成果報告書詳細
管理番号20120000000708
タイトル平成20年度-平成23年度成果報告書 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2015/2/19
報告書年度2008 - 2011
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) 多層構造粒子の研究開発
多層化プロセスの検討として、各粒子の湿式反応による合成方法、組成、粒子サイズ、メカノケミカル法による多層構造の形成方法、コア/シェル比率を最適化した。
その結果、放電容量=285mAh/g、圧縮密度=2.6g/cc、DSC発熱開始温度=230℃、DSC発熱ピーク温度=260℃、材料コスト=市販品レベルを達成した。

(2)前駆体粒子合成技術の研究開発
球状・高密度前駆体の合成方法を検討し、コア材料用前駆体のタップ密度=1.74g/cc、コア材料LMNCの粉体でのタップ密度=2.03g/cc、初期放電容量=291.5mAh/gを達成した。
前駆体種の最適化を検討し、MnxNiyCozCO3を選択した。MnxNiyCozCO3の合成条件を最適化することにより、LMNCとしての圧縮密度=2.49g/ccを得た。
多層化構造粒子用前駆体の安定生産技術を検証し、各スケールにおける生産バッチ毎の品質が安定していることを確認した。

(3)開発材料の評価及び検証
18650セル(正極=LMNC, 負極=炭素)でエネルギー密度・出力密度の評価方法を検討し、電極密度=2.6g/cc、エネルギー密度=217Wh/kg、出力密度=860W/kgを得た。
18650セルにおける多層構造粒子の特性評価を実施し、電極密度=2.6g/cc、セル容量=2800mAh、エネルギー密度=235Wh/kg、出力密度=1000W/kg、サイクル特性=<50 %/200Cyの電池特性を得た。
今後、評価方法の最適化と電解液、セパレーターなどの各材料種の影響を調査し、各評価部材の最適化やセル部材の軽量化などにより、更なる特性向上が見込まれる。
英文要約(i)The multi-layered material
We get the multi-layered material by wet reaction process. The composition and ratio of each layer was optimized by wet and mechanochemical reaction method.
The particle size of multi-layered material was controlled by the optimization of the process condition under making core material.
The multi-layered material showed the discharge capacity of 285mAh/g, compression density of 2.6g/cc, DSC on set temperature of 230℃, DSC peak temperature of 260℃, the material cost of marketing product level.

(ii)The process technology of the particle for precursor
We get the core material by wet reaction process optimized the condition of reaction process making the spherical and high-density precursor. The core material showed the tap density of 1.74 g/cc of the precursor and the tap density of 2.03 g/cc of LMNC, first discharge capacity of 291.5mAh/g.
We selected the MnxNiyCozCO3 type for precursor and optimized the condition of reaction process. The LMNC using optimized MnxNiyCozCO3 showed the compression density of 2.49 g/cc.
We got the stability of the quality of precursor for multi-layered material in the several production scales.

(iii)Evaluation and inspection of multi-layered material
LMNC of core material was applied to the 18650 cell. The cell showed the electrode density of 2.6 g/cc, energy density of 217Wh/kg, power density of 860W/kg.
Multi-layered material was applied to the 18650 cell. The cell showed the electrode density of 2.6 g/cc, cell capacity of 2800mAh, energy density of 235Wh/kg, output density of 1,000W/kg, cycle performance of <50%/200cyc.

We think that we will get the investigation of the electrochemical properties of 18650 cells using multi-layered material by the further optimization of the evaluation method, the research of the influence of each component in 18650 cells; electrolyte, separator, the light weighting of the cell parts in the future.
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