[發明專利]電極、二次電池、電池組、電動車輛和電力存儲系統

有效

• 申請號: 201310209815.6
• 申請日: 2013-05-30
• 公開（公告）號: CN103490093B
• 公開（公告）日: 2017-08-11
• 發明（設計）人: 松下忠史;松井貴昭;石井武彥
• 申請（專利權）人: 索尼公司
• 主分類號: H01M10/0525
• 分類號: H01M10/0525;H01M4/58;H01M4/136
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司11240
• 代理人: 余剛,梁韜

技術領域

本技術涉及活性物質包括磷酸鋰化合物的電極、使用該電極的二次電池、以及使用該二次電池的電池組、電動車輛、電力存儲系統、電動工具和電子裝置。

背景技術

近年來，各種電子裝置，諸如移動電話和個人數字助理（PDA）已被廣泛使用，并且已要求進一步縮小電子裝置的尺寸和重量，并實現它們的長壽命。因此，作為電子裝置的電源，已經開發了電池，特別是，能夠提供高能量密度的小的輕重量二次電池。近來，已經考慮還將這樣的二次電池應用至前述電子裝置之外的其它各種應用中。這樣的其它應用的代表實例可包括可附接和可拆卸地安裝在電子裝置等上的電池組、諸如電動汽車的電動車輛、諸如家用電力服務器的電力存儲系統、和諸如電鉆的電動工具。

已經提出了利用各種充電和放電原理來獲得電池容量的二次電池。特別是，利用電極反應物的插入和提取的二次電池或利用電極反應物的析出和溶解的二次電池已引起人們的重視，因為這樣的二次電池可提供比鉛電池、鎳鎘電池等更高的能量密度。

二次電池包括正極、負極和電解液。正極包含與充電和放電反應有關的活性物質（正極活性物質）。正極活性物質（通常為具有層狀鹽型晶體結構的鋰復合氧化物，諸如LiCoO₂、LiNiO₂和LiMn₂O₄用于獲得高容量和高電壓。

然而，在充電的狀態下鋰復合氧化物被加熱到從200攝氏度到300攝氏度的溫度的情況下，鋰復合氧化物很容易提取氧。因此，考慮到安全問題，已經研究了使用磷酸鋰化合物，而不是鋰復合氧化物。磷酸鋰化合物是具有橄欖石型晶體結構的LiFePO₄等。

然而，在磷酸鋰化合物中，例如，趨向于不太可能獲得足夠的電池容量等，因為在充電和放電時的電極反應物反應的插入和提取反應比鋰復合氧化物中的反應更慢且電阻更高。因此，為了提高使用磷酸鋰化合物的二次電池的電池特性，已經進行了各種研究。

具體地，為了增加在大電流充電和大電流放電時的充電和放電容量，諸如Ag的導電微粒由通式Li_zFe_1-yX_yPO₄（X表示Mg等，0≤y≤0.3，且0<z≤1）表示的磷酸鐵鋰的材料粉末的表面支撐，或復合物由通式LiMePO₄（Me表示二價過渡金屬）表示的鋰過渡金屬復合氧化物的粒子和碳物質微粒（例如，參見日本未經審查的專利申請公開第2001-110414號和第2003-036889號）配置。為了獲得優異的電子傳導性，由通式Li_xFePO₄（0<x≤1）表示的化合物與碳材料混合，且定義初級粒徑和這樣化合物的比表面積（例如，請參見日本未經審查的專利申請公開第2002-110162號）。為了提高在高速率放電時的放電性能，使用由通式LiMPO₄（M代表Co等）表示的橄欖石型磷酸鋰和粘合劑（聚丙烯腈：PAN）（例如，參見日本未經審查的專利申請公開第2005-251554號）。為了提高在高速率放電時的循環特性和安全性，針對包含由通式Li_xMPO₄（M表示Co等，0<x<1.3）等表示的鋰過渡金屬磷酸鹽的正極定義孔隙率、細孔徑等（例如，參見日本未經審查的專利申請公開第2010-225366號和第2010-015904號）。為了平衡高電池容量和優異負載特性，定義磷酸鋰化合物的初級粒子的平均粒徑和初級粒子之間的空隙（細孔徑）之間的關系（例如，參見日本專利第4605287號）。

發明內容

雖然已經針對使用磷酸鋰化合物作為正極活性物質的二次電池已經進行了各種研究，但是還沒有獲得充分的電池特性。因此，有改善的空間。

希望提供能夠獲得優異電池特性的電極、二次電池、電池組、電動車輛、電力存儲系統、電動工具和電子裝置。

根據本技術的一個實施方式，提供了包括活性物質的電極。（A）活性物質包括由下式（1）表示的磷酸鋰化合物。（B）由壓汞法測量的細孔分布指示其中孔徑等于或大于約0.01微米并小于約0.15微米的范圍內的峰P1，并指示其中孔徑為從約0.15微米至約0.9微米的范圍內的峰P2。（C）峰P1的強度I1和峰P2的強度I2之間的比值I2/I1為從約0.5至約20。（D）孔隙率為從約30%至約50%。

Li_aM1_bPO₄...（1）