非水电解质电池制造技术

在非水电解质电池中，正极活性物质含有镍和铝的氢氧化物。该正极活性物质可进一步含有钴的氢氧化物。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及非水电解质电池。近些年来，随着便携式电子设备的发展，高效电池一直是人们所渴望的。锂离子电池已作为具有高操作电压和高能量密度的非水电解质电池付诸于实际使用，且该锂离子电池中碳材料用作负极，而以分层复合氧化物状的钴酸锂用作正极。但是，由于钴酸锂就其天然来源而言是贫乏的，所以很贵。因此人们提出用含锂锰复合氧化物或镍酸锂作替代品。这样一种复合氧化物是所谓4V锂二极蓄电池的正极活性物质，这种蓄电池在平均值大约4V下工作。从另一方面说，由于IC操作的开发是在不高于3V的电压下进行的，或者说从电池寿命的观点出发，期待着对3V非水电解质的蓄电池的需求量会提高。然而，作为3V的非水电解质蓄电池用的正极活性物质，一般已知的仅有LiMnO2和V2O5。就是这些物质在放电容量或循环寿命方面也还有许多不足之处，且发现应用极为有限如存储备用零件。此外，近来已有报道镍的氢氧化物已用作3V非水电解质蓄电池的正极活性物质(日本电化学学会第64届会议上的学术报告3A06)。根据这一报告，镍的氢氧化物尽管具有约290mAh/g的理论放电容量，但显示的初放电容量高到285mAh/g，这相当于百分利用率不低于95％。因此，可以说镍的氢氧化物足够用于要求高能量密度的电池上，如笔记本式个人电脑用电源。然而，镍的氢氧化物的缺点在于它不具备良好的循环寿命。循环寿命的改进是实际使用中要求解决的重要任务。所以一直要求解决这一问题。如上所述，期望镍的氢氧化物能作为3V非水电解质蓄电池用的正极活性物质的有效选择物。因为镍的氢氧化物能显示非常高的初放电容量，但缺点在于它不具有良好的循环寿命。本专利技术的目的在于提供非水蓄电池，该电池的循环寿命得到了改进，致使镍的氢氧化物能被实际使用。本专利技术的非水电解质蓄电池包含具有镍和铝的氢氧化物的正极活性物质。在本专利技术的非水电解质的电池中，正极活性物质进一步含有钴的氢氧化物。此外，本专利技术的非水电解质电池可包含具有杂环化合物的电解质，该杂环化合物含孤对电子的氮作为杂环的取代元素。杂环化合物可选自吡啶、吡嗪、哒嗪、嘧啶、1，3，5-三嗪、1，2，4，5-四嗪、中氮茚、喹啉、异喹啉、噌啉、4H-喹嗪、喹唑啉、喹喔啉、2，3-二氮杂萘、1，8-二氮杂萘、喋啶、吖啶、吩嗪、菲啶、1，10-菲咯啉、苯并噌啉、2，2′-哌啶基、苯并喹啉、苯并异喹啉、苯并喹啉和苯并喹啉中的至少一种。在附图中附图说明图1说明在第一次循环放电过程中，在各种放电条件下，用于本专利技术电池A的含镍和铝的氢氧化物的正极活性物质的粉末X-射线衍射图(CuKα)。图2说明在第一次循环的放电过程中，在各种放电条件下，用于常规电池H的含镍的氢氧化物的正极活性物质的粉末X-射线衍射图(CuKα)；和图3说明在第一次循环的放电过程中，在各种放电条件下，用于本专利技术电池D的含镍、铝和钴的氢氧化物的正极活性物质的粉末X-射线衍射图(CuKα)。图4为用本专利技术实施例生产非水电解质电池的示意图。在本专利技术的非水电解质电池中，正极活性物质含有镍和铝的氢氧化物，而不是其中仅含镍的氢氧化物的正极活性物质的常规非水电解质电池。由此，可以提供具有更好的充-放电循环性能的非水电解质电池。另外，在本专利技术中，通过将氢氧化正镍粉末与氢氧化正铝粉末简单地混合，使镍和铝的氢氧化物包含在正极活性物质内。而且，将包含镍元素和铝元素的化合物如镍铝合金和镍铝共沉淀化合物转变成其氢氧化合物，然后，将该化合物加入到正极活性物质中。在另一实施方案中，在本专利技术的非水电解质蓄电池中，正极活性物质能进一步含有钴的氢氧化物，以便经过深放电后也能保持良好的循环性能。而且，在该实施方案中，按上述实施方案的相同方式，使镍、铝和钴的氢氧化物包含在正极活性物质中。正极活性物质中的铝和钴含量优选是其摩尔比(Al+Co)/(Ni+Al+Co)不大于30％。这是因为铝或钴的含量按摩尔比计若超过30％，放电容量下降就会增加。在另一个实施方案中，本专利技术的非水电解质电池具有含杂环化合物的电解质，该杂环化合物含具有孤对电子的氮作为杂环的取代元素，以提高镍的氢氧化物特别是在放电过程中的稳定性，因此进一步改进其充-放电性能。可用于本专利技术中的杂环化合物特别好的实例是吡啶。可采用的杂环化合物优先选择吡啶、吡嗪、哒嗪、嘧啶、1，3，5-三嗪、1，2，4，5-四嗪、中氮茚、喹啉、异喹啉、噌啉、4H-喹嗪、喹唑啉、喹喔啉、2，3-二氮杂萘、1，8-二氮杂萘、喋啶、吖啶、吩嗪、菲啶、1，10-菲咯啉、苯并噌啉、2，2′-哌啶基、苯并喹啉、苯并异喹啉、苯并喹啉和苯并喹啉。在本专利技术中可使旧的电解质溶剂的实例包括碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的混合物、极性溶剂如碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、四氢噻吩砜、二甲基亚砜、乙腈、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、1，2-二甲氧基乙烷、1，2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧戊环和乙酸甲酯及其混合物。作为加入电解质中的盐可以使用锂盐如LiPF6、LiBF4、LiAsF6、LiClO4、LiSCN、LiI、LiCF3SO3、LiCl、LiBr和LiCF3CO2或其混合物。通过适当地组合这些溶剂和盐可确定电解质的优化浓度。作为用于本专利技术中的电解质可以使用锂离子性导电固体高分子化合物电解质膜。在这种情况下，以高分子化合物形式加入的电解质和以微孔固体高分子化合物电解质膜的形式加入的电解质在对溶液或承载盐的溶解状态是不同的。作为负极活性物质，可以使用金属锂、锂与Al、Si、Pb、Sn、Zn、Cd或诸如此类的合金、过渡金属复合氧化物如LiFe2O3、过渡金属氧化物如WO2和MoO2、碳基材料如石墨和碳、氮化锂如LiS(Li3N)、金属锂箔或其混合物。实施例用下列优选实施例对本专利技术作进一步说明，但不构成对本专利技术的限制。实施例1一种正极活性物质，其粒径为5～50μm，含有镍和铝的氢氧化物，其中锂含量按摩尔比Al/(Ni+Al)计为5％，作为导电材料的乙炔黑的含量为5％(重量)和作为粘合剂的聚偏二氟乙烯的n-甲基-2-吡咯烷酮溶液(按聚偏二氟乙烯固体含量计含量为9％(重量))在干燥室内混合制成膏。将如此制备的膏涂于铝的网状物上作成集电极，然后在100℃的温度下干燥以制成尺寸为15mm×15mm的正极板。如图4所示，两块尺寸与所述正极板2相同的金属锂板1用于一块正极板上。采用分隔板3，这样，每块分隔板3就被置于正极板2和负极板1之间，石墨用作负极活性物质。在负极中，铜网用作收集器，分隔板用聚烯烃制成。作为电解质，可以使用含1M高氯酸锂的1∶1(体积)碳酸亚乙酯和碳酸二乙酯的混合物。这些元件被密封在电池外壳4内。负极板1与负极端子5相连，而正极板2则与正极端子6相结。这样，制备成了本专利技术的电池A。实施例2按与实施例1相同方法制成本专利技术的电池B，只是使用含镍和铝的氢氧化物的正极活性物质，其中铝含量按摩尔比Al/(Ni+Al)计为15％。实施例3按与实施例1相同的方法制成本专利技术的电池C，只是使用含镍和铝的氢氧化物的正极活性物质，其中铝含量按摩尔比Al/(Ni+Al)计为30％。实施例4按与实施例1相同的方法制成本专利技术的电池D，只是使用含镍、铝和钴的氢氧化物的正极活性物质，其中5％的铝含量和5％的钴含量是分别按本文档来自技高网...

【技术保护点】
非水电解质电池，包含具有镍和铝的氢氧化物正极活性物质。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：丸田顺一，
申请(专利权)人：日本电池株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]