[發明專利]陶瓷材料、含有該陶瓷材料的電池用電極和鋰離子二次電池

無效

• 申請號: 201210355750.1
• 申請日: 2012-09-21
• 公開（公告）號: CN103050677A
• 公開（公告）日: 2013-04-17
• 發明（設計）人: 川村知榮;持木雅希;伊藤大悟;和川明俊;小形曜一郎;落合俊幸;高橋功;鈴木利昌
• 申請（專利權）人: 太陽誘電株式會社
• 主分類號: H01M4/485
• 分類號: H01M4/485;C04B35/468;H01M4/131;H01M10/0525
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳;季向岡

技術領域

本發明涉及一種鋰離子二次電池及其電極和適于作為其電極材料的以鈦酸鋰為主要成分的陶瓷材料。

背景技術

Li₄Ti₅O₁₂等具有尖晶石結構的鈦酸鋰，體積幾乎不變化且安全性高。以其作為負極使用的鋰離子二次電池開始應用于汽車和基礎設施。但是，市場上要求大幅降低電池的價格。作為負極材料，一般使用碳材料，與鈦酸鋰相比雖然在安全性方面存在問題，但是容量高且價格也低得多。因此，維持較高的鈦酸鋰的性能而使制造工序高效率化很重要。作為鈦酸鋰的性能（電化學性能），要求高容量、高速率特性（高速充放電）和長壽命。

作為鈦酸鋰的合成方法，公知有濕式法、固相法。濕式法能夠得到結晶性高的微粒，其中溶膠-凝膠法能夠使難以固溶、微量的元素均勻地固溶。但是，濕式法因原材料價格高、工序復雜、需要進行大量的廢液處理而在經濟、環境方面存在較多問題。在大量生產時，原材料便宜且容易獲得、工序簡單的固相法是有利的。為了用固相法得到特性良好的鈦酸鋰顆粒，提出添加微量元素的方案。

在專利文獻1中，作為用于顯示優異的充放電特性的鋰二次電池的活性物質材料，公開了K₂O含量為0.10～0.25質量%，P₂O₅含量為0.10～0.50質量%，以Li₄Ti₅O₁₂為主要成分的鈦酸鋰。

在非專利文獻1、2中，報告了通過添加Nb制成Li₄Ti_4.95Nb_0.05O₁₂，使得速率特性良好的情況。在非專利文獻3中，報告了在Li₄Ti_5-xNb_xO₁₂中，X為0.05～0.1時速率特性提高，X為0.15以上時容量逐漸降低。

在非專利文獻1、2的技術中采用溶膠-凝膠法，在非專利文獻3的技術中原料使用醇鹽，采用有利于使微量元素均勻地固溶的濕式法的制造方法。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利第4558229號公報

非專利文獻

非專利文獻1：B.Tian,et?al.,Niobium?dopedlithium?titanate?as?a?high?rate?anode?material?for?Li-ion?batteries,Electrochim.Acta(2010),

非專利文獻2：Doi:10.1016/j.electacta.2010.04.068

非專利文獻3：吉川ら、「スプレ一ドライ法で合成したリチウム過剰Li4Ti5-xNbxO12の構造ぉよび電極特性」（譯文：吉川等，“由噴霧干燥法合成的鋰過量Li₄Ti_5-xNb_xO₁₂的結構和電極特性”）2010年4月電氣化學會預稿集，P78，1C34

發明內容

發明要解決的課題

如果鈦酸鋰中存在鉀（K）或磷（P），則顆粒彼此的頸縮（necking）發展，就會促進鈦酸鋰的粒生長和凝聚。當鈦酸鋰顆粒進行粒生長時，產生速率特性降低的問題。此外，當凝聚較強時，不僅在制作糊劑（paste）時需要較強的粉碎能量，而且因電池片的平滑性劣化而存在隔離物破損以至于發生電池短路的可能性。

考慮上述情況，本發明的目的在于提供能夠以制造成本低的固相法制造且能夠兼備高容量和高速率特性的鈦酸鋰、使用該鈦酸鋰的電極和鋰離子二次電池。

用于解決課題的手段