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リチウム二次電池正極材料及びその製造方法 新技術説明会

国内特許コード P07P005767
掲載日 2008年3月10日
出願番号 特願2006-221561
公開番号 特開2008-047412
登録番号 特許第5034042号
出願日 平成18年8月15日(2006.8.15)
公開日 平成20年2月28日(2008.2.28)
登録日 平成24年7月13日(2012.7.13)
発明者
  • 小松 高行
  • 本間 剛
  • 紅野 安彦
  • 広瀬 景太
出願人
  • 国立大学法人長岡技術科学大学
発明の名称 リチウム二次電池正極材料及びその製造方法 新技術説明会
発明の概要

【課題】配向性が高く、イオン導電性に優れるLiFePO結晶系のリチウム二次電池正極材料を提供する。
【解決手段】モル%表示で、LiOを10~50%、Feを10~40%、Pを20~50%、MgO、TiO、V、MnO、Co、NiO、Nb、MoO、WO及び希土類酸化物から選ばれる少なくとも1種を0.5~32%の割合で混合し、溶融、冷却して前駆体ガラスを作製し、ガラス転移温度またはそれ以上の温度での熱処理、もしくはレーザ照射による加熱によってNASICON型、オリビン型、スピネル型及びこれらの固溶体からなるリチウム二次電池正極材料を得る。
【選択図】なし

従来技術、競合技術の概要


リチウム二次イオン電池は、携帯電子端末や電気自動車に不可欠な高容量で軽量な電源としての地位を確立している。このリチウム二次イオン電池の正極材料には、これまでコバルト酸リチウム(LiCoO)やマンガン酸リチウム(LiMnO)等の無機金属酸化物が用いられてきているが、近年の高性能化に伴う消費電力の増大から、リチウム電池の更なる高容量化が要求されている。また、環境保全問題やエネルギー問題の観点から、CoやMn等の環境負荷の大きい材料から、より環境調和型の材料への転換が求められている。また近年、コバルト資源の枯渇問題が注目されており、LiCoOに代わる安価な正極材料への転換が望まれている。



近年、コスト・資源等の面で、マンガン系スピネル型、NASICON型及びオリビン型の各LiFePO結晶が注目されており、種々研究・開発が進められている。中でもオリビン型LiFePOはLiCoOに比べて温度安定性に優れ、高温での安全な動作が期待される。また、リン酸を骨格とする構造ゆえに充放電反応による構造劣化に優れている特徴を有する。しかし、リチウムイオン電池の正極材料として要求される事項として伝導度が高いことが要求されるが、LiFePOの伝導度はLiCoOと比べて低いことが報告されている。LiFePOにおけるリチウムの伝導は、第1原理計算より1次元方向であると予測されており(D.Morgan et al.,Electrochem.Solid Sate Lett.7 A30(2004))、伝導度を高めるためには、LiFePO粒子をnmオーダーで緻密化した焼結体を得るか、単結晶のようにLiイオンが伝導する方向に対して結晶の向きを揃える必要がある。



しかしながら、上記のNASICON型及びオリビン型の各LiFePO結晶は、固相反応、水熱合成、マイクロ波加熱法により作製されているが((非)特許文献1~3参照)、何れの方法でも配向制御は不可能である。




【非特許文献1】A. K. Padhi et al., J. Electrochem. Soc. 144 359(1997).

【非特許文献2】K. Dokko et al., Chem. Lett. 35 338(2006).

【非特許文献3】M. Higuchi et al., J. Power Sources 119-121 258(2003).

産業上の利用分野


本発明は、携帯型電子機器や電気自動車等に用いられるリチウム二次電池正極材料を製造するための前駆体ガラス及びその製造方法に関する。また、本発明は、前記前駆体ガラスを用いてリチウム二次電池用正極材料を製造する方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ル%表示で、Li10~50%、Fe10~40%、P20~50%、MgO、TiO、V、MnO、Co、NiO、Nb、MoO、WO及び希土類酸化物から選ばれる少なくとも1種0.5~32%の割合となるように各成分の出発原料を混合し、混合物を溶融した後、冷却してリチウム二次電池正極材料用前駆体ガラスを製造する工程と、
前記リチウム二次電池正極材料用前駆体ガラスにレーザを照射し、レーザの照射部分にオリビン型結晶を析出させる工程と、
を有するとともに、
リチウム二次電池正極材料用前駆体ガラスを製造する工程において、下記(A)~(C)の少なくとも1工程を付加して鉄の原子価を+2価に調整することを特徴とするリチウム二次電池正極材料の製造方法。
(A)Fe源として2価の鉄イオンを含む化合物を用いる
(B)混合物を不活性雰囲気中または還元雰囲気中で溶融する
(C)混合物に還元剤を加えて溶融する

【請求項2】
請求項1記載の方法によって得られ、粒子径0.01~500μmで、オリビン型結晶が析出されていることを特徴とするリチウム二次電池正極材料。
産業区分
  • その他電子
  • 自動車
国際特許分類(IPC)
Fターム
出願権利状態 権利存続中
上記の特許・技術に関心のある方は、下記問い合わせ先にご相談下さい。


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