成果報告書詳細
管理番号20110000000085
タイトル*平成21年度中間年報 次世代自動車用高性能蓄電システム技術開発 要素技術開発 多層構造粒子設計による高出力リチウムイオン電池用正極活物質の研究開発
公開日2012/6/27
報告書年度2009 - 2009
委託先名戸田工業株式会社
プロジェクト番号P07001
部署名スマートコミュニティ部
和文要約1.研究開発の内容及び成果等
(1)研究開発の目的と内容
本研究開発は次世代自動車用高性能蓄電システムの確立を目指し、その要素技術開発として、長距離走行と高燃費なP?HEV、EVに適したリチウムイオン電池の主要材料である正極活物質の多層構造粒子設計を検討することにより、高エネルギー、高出力、高安定で安全性に優れたリチウムイオン電池用正極材料を開発することを目的とし、18650単セルでの特性がエネルギー密度240Wh/kg以上且つ出力密度3000W/kg以上を満足するリチウムイオン電池用正極材料を開発することである。
上記目的を達成する為に、平成21年度は以下の項目について検討を実施する。
1)多層構造粒子の研究開発
容量と安全性に対する多層構造粒子設計の検討と出力・容量・安全性に対する粒子サイズの検討を実施し、type-A(Core:高容量組成粒子、中間層:安全性及び電解液との反応性を制御するために、Mnを含む組成粒子、最外層:電荷移動抵抗が小さく、耐酸性に優れる材料で形成した多層構造粒子)若しくはtype-B(Core:熱安定性に優れる材料、中間層:高容量組成粒子、最外層:電荷移動抵抗が小さく、耐酸性に優れる材料で形成した多層構造粒子)の多層構造粒子の内、容量及び出力特性を両立出来るtypeを決定する。
2)前駆体粒子合成技術の研究開発
前駆体の微粒子化の検討を行い、前駆体をLi化した際の粒子径とタップ密度の関係を明確にすると同時に、その前駆体をLi化した際の粒子径(またはBET比表面積)とエネルギー密度、出力密度の関係を明確にする。
3)開発材料の評価及び検証
多層構造粒子の18650セルに評価を行う為に、18650セルによる評価として、18650セル作製技術導入の準備を行う。
英文要約Summary

The aim of this project is to develop the cathode material for high performance Lithium ion battery which providing high energy, high power, high durability and high safety to output the energy density of 240Wh/kg and the power density of 3,000W/kg with unit cell of cylindrical 18650 cell.

The electrochemical properties of two type of multi-layer cathode material have been examined in 2009. Type-A is the multi-layered material for high energy and power material by using xLi2M’4+O3(1-x)LiM3+O2 as core material and Li1+w(NiaCobMnc)1-wO2 as shell material. Type-B is the multi-layered material for high safety using Li1+w(NiaCobMnc)1-wO2 as core material and Li(NiCoAl)O2 as shell material. Type-A showed the highest potential to get for our target; especially providing high energy, high power to output the energy density of 240Wh/kg and the power density of 3,000W/kg with unit cell of cylindrical 18650-type cell.
We have investigated the relationship between high-rate performance of xLi2M’4+O3(1-x)LiM3+O2 as core material and secondary particle size. Smaller secondary particle size material showed better high-rate performance than larger secondary particle size material. We have succeeded in getting the larger secondary particle size material with good high-rate performance by optimization of calcination condition.

The xLi2M’4+O3(1-x)LiM3+O2 is difficult to get higher tap density due to higher content of Mn. We have found the correlation between secondary particle size and tap density. And it can be increased from 1.0g/cc up to 1.9g/cc by optimization of synthesis condition and calcination condition.

On the other hand, we have accommodated the evaluation equipments of cylindrical 18650-type cell and we have succeeded in getting 2.2Ah cell, which is corresponding to 183Wh/kg, by using our standard Li(NiCoAl)O2 material.

We will investigate and optimize next issue in 2010,
1. the shell material in type-A multi-layered material,
2. the particle size distribution of xLi2M’4+O3(1-x)LiM3+O2 to get higher tap density,
and evaluate these materials with cylindrical 18650-type cell.
ダウンロード成果報告書データベース(ユーザ登録必須)から、ダウンロードしてください。

▲トップに戻る