正极活性物质、正极、电池、电池组和电子设备制造技术

本发明专利技术涉及正极活性物质、正极、电池、电池组和电子设备。该正极活性物质包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，所述层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，所述金属由镍(Ni)、或镍(Ni)等金属配置。除锂以外的金属离子在通过放电状态下的正极中的所述第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的3a位上的占位是约5％或更小，且占所述3a位的一部分的金属以外的金属离子在3a位上的占位是约1％或更多，且所述正极活性物质由涂膜覆盖，且从所述涂膜暴露的所述正极活性物质的暴露量在从约0.05％至约8％的范围内。

Positive active substances, positive poles, batteries, batteries, and electronic devices

The invention relates to positive electrode active substance, positive pole, battery, battery group and electronic equipment. The positive electrode active material comprises the first cathode material arranged by a layered rock salt type lithium metal oxide, and the layered rock salt type lithium metal oxide comprises lithium and other metals except lithium. The metal is configured by nickel (Ni) or nickel (Ni) and other metals. In addition to other lithium metal ions in powder X ray diffraction pattern by cathode discharge conditions in the first positive electrode material Rietveld obtained by 3A analysis on the mass is about 5% or less, and for the outside part of the metal metal ions of 3a in the 3A site for is about 1% or more, and the positive electrode active material by coating coverage, exposure of the cathode active material and from the film exposed in from about 0.05% to about 8% of the range.

【技术实现步骤摘要】
正极活性物质、正极、电池、电池组和电子设备本申请是申请号为201310356584.1、申请日为2013年8月15日、专利技术名称为“正极活性物质、正极、电池、电池组和电子设备”的专利技术申请的分案申请。
本技术涉及的正极活性物质、正极、电池、电池组、电子设备、电动车辆、蓄电设备和电力系统。
技术介绍
近年来，随着诸如摄像机、蜂窝电话、笔记本个人计算机的便携式装置的广泛使用，对作为用于便携式装置的电源的小型、轻量和高容量的二次电池的需求正不断增加。响应这样的需求，作为用于二次电池的正极活性物质，除了锂钴氧化物(LiCoO2)之外，锂金属复合氧化物已投入实际使用，例如与锂钴氧化物(LiCoO2)相同具有R-3m空间群的层状结构的锂镍氧化物(LiNiO2)锂和具有Rd3m空间群的正尖晶石结构的锂锰氧化物(LiMn2O4)。锂钴氧化物具有约150mAh/g的放电容量，而锂镍氧化物具有约180mAh/g至约200mAh/g的放电容量。由于作为锂镍氧化物的原料的镍(Ni)在成本上比钴(Co)低，所以镍锂氧化物在成本上也优于锂钴氧化物。此外，镍在原材料供应稳定性上比钴高。因此，锂镍氧化物在原材料供应稳定性上也优于钴镍氧化物。另一方面，使用镍锂氧化物的正极活性物质具有大理论容量和高放电电位的优点，然而，锂镍氧化物的晶体结构随充电-放电循环的重复而崩溃。其结果是，使用锂镍氧化物作为正极活性物质的电池存在某些问题，例如放电容量下降和热稳定性退化。为了解决这样的问题，其中LiMn2O2被混合到具有高于锂镍氧化物的稳定性的镍钴锂锰氧化物或锂镍氧化物中的系统被广泛地用作正极活性物质。然而，虽然这些系统被用作正极活性物质，但仍然须提高循环寿命性能并抑制在循环期间电阻的增加。在日本未审查的专利申请公开号H08-213015、2011-238416和H09-298061中，提供了锂金属复合氧化物的各种提案。例如，在日本未审查的专利申请公开号H08-213015中，为了提高锂二次电池的自放电特性和循环特性，提出了由LixNiaCobMCO2表示的锂金属复合氧化物，其中满足0.8≤x≤1.2、0.01≤a≤0.99、0.01≤b≤0.99、0.01≤c≤0.3、0.8≤a+b+c≤1.2，且M是选自由Al、V、Mn、Fe、Cu和Zn配置的组中的一种或多种元素。在日本未审的专利申请公开号2011-238416中，提出具有层状岩盐结构的锂镍复合氧化物，其中通过粉末X射线衍射图的Rietveld分析的结果获得的晶格常数、锂在3b位上的位占有率、和镍在3a位上的位占有率中的每个都在特定范围内。通过发现由粉末X射线衍射图的Rietveld分析的结果获得的锂位(3a位)上的位占有率和过渡金属位(3b位)上的位占有率和通过粉末X射线衍射图的Rietveld分析的结果获得的晶格常数与放电容量和充电-放电循环特性之间的相关性而获得锂镍复合氧化物。根据日本未审查的专利申请公开号2011-238416，在锂镍复合氧化物具有层状岩盐结构、且通过粉末X射线衍射图的Rietveld分析的结果获得的晶格常数、锂在3b位上的位占有率、和镍在3a位上的位占有率中的每个都在特定范围内的情况下，其它位适当地被锂和镍占用以稳定锂镍复合氧化物的晶体结构；因此，锂镍复合氧化物作为正极材料获得稳定和大放电容量和优异循环特性。在日本未审查的专利申请公开号H09-298061中，提出了一种非水电解质二次电池的正极活性物质，其被允许在工业规模的生产过程中稳定地制造并具有高初始放电容量和低电阻，并使用喷雾干燥法作为制造正极活性物质的方法。日本未审查的专利申请公开号H09-298061提出了一种具有高初始容量的正极活性物质，其中通过粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的在3a位上的除锂以外的金属离子的位占有率和除镍、钴、锂和锰以外的金属离子在3b位上的位占有率分别是5％以下和10％以下，且平均粒径为2μm至6μm。
技术实现思路
在电池中，需要更长的使用寿命和更高的功率。特别是在用于高功率的电池中，希望抑制循环过程中电阻的增加。希望提供能够抑制电阻增加并改进循环特性的极活性物质、正极和电池，均使用它们的电池组、电子设备、电动车辆、蓄电设备和电力系统。根据本技术的一个实施方式，提供了一种正极活性物质，其包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，金属由镍(Ni)或镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种配置，其中通过放电状态下的正极中的第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的3a位上的除锂以外的金属离子的位占有率是约5％或更小，且除占有3b位的一部分的所述金属以外的金属离子在3b位的位占有率是约1％或更大，且正极活性物质覆盖有涂膜，且从涂膜暴露的正极活性物质的暴露量在从约0.05％至约8％的范围内。根据本技术的一个实施方式，提供了一种设置有正极活性物质的正极，正极活性物质包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，金属由镍(Ni)或镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种配置，其中通过放电状态下的正极中的第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的3a位上的除锂以外的金属离子的位占有率是约5％或更小，并且占有3b位的一部分的所述金属以外的金属离子在3b位的位占有率是约1％或更大，且正极活性物质覆盖有涂膜，且从涂膜暴露的正极活性物质的暴露量在从约0.05％至约8％的范围内。根据本技术的一个实施方式，提供了一种电池，其包括：正极；负极；和电解质，其中正极包括正极活性物质，正极活性物质包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，金属由镍(Ni)，或镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种配置，通过放电状态下的正极中的第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的3a位上的除锂以外的金属离子的位占有率是约5％或更小，并且占有3b位的一部分的所述金属以外的金属离子在3b位的位占有率是约1％或更大，且正极活性物质由涂膜覆盖，且从涂膜暴露的正极活性物质的暴露量在从约0.05％至约8％的范围内。在根据电池规格的充电条件(例如电池在充电电压为4.1V到4.3V和充电电流为1C下充电的条件)下在此时进行充电。根据本技术的一个实施方式，提供了一种电池组，其包括：电池，其包括正极、负极和电解质，正极包括正极活性物质；控制电池的控制部；和包含电池的封装部(package)，其中正极活性物质包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，所述金属由镍(Ni)，或镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极活性物质，包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，所述层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，所述金属由镍(Ni)、或者镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种配置，其中，通过放电状态下的正极中的所述第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的在3a位上的除锂以外的金属离子的位占有率是5％或更小，并且除占有3b位的一部分的所述金属以外的金属离子在3b位的位占有率是1％或更大，并且所述正极活性物质覆盖有涂膜，且从所述涂膜暴露的所述正极活性物质的暴露量在从0.05％至8％的范围内，其中，所述第一正极材料是由式(1)表示的锂金属氧化物：式(1)LivM1wM2xM3yOz其中，v、w、x、y和z满足0.8<v<1.2、w+x+y≤1、0.45≤w≤1、0≤x≤1、0≤y≤1和0<z<3，M1是镍(Ni)，且M2和M3中的每个都是选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种。...

【技术特征摘要】
2012.08.22 JP 2012-183217;2013.07.04 JP 2013-140811.一种正极活性物质，包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，所述层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，所述金属由镍(Ni)、或者镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种配置，其中，通过放电状态下的正极中的所述第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的在3a位上的除锂以外的金属离子的位占有率是5％或更小，并且除占有3b位的一部分的所述金属以外的金属离子在3b位的位占有率是1％或更大，并且所述正极活性物质覆盖有涂膜，且从所述涂膜暴露的所述正极活性物质的暴露量在从0.05％至8％的范围内，其中，所述第一正极材料是由式(1)表示的锂金属氧化物：式(1)LivM1wM2xM3yOz其中，v、w、x、y和z满足0.8&lt;v&lt;1.2、w+x+y≤1、0.45≤w≤1、0≤x≤1、0≤y≤1和0&lt;z&lt;3，M1是镍(Ni)，且M2和M3中的每个都是选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种。2.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，从所述涂膜暴露的所述正极活性物质的暴露量在从3.5％至8％的范围内。3.根据权利要求1所述的正极活性物质，还包括由含有锂和锰的尖晶石型锂金属氧化物配置的第二正极材料。4.根据权利要求3所述的正极活性物质，其中，所述第二正极材料是由式(2)表示的锂金属氧化物：式(2)LiaM4bMncO4其中，M4是选自铝(Al)、钴(Co)、镍(Ni)、镁(Mg)、锆(Zr)和钛(Ti)中的一种或多种，且a、b和c满足0.8&lt;a&lt;1.2、b+c≤2、0≤b和c≤2。5.根据权利要求3所述的正极活性物质，其中，在所述第一正极材料的质量比与所述第二正极材料的质量比的总和是100的情况下，满足0&lt;所述第一正极材料的质量比≤40且60≤所述第二正极材料的质量比&lt;100。6.根据权利要求3所述的正极活性物质，其中，所述第一正极材料的晶体结构是属于R-3m空间群的单一结构，且所述第二正极材料的晶体结构是属于Fd3m空间群的单一结构。7.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，所述第一正极材料的X射线衍射图在衍射角2θ＝31°±1°时不具有衍射峰。8.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，所述第一正极材料的X射线衍射图中在衍射角2θ＝18.5°±1°的峰A的强度与在衍射角2θ＝44.4°±1°的峰B的强度之间的比是1.5或更大。9.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，通过所述放电状态下的所述正极中的所述第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的、由所述金属占有的3b位和氧配置的正八面体结构的体积在9立方埃至10.5立方埃的范围内。10.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，通过所述放电状态下的所述正极中的所述第一正极材料的粉末X射线衍射图确定的所述第一正极材料的(003)面的半值宽度、(101)面的半值宽度和(104)面的半值宽度的平均值在从0.135至0.155的范围内。11.一种正极，设置有根据权利要求1所述的正极活性物质，所述正极活性物质包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，所述层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，所述金属由镍(Ni)、或者镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种配置，其中，通过放电状态下的正极中的所述第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的在3a位上的除锂以外的金属离子的位占有率是5％或更小，并且除占有3b位的一部分的所述金属以外的金属离子在3b位的位占有率是1％或更大，且所述正极活性物质覆盖有涂膜，且从所述涂膜暴露的所述正极活性物质的暴露量在从0.05％至8％的范围内，其中，所述第一正极材料是由式(1)表示的锂金属氧化物：式(1)LivM1wM2xM3yOz其中，v、w、x、y和z满足0.8&lt;v&lt;1.2、w+x+y≤1、0.45≤w≤1、0≤x≤1、0≤y≤1和0&lt;z&lt;3，M1是镍(Ni)，且M2和M3中的每个都是选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种。12.一种电池，包括：正极；负极；和电解质，其中，所述正极包括根据权利要求1所述的正极活性物质，所述正极活性物质包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，所述层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，所述金属由镍(Ni)、或者镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种配置，通过放电状态下的所述正极中的所述第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的在3a位上的除锂以外的金属离子的位占有率是5％或更小，并且除占有3b位的一部分的所述金属以外的金属离子在3b位的位占有率是1％或更大，并且所述正极活性物质覆盖有涂膜，且从所述涂膜暴露的所述正极活性物质的暴露量在从0.05％至8％的范围内，其中，所述第一正极材料是由式(1)表示的锂金属氧化物：式(1)LivM1wM2xM3yOz其中，v、w、x、y和z满足0.8&lt;v&lt;1.2、w+x+y≤1、0.45≤w≤1、0≤x≤1、0≤y≤1和0&lt;z&lt;3，M1是镍(Ni)，且M2和M3中的每个都是选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种。13.一种电池组，包括：电池，包括正极、负极和电解质，所述正极包括根据权利要求1所述的正极活性物质；控制部，控制所述电池；和封装部，包含所述电池，其中，所述正极活性物质包括由层状岩盐型锂金属氧化物配置的第一正极材料，所述层状岩盐型锂金属氧化物包括锂和除锂以外的金属，所述金属由镍(Ni)、或者镍(Ni)和选自钴(Co)、铁(Fe)、锰(Mn)、铜(Cu)、锌(Zn)、铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、钛(Ti)、镁(Mg)和锆(Zr)中的一种或多种配置，通过放电状态下的所述正极中的所述第一正极材料的粉末X射线衍射图的Rietveld分析获得的在3a位上的除锂以外的金属离子的位占有...

【专利技术属性】
技术研发人员：松井贵昭，石井武彦，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：日本,JP