生产阴极活性材料的方法和生产非水性电解质电池的方法技术

通过单相合成由Ｉ１↓［ｘ］Ｆｅ↓［１－ｙ］Ｍ↓［ｙ］ＰＯ↓［４］表示的化合物和碳材料组成的复合材料而制造且有优异电池性能的阴极活性材料的方法和制造使用该阴极活性材料的非水性电解质电池的方法。通过如下步骤制造阴极活性材料：混合用于合成由通式Ｌｉ↓［ｘ］Ｆｅ↓［１－ｙ］Ｍ↓［ｙ］ＰＯ↓［４］表示的化合物的原材料，研磨在所述混合步骤中所获得的混合物，将在所述研磨步骤中被研磨的混合物压制至预定密度，以及烧结在所述压制步骤被压制的混合物，其中在所述烧结步骤之前的上述任一步骤中加入碳材料，在所述压制步骤中的所述混合物的密度是不小于１．７１ｇ／ｃｍ↑［３］，并且不大于２４５ｇ／ｃｍ↑［３］。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种能够可逆地掺杂/去掺杂锂的阴极活性材料，并且涉及一种采用该阴极活性材料的非水性电解质电池。在上述二次电池中，作为非水性电解质二次电池的锂离子二次电池具有高输出和高能量密度的优点。锂离子二次电池是由分别具有能够可逆地掺杂/去掺杂锂离子的活性材料的阴极和阳极以及非水性电解质构成的。随着锂离子在阴极脱嵌入而进入电解质溶液然后嵌入阳极活性材料，锂离子二次电池进行充电反应。在放电时，进行与充电反应相反的反应，因此，锂离子嵌入阴极。也就是随着反复地发生锂离子从阴极进入和离开阳极活性材料和锂离子离开/进入阳极活性材料，重复进行充电/放电。对于锂离子二次电池的阴极活性材料而言，使用LiCoO2、LiNiO2或LiMn2O4，因为这些材料具有高能量密度和高电压。然而，在其组分中包含低克拉克数的金属元素的这些阴极活性材料成本高并且供给不稳定。而且这些阴极活性材料的毒性较高，且显著地污染了环境。因此需要使用新的替代材料作为阴极活性材料。已经提出使用具有橄榄石结构的LiFePO4作为锂离子二次电池的阴极活性材料的建议。LiFePO4具有高达3.6g/m3的体积密度并产生3.4V的高电位，同时理论容量高达170mAh/g。此外，在初始状态，LiFePO4以每个铁原子对一个锂原子的比例包含可电化学去掺杂(dedopable)的锂，因而有希望作为锂离子二次电池的阴极活性材料。而且，在它的组分中，LiFePO4包括廉价的能够大量供给的铁，因此与上述各种材料也就是LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4相比其成本低。但是，由于LiFePO4只有低导电率，所以如果LiFePO4被用作阴极活性材料的话，则该电池的内部电阻可能有时会增加。如果该电池的内部电阻增加的话，则电池闭合电路上的极化电位会增加以降低电池容量。另外，由于LiFePO4的真密度低于常规阴极材料的密度，所以如果将LiFePO4用作阴极活性材料的话，则该活性材料的充电率不会增加，从而该电池不会充分地增加能量密度。因此，已经提出使用由通式LixFePO4所表示的具有橄榄石结构的化合物和具有优异导电性的碳材料的复合材料作为锂离子二次电池的阴极活性材料的建议，在所述通式中，0＜x≤1。该复合材料在下文中被称为LixFePO4碳复合材料。同时如果杂质被剩余在作为阴极活性材料的LixFePO4碳复合材料中，由于杂质无助于电池反应，从而降低了电池性能。为了改善电池性能，必须制备不包含残余杂质的LixFePO4碳复合材料，也就是以单相合成LixFePO4碳复合材料。为了制备出LixFePO4碳复合材料，已经提出了这样一种方法，该方法包括混合用于LixFePO4合成的原材料，研磨所得到的材料，烧结被研磨的产品并在任意时刻将一种碳材料加入到该原材料中以便合成。但是，难以在烧结过程中实现合成的平稳反应，因此目前缺乏以单相合成LixFePO4碳复合材料的技术，因而还没有实现使用单相合成的LixFePO4碳复合材料的非水性电解质电池。一方面，本专利技术提供用于生产阴极活性材料的方法，包括混合用于合成由通式LixFe1-yMyPO4所表示的化合物的原材料的步骤，其中M至少是Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B和Nb这些元素中的一种，0.05≤x≤1.2，0≤y≤0.8；研磨在混合步骤中得到的混合物的步骤；将在研磨步骤中得到的研磨后的混合物压制成预定的密度的压制步骤；以及烧结在压制步骤中被压制的混合物的烧结步骤。在烧结步骤之前的上述任一步骤加入碳材料，并且在压制步骤中将该混合物的密度设定为不小于1.71g/cm3并不大于2.45g/cm3。在上述用于生产阴极活性材料的方法中，在研磨步骤和烧结步骤之间设有压制步骤，用来将被研磨的混合物即用于合成阴极活性材料的研磨后的原材料压制成预定的密度，即不小于1.71g/cm3且不大于2.45g/cm3。该步骤降低了混合物即用于合成阴极活性材料并被提供给烧结步骤的原材料的颗粒之间的间隙，从而确保了足够的用于合成的原材料的颗粒的接触面积。通过在用于合成的原材料之间保持足够的接触面积来进行烧结步骤，从而提高了合成反应的反应效率以实现阴极活性材料的单相合成，即由LixFe1-yMyPO4和碳构成的复合材料。因此，采用用于阴极活性材料的该生产方法，就有可能生产出可以确保高电池容量的阴极活性材料。也就是说，通过采用根据本专利技术的用于生产阴极活性材料的方法，在研磨步骤和烧结步骤之间设有将被研磨的混合物即用于合成阴极活性材料的被研磨的原材料压制成预定密度的步骤，该密度为不小于1.71g/cm3且不大于2.45g/cm3，从而实现阴极活性材料即LiFePO4碳复合材料的单相合成。因此，采用本专利技术的用于阴极活性材料的生产方法，从而可以通过阴极活性材料的单相合成来提供一种用于生产用于具有高电池容量的电池的阴极活性材料的方法。另一方面，本专利技术提供一种生产非水性电解质电池的方法，该电池具有含有阴极活性材料的阴极、含有阳极活性材料的阳极和一种非水性电解质，其中通过以下步骤制备阴极活性材料将用于合成由通式LixFe1-yPO4所表示的化合物的原材料混合步骤，其中M至少是Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B和Nb这些元素中的一种，0.05≤x≤1.2，0≤y≤0.8；研磨在混合步骤中得到的混合物的步骤；将在研磨步骤中得到的被研磨的混合物压制成预定的密度的压制步骤；以及烧结在压制步骤中被压制的混合物的烧结步聚。在烧结步骤之前的上述任意步骤加入碳材料，并且在压制步骤中将该混合物的密度设定为不小于1.71g/cm3并不大于2.45g/cm3。在上述生产非水性电解质电池的方法中，在生产阴极活性材料中，在研磨步骤和烧结步骤之间设有压制步骤，用来将被研磨的混合物即用于合成阴极活性材料的研磨后的原材料压制成预定的密度，即不小于1.71g/cm3且不大于2.45g/cm3。该步骤降低了混合物即用于合成阴极活性材料并被提供给烧结步骤的原材料的颗粒之间的间隙，从而确保了足够的用于合成的原材料的颗粒的接触面积。通过在用于合成的原材料之间保持足够的接触面积来进行烧结步骤，从而提高了合成反应的反应效率以实现阴极活性材料的单相合成，即由LixFe1-yMyPO4和碳构成的复合材料。因此，采用用于阴极活性材料的该生产方法，就有可能生产出具有高电池容量的阴极活性材料。也就是说，通过采用根据本专利技术的用于生产该非水性电解质电池的方法，在研磨步骤和烧结步骤之间设有将被研磨的混合物即用于合成阴极活性材料的研磨后的原材料压制成预定密度的步骤，该密度为不小于1.71g/cm3且不大于2.45g/cm3，从而实现阴极活性材料即LiFePO4碳复合材料的单相合成。因此，采用本专利技术的用于非水性电解质电池的生产方法，从而可以通过阴极活性材料的单相合成来提供一种用于生产用于高电池容量的电池的阴极活性材料的方法。另一方面，本专利技术提供一种生产阴极活性材料的方法，包括混合用于合成由通式LixFe1-yMyPO4所表示的化合物的原材料的步骤，其中M至少是Mn、Cr、Co、Cu、Ni、V、Mo、Ti、Zn、Al、Ga、Mg、B和Nb这些元素中的一种，0.0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于制造阴极活性材料的方法，包括： 混合用于合成由通式Ｌｉ↓［ｘ］Ｆｅ↓［１－ｙ］Ｍ↓［ｙ］ＰＯ↓［４］表示的化合物的原材料的混合步骤，其中Ｍ表示选自Ｍｎ、Ｃｒ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｖ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｂ和Ｎｂ这些元素中的至少一种，０．０５≤ｘ≤１．２，０≤ｙ≤０．８； 研磨在所述混合步骤中所获得的混合物的研磨步骤； 将在所述研磨步骤中研磨后的混合物压制至预定密度的压制步骤；以及 烧结在所述压制步骤被压制的混合物的烧结步骤，其中在所述烧结步骤之前的上述任一步骤中加入碳材料，在所述压制步骤中的所述混合物的预定密度是不小于１．７１ｇ／ｃｍ↑［３］，并且不大于２．４５ｇ／ｃｍ↑［３］。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：细谷守，福嶋弦，酒井秀树，久山纯司，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]