正极活性物质、正极以及锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种具有高循环特性的正极活性物质、正极以及使用了它的锂离子电池。本发明专利技术提供一种含有锂复合氧化物、高热传导化合物和石墨烯或者多层石墨烯的正极活性物质。

Positive electrode active material, positive electrode and lithium ion secondary cell two

The present invention provides a positive electrode active material, a positive electrode, and a lithium ion battery using the same. The present invention provides a positive active material comprising a lithium complex oxide, a high heat conducting compound, and graphene or multilayer graphene.

【技术实现步骤摘要】
正极活性物质、正极以及锂离子二次电池
本专利技术涉及正极活性物质、使用其的正极以及锂离子二次电池。
技术介绍
一直以来，作为锂离子二次电池用的正极活性物质，钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等能够得到超过4V的电动势，因此进行了广泛的研究。关于锂离子二次电池用的正极活性物质，倾向于以提高放电容量为目的提高充电电压。然而，如果提高充电电压而提高放电容量，则随之电池的发热量增大，并且电池的循环特性由于发热而降低。特别地，以钴酸锂、镍酸锂、锰酸锂等作为正极活性物质的电池体系由于提高充电电压时的发热而不能得到充分的循环特性，在高温环境下特别明显。作为有关钴酸锂的循环特性的现有文献，例如报告有如专利文献1所述将钴酸锂的钴和/或锂的一部分用其它金属元素置换以提高循环特性，但是充电时的热不稳定性的改善不充分，寻求进一步的循环特性的提高。另外，在以下，根据情况不同，将锂离子二次电池记作“电池”。现有技术文献专利文献1：日本特开2006-164758号公报
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述现有技术中存在的技术问题而完成的专利技术，目的在于提供一种具有高的循环特性的正极活性物质、正极以及锂离子二次电池。为了达到上述目的，本专利技术所涉及的正极活性物质是一种包含下述化学式(1)所表示的锂复合氧化物、高热传导化合物、石墨烯或者多层石墨烯的正极活性物质，LixM1yM21-yO2……(1)上述化学式(1)中，M1是选自Ni、Co、Mn中的至少一种金属，M2是选自Al、Fe、Ti、Cr、Mg、Cu、Ga、Zn、Sn、B、V、Ca和Sr中的至少一种金属，并且满足0.05≤x≤1.2和0.3≤y≤1。根据上述结构，通过含有高热传导化合物、石墨烯或者多层石墨烯，从而能够高效地放出充电时产生的热，抑制正极蓄热因此防止正极活性物质的劣化，提高循环特性。特别地，如果使充电电压上升至4.2V附近，则引起正极活性物质的结晶的转移或者正极活性物质的分解，并且伴随之引起大的发热。通过这样的构成，能够抑制该正极活性物质的热稳定性的降低。本专利技术所述的正极活性物质优选为选自AlN、BN、Si3N4、TiN、ZrN、VN、Cr2N、SiC、WC、TiC、TaC、ZrC、NbC、Mo2C、Cr3C2、TiB2、ZrB2、VB2、NbB2中的至少一种。通过这样的结构，特别是通过含有高热传导化合物，从而能够高效地放出充电时产生的热，并且抑制正极的蓄热，因此防止正极活性物质的劣化，提高循环特性。本专利技术所涉及的正极活性物质中使用的高热传导化合物优选相对于锂复合氧化物含有0.05～10重量％。在高热传导化合物的重量大于0.05重量％的情况下，能够高效地放出充电时产生的热，因此循环特性提高。另外，如果为10重量％以下，就能够防止能量密度的降低。优选本专利技术所述的正极活性物质中使用的锂复合氧化物由包覆层包覆，并且包覆层包含高热传导化合物和石墨烯以及多层石墨烯中的任一种以上。通过高热传导化合物包覆锂复合氧化物中的至少一部分，从而能够高效地传导而放出由发热源产生的热，并且抑制发热因此防止劣化，提高循环特性。优选包覆层包含高热传导化合物，进一步优选在包覆层上将其一部分用石墨烯或者多层石墨烯包覆。包覆层由锂复合氧化物牢固地紧贴，进一步能够缓和石墨烯或者多层石墨烯所具备的热传导率的各向异性的影响，因此能够更迅速地传导而放出由锂复合氧化物所产生的发热，并且抑制发热因此防止劣化，提高循环特性。优选高热传导化合物的平均膜厚为30～300nm，石墨烯或者多层石墨烯的膜厚为50～500nm。如果高热传导化合物的平均膜厚为30nm以上，则容易形成热传导的网络通道，能够高效地放出热，因此提高循环特性。另外，如果为300nm以下，则能够防止离子传导率的降低，因此能够防止倍率特性的降低。如果石墨烯或者多层石墨烯的膜厚为50nm以上，则容易形成热传导的网络通道，能够高效地放出热，因此，循环特性提高。另外，如果为500nm以下，则能够防止离子传导率的降低，因此能够防止倍率特性的降低。本专利技术所涉及的正极活性物质中所使用的高热传导化合物优选平均一次粒径为10～500nm。如果高热传导化合物的平均一次粒径为10nm以上，则容易形成热传导的网络通道，并且能够高效地放出热。另外，如果为500nm以下，则能够增多颗粒间的接触点，因此能够高效地放出热，并且循环特性提高。通过本专利技术可以提供一种具有高循环特性的正极活性物质、正极以及使用了该正极的锂离子二次电池。附图说明图1是本实施方式的锂离子二次电池的示意截面图。图2是本第二实施方式的正极活性物质的示意截面图。图3是本第三实施方式的正极活性物质的示意截面图。符号说明：10……隔膜；20……正极；22……正极集电体；24……正极活性物质层；30……负极；32……负极集电体；34……负极活性物质层；40……发电要件；50……外包装；52……金属箔；54……高分子膜；60、62……导线；100……锂离子二次电池；110……锂复合氧化物；120……含高热传导化合物的包覆层；130……含石墨烯或者多层石墨烯的包覆层；140……包覆层具体实施方式参照附图并详细说明本专利技术所涉及的锂离子二次电池的优选的实施的一例。但是，本专利技术的锂离子二次电池不限定于以下的实施方式。另外，附图的尺寸比率不限定于图示的比率。(锂离子二次电池)参照图1简单地说明本实施方式所涉及的电极以及锂离子二次电池。锂离子二次电池100主要具备层叠体40、以密封状态收纳层叠体40的壳体50、以及连接于层叠体40的一对导线60、62。另外，虽然未图示，但是将电解液与层叠体40一起收纳于壳体50中。叠层体40中，正极20、负极30夹着含有非水电解液的隔膜10相对配置。正极20是在板状(膜状)的正极集电体22上设置有正极活性物质层24的电极。负极30是在板状(膜状)的负极集电体32上设置有负极活性物质层34的电极。正极活性物质层24以及负极活性物质层34分别与隔膜10的两侧相接触。正极集电体22和负极集电体32的端部上分别连接有导线62、60，并且导线60、62的端部延伸至壳体50的外部。以下，将正极20和负极30总称为电极20、30，将正极集电体22以及负极集电体32总称为集电体22、32，并将正极活性物质24以及负极活性物质层34总称为活性物质层24、34。本实施方式所涉及的正极活性物质层由正极活性物质和正极粘结剂以及导电材料构成。(正极活性物质)本实施方式所涉及的正极活性物质特征在于包含下述化学式(1)所表示的锂复合氧化物、高热传导化合物、石墨烯或者多层石墨烯。LixM1yM21-yO2……(1)上述化学式(1)中，M1是选自Ni、Co、Mn中的至少一种金属，M2是选自Al、Fe、Ti、Cr、Mg、Cu、Ga、Zn、Sn、B、V、Ca和Sr中的至少一种金属，并且满足0.05≤x≤1.2和0.3≤y≤1。根据上述结构，通过含有高热传导化合物、石墨烯或者多层石墨烯，从而能够高效地放出充电时产生的热，抑制正极蓄热因此防止正极活性物质的劣化，提高循环特性。高热传导化合物的热传导率优选至少比正极活性物质中含有的锂复合氧化物的热传导率高，进一步优选为10W/m·K以上。如果热传导率为10W/m·K以上，则能够高效地放出充电时产生的热，因此抑制正极的蓄本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极活性物质，其中，含有：下述化学式(1)所表示的锂复合氧化物、高热传导化合物、以及石墨烯或者多层石墨烯，Li

【技术特征摘要】
2015.11.19 JP 2015-226173;2016.09.01 JP 2016-170521.一种正极活性物质，其中，含有：下述化学式(1)所表示的锂复合氧化物、高热传导化合物、以及石墨烯或者多层石墨烯，LixM1yM21-yO2……(1)其中，所述化学式(1)中，M1是选自Ni、Co、Mn中的至少一种金属，M2是选自Al、Fe、Ti、Cr、Mg、Cu、Ga、Zn、Sn、B、V、Ca和Sr中的至少一种金属，并且满足0.05≤x≤1.2、0.3≤y≤1。2.如权利要求1所述的正极活性物质，其中，所述高热传导化合物为选自AlN、BN、Si3N4、TiN、ZrN、VN、Cr2N、SiC、WC、TiC、TaC、ZrC、NbC、Mo2C、Cr3C2、TiB2、ZrB2、VB2、NbB2中的至少一种。3....

【专利技术属性】
技术研发人员：藤田慎，关秀明，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP