内,将0.96g作为挥发性酸性化合物14的亚磷酸三甲酯(Trimethyl phosphite) [P(OCH3)3](沸点:111°C、恪点:_75°C)加入至挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内,将所述收纳容器设置于反应容器10(玻璃制干燥器)内,并填充作为环境气体的氮气(露点温度:-60°C以下)后,用风扇15使环境气体在反应容器10内循环,并在室温(25 °C)放置24小时,使在过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子的表面上存在的锂的氧化物(或氢氧化锂.碱性化合物)与亚磷酸三甲酯(Trimethylphosphite)的蒸汽借助气相进行反应,使中和生成物形成在过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子表面上,随后将环境气体从氮气替换为干燥空气(露点温度:-60 °C),并在150 °C施以30分钟的加热处理,通过上述实施例3的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,得到表面被上述中和生成物包覆的、实施例3的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)。
[0169]此外,挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内的亚磷酸三甲酯(Trimethyl phosphite)经上述24小时的放置完全地消失,认为其全部消耗于过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子表面的中和生成物的形成中。
[0170]在对上述表面被上述中和生成物包覆的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物的NCA粒子)进行扫描电子显微镜(SEM)图像观察、以及能量分散型X射线分析(EDS分析)时,确认在粒子表面(2次粒子表面、以及开孔(open pore)表面)形成有均匀的包覆层,并且估计包覆层的平均厚度约为23nm。(在图12中,根据图12的下图,通过EDS分析确认了表面处理层中的磷(P)的均匀分布。图中,颜色深浅的深色部分为磷的分布。)
[0171][特性评价]
[0172]接下来,使用制备的由中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物的NCA粒子),与实施例1同样地制备正极活性物质层形成用膏时,确认了其即使在室温放置4天也不会发生凝胶化(布丁化),且流动性得到保持。
[0173]并且,在使用正极活性物质层的硬币型电池(正极活性物质/电解液(间隔体)/负极活性物质(Li箔))中,测定的正极电容为195mAh/g,其中,所述正极活性物质层是通过对上述正极活性物质层形成用膏进行涂布、干燥、冲压加压而得到的。
[0174]〈实施例4>
[0175]在300°C施以30分钟的加热处理以代替实施例3中的150°C的30分钟的加热处理,除此以外,与实施例3同样地进行实施例4的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,通过所述制造方法得到表面被上述中和生成物包覆的、实施例4的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)。
[0176][特性评价]
[0177]接下来,使用制备的被中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物的NCA粒子),与实施例1同样地制备正极活性物质层形成用膏时,确认了其即使在室温放置7天也不会发生凝胶化(布丁化),且流动性得到保持。
[0178]并且,在使用正极活性物质层的硬币型电池(正极活性物质/电解液(间隔体)/负极活性物质(Li箔))中,测定的正极电容为196mAh/g,其中,所述正极活性物质层是通过对上述正极活性物质层形成用膏进行涂布、干燥、冲压加压而得到的。
[0179]〈实施例5>
[0180][氧化物粒子的表面处理]
[0181]如图4所示,将119.6g作为氧化物粒子16的实施例1的过剩含有锂的氧化物的NCA粒子加入至氧化物粒子的收纳容器11(玻璃培养皿)内,将2.56g作为挥发性酸性化合物14的原娃酸四乙酯(Tetraethyl orthosilicate) [Si(0C2H5)4](沸点:165°C、恪点:_82°C )加入至挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内,将所述收纳容器设置于反应容器10(玻璃制干燥器)内,并填充作为环境气体的干燥空气(露点温度:-60°C)后,用风扇15使环境气体在反应容器10内循环,并在室温(25 0C )放置48小时,使在过剩地含有锂的氧化物的N C A粒子的表面上存在的锂的氧化物(或氢氧化锂)(碱性化合物)与原硅酸四乙酯(Tetraethyl orthosilicate)的蒸汽借助气相进行反应,使中和生成物形成在过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子表面上,随后进一步地在干燥空气(露点温度:_60°C )中、在150°C施以30分钟的加热处理,通过上述实施例5的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,得到表面被上述中和生成物包覆的、实施例5的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)。
[0182]此外,挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内的原硅酸四乙酯(Tetraethyl orthosilicate)经上述48小时的放置完全地消失,认为其全部消耗于过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子表面的中和生成物的形成中。
[0183]在对上述表面被上述中和生成物包覆的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)进行扫描电子显微镜(SEM)图像观察、以及能量分散型X射线分析(EDS分析)时,确认在粒子表面(2次粒子表面、以及开孔(open pore)表面)形成均匀的包覆层,并且估计包覆层的平均厚度约为15nm。(图13中,根据图13的下图,通过EDS分析确认了表面处理层的硅(Si)的均匀的分布。图中,颜色深浅的深色部分为硅的分布。)
[0184][特性评价]
[0185]接下来,使用制造的被中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子),与实施例1同样地制备正极活性物质层形成用膏时,确认了其即使在室温放置4天也不会发生凝胶化(布丁化),且流动性也得到保持。
[0186]并且,在使用正极活性物质层的硬币型电池(正极活性物质/电解液(间隔体)/负极活性物质(Li箔))中,测定的正极电容为194mAh/g,其中,所述正极活性物质层是通过对上述正极活性物质层形成用膏进行涂布、干燥、冲压加压而得到的。
[0187]〈实施例6>
[0188]在300°C施以30分钟的加热处理以代替实施例5中的在150°C的30分钟的加热处理,除此以外,与实施例5同样地进行实施例6的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,通过所述制造方法得到表面被上述中和生成物包覆的、实施例6的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)。
[0189][特性评价]
[0190]接下来,使用制造的被中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子),与实施例1同样地制备正极活性物质层形成用膏时,确认了其即使在室温放置7天也不会发生凝胶化(布丁化),且流动性得到保持。
[0191]并且,在使用正极活性物质层的硬币型电池(正极活性物质/电解液(间隔体)/负极活性物质(Li箔))中,测定的正极电容为195mAh/g,其中,所述正极活性物质层是通过对上述正极活性物质层形成用膏进行涂布、干燥、冲压加压而得到的。
[0192]〈实施例7>
[0193][氧化物粒子]
[0194]作为氧化物粒子,使用由用于锂离子电池的正极活性物质中的锂-镍-钴-铝氧化物(Lii+xN1.82CoQ.15Al().()302 ; x = 0.03)形成的氧化物粒子。上述组成相对于化学计量组成(LiNitx82Co0.15Al0.Q302),过剩地含有0.03倍(摩尔比)的锂的氧化物(L10.5)。
[0195][氧化物粒子的表面处理]
[0196]如图5所示,将207.15g作为氧化物粒子16的LinN1.mCo0.uAl0.0sOK平均粒径
11.7μπι,BET比表面积0.3m2/g)加入至收纳容器(玻璃培养皿)内,将0.40g作为挥发性酸性化合物14的硼酸三甲酯(Trimethyl borate) [B(0CH3)3](沸点:68°C、熔点:-34°C)加入至挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内,将所述收纳容器设置于反应容器10(玻璃制干燥器)内,并填充作为环境气体的氮气后,用风扇15使环境气体在反应容器10内循环,并在室温(25°C)放置24小时,通过上述实施例7的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,得到表面被上述中和生成物包覆的、实施例7的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)(L1:7.33质量%,B:0.02质量%,N1:49质量%)。
[0197]此外,挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内的硼酸三甲酯(Trimethylborate)经上述24小时的放置完全地消失,认为其全部消耗于过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子表面的中和生成物的形成中。
[0198][特性评价]
[0199]接下来,使用制造的被中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子),制备正极活性物质层形成用膏时,确认了其即使在室温放置9天也不会发生凝胶化(布丁化),且流动性也得到保持。
[0200]此外,上述正极活性物质层形成用膏是通过如下方法制造的,将作为正极活性物质的经表面处理的氧化物粒子、作为导电助剂的乙炔黑(AB)、作为粘合材料(粘合剂)的聚偏氟乙烯(PVDF)、作为有机溶剂的N-甲基吡咯烷酮(匪P)、作为膏的凝胶化促进剂的纯水(H2O),以使氧化物粒子:AB:PVDF:NMP:H20 = 44.1:2.3:19.4:32.2:2.0(质量比)的方式进行混合,并对其进行分散处理(在溶解有PVDF的NMP中分散有氧化物粒子和乙炔黑(AB)的状态)。
[0201]并且,在使用正极活性物质层的硬币型电池(正极活性物质/电解液(间隔体)/负极活性物质(Li箔))中,测定的正极电容为193mAh/g(充电截止电压:4.3V,放电截止电压:3.0V,倍率:0.05C),其中,所述正极活性物质层是通过如下方法得到的:将制造的被中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)、作为导电助剂的乙炔黑(AB)、作为粘合材料(粘合剂)的聚四氟乙烯(PTFE)混合,以使氧化物粒子:AB: PTFE = 70:20:10 (质量比),并对其进行冲压加压。
[0202]〈实施例8>
[0203]将实施例7中的过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子设为200.43g、将作为挥发性酸性化合物14的硼酸三甲酯(TrimethyI borate) [B(OCH3)3](沸点:68°C、熔点:-34°C )设为
0.58g,除此以外,与实施例7同样地进行实施例8的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,通过所述制造方法得到表面被上述中和生成物包覆的、实施例8的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)(L1:7.33质量%,B:0.03质量%,N1:49.0质量%)。
[0204]此外,挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内的硼酸三甲酯(Trimethylborate)经上述24小时的放置完全地消失,认为其全部消耗于过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子表面的中和生成物的形成中。
[0205][特性评价]
[0206]接下来,使用制造的被中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子),与实施例7同样地制造正极活性物质层形成用膏时,确认了其即使在室温下放置13天也不会发生凝胶化(布丁化),且流动性得到保持。
[0207]并且,使用制造的被中和生成物包覆的、经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子),与实施例7同样地制造硬币型电池(正极活性物质/电解液(间隔体)/负极活性物质(Li箔)),正极电容测定为189mAh/g。
[0208]〈实施例9>
[0209]将实施例7中的过剩地含有锂的氧化物的NCA粒子设为200.62g、将作为挥发性酸性化合物14的硼酸三甲酯(TrimethyI borate) [B(OCH3)3](沸点:68°C、熔点:-34°C )设为
1.36g,除此以外,与实施例7同样地进行实施例9的经表面处理的氧化物粒子的制造方法,通过所述制造方法得到表面被上述中和生成物包覆的、实施例9的经表面处理的氧化物粒子(作为锂离子电池的正极活性物质的NCA粒子)(L1:7.29质量%,B:0.07质量%,N1:48.8质量%)。
[0210]此外,挥发性酸性化合物的收纳容器13(玻璃培养皿)内的硼酸三甲酯(Trim
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