本发明专利技术提供一种具有使用了固溶体正极活性物质的正极的锂离子二次电池等电器件，其可以充分发挥作为固溶体正极活性物质特征的高容量特性，且倍率特性也达到令人满意的性能。所述电器件具有发电元件，该发电元件包含：通过在正极集电体的表面形成含有正极活性物质的正极活性物质层而成的正极；通过在负极集电体的表面形成含有负极活性物质的负极活性物质层而成的负极；以及隔板，其中，将负极活性物质层的涂布量设为3～11mg/cm2，负极活性物质层含有式(1)所示的负极活性物质，另外，正极活性物质层含有式(2)所示的正极活性物质(固溶体正极活性物质)，此时，作为正极活性物质层所含有的固溶体正极活性物质，使用具有式(3)所示组成的物质。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及电器件。本专利技术的电器件以例如二次电池或电容器等的形式用于电动汽车、燃料电池汽车及混合动力电动汽车等车辆的电动机等驱动用电源及辅助电源。
技术介绍
近年来，为了应对全球变暖，迫切希望降低二氧化碳量。在汽车业界集中期待通过引入电动汽车(EV)或混合动力电动汽车(HEV)来实现二氧化碳排放量的减少，而作为它们实用化的关键的电动机驱动用二次电池等电器件的开发正在展开。作为电动机驱动用二次电池，与手机或笔记本电脑等所使用的民用锂离子二次电池相比，要求其具有极高的输出特性、及较高的能量。因此，在所有电池中具有最高理论能量的锂离子二次电池备受关注，目前其开发进展迅速。一般而言，锂离子二次电池具有将正极和负极隔着电解质层连接并收纳于电池壳体内的结构，所述正极是使用粘合剂将正极活性物质等涂布在集电体的两面而得到的，所述负极是使用粘合剂将负极活性物质等涂布在集电体的两面而得到的。目前，锂离子二次电池的负极使用了在充放电循环的寿命及成本方面有利的碳/石墨系材料。但是，碳/石墨系的负极材料由于是通过向石墨晶体中的吸留/放出锂离子来进行充放电，因此，存在得不到由作为最大锂导入化合物的LiC6得到的理论容量372mAh/g以上的充放电容量的缺点。因此，难以利用碳/石墨系负极材料得到满足车辆用途的实用化水平的容量、能量密度。与之相比，负极使用了与Li形成化合物的SiOx(0＜x＜2)材料的电池的能量密度比现有的碳/石墨系负极材料的能量密度提高，因此，期待作为车辆用途中的负极材料。例如，从微观来看，具有以SiOx表示的化学组成的硅氧化物的Si(单晶的纳米粒子)和非晶质(无定形)SiO2相分离而存在。硅氧化物具有四面体结构作为单元结构，SiO2以外的硅氧化物(中间氧化物)可以对应四面体顶点的氧数1个、2个及3个而表示为Si2O、SiO及Si2O3，但这些中间氧化物在热力学上不稳定，极其难以以单晶的形式存在。因此，SiOx的单元结构以不规则排列的非晶质结构构成，另外，该非晶质结构是多个非晶质化合物不形成界面而构成的非晶质结构，主要以均质的非晶质结构部分构成。因此，SiOx中具有在非晶质的SiO2中分散有Si纳米粒子的结构。在该SiOx的情况下，可参与充放电的仅为Si，SiO2不参与充放电。因此，SiOx表示它们的平均组成。SiOx中，Si如反应式(A)那样每1mol吸留、放出4.4mol的锂离子，且生成Li22Si5(＝Li4.4Si)这样的理论容量4200mAh/g的可逆容量成分，另一方面，SiO如反应式(B)那样每1mol吸留、放出4.3mol的锂离子，在初次的Li吸留时生成与Li4.4Si一起成为产生不可逆容量的原因的Li4SiO4，这点是较大的问题。[化学式1]但是，作为含有Li的锂硅酸盐化合物，可举出LiySiOx(0＜y，0＜x＜2)，例如Li4SiO4、Li2SiO3、Li2Si2O5、Li2Si3O8、Li6Si4O11等，但这些LiySiOx的电子传导性极小，且SiO2不具有电子传导性，因此，存在负极电阻上升的问题。其结果，使锂离子脱离及插入负极活性物质变得极其困难。但是，负极使用了与Li合金化的材料的锂离子二次电池在充放电时负极的膨胀收缩较大。例如，对于吸留锂离子时的体积膨胀而言，石墨材料约为1.2倍，而对于Si材料而言，Si和Li进行合金化时，从非晶状态转变为结晶状态，引起较大的体积变化(约4倍)，因此，存在使电极的循环寿命降低的问题。另外，在Si负极活性物质的情况下，电池的容量和循环耐久性处于折衷选择的关系，存在难以呈现高容量且使高循环耐久性提高的问题。为了解决这样的问题，提出了含有SiOx和石墨材料的锂离子二次电池用的负极(例如，参照专利文献1)。该专利文献1所记载的专利技术在第0018段中记载了通过将SiOx的含量设为最小限而显示高容量及良好的循环寿命。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特表2009-517850号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题上述专利文献1所记载的使用了含有SiOx和碳材料的负极的锂离子二次电池的情况下，可以显示良好的循环特性。但是，根据本专利技术人等的研究判明，在对使用了固溶体正极活性物质的正极组合这种负极的情况下，不能充分发挥作为固溶体正极活性物质特征的高容量特性，倍率特性也难以达到充分的性能。因此，本专利技术的目的在于提供一种具有使用了固溶体正极活性物质的正极的锂离子二次电池等电器件，其能够充分发挥作为固溶体正极活性物质特征的高容量特性，且倍率特性也达到令人满意的性能。为了解决上述课题，本专利技术人等进行了深入研究。其结果发现，通过使用含有将含Si合金和碳材料混合而成的负极活性物质的负极、含有Mn被给定的元素置换而成含有Mn的固溶体正极活性物质的正极，并将负极活性物质层的涂布量(单位面积重量)控制在给定的值，可以解决上述课题，从而完成了本专利技术。即，本专利技术涉及一种电器件，其具有发电元件，该发电元件包含：在正极集电体的表面形成含有正极活性物质的正极活性物质层而成的正极；在负极集电体的表面形成含有负极活性物质的负极活性物质层而成的负极；以及隔板。而且，所述负极活性物质层的涂布量为3～11mg/cm2。另外，所述负极活性物质层含有下述式(1)所示的负极活性物质。[数学式1]α(含Si合金)+β(碳材料) (1)式中，α及β表示负极活性物质层中各成分的重量％，80≤α+β≤98、3≤α≤40、40≤β≤95。所述正极活性物质层还含有下述式(2)所示的正极活性物质。[数学式2]e(固溶体正极活性物质) (2)式中，e表示正极活性物质层中各成分的重量％，80≤e≤98。[数学式3]Li1.5[NiaMnbCoc[Li]d[X]e]Oz (3)式中，X表示选自Ti、Zr及Nb中的至少一种，0.01≤e≤0.4、a+b+c+d+e＝1.5、0.1≤d≤0.4、1.1≤[a+b+c+e]≤1.4，z表示满足原子价的氧数。专利技术的效果根据本专利技术，通过将正极活性物质设为具有给定组成的固溶体材料，可得到能够大幅降低负极活性物质的初次不可逆容量引起的初始放电容量减少的作用。其结果，本专利技术的电器件可以充分发挥作为固溶体正极活性物质特征的高容量特性、且倍率特性也达到令人满意的性能。附图说明图1是示出作为本专利技术的电器件的一个实施方式的扁平型(叠层型)且不是双极型的非水电解质锂离子二次电池的基本结构的示意剖面图。图2是示出作为本专利技术的电器件的代表性实施方式的扁平锂离子二次电池的外观的立体图。图3是示出不含Ti的固溶体正极活性物质C0的X射线衍射图案的图表。图4是示出实施例1中得到的固溶体正极活性物质C1的X射线衍射图案的图表。符号说明10、50 锂离子二次电池11 负极集电体12 正极集电体13 负极活性物质层15 正极活性物质层17 隔板19 单电池层21、57 发电元件、25 负极集电板27 正极集电板29、52 电池外装材料58 正极极耳59 负极极耳具体实施方式根据本专利技术的一个方式，提供一种电器件，其具有发电元件，该发电元件包含：通过在正极集电体的表面形成含有正极活性物质的正极活性物质层而成的正极；通过在负极集电体的表面形成含有负极活性物质的负极活性物质层而成的负极；以及隔本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种电器件，其具有发电元件，该发电元件包含：在正极集电体的表面形成含有正极活性物质的正极活性物质层而成的正极；在负极集电体的表面形成含有负极活性物质的负极活性物质层而成的负极；以及隔板，其中，所述负极活性物质层的涂布量为3～11mg/cm2，所述负极活性物质层含有下述式(1)所示的负极活性物质，α(含Si合金)+β(碳材料) (1)式中，α及β表示负极活性物质层中各成分的重量％，80≤α+β≤98、3≤α≤40、40≤β≤95，所述正极活性物质层含有下述式(2)所示的正极活性物质，e(固溶体正极活性物质) (2)式中，e表示正极活性物质层中各成分的重量％，80≤e≤98，此时，所述固溶体正极活性物质具有下述式(3)所示的组成，Li1.5[NiaMnbCoc[Li]d[X]e]Oz (3)式中，X表示选自Ti、Zr及Nb中的至少一种，0.01≤e≤0.4、a+b+c+d+e＝1.5、0.1≤d≤0.4、1.1≤[a+b+c+e]≤1.4，z表示满足原子价的氧数。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电器件，其具有发电元件，该发电元件包含：在正极集电体的表面形成含有正极活性物质的正极活性物质层而成的正极；在负极集电体的表面形成含有负极活性物质的负极活性物质层而成的负极；以及隔板，其中，所述负极活性物质层的涂布量为3～11mg/cm2，所述负极活性物质层含有下述式(1)所示的负极活性物质，α(含Si合金)+β(碳材料) (1)式中，α及β表示负极活性物质层中各成分的重量％，80≤α+β≤98、3≤α≤40、40≤β≤95，所述正极活性物质层含有下述式(2)所示的正极活性物质，e(固溶体正极活性物质) (2)式中，e表示正极活性物质层中各成分的重量％，80≤e≤98，此时，所述固溶体正极活性物质具有下述式(3)所示的组成，Li1.5[NiaMnbCoc[Li]d[X]e]Oz (3)式中，X表示选自Ti、Zr及Nb中的至少一种，0.01≤e≤0.4、a+b+c+d+e＝1.5、0.1≤d≤0.4、1.1≤[a+b+c+e]≤1.4，z表示...
【专利技术属性】
技术研发人员：山本伸司，
申请(专利权)人：日产自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP
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