[發(fā)明專利]鋰離子二次電池、正極活性物質(zhì)、正極、電動(dòng)工具、電動(dòng)車輛及電力儲(chǔ)存系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110430777.8
• 申請(qǐng)日: 2011-12-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102544572A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 瀨上正晴;川瀨賢一;森田望;遠(yuǎn)藤一顯;高椋輝;細(xì)谷洋介;李國(guó)華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 索尼公司
• 主分類號(hào): H01M10/0525
• 分類號(hào): H01M10/0525;H01M4/131;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京康信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11240
• 代理人: 張英;吳勝周

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及包含包括鋰和過(guò)渡金屬作為構(gòu)成元素的復(fù)合氧化物的正極活性物質(zhì)、使用該正極活性物質(zhì)的正極和鋰離子二次電池、使用該鋰離子二次電池的電動(dòng)工具和電動(dòng)車輛，以及電力儲(chǔ)存系統(tǒng)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，以便攜式終端裝置等為代表的小型電子設(shè)備已普及，并且強(qiáng)烈要求進(jìn)一步減小尺寸和重量、以及長(zhǎng)操作壽命。為此，在作為電源的電池，尤其是體積小、重量輕和能夠獲得高能量密度的二次電池的開(kāi)發(fā)方面已取得進(jìn)步。近年來(lái)，已綜述了這種二次電池用于大型電子設(shè)備如車輛，而不限于小型電子設(shè)備的應(yīng)用。

作為二次電池，已廣泛提出了利用各種充放電原理的二次電池，但這之中，利用鋰離子的嵌入和脫嵌的鋰離子二次電池已引起關(guān)注。這是因?yàn)榭梢垣@得比鉛電池組、鎳鎘電池等更高的能量密度。

鋰離子二次電池包括正極、負(fù)極和電解液，并且正極和負(fù)極分別包括嵌入和脫嵌鋰離子的正極活性物質(zhì)和負(fù)極活性物質(zhì)。作為正極活性物質(zhì)，廣泛使用了LiCoO₂或LiNiO₂，其是包括鋰和過(guò)渡金屬作為構(gòu)成元素的復(fù)合氧化物，以獲得高電池容量。然而，近年來(lái)，為了改善各種電池性能(不僅包括電池容量而且包括循環(huán)特性等)，已綜述了其中使用具有不同組成的復(fù)合氧化物代替LiCoO₂等的方法，或其中它們一起使用的方法。

具體地，為了充分利用Si類或Sn類的負(fù)極活性物質(zhì)的高容量特性，提出了這樣的一種方法，其中一起使用作為主要成分的第一含Li過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物和作為輔助成分的第二含Li過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物(Li(Li_xMn_2xCo_1-3x)O₂：0＜x＜1/3)(例如，參考日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2009-158320)。該第一含Li過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物包括LiCoO₂、Li(Co_aMn_bNi_cO₂：a、b和c均是整數(shù)并且a+b+c＝1)等，而第二含Li過(guò)渡金屬?gòu)?fù)合氧化物包括Li(Li_0.2Mn_0.4Co_0.4)O₂等。

另外，為了同樣的目的，提出了一種方法，其中使用富鋰復(fù)合氧化物(Li_hMn_iCo_jN_ikO₂)(參考日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2009-158415)。其中，h＝[3(1+x)+4a]/3(1+a)、i＝[3α(1+x)+2a]/3(1+a)、j＝β(1-x)/(1+a)、k＝γ(1-x)/(1+a)、0＜a＜1、α＞0、β＞0、γ＞0、α+β+γ＝1、0≤x＜1/3。這種復(fù)合氧化物是由Li_1+x(MnαCoβNiγ)_1-xO₂·aLi_4/3Mn_2/3O₂表示的固溶體。

為了在高電壓下獲得優(yōu)異的充放電特性，提出了一種方法，其中使用了富鋰鋰復(fù)合氧化物(Li_1+a[Mn_bCo_cNi_1-b-c]_1-aO_2-d：0＜a＜0.25、0.5≤b＜0.7、0≤c＜1-b、-0.1≤d≤0.2)(參考日本未審查專利申請(qǐng)公開(kāi)No.2007-220630)。這種鋰復(fù)合氧化物包括Li_1.05[Mn_0.6Co_0.2Ni_0.2]_0.95O₂等。

發(fā)明內(nèi)容

為了即使在重復(fù)充放電時(shí)也獲得高電池容量，必需補(bǔ)償在第一次(第一循環(huán))的充放電期間在負(fù)極發(fā)生的不可逆容量，以及在第一次后(自第二循環(huán))的充放電期間可靠地獲得高能量密度。然而，在相關(guān)領(lǐng)域的鋰離子二次電池中，對(duì)于補(bǔ)償在第一次的充放電期間的不可逆容量和確保在第一次以后的充放電期間的高能量密度彼此兼容是很困難的。