[發(fā)明專利]碳包覆活性物質復合體及鋰離子電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480028198.2
• 申請日: 2014-05-15
• 公開（公告）號: CN105210216B
• 公開（公告）日: 2017-07-14
• 發(fā)明（設計）人: 峰裕之;北川高郎
• 申請（專利權）人: 住友大阪水泥股份有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 盛曼,金龍河

技術領域

本發(fā)明涉及碳包覆活性物質復合體和電極以及鋰離子電池，尤其是涉及作為電池用正極材料的碳包覆活性物質復合體、更適合在鋰離子電池用正極材料中使用的碳包覆活性物質復合體、及具備含有該碳包覆活性物質復合體的正極的鋰離子電池。

本申請主張基于2013年5月16日在日本提出的日本特愿2013-104393號的優(yōu)先權，并將其內容援引于本說明書中。

背景技術

近年來，作為期待小型化、輕量化、高容量化的電池，提出了鋰離子電池等非水電解液系的二次電池并供于實際使用。

該鋰離子電池由具有能夠可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的性質的正極和負極以及非水系電解質構成。

作為鋰離子電池的負極材料，通常使用碳類材料或鈦酸鋰(Li₄Ti₅O₁₂)等具有能夠可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的性質的含鋰金屬氧化物作為負極活性物質。

另一方面，作為鋰離子電池的正極材料，使用磷酸鐵鋰(LiFePO₄)等具有能夠可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的性質的含鋰金屬氧化物、包含粘合劑等的電極材料合劑作為正極活性物質。并且，通過將該電極材料合劑涂布到被稱為集流體的金屬箔的表面上而形成鋰離子電池的正極。

這種鋰離子電池與現有的鉛電池、鎳鎘電池、鎳氫電池等二次電池相比，輕量且小型，并且具有高能量，因此不僅用作移動電話、筆記本式個人電腦等便攜式電子設備的小型電源，還用作固定式的緊急用大型電源。

另外，近年來，鋰離子電池還作為電動汽車、混合動力汽車、電動工具等的高輸出電源而進行了研究。對于這些作為高輸出電源使用的電池，要求高速的充放電特性。

然而，電極活性物質、例如包含具有能夠可逆地嵌入和脫嵌鋰離子的性質的磷酸鋰鹽化合物的電極材料存在電子傳導性低的問題。因此，為了提高電極材料的電子傳導性，提出了如下電極材料：將電極活性物質的粒子表面用作為碳源的有機化合物覆蓋，之后對有機化合物進行碳化，由此，在電極活性物質的表面形成碳質被膜，使該碳質被膜的碳作為電子傳導性物質而夾在(例如，參考專利文獻1)。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2001-15111號公報

發(fā)明內容

發(fā)明所要解決的問題

為了將包含磷酸鋰鹽化合物的電極活性物質用作在高輸出電源中使用的鋰離子電池的電池材料，要求在電極活性物質的表面形成碳質被膜來提高電子傳導性。

然而存在如下問題：由于該碳質被膜的存在，在磷酸鋰鹽化合物的表面，在與碳質被膜的界面發(fā)生鋰離子的嵌入和脫嵌，但該嵌入和脫嵌反應的速度較慢。

如此，為了改善電子傳導性，將磷酸鋰鹽化合物表面用碳質被膜覆蓋的面積增加時，鋰離子的嵌入和脫嵌速度會變慢，因此，即使在電子傳導性得到提高的情況下，電池內部電阻的總和也會上升，尤其在進行高速充放電時，電壓顯著下降。

因此，為了在磷酸鋰鹽化合物的表面加快鋰離子的嵌入和脫嵌速度，減少將磷酸鋰鹽化合物的表面用碳質被膜覆蓋的面積時，磷酸鋰鹽化合物表面的電子傳導性變得不充分，因此，即使在鋰離子的嵌入和脫嵌速度得到提高的情況下，電池內部電阻的總和也會上升，尤其在進行高速充放電時，電壓顯著下降。

另外，為了改善電子傳導性，大量添加用于形成碳質被膜的碳源即有機化合物時，碳質被膜的膜厚會增大。鋰離子在碳質被膜中的移動速度慢，因此，即使在電子傳導性得到提高的情況下，電池內部電阻的總和也會上升，尤其在進行高速充放電時，電壓顯著下降。

另外，迄今為止，對鋰離子電池的高輸出化進行了各種研究，例如提出了通過減小電極活性物質粒子的一次粒徑來減小電極活性物質內的鋰離子的遷移距離的電極材料，但這種材料中，比表面積增加，電極中的碳質被膜的質量增加，因此電極容量減少。

本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于提供碳包覆活性物質復合體及鋰離子電池，其將在表面形成有碳質被膜的電極活性物質用作電極材料時，不僅能夠改善電子傳導性，還能夠改善鋰離子傳導性。

用于解決問題的方法

本發(fā)明人發(fā)現，通過使在碳包覆活性物質復合體與電解液的界面發(fā)生的鋰離子的嵌入和脫嵌反應的活化能在45kJ/mol以上且85kJ/mol以下的范圍并且使碳負載量相對于電極活性物質粒子的比表面積([碳負載量]/[電極活性物質粒子的比表面積])的值為0.01以上且0.5以下，能夠實現具有滿足高速充放電特性的電子傳導性及鋰離子傳導性的、被碳質被膜包覆的電極活性物質，從而完成了本發(fā)明。