物质和包含该物质的电池制造技术

本发明专利技术提供了一种物质和包含该物质的电池，其中，该物质包括：氧化物，包含选自含有钴Ｃｏ、镍Ｎｉ、锰Ｍｎ、铁Ｆｅ和铜Ｃｕ的组中的至少一种元素；以及化学键合至氧化物表面的硅Ｓｉ。此外，该电池包括正极、负极和电解质，其中，所述正极包括含有以下成分的物质：氧化物，包含至少一种选自含有钴Ｃｏ、镍Ｎｉ、锰Ｍｎ、铁Ｆｅ和铜Ｃｕ的组中的元素；以及包含化学键合至氧化物表面的硅Ｓｉ。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及适合作为电才及材料的物质以及包含此物质的电池， 具体地，涉及包含氧化物粒子以及与这种粒子的表面化学键合的硅 Si的物质，以及包含该物质的电池。
技术介绍
近几年，随着便携式电子设备的显著进步和发展，更加要求用 于这些设备的电池具有更小的尺寸和重量以及更高的容量。例如， 4里二次电池顺应了这种要求。4里二次电池比其j也电池有更大的容 量，但是仍然需要改进。 一种解决方法是开发正极材料。锂二次电池的正极材料的例子包括基于诸如Co304、 Fe203、 Ni203、 CoFe204、石粦化钴、氮化4古、钒酸4孟、Li4Ti5012或Li6Fe203 的碌b属化物的材料(例如，参见日本专利申请^^开(JP-A)No. 2003-77544 )。很久前人们就知道一些硫属化物材料具有非常大的容 量。Tarascon等加工纳米尺寸水平的石克属4b物材冲牛来制造特殊的电 极结构，发现即使在晶体结构由于锂Li的嵌入而被破坏的材料中或 不能将锂嵌入进晶体的材料中，金属元素也通过还原至几乎为0的氧化值而循环，由此i正明石克属^:物材冲牛的大容量并非基于不可逆反 应。基于此，对硫属化物材料的研究不断进行。近年来，人们发现， 虽然循环特性较差，但不需要加工为纳米尺寸水平或者制成特殊电 极结构，该材料也具有可逆性。因此，预计通过将来的研究，硫属化物材冲+将4是供1600WM的大容量， 一皮i人为是未来电池的重要材料。然而，这些材并牛仍然未达到它们的理i仑容量。另外，也没有达 到足够的循环特性。为了解决这些问题，提出了一种使用通过将活 性物质与碳材料机械混合、从而使活性物质与碳材料部分结合而制备的正才及才才泮牛的方法(例:l 口，参见JP-ANo. 2006-306650)。还提出了 一种通过使用包含1,3-二氧戊环的溶剂作为电池电解 液、/人而改善循环特性的方法(例如，参见JP-A No. 2006-24412 )。此外，还披露了，将用作正极材料的氧化钴中的硅Si浓度降至 500ppm以下(其中Si被j人为是正扨J才津+中的杂质)，乂人而在方文电容 量和容量4呆持率方面获4寻良好特性(例如，参见JP-A No. 11-157844 )。
技术实现思路
然而，根据JP-A No. 2006-306650中描述的方法，虽然在一定 程度上改善了容量和循环特性，但是改善的程度是不够的。特别是 循环特性没有达到令人满意的水平。JP-A No. 2006-24412中描述的方法与4吏用其他》容剂作为电解 液的情况相比，提供了更好的循环特性。但是，长期循环特性并不 令人满意。 JP-A No. 11-157844中描述的方法在》文电容量和容量保持率方 面提供了可接受的特性，但是这种水平的特性并不令人满意。通过降低活性物质的粒径可以使容量接近理^仑值，但通常，循 环特性趋于变差。JP-A No. 2006-306650、 JP-A No. 2006-24412以及 JP-ANo. 11-157844中描述的方法也纟艮难才是供令人满意的循环特性。因此，需要提供具有高容量和优异循环特性的电池，以及适合 用作电池的材并+的物质。根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种物质，包括氧化物， 包括选自由钴Co、 4臬Ni、锰Mn、铁Fe和铜Cu组成的组中的至 少一种元素；以及化学4建合至氧化物表面的硅Si。才艮据本专利技术的另一实施方式，4是供了一种电池，包4舌正才及、负 极和电解质，其中，正极包括含有以下成分的物质氧化物，包括 选自由钴Co、 4臬Ni、锰Mn、 4夹Fe和铜Cu组成的组中的至少一 种元素；以及化学键合至氧化物表面的硅Si。根据本专利技术，通过使硅Si化学键合到氧化物表面，可以稳定所 述物质的表面状态，其中，该氧化物包括选自含有钴Co、镍Ni、 4孟Mn、 4失Fe和铜Cu的组中的至少 一种元素。才艮据本专利技术，可以稳定物质的表面状态，由此，可以4是供具有 高容量和优异循环特性的电池。如附图中所示，根据以下对最佳模式的实施方式的详细描述， 本专利技术的各种目的、特4正和优点将更加显而易见。附图说明图1是示出了包括^f艮据本专利技术的一个实施方式的物质的二次电池的结构的剖^L图。具体实施例方式下面，将参照附图对本专利技术的实施方式进4亍i兌明。才艮据本专利技术实施方式的物质包括化学4建合至氧化物的表面的 硅Si。氧化物包含至少一种选自含有钴Co、 4臬Ni、锰Mn、铁Fe和 铜Cu的组中的元素。该氧化物是，例如，具有由4匕学式1表达的 平均组成的物质。(化学式1 )LiaMh-bM2bOc(其中，Ml表示选自含有4臬Ni、 4古Co、 4孟Mn、 4失Fe和4同 Cu的组中的至少一种。M2表示选自除元素M1以外的金属元素和 半金属元素中的至少一种；a、b和c为摩尔比，并且0^a<3.6、 0SbKl 且1^2。)通过氧化物与锂的电化学氧化还原反应，元素Ml ^皮还原至化 合价1以下并且几乎为0，以使元素Ml以金属状态存在。按照与 Ml相同的方式，元素M2可以通过与锂进行电化学氧化还原反应 而还原至化合价1以下并且几乎为0,或者，才艮据M2的类型以及 与元素Ml的组合，也可能对反应没有贡献，M2的化合价也不发 生变化。更具体地，物质具有例如化学式2表达的反应坤几理。化学式2 典型地示出了元素Ml的氧化态(左侧)和还原态(右侧)，并且还 可示出在反应中的其^f也状态。(化学式2) aLi + Ml丄—bM2bOc G (l-b)Ml + LiaM2bOc aLi + Mh—bM2bOe o (l-b)Ml + dM2 + LiaM2b—dOc aLi + Ml!-bM2bO。 <=> (l-b)Ml + bM2 + LiaOc(其中，0<d<b)氧化物的具体实例包括CoO、 FeO、 CuO、 NiO、 Fe203、 Co304、 Li2CoO、 NixMg6.xMn08、 LiNiV04、 Co2Sn04和Mn304。在4t学式1 和2中，c的组成比率并不限于包括锂或者元素Ml或M2的化合 物的化学计量组成，也可以偏离所述化学计量组成。根据本专利技术的此实施方式，Si化学键合至氧化物的表面，由此 稳定表面状态。因此，通过4吏用所述物质作为例如电池的正才及材泮+， 这样的电池具有改善的循环特性。当所述物质用作电池的正4及材冲+时，所述物质的平均斗立径伊C选 为0.005pm以上ljam以下。通常，在^f吏用平均粒径l(am以下的正 极活性物质作为电池的正极材料时，这种电池具有高容量，但是提 供的循环特性不能令人满意。通过使用根据本专利技术的此实施方式的 物质，即使在使用平均粒径lpm以下的氧化物时，也能提供令人满 意的循环特性。因此，可以^是供具有高容量和优异循环特性的电池。 另一方面，如果平均粒径小于0.005pm,材料本身的易加工性降低。通过根据JIS R 1629中定义的用于微细陶瓷材料的激光衍射散射法 的冲立径分布测量法，可以测量平均招J圣。氧化物表面上Si的元素比率优选为3%以上90%以下。如果该 比率低于3%,则表面稳定效果将变小，另一方面，如果高于90%, 则Si化合物层将具有更大的厚度，从而具有优异的表面稳定性，但本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种物质，包括：　氧化物，包括选自由钴Ｃｏ、镍Ｎｉ、锰Ｍｎ、铁Ｆｅ和铜Ｃｕ组成的组中的至少一种元素；以及　化学键合至所述氧化物的表面的硅Ｓｉ。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：蒲生嘉则，井本浩，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]