电池正极材料和锂离子电池制造技术

现有技术无法实现锂离子电池的高容量化。本发明专利技术提供一种包含由Li2Mn(1-2x)NixMoxO3(0＜x＜0.4)表示的正极活性物质的电池正极材料。由此能够实现锂离子电池的高容量化。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及锂离子电池及其正极材料。
技术介绍
专利文献1中公开了由xLiMO2·(1-x)Li2NO3表示的锂离子电池用的正极材料。其中，x是满足0＜x＜1的数。另外，M是平均氧化态为3+的1个以上的过渡金属。另外，N是平均氧化态为4+的1个以上的过渡金属。专利文献2中公开了使用由Lix[Mn(1-y)Mey]Oz表示的固溶体的锂二次电池用的正极。其中，Me是除了Li和Mn以外的至少一种金属元素(除了B、Al、Ga和In以外)。另外，1＜x＜2、0≤y＜1、且1.5＜z＜3。在先技术文献专利文献1：日本特开2008-270201号公报专利文献2：日本专利第5344236号公报
技术实现思路
现有技术无法实现锂离子电池的高容量化。本专利技术提供一种电池正极材料，包含由Li2Mn(1-2x)NixMoxO3(0＜x＜0.4)表示的正极活性物质。本专利技术提供一种锂离子电池，具备正极、负极和电解质，所述正极包含由Li2Mn(1-2x)NixMoxO3(0＜x＜0.4)表示的正极活性物质。根据本专利技术，能够实现锂离子电池的高容量化。附图说明图1是表示实施方式1的电池的概略构成的图。图2是表示Li2Mn1-2xNixMoxO3的X射线衍射测定的结果的图。附图标记说明1 正极集电体2 正极合剂层3 正极4 负极集电体5 负极合剂层6 负极7 隔板8 垫片9 负极侧外装体10 正极侧外装体具体实施方式以下，一边参照附图一边对实施方式进行说明。(实施方式1)实施方式1中的电池正极材料包含由通式：Li2Mn(1-2x)NixMoxO3(0＜x＜0.4)表示的正极活性物质。根据以上的方案，能够实现锂离子电池的高容量化。另外，实施方式1中的锂离子电池具备正极、负极和电解质，所述正极包含上述电池正极材料。根据以上的方案，能够实现高容量的锂离子电池。再者，实施方式1中的锂离子电池可以是二次电池。以下，对本专利技术人推断出的机制进行说明。根据实施方式1中的正极材料，通过Mo和Ni而使结构稳定化，因此能够得到超越以往材料的容量。首先，通过Ni，能够降低由后述的现有技术中的空隙层的形成所带来的晶体结构的不稳定化。即，相比于LiMn相，Ni更容易进入Li相。因此，即使发生Li从充电中的Li相脱离，Ni也能
够承担支柱的作用。其结果，与后述的现有技术相比，进一步使结构强化。并且，通过与氧的共价键性高的Mo，可抑制充电中的氧脱离。由此，也能够同时得到结构稳定化的效果。另一方面，作为以往的正极材料的Li2MnO3具有层状结构，所述层状结构是仅有Li的Li相和Li与Mn以1:2的比例有序排列的LiMn相层叠而成的。在充电反应中，所有的Li从Li相脱离，在层间产生空隙层。因此，晶体结构容易不稳定化。使用Li2MnO3作为正极活性物质的情况下，在充电时，进行氧的氧化反应。另外，在放电时，通过Mn从4价向3价的还原反应而进行充放电。在此，为了体现高容量，抽取更多的Li。例如，与钴酸锂的情况下进行抽取直到Li/Co＝0.5为止相对，进行抽取直到Li/Mn＝1.5为止。其结果，伴随充放电，容量快速劣化。像这样，在充电时，从其结构抽取更多的Li。因此，结构的一部分崩溃，原本该材料具有的电化学容量没有被抽取，伴随充放电使容量快速降低。认为结构崩溃是例如由充电中的氧脱离导致的。由此，引起容量降低。如上所述，实施方式1中的正极材料，通过包含由通式：Li2Mn(1-2x)NixMoxO3表示的正极活性物质，能够使结构稳定化。因此，例如充电时，即使在从其结构抽取了许多Li的情况下，也能够具有稳定的结构。由此，能够实现具有高能量密度的锂离子电池。接着，对本专利技术人推断出的充放电反应机理进行说明。使用了Li2Mn1-2xNixMoxO3作为正极活性物质的情况下，理论上每1个过渡金属原子能够利用2个Li和电子。因此，最大可期待2个电子反应程度的容量。在充电时，发生Ni从2价向4价产生多个价数变化的氧化反应。另外，在充电时，发生氧的氧化反应。另外，在放电时，发生Mn从4价向3价的还原反应。另外，在放电时，发生Ni从4价向2价产生多个价数变化的还原反应。另外，在放电时，发生Mo从6价向4价产生多个价数变化的还原反应。通过这样的反应，每1个过渡金属原子能够插入和脱离2个Li。为了
发生该反应，需要充电前的活性物质中的各元素的价数分别为Mn为4价、Ni为2价、Mo为6价。其中，在将Li/(Mn1-2xNixMox)的比维持为2、并且将氧/(Mn1-2xNixMox)的比维持为3的情况下，Mo与Ni的比率如果考虑其电中性条件则成为1:1。Li2Mn1-2xNixMoxO3中，x值为0＜x＜0.4的情况下能够合成单相。另一方面，如果x增加至0.4以上，则难以单相化。其结果，会生成锰酸锂或钼酸锂等的杂质相。图2是表示Li2Mn1-2xNixMoxO3的X射线衍射测定的结果的图。图2中的标记表示来自于Li2MnO3的峰。另外，图2中的标记◇表示来自于杂质的峰。如图2所示，x＜0.4时，杂质相为微量，因此没有观察到明显的容量降低。另一方面，x≥0.4时，杂质相的量增大。杂质相的量的增大，成为充放电时的反应电阻成分。因此，引起容量降低。根据以上，在实施方式1中，x值的范围期望为0＜x＜0.4的范围。(正极活性物质的制作方法)Li2Mn1-2xNixMoxO3的粒子例如可采用以下方法制作。将锂化合物的粒子、锰化合物的粒子、镍化合物的粒子和钼化合物的粒子混合，得到原料混合物。作为锂化合物，可举出例如氢氧化锂、碳酸锂、氧化锂、硝酸锂等。作为锰化合物的粒子，可举出碳酸锰等。作为镍化合物，可举出例如氧化镍、氢氧化镍、碳酸镍等。作为钼化合物，可举出例如各种氧化钼、钼酸铵等。但锂源、锰源、镍源、钼源并不限定于此，可以使用各种原料。将锂化合物的粒子、锰化合物的粒子、镍化合物的粒子和钼化合物的粒子混合的工序，可以采用干式法实施，也可以采用湿式法实施。在混合工序中，可以使用球磨机等混合装置。将所得到的原料混合物例如在大气中烧成。由此，得到Li2Mn1-2xNixMoxO3。烧成工序，可以在例如600～1000℃的温度条件下、且3～24小时
的时间条件下实施。(电池的构成)图1是表示实施方式1的电池的概略构成的图。图1所示的构成例中，正极3具有正极集电体1和在正极集电体1上形成的正极合剂层2，所述正极合剂层2包含正极活性物质。负极6具有负极集电体4和在负极集电体4上形成的负极合剂层5，所述负极合剂层5包含负极活性物质。正极3和负极6隔着隔板7以正极合剂层2与负极合剂层5相对的方式配置。它们的电极群由负极侧外装体9和正极侧外装体10覆盖。另外，图1所示的电池具备垫片8。再者，不特别限定电池的形状，可以构成硬币型、圆筒型、方型等的电池。正极例如由正极集电体和被其担载的正极合剂构成。正极合剂除了正极活性物质以外可以包含粘结剂、导电剂等。正极例如可以通过下述方式制作：将由任选成分和正极活性物质构成的正极合剂与液状成分混合，调制正极合剂浆液，将所得到的浆液涂布于正极集电体并使其干燥。负极例如由负极集电体和被其担载的负极合剂构成。负极合剂除了负极活性物质以外可以包含粘结剂等。负极例如可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电池正极材料，包含由Li2Mn(1‑2x)NixMoxO3表示的正极活性物质，其中，0＜x＜0.4。

【技术特征摘要】
2015.02.13 JP 2015-0259621.一种电池正极材料，包含由Li2Mn(1-2x)NixMoxO3表示的正极活性物质，其中，0＜x＜0.4。2.一种锂离子电池，具备正极、...

【专利技术属性】
技术研发人员：浅野和子，名仓健祐，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP