非水电解质二次电池用正极活性物质和非水电解质二次电池制造技术

本公开提供一种非水电解质二次电池用正极活性物质和非水电解质二次电池。一种用于非水电解质二次电池的正极活性物质，含有选自Ta和Nb之中的至少一种金属元素，并且由微晶集合成的粒子构成，1个粒子的压缩破坏强度为500MPa以上，粒子的(110)矢量方向的微晶直径为100nm以上300nm以下。

【技术实现步骤摘要】

本公开涉及非水电解质二次电池用正极活性物质和非水电解质二次电池。
技术介绍
非水电解质二次电池，需要能够同时实现高容量化和循环特性的提高。因此，对于在正极芯体上形成有正极活性物质层的非水电解质二次电池用正极，为了高容量化而需要高填充性，为了循环特性提高而需要高耐久性。专利文献1中公开了使正极活性物质的粉体破坏强度成为300MPa以上500MPa以下，并且将晶体尺寸控制为100nm以上300nm以下，由此改善容量密度和循环特性。在先技术文献专利文献1：国际公开第2014/103166号
技术实现思路
但是，如果为了使正极成为高密度而向构成正极活性物质的粒子施加500MPa以上的压力，则会发生粒子破碎，无法得到循环特性优异的正极活性物质。本公开涉及的非水电解质二次电池用正极活性物质，包含选自Ta和Nb之中的至少一种金属元素，并且由微晶集合成的粒子构成，1个粒子的压缩破坏强度为500MPa以上，所述粒子的(110)矢量方向的微晶直径为100nm以上300nm以下。另外，本公开涉及的非水电解质二次电池用正极，活性物质密度为3.6g/cc以上。另外，本公开涉及的非水电解质二次电池，具备层叠型的电极体，该电极体是由含有所述正极活性物质的板状的正极、和板状的负极隔着隔板层叠而成的。本公开涉及的非水电解质二次电池用正极活性物质和非水电解质二次电池，容量高，且循环特性优异。附图说明图1是作为实施方式的一例的非水电解质二次电池的立体图。图2是图1中的II-II截面图。图3是作为实施方式的一例的电极体的示意图。图4是作为实施方式的一例的电极体的俯视图。图5是作为实施方式的一例的电极体的局部侧视图。图6是表示关于实施例和比较例的循环次数与容量维持率的相关性的图。图7是表示关于实施例1的正极活性物质的SEM图像的图。图8是表示关于比较例1的正极活性物质的SEM图像的图。图9是表示关于比较例2的正极活性物质的SEM图像的图。标号说明10非水电解质二次电池，11外装罐，11a底部，12封口板，13封止栓，13a注液孔，14排气阀，15正极外部端子，16负极外部端子，17、18垫片，19绝缘片，20电极体，21正极接片部，22负极接片部，23正极集电引线，24负极集电引线，25电流切断机构，30正极，31正极活性物质层，32正极芯体露出部，33根部，40负极，41负极活性物质层，42负极芯体露出部，50隔板，51绝缘胶带具体实施方式非水电解质二次电池用正极具有在正极芯体上形成正极活性物质层的结构，但为了电池的高容量化，期望将正极活性物质层进一步高填充化。为了高填充化，需要以500MPa以上的压力压缩正极活性物质层。但是，如果对正极活性物质层施加500MPa以上的压力，则有时构成正极活性物质的粒子会破碎。这样的粒子破碎有可能导致循环特性的劣化，因而不优选。因此，期望提高粒子的硬度。所以，本专利技术人考虑到如果在制造正极活性物质时，向正极活性物质材料添加具有硬特性的Ta和Nb，则粒子的硬度会增大。但如果添加Ta和Nb来制造正极活性物质，则晶体尺寸会减小。如果晶体尺寸减小，则离子传导性降低，得不到高容量的电池。本专利技术人为解决上述课题进一步认真研究，结果考虑到关于非水电解质二次电池用正极，在制造正极活性物质时，向正极活性物质材料添加具有硬特性的Ta和Nb，并且将煅烧工序分为两个阶段。具体而言，在煅烧的第一阶段中，通过添加Ta和Nb的至少一种并以高温煅烧，使粒子硬度成为500MPa以上，使粒子形状呈球形生长。在该阶段中处于晶体尺寸小的状态，但之后在煅烧的第二阶段中，以低温煅烧，在粒子硬度为500MPa以上的状态下，控制为适当的晶体尺寸。发现通过经过这样的煅烧工序，即使添加Ta和Nb也不会改变晶体尺寸，能够制造出可承受高压缩的正极活性物质，从而设计出本实施方式。根据本实施方式，能够提高正极活性物质的硬度，并且形成适当的晶体尺寸。因此，非水电解质二次电池用正极，能够高压缩化而不使构成正极活性物质的粒子破碎，使用了该正极的电池，容量高且循环特性优异。以下，利用附图对实施方式的一例进行详细说明。在实施方式的说明中参照的附图，是示意性地记载，附图所描绘的构成要素的尺寸比率等有时与实物不同。具体的尺寸比率等，应参考以下的说明进行判断。图1是本公开的实施方式的非水电解质二次电池10的一例的立体图。图2是图1中的II-II截面图。非水电解质二次电池10具备有底且具有开口的外装罐11、和将该开口封闭的封口板12。外装罐11是将电极体20与非水电解质一起收纳的有底筒状的方型容器，该电极体20包含在芯体上具备活性物质层的正负极。外装罐11具有底部11a，在与底部11a相向的位置设有开口。封口板12是将外装罐11封闭的盖体，设有将用于注入电解液的注液孔13a密封的封止栓13、排气阀14、正极外部端子15和负极外部端子16。排气阀14用于将电池内部的气体向电池外部排出。正极外部端子15具有使外部电源与正极导通的功能。负极外部端子16具有使外部电源与负极导通的功能。正极外部端子15以通过绝缘性的垫片17而与封口板12电绝缘的状态安装于封口板12。另外，负极外部端子16以通过绝缘性的垫片18而与封口板12电绝缘的状态安装于封口板12。垫片17、18优选为树脂制。如图2所示，外装罐11收纳电极体20。电极体20以侧面和底面覆盖绝缘片19的状态被收纳。绝缘片19优选使用例如沿着外装罐11的内壁呈箱状弯折的绝缘片、或覆盖电极体20的袋状的绝缘片。在电极体20中，正极接片部21配置于封口板12侧的一端部，负极接片部22配置于封口板12侧的另一端部。正极集电引线23与正极接片部21接合。负极集电引线24与负极接片部22接合。正极集电引线23经由电流切断机构25与正极外部端子15电连接。负极集电引线24与负极外部端子16电连接。图3是作为实施方式的一例的电极体20的示意图。电极体20包含含有正极活性物质的正极30、负极40、以及设置于正极30与负极40之间的隔板50。正极30和负极40为板状，它们隔着隔板50层叠而构成层叠型的电极体20。在此，如果是包含正极30和负极40的卷绕型的电极体，则在提高了正极30的活性物质密度的情况下，板状的正极30有可能折断。但是，本实施方式中是包含板状的正极30和负极40的层叠型的电极体20，因此能够实现3.6g/cc以上的高的活性物质密度。如图3所示，正极30在正极芯体的两面具有形成了正极活性物质层31的方形区域，在方形的短边的一端设有正极芯体露出部32。多枚正极芯体露出部32层叠形成正极接片部21。在正极芯体露出部32的根部33，优选设置绝缘层或与正极芯体相比电阻高的保护层。另外，负极40在负极芯体的两面具有形成了负极活性物质层41的方形区域，在方形的短边的一端设有负极芯体露出部42。多枚负极芯体露出部42层叠形成负极接片部22。再者，从充电时的锂的接受性的观点出发，负极40的大小优选稍稍大于正极30。正极位于电极体20的最外层的情况下，例如将101枚正极30和100枚负极40隔着聚烯烃制的隔板50层叠而得到电极体20。如图3所示，电极体20在方形的短边的一端，配置101枚正极芯体露出部32层叠而成的正极接片部21。另外，在方形的短边本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质二次电池用正极活性物质，是用于非水电解质二次电池的正极活性物质，所述正极活性物质含有选自Ta和Nb之中的至少一种金属元素，并且由微晶集合成的粒子构成，1个所述粒子的压缩破坏强度为500MPa以上，所述粒子的(110)矢量方向的微晶直径为100nm以上300nm以下。

【技术特征摘要】
2015.09.30 JP 2015-1941991.一种非水电解质二次电池用正极活性物质，是用于非水电解质二次电池的正极活性物质，所述正极活性物质含有选自Ta和Nb之中的至少一种金属元素，并且由微晶集合成的粒子构成，1个所述粒子的压缩破坏强度为500MPa以上，所述粒子的(110)矢量方向的微晶直径为100nm以上300nm以下。2.根据权利要求1所述的非水电解质二次电池用正极活性物质，所述金属元素固溶于所述正极活性物质。3.根据权利要求1或2所述的非水电解质二次电池用正极活性物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：平冢秀和，
申请(专利权)人：松下电器产业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP