正极和非水电解质电池制造技术

本发明专利技术公开了一种正极和非水电解质电池，该非水电解质电池 包括具有正极活性物质层的正极，该正极活性物质层包括具有橄榄 石结构的磷酸锂化合物；具有负极活性物质的负极；以及非水电解 质，其中，所述正极活性物质层包括：碳材料，通过使用514.52nm 波长的氩激光辐射的测量的拉曼光谱分析，获得的该碳材料在1,360 cm-1处的峰强度(I1360)与在1,580cm-1处的峰强度(I1580)的比 (I1360/I1580)为0.25以上到0.8以下；以及纤维状碳。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及正4及和非水电解质电池，特别;也，涉及一种具有高 容量和高输出特性的正极和非水电解质电池。
技术介绍
近年来，已出现了便携式电子装置，例如，摄像机(^磁带录像 机)、移动电话以及膝上型电脑，并且已经减小了它们的尺寸和重 量。另外，对于用于这些电子装置的便携式电源，已经大力进行了 对于增大电池特别是二次电池的能量密度的研究和开发。对于使用非水电解液的电池，尤其是锂离子二次电池的期望得 以增加，并且它们的市场已显著增长，这是因为与铅电池和4臬-镉电 池(它们是现有技术中的含水电解液二次电池)相比，它们可提供 更高的能量密度。特别地，近年来，已积极进行了旨在使锂离子二次电池大规模 化并增大其输出的试验，因为电池的包括重量轻和能量密度高的特 性适用于电动车和混合电动车。在以4里离子二次电池为 表的非水二次电池中，通常^f吏用i者如 LiCo02、 LiNiCb和LiMn204的氧化物作为正才及活性物质的正才及。这 是因为能够提供高容量和高电压，并且高充电性优异，使得有利于 减小便携式装置的尺寸和重量。然而，在充电状态的这些正;f及的加热导致在200。C 300。C下 引发氧的释放。由于使用易燃的有机电解液作为电解液，氧的释放 涉及电池的热失控(runaway)的风险。因此，该氧化物正极的4吏 用阻碍了安全性的提供，特别是在大型电池中。与jt匕才目反，J. Electrochem. Soc.， Vol. 144, p. 1188才旨出，由A. K. Padhi等人报道的具有橄榄石结构的正极材料即使超过350。C也不 会导致氧的释放，故在安全性方面是显著优异的。这样的正极材料 包括例如主要由铁构成的锂铁磷酸盐(LiFei_xMxPC4,其中，M是 选自锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)等中的至少一种金属材料)。该具有橄榄石结构的正极材并+具有才及高的电位平坦性 (potential flatness)程度，因为放电和充电是在LiFeP04和FeP04 两层共存的状态下进4亍的。因此，在多凄t情况下，在恒电流充电状 态下，具有进行恒电流/恒电压充电的特性，其为典型的锂离子电池 中的充电方法。因此，与现有技术中的正极材料(诸如LiCo02、 LiNi02和LiMn204 )相比，在以相同的充电速率充电的情况下，佳: 用具有橄榄石结构的正极材料的电池允许短的充电时间。然而，这样的具有橄榄石结构的正才及材并牛具有这样的问题，即 与如在现有技术中使用的钴酸锂(LiCo02)相比，由于在对电池进 行放电和充电的过程中锂的緩慢的嵌入-脱嵌反应、以及高的电阻， 所以并未纟是供与大电流;改电与充电中的过电压的增大相对应的足 够的方文电和充电容量。解决这样的问题的各种方法已得以实施，包括例如，在日本专利申《青乂>开(JP-A)第2001-110414号和第2003-36889号中才皮露的 技术，通过在锂铁磷酸盐颗粒的表面上施加导电细颗粒以改善活性 物质表面的导电'I"生，乂人而增大在大电;克;改电和充电中的^:电和充电容量。通常，还已经使诸如炭黑的粉末状碳、诸如石墨的薄片状碳、 正才及的电阻。另夕卜，JP-A第2002-110162号披露，使用具有足够大的比表面 积的正4及活性物质4是高了正才及中的电子传导率，该正才及活性物质由 锂4失磷酸盐的一次颗粒(primary particle )获得，其颗粒直径为3.1 以下。JP-A第2005-251554号也披露了 一种使用具有高粘结能力的粘 结剂以改善正一及活性物质和导电剂之间、正4及活性物质和正一及集电 体之间以及正4及集电体和导电剂之间的粘合性，并改善大电流力文电 和充电过程中的负载特性的技术。
技术实现思路
然而，使用如在JP-A第2001-110414号、第2003-36889号、 第2002-110162号或第2005-251554号中描述的正才及活性物质在改 善在放电的早期中的大电流放电特性是有效的，但是随着大电流放 电和充电的循环的进4于，导致循环恶4匕的增加。特别;也，在大电流 i文电循环过程中，电池电阻随着循环次凄t的增加而显著增大，引起 电池容量下降和可能需要重负载输出(load output)的电子装置(诸 如电力工具)中不充分输出的风险，乂人而阻碍该电子装置的4吏用。尽管JP-A第2005-251554号还披露了具有高的粘结能力的粘结 剂的材料的使用导致了在{氐力丈电和充电电流下的循环寿命性能的 改善，但是未观察到与大电流放电循环诸如5C或IOC放电有关的发现。这样的问题认为是由下面描述的原因造成的。因为电池根据流 过电》也的电流的量而发热，大电伊u;改电的电池内部处于明显的高温 状态。在电池内部的高温状态下重复的;^文电和充电会加速电解液的 分解，以形成这样的使负极表面的导电性变差的涂层。在^f吏用具有橄榄石结构的正才及活性物质的电池中，由于正才及活 性物质具有相对小的颗粒直径和大的比表面积，与具有其他结构的 正极活性物质相比，颗粒表面上的水分吸收量增大，^f旦是认为如上 所述的电解液的分解反应随着正才及中的含7K量的增加而显著进4亍。 更具体地，认为正极中的水可流入电解液中以进一步促进电解液的 分解。这被认为导致了随着放电和充电循环的进行，负极表面上的 涂层量增加，乂人而增大了电池电阻，特别是在4吏用具有橄^^结构 的正才及活性物质的电池中。因此，在本专利技术中，期望解决上述问题并提供一种具有高容量 和高输出特性的正极和非水电解质电池。才艮据本专利技术的实施方式，提供了一种非水电解质电池，包括 具有正^l活性物质层的正极，该正极活性物质层包括具有橄榄石结 构的磷酸锂化合物；具有负极活性物质的负极；以及非水电解质， 其中，该正极活性物质层包括碳材料，通过使用514.52 nm波长 的氩激光辐射的测量的4立曼光谱分析，获得的该-友材料在1,360 cm—1 处的峰强度(1136。)与在1，580 cm"处的峰强度(1158())的比(I136。/I1580 ) 为0.25以上到0.8以下；以及纤维状石友。7上述磷酸锂化合物的特征在于由化学式I表示 (化学式I) LiMxP04其中，M是选自由4左Co、 4孟Mn、纟失Fe、 4臬Ni、 4美Mg、铝 Al、硼B、钬Ti、钒V、铌Nb、铜Cu、锌Zn、钼Mo、钩Ca、锶 Sr、鴒W和《告Zr组成的组中的至少一种；并且x为0 ^ x S 1 。上述》粦酸锂化合物的平均颗if立直径优选为50 nm以上到500大的比表面积，提高了通过包括如上所述的这样的碳材料而获得的 效果。在磷酸锂化合物中，随着平均颗粒直径的降低可提高通过包 括如上所述的这样的碳材料而获得的效果。根据本专利技术的实施方式，还提供了一种正极，包括碳材料， 通过使用514.52 nm波长的氩激光辐射的测量的拉曼光谱分析，获 得的该碳材料在1,360 cm"处的峰强度(1136())与在1,580 cm"处的 峰强度(11580 )的比(11360/11580 )为0.25以上到0.8以下；以及纤维状碳。根据本专利技术，如上所述的这样的碳材料与用作导电剂的诸如纤 维状碳的高导电性碳的组合使用可以使得抑制由正极活性物质吸 收的水流入电解液中，并4本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种非水电解质电池，包括：　具有正极活性物质层的正极，所述正极活性物质层包括具有橄榄石结构的磷酸锂化合物；　具有负极活性物质的负极；以及　非水电解质，　其中，所述正极活性物质层包括：　碳材料，通过使用５１４．５ ２ｎｍ波长的氩激光辐射的测量的拉曼光谱分析，获得的所述碳材料在１，３６０ｃｍ↑［－１］处的峰强度（Ｉ↓［１３６０］）与在１，５８０ｃｍ↑［－１］处的峰强度（Ｉ↓［１５８０］）的比（Ｉ↓［１３６０］／Ｉ↓［１５８０］）为０．２５以上到０．８以下；以及　纤维状碳。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：石井武彦，渡边美树男，中井秀树，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP