【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极活性材料、正极、二次电池、电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具、以及电子设备
本技术涉及作为含锂化合物的正极活性材料、使用正极活性材料的正极和二次电池、以及使用二次电池的电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和电子设备。
技术介绍
近年来,已经广泛使用诸如移动电话和个人数字助理(PDA)等各种电子设备,并且希望进一步减少电子设备的尺寸和重量并且实现其长期的使用寿命。因此,已经开发了能够提供高能量密度的电池(尤其是小型轻量级二次电池)作为电源。最近,已经考虑不仅将该二次电池应用于上述电子设备,而且还应用于各种其他应用。这些其他应用的代表性实例可包括可附接和可拆卸地安装在电子设备等上的电池组,诸如电动汽车等电动车辆、诸如家用电力服务器等电力存储系统、以及诸如电钻等电动工具。已经提出了利用各种充电-放电原理来获得电池容量的二次电池。具体地,已经开始关注利用电极反应物的嵌入(insertion)和脱嵌(extraction)的二次电池或者利用电极反应物的沉淀和溶解的二次电池,因为该二次电池提供比铅电池、镍-镉电池等更高的能量密度。二次电池包括正极、负极、以及电解液。正极包含参与充电-放电反应的正极活性材料。作为正极活性材料,通常,广泛使用诸如LiCoO2和LiNiO2等含锂化合物。因为与充电-放电反应直接有关的正极活性材料影响电池性能,所以已经就正极活性材料的组分等开始进行各种研究。具体地,为了改善充电-放电循环特性,金属氧化物的涂层形成在包含由通式LixNi1-yCoyOz表示的复合氧化物的正极的表面上(例如,见专利文献1)。在式中,x等满足0< ...
【技术保护点】
一种二次电池,包括:正极;负极;以及电解液,其中:所述正极包括含锂化合物;所述含锂化合物是通过将不同于元素M1的元素M2插入到以下式(1)表示的复合氧化物的表层区域的晶体结构中而获得的化合物,所述元素M2是Mg、Ca、Ti、Zr、S、F、Fe、Cu、B、Al、P、C、Mn、Ni、以及Co中的至少一种;并且所述含锂化合物的中央侧上由下式(2)表示的摩尔分数R1小于所述含锂化合物的表层侧上的所述摩尔分数R1;Li1+a(MnbCocNi1‑b‑c)1‑aM1dO2‑e...(1)其中,M1是Al、Mg、Zr、Ti、Ba、B、Si、以及Fe中的至少一种,并且a至e满足0<a<0.25、0.5≤b<0.7、0≤c<1‑b、0≤d≤1、以及0≤e≤1,R1(%)=(所述元素M2的物质量/Mn、Co、Ni、以及所述元素M2的物质量的总和)×100…(2)。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.03.26 JP 2012-0689361.一种二次电池,包括:正极;负极;以及电解液,其中:所述正极包括含锂化合物;所述含锂化合物是通过将不同于元素M1的元素M2插入到以下式(1)表示的复合氧化物的表层区域的晶体结构中而获得的化合物,所述元素M2是Mg、Ca、Ti、Zr、S、F、Fe、Cu、B、Al、P、C、Mn、Ni、以及Co中的至少一种;并且所述含锂化合物的中央侧上由下式(2)表示的摩尔分数R1小于所述含锂化合物的表层侧上的所述摩尔分数R1;Li1+a(MnbCocNi1-b-c)1-aM1dO2-e...(1)其中,M1是Al、Mg、Zr、Ti、Ba、B、Si、以及Fe中的至少一种,并且a至e满足0<a<0.25、0.5≤b<0.7、0≤c<1-b、0≤d≤1、以及0≤e≤1,R1(%)=(所述元素M2的物质的量/Mn、Co、Ni、以及所述元素M2的物质的量的总和)×100…(2),其中:所述摩尔分数R1从所述含锂化合物的所述表层侧至所述含锂化合物的所述中央侧逐渐减小;并且所述摩尔分数R1为0.2至0.8,其中,由下式(3)表示的质量比率R2(%)为0.05%至0.1%;R2(%)=(Mn、Co、Ni、以及所述元素M2的质量的总和)/所述含锂化合物的总质量)×100…(3)。2.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述含锂化合物中所述元素M2的含量相对于Li的含量为0.01摩尔%至5摩尔%。3.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述式(1)中的a满足0.1<a<0.25。4.根据权利要求1所述的二次电池,其中:所述含锂化合物是通过机械化学反应用包含作为组成元素的所述元素M2的化合物覆盖所述复合氧化物的表面并且烧成所得物而获得的化合物;并且包含作为组成元素的所述元素M2的化合物与所述复合氧化物形成固溶体。5.根据权利要求1所述的二次电池,其中:所述负极包括金属类材料;并且所述金属类材料包括作为组成元素的Si和Sn中的至少一种。6.根据权利要求5所述的二次电池,其中,所述金属类材料是SiOv,其中,0.2<v<1.4。7.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述正极、所述负极、以及所述电解液中的至少一种包含杂多酸和杂多酸化合物中的至少一种。8.根据权利要求1所述的二次电池,其中:在所述正极和所述负极中的至少一个上设置有凝胶涂层;并且所述凝胶涂层包括无定形多酸和无定形多酸盐化合物中的至少一种,所述无定形多酸和所述无定形多酸盐化合物包含一种或者多种类型的多元素。9.根据权利要求8所述的二次电池,其中:从杂多酸和杂多酸化合物中的至少一种获得所述凝胶涂层;并且所述杂多酸和所述杂多酸化合物中的至少一种包括六价多原子离子和具有小于六价的化合价的多原子离子。10.根据权利要求9所述的二次电池,其中,所述杂多酸和所述杂多酸化合物中的每种是由下式(4)至下式(7)表示的化合物中的至少一种;HxAy(BD6O24)·zHbO...(4)其中,A是Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Al、NH4、铵盐、以及鏻盐中的一种;B是P、Si、As、以及Ge中的一种;D是Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Tc、Rh、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、以及Tl中的至少一种;x至z满足0≤x≤8、0≤y≤8、并且0≤z≤50;并且x和y中的至少一个不是0;HxAy(BD12O40)·zHbO...(5)其中,A是Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Al、NH4、铵盐、以及鏻盐中的一种;B是P、Si、As、以及Ge中的一种;D是Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Tc、Rh、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、以及Tl中的至少一种;x至z满足0≤x≤4、0≤y≤4、并且0≤z≤50;并且x和y中的至少一个不是0;HxAy(B2D18O62)·zHbO...(6)其中,A是Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Al、NH4、铵盐、以及鏻盐中的一种;B是P、Si、As、以及Ge中的一种;D是Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Tc、Rh、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、以及Tl中的至少一种;x至z满足0≤x≤8、0≤y≤8、并且0≤z≤50;并且x和y中的至少一个不是0;HxAy(B5D30O110)·zHbO...(7)其中,A是Li、Na、K、Rb、Cs、Mg、Ca、Al、NH4、铵盐、以及鏻盐中的一种;B是P、Si、As、以及Ge中的一种;D是Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Zr、Nb、Mo、Tc、Rh、Cd、In、Sn、Ta、W、Re、以及Tl中的至少一种;x至z满足0≤x≤15、0≤y≤15、并且0≤z≤50;并且x和y中的至少一个不是0。11.根据权利要求9所述的二次电池,其中,所述杂多酸是磷钼酸、磷钨酸、硅钼酸、以及硅钨酸中的至少一种。12.根据权利要求1所述的二次电池,其中,所述二次电池是锂二次电池。13.一种正极活性材料,其中:所述正极活性材料是含锂化合物,通过将不同于元素M1的元素M2插入到由下式(1)表示的复合氧化物的表层区域的晶体结构中而获得所述含锂化合物;所述元素M2是Mg、Ca、Ti、Zr、S、F、Fe、Cu、B、Al、P、C、Mn、Ni、以及Co中的至少一种;并且在所述含锂化合物的中央侧上由下式(2)表示的摩尔分数R1小于所述含锂化合物的表层侧上的所述摩尔分数R1;Li1+a(MnbCocNi1-b-c)1-aM1dO2-e...(1)其中,M1是Al、Mg、Zr、Ti、Ba、B、Si、以及Fe中的至少一种,并且a至e满足0<a<0.25、0.5≤b<0.7、0≤c<1-b、0≤d≤1、以及0≤e≤1,R1(%)=(所述元素M2的物质的量/Mn、Co、Ni、以及所述元素M2的物质的量的总和)×100…(2),其中:所述摩尔分数R1从所述含锂化合物的所述表层侧至所述含锂化合物的所述中央侧逐渐减小;并且所述摩尔分数R1为0.2至0.8,其中,由下式(3)表示的质量比率R2(%)为0.05%至0.1%;R2(%)=(Mn、Co、Ni、以及所述元素M2的质量的总和)/所述含锂化合物的总质量)×100…(3)。14.根据权利要求13所述的正极活性材料,其中,所述含锂化合物中所述元素M2的含量相对于Li的含量为0.01摩尔%至5摩尔%。15.根据权利要求13所述的正极活性材料,其中,所述式(1)中的a满足0.1<a<0.25。16.根据权利要求13所述的正极活性材料,其中:所述含锂化合物是通过机械化学反应用包含作为组成元素的所述元素M2的化合物覆盖所述复合氧化物的表面并且烧成所得物而获得的化合物;并且包含作为组成元素的所述元素M2的化合物与所述复合氧化物形成固溶体。17.一种包括含锂化合物的正极,通过将不同于元素M1的元素M2插入到由下式(1)表示的复合氧化物的表层区域的晶体结构中而获得所述含锂化合物;其中:所述元素M2是Mg、Ca、Ti、Zr、S、F、Fe、Cu、B、Al、P、C、Mn、Ni、以及Co中的至少一种;并且在所述含锂化合物的中央侧上由下式(2)表示的摩尔分数R1小于所述含锂化合物的表层侧上的所述摩尔分数R1;Li1+a(MnbCocNi1-b-c)1-aM1dO2-e...(1)其中,M1是Al、Mg、Zr、Ti、Ba、B、Si、以及Fe中的至少一种,并且a至e满足0<a<0.25、0.5≤b<0.7、0≤c<1-b、0≤d≤1、以及0≤e≤1,R1(%)=(所述元素M2的物质的量/Mn、Co、Ni、以及所述元素M2的物质的量的总和)×100…(2),其中:所述摩尔分数R1从所述含锂化合物的所述表层侧至所述含锂化合...
【专利技术属性】
技术研发人员:远藤一显,细谷洋介,辻洋悦,本桥一成,
申请(专利权)人:索尼公司,
类型:发明
国别省市:日本;JP
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