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      非水電解質(zhì)二次電池用正極活性物質(zhì)和非水電解質(zhì)二次電池的制作方法_2

      文檔序號:8499391閱讀:來源:國知局
      氧化物是將鋼原料與鑲原料進行混合、燒成而合成的。并且,向 離子交換后的復合氧化物添加元素a進行再燒成。該方法與由裡原料合成裡-鑲復合氧 化物的方法相比,即使鋼-鑲復合氧化物的燒成溫度和化量發(fā)生大的變化,也能夠得到層 狀巖鹽相,能夠控制合成物的物性、晶體尺寸。含有Ni的復合氧化物,成為一次粒子的粒徑 容易變小的表面粗趟度大的粒子,但采用該方法,在燒成時不會發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)的變形、崩潰 地進行晶體生長,能夠控制粒子形狀。
      [0036] 鋼-鑲復合氧化物的合成方法如下所述。
      [0037] 作為鋼原料,使用選自金屬鋼和鋼化合物中的至少1種。作為鋼化合物,只要是含 有化的化合物則可W不特別限制地使用。作為優(yōu)選的鋼原料,可W舉出化2〇、化典等的氧 化物、崎哪、NaN〇3等的鹽類、化OH等的氨氧化物等。它們之中,特別優(yōu)選NaNO3。
      [003引作為鑲原料,只要是含有Ni的化合物則可W不特別限制地使用??蒞舉出例如 叫04、叫03、化02等的氧化物、化0)3、化化等的鹽類、化(0巧2等的氨氧化物、化0(^等的哲 基氧化物等。它們之中,特別優(yōu)選Ni02、Ni(0H)2。
      [0039] 鋼原料和鑲原料的混合比例,優(yōu)選為生成層狀巖鹽型的晶體結(jié)構(gòu)那樣的比例。具 體而言,在通式化,Ni化中,鋼量Z優(yōu)選為0. 5~2,更優(yōu)選為0. 8~1. 5,特別優(yōu)選為1。例 如,混合兩種原料W成為NaNi化的化學組成?;旌戏椒ㄖ灰悄軌?qū)⑺鼈兙鶆蚧旌系姆椒?則不特別限定,可W例示使用攬拌器(mixer)等公知的混合機的混合。
      [0040] 鋼原料與鑲原料的混合物,在大氣中或氧氣流中進行燒成。燒成溫度優(yōu)選為 600~1100°C,更優(yōu)選為700~1000°C。燒成時間在燒成溫度為600~1100°C的情況下優(yōu) 選為1~50小時。在燒成溫度為900~1000°C的情況下,優(yōu)選為1~10小時。燒成物優(yōu) 選采用公知的方法進行粉碎。該樣可得到鋼-鑲復合氧化物。
      [0041] 鋼-鑲復合氧化物的離子交換方法如下所述。
      [0042] 作為將化與Li進行離子交換的優(yōu)選方法,可W舉出例如向鋼復合過渡金屬氧化 物添加裡鹽的烙融鹽床并進行加熱的方法。裡鹽優(yōu)選使用選自硝酸裡、硫酸裡、氯化裡、碳 酸裡、氨氧化裡、艦化裡、和漠化裡等中的至少1種。離子交換處理時的加熱溫度優(yōu)選為 200~400°C,更優(yōu)選為330~380°C。處理時間優(yōu)選為2~20小時,更優(yōu)選為5~15小 時。
      [0043] 作為上述離子交換處理的方法,在含有至少1種裡鹽的溶液中浸潰含有鋼的過渡 金屬氧化物的方法也適用。該情況下,向溶解有裡化合物的有機溶劑中放入鋼復合過渡金 屬氧化物,在該有機溶劑的沸點W下的溫度進行處理。為了提高離子交換速度,優(yōu)選在有機 溶劑的沸點附近使溶劑回流,并且進行離子交換處理。處理溫度優(yōu)選為100~200°c,更優(yōu) 選為140~180°C。處理時間根據(jù)處理溫度而不同,優(yōu)選為5~50小時,更優(yōu)選為10~20 小時。
      [0044] 在利用上述離子交換而制作的裡-鑲復合氧化物中,有時上述離子交換未完全 進行而殘存一定量的化。該情況下,裡-鑲復合氧化物由例如通式Li"NayU_u>NiyMt,Mu了,> 化訊11.2、0. 3勺<1、0. 01知<0. 2、0. 95<u《U表示。在此,U是將化與Li進行離 子交換時的交換率。
      [0045] 接著,通過向上述裡-鑲復合氧化物添加元素a并進行再燒成,得到元素a擴散 到粒子內(nèi)部進行了固溶的復合氧化物1。。再者,上述裡-鑲復合氧化物是平均粒徑為0. 5ym W上的一次粒子11凝聚而構(gòu)成的粒子。另外,上述裡-鑲復合氧化物的(110)矢量方向 的微晶粒徑例如為70~300nm。目P,在使元素a固溶的工序中,有時例如微晶粒徑稍微有 所生長,但復合氧化物1。的微晶粒徑、表面粗趟度、密度等的物性在該固溶工程之前大致固 定。
      [0046] 元素a可W作為W、Mo、Nb、化的金屬、或W、Mo、Nb、化的化合物向上述裡-鑲復 合氧化物添加并混合。化合物不特別限定,但優(yōu)選為氧化物。元素a的添加量如上所述,優(yōu) 選相對于所得到的復合氧化物1。的總重量合計為0. 1~1重量%。元素a和上述裡-鑲 復合氧化物的混合方法,只要是能夠?qū)⑺鼈兙鶆蚧旌系姆椒▌t不特別限定,可W例示使用 攬拌器等公知的混合機的混合。
      [0047] 上述再燒成在大氣中或氧氣流中進行。再燒成溫度需要低于第1次燒成溫度、即 對鋼原料與鑲原料的混合物進行燒成的溫度。優(yōu)選的再燒成溫度為700~1050°C,優(yōu)選的 再燒成時間為1~50小時。通過在900°CW上的溫度、且比第1次燒成溫度低的溫度進行 再燒成,例如微晶粒徑、表面粗趟度不會發(fā)生大的變化,能夠?qū)⒃豠擴散到粒子內(nèi)部進 行固溶。再燒成物優(yōu)選采用公知方法進行粉碎。
      [0048] 采用上述方法得到的復合氧化物1。(正極活性物質(zhì)粒子10),是平均粒徑為0. 5ymW上的一次粒子11凝聚而成的二次粒子。因此,在復合氧化物1。中存在一次粒子11的晶 界12。再者,有時在作為二次粒子的復合氧化物1。中彼此也會凝聚,但二次粒子的凝聚能 夠通過超聲波分散而相互分離。另一方面,即使對二次粒子進行超聲波分散,該粒子也不會 分離成為一次粒子11。
      [0049]在復合氧化物1。中,元素a優(yōu)選大致均勻地擴散直到復合氧化物1。的粒子內(nèi)部進 行固溶。通過元素a直到復合氧化物1。的粒子內(nèi)部大致均勻地固溶,電池的輸出特性大大 提高。例如,復合氧化物1。的粒子內(nèi)部中的元素a的濃度分布,在粒子內(nèi)部的各測定點的 元素a的最大量與最小量的差為10%W下,優(yōu)選為5%W下。元素a的分布通過W下方 式求出:慢慢地瓣射復合氧化物1。的粒子表面,采用二次粒子質(zhì)譜法(SIM巧、飛行時間質(zhì)譜 法(TOF-SIM巧、X射線光電子能譜法(ESCA)、俄歇能譜法、電子探針顯微分析法巧PMA)等 測定出現(xiàn)的各粒子截面中的元素a的濃度。
      [0050] 復合氧化物1。中所含的元素a,優(yōu)選大致全部在復合氧化物1。中固溶。元素a大 致全部發(fā)生了固溶,能夠基于通過粉末X射線衍射測定而得到的粉末X射線衍射圖案來確 認。更詳細地講,在采用復合氧化物1。的ICP發(fā)射光譜法等能夠確認元素a的存在、并且 不能確認復合氧化物1。的粉末X射線衍射圖案的Li2WO4所引起的峰(峰強度極弱,為噪聲 水平)的情況下,可W說元素a大致全部固溶。
      [0051]圖2是復合氧化物1。(正極活性物質(zhì)粒子10)的粉末X射線衍射圖案。
      [0化2] 如圖2所示,在通過復合氧化物1。(作為元素a含有W)的粉末X射線衍射測定而 得到的粉末X射線衍射圖案狂-raypatternA)中,在(12-1)面出現(xiàn)的LigWA所引起的峰 (參照PEAKb:X-raypatternB)的強度,為該衍射圖案的(104)面所引起的峰(PEAKa) 的強度的1%W下。出現(xiàn)Li2W〇4所引起的峰,意味著W沒有作為固溶體存化但復合氧化物 1。的情況下不能確認該峰。因此,可知復合氧化物1。中所含的W大致全部發(fā)生了固溶。另 一方面,在W往的正極活性物質(zhì)的粉末X射線衍射圖案狂-raypatternB)中,LigWA所引 起的峰(PEAKb)明確地出現(xiàn),該峰的強度大大超過(104)面所引起的峰(PEAKa)的強度 的1%。目P,可知在W往的正極活性物質(zhì)中,W的大部分沒有固溶。
      [0053] 復合氧化物1。(二次粒子)的體積平均粒徑(W下稱為「DJ)優(yōu)選為5~30ym, 更優(yōu)選為7~30ym,特別優(yōu)選為10~30ym。如果D日。在該范圍內(nèi),則例如復合氧化物1。 的表面粗趟度容易變小,正極中的復合氧化物1。的填充密度提高。復合氧化物1。的Dg。可W 采用光衍射散射法來測定。町。意味著在粒徑分布中體積累計值為50%時的粒徑,也稱為中 位徑。
      [0化4] 構(gòu)成復合氧化物1。的一次粒子11的平均粒徑(W下稱為「平均一次粒徑」)為 0.SumW上,優(yōu)選為1ymW上,更優(yōu)選為2ymW上。如果平均一次粒徑在該范圍內(nèi),則能 夠?qū)秃涎趸?。的Dg。維持在適當?shù)姆秶?,并且減小表面粗趟度。再者,一次粒子11由多 個微晶構(gòu)成。
      [0055] 平均一次粒徑可W使用掃描型電子顯微鏡(SEM)進行評價。
      [0化6] 具體而言,如下所述。
      [0057] (1)從利用沈M(2000倍)觀察復合氧化物1。而得到的粒子圖像中,隨機選擇10個 粒子。
      [0化引 (2)對選擇出的10個粒子觀察晶界12等,確定各自的一次粒子11。
      [0化9] (3)求出一次粒子11的最長徑,將10個的平均值作為平均一次粒徑。
      [0060] 復合氧化物1。的微晶的尺寸,能夠通過在層狀巖鹽型的晶體結(jié)構(gòu)中作為疊層方向 的(003)矢量方向的微晶粒徑、和
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