[發(fā)明專(zhuān)利]鋰離子二次電池用正極活性物質(zhì)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201280011532.4
• 申請(qǐng)日: 2012-02-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103403930A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 伊藤淳史;押原建三;大澤康彥
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 日產(chǎn)自動(dòng)車(chē)株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/505
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 封新琴

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及可用于適宜作為電動(dòng)汽車(chē)、混合電動(dòng)汽車(chē)等的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用電源的鋰離子二次電池的正極活性物質(zhì)。

背景技術(shù)

近年來(lái)，作為應(yīng)對(duì)大氣污染、地球溫室效應(yīng)的對(duì)策，正在研究對(duì)二氧化碳排放量進(jìn)行規(guī)制。特別是，在汽車(chē)產(chǎn)業(yè)界，期望通過(guò)引入混合電動(dòng)汽車(chē)、電動(dòng)汽車(chē)來(lái)降低二氧化碳排放量。作為這些車(chē)輛的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用電源，高性能二次電池的開(kāi)發(fā)正日益盛行。作為諸如這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)用二次電池，特別要求高容量及優(yōu)異的循環(huán)特性，因而在各種二次電池中，具有高的理論能量的鋰離子二次電池已備受關(guān)注。

鋰離子二次電池通常具有如下結(jié)構(gòu)：隔著電解質(zhì)層將使用粘合劑在正極集電體的兩面涂敷正極活性物質(zhì)等而得到的正極、和同樣地在負(fù)極集電體的兩面涂敷負(fù)極活性物質(zhì)等而得到的負(fù)極連接，并收納在電池殼體中。

諸如這樣的鋰離子二次電池的容量特性、輸出特性等性能很大程度上受到構(gòu)成上述正極、負(fù)極的活性物質(zhì)的選擇的影響。這些活性物質(zhì)中，作為正極活性物質(zhì)，近年來(lái)，將Li₂MnO₃和LiMO₂(式中的M為Ni、Co等過(guò)渡金屬元素)固溶化而得到的固溶體材料因理論容量、熱穩(wěn)定性以及循環(huán)特性?xún)?yōu)異而受到矚目。

例如，專(zhuān)利文獻(xiàn)1中公開(kāi)了一種鋰離子電池用陰極組合物，其是由指定的組成式所表示的Li-M¹-Mn系復(fù)合氧化物形成的固溶體類(lèi)材料，具有O3晶體結(jié)構(gòu)，且呈單一相的形態(tài)。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特表2004-538610號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

但是，對(duì)于上述專(zhuān)利文獻(xiàn)1中記載的陰極組合物而言，即使將其組成、晶體結(jié)構(gòu)最優(yōu)化，仍然存在下述問(wèn)題：伴隨著固溶體特有的4.5V附近發(fā)生的Li脫出的晶體結(jié)構(gòu)變化難以充分進(jìn)行。即，存在的問(wèn)題是：因未被電化學(xué)活化，因此，相對(duì)于由活性物質(zhì)中所含的Li量計(jì)算出的理論容量，無(wú)法得到充分的可逆容量(放電容量)。

本發(fā)明是為解決使用固溶體類(lèi)的正極活性物質(zhì)的鋰離子二次電池中的上述問(wèn)題而完成的。另外，本發(fā)明的目的在于提供一種容易伴隨Li脫出而發(fā)生晶體結(jié)構(gòu)變化、能夠獲得高的可逆容量的正極活性物質(zhì)。此外，還提供含有這樣的正極活性物質(zhì)的鋰離子二次電池。

即，本發(fā)明的鋰離子二次電池用正極活性物質(zhì)具有下述組成式所表示的化合物，

[Li_1.5][Li_0.5(1-x)Mn_1-xM_1.5x]O3

(式中的x滿(mǎn)足0.1≤x≤0.5；M以Ni_αCo_βMn_γ表示，且滿(mǎn)足0＜α≤0.5、0≤β≤0.33、0＜γ≤0.5。)

并且，通過(guò)X射線(xiàn)衍射測(cè)定的所述化合物的(001)晶面的半峰寬為0.14以上且0.33以下，所述化合物的平均初級(jí)粒徑為0.03μm以上且0.4μm以下。

此外，本發(fā)明的鋰離子二次電池含有鋰離子二次電池用正極活性物質(zhì)。

附圖說(shuō)明

圖1為曲線(xiàn)圖，示出了對(duì)在各溫度下燒制后的固溶體類(lèi)正極活性物質(zhì)進(jìn)行X射線(xiàn)衍射而得到的結(jié)果。

圖2是在各溫度下燒制后的固溶體類(lèi)正極活性物質(zhì)的掃描電子顯微鏡圖像。

圖3為示出鋰離子二次電池的放電曲線(xiàn)的曲線(xiàn)圖，所述鋰離子二次電池使用了在各溫度下燒制后的固溶體類(lèi)正極活性物質(zhì)。

圖4(a)為示出充放電容量與正極活性物質(zhì)的平均初級(jí)粒徑的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。圖4(b)為示出充放電曲線(xiàn)與正極活性物質(zhì)的平均初級(jí)粒徑的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。

圖5為示出鋰離子二次電池的放電容量與正極活性物質(zhì)的平均初級(jí)粒徑的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。

圖6為示出鋰離子二次電池的放電容量與正極活性物質(zhì)的(001)晶面的半峰寬的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。

圖7為示出鋰離子二次電池的放電容量與正極活性物質(zhì)組成(x值)的關(guān)系的曲線(xiàn)圖。

圖8為剖面示意圖，示出了本發(fā)明的實(shí)施方式的鋰離子二次電池的一例。

符號(hào)說(shuō)明

1?正極活性物質(zhì)

10?鋰離子二次電池

11?正極集電體

11a?最外層正極集電體

12?正極

13?電解質(zhì)層

14?負(fù)極集電體

15?負(fù)極

16?單電池層

17?電池元件

18?正極極耳