二次电池用正极及二次电池制造技术

一种二次电池用正极，其具备：正极集电体、和包含正极活性物质且设置在正极集电体表面的正极合剂层，正极活性物质包含：具有层状结构、且除锂之外的金属的80原子％以上为镍的含锂复合氧化物。正极合剂层以相对于正极活性物质100质量份为1质量份以下的比例包含含碳的导电助剂，正极合剂层的材料电阻Rm为30Ω

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】二次电池用正极及二次电池


[0001]本专利技术涉及二次电池，特别是涉及二次电池中使用的正极的改良。

技术介绍

[0002]二次电池、特别是锂离子二次电池具有高输出且高能量密度，因此被期待作为小型民生用途、电力存储装置和电动汽车的电源。作为锂离子二次电池的正极活性物质，使用锂与过渡金属(例如钴)的复合氧化物。钴的一部分用镍置换，从而可以实现高容量化。
[0003]另外，近年来，为了提高锂离子电池的能量密度和耐久性，在正极中使用充放电容量大的正极活性物质，且对大量搭载的正极活性物质进行压缩，尝试提高每单位面积的正极活性物质量。
[0004]专利文献1中提出了一种方案：在非水电解质二次电池中，将具有250MPa以上的压缩强度的非聚集状态的复合氧化物颗粒用于正极活性物质。由此，即使在使用包含含有Ni、Co和Li、且含有Mn和Al中的至少任一者、且Ni的比例相对于除Li之外的金属元素的总摩尔数为50摩尔％以上的复合氧化物颗粒的正极活性物质的情况下，也能够抑制充放电循环中的容量维持率的降低及电阻上升。
[0005]专利文献2中提出了一种方案：在锂离子二次电池中，正极包含Li
y
Ni
(1
‑
x)
M
x
所示的锂镍复合氧化物和碳纳米管，将碳纳米管的长度的平均值a与锂镍复合氧化物的一次颗粒的平均粒径b的比a/b设为0.5以上。
[0006]现有技术文献
[0007]专利文献
[0008]专利文献1：国际公开第2019/026629号小册子
[0009]专利文献2：国际公开第2008/051667号小册子

技术实现思路

[0010]专利技术要解决的问题
[0011]近年来，要求以更高的水平兼顾锂离子二次电池的高能量密度和耐久性。
[0012]但是，为了实现高容量，在正极活性物质中使用包含Ni的锂
‑
过渡金属复合氧化物的情况下，锂
‑
过渡金属复合氧化物中的Ni比越高，越从正极活性物质中过量地取出Li来改性正极活性物质的表面，有时会变化为Li离子的吸收和释放困难的结构。结果是，锂离子的移动受到阻碍，循环特性的降低容易变得显著。
[0013]用于解决问题的方案
[0014]鉴于以上情况，本专利技术的一方面涉及一种二次电池用正极，其具备：正极集电体、和包含正极活性物质且设置在所述正极集电体表面的正极合剂层，所述正极活性物质包含：具有层状结构、且除锂之外的金属的80原子％以上为镍的含锂复合氧化物，所述正极合剂层以相对于所述正极活性物质100质量份为1质量份以下的比例包含含碳的导电助剂，所述正极合剂层的材料电阻Rm为30Ω
·
cm以下，所述正极合剂层的材料电阻Rm(Ω
·
cm)相对
于所述正极集电体与所述正极合剂层之间的界面电阻Rc(Ω
·
cm2)的比率Rm/Rc为200以上。
[0015]本专利技术的另一方面涉及一种二次电池，其具有：所述二次电池用正极、分隔件、隔着所述分隔件而与所述二次电池用正极对置的负极、和电解液。
[0016]专利技术的效果
[0017]根据本专利技术，能够实现兼具高能量密度和高循环特性的二次电池。
[0018]将本专利技术的新型特征记载于附属的权利要求，但能够根据本专利技术的其他目的及特征，并通过参照附图的以下的详细说明更进一步深入理解本专利技术的构成及内容。
附图说明
[0019]图1是将作为本专利技术的一个实施方式的二次电池的一部分剖切而成的示意立体图。
具体实施方式
[0020]本专利技术的实施方式的一种二次电池用正极具备：正极集电体、和包含正极活性物质且设置在正极集电体表面的正极合剂层，正极活性物质包含：具有层状结构、且除锂之外的金属的80原子％以上为镍的含锂复合氧化物。正极合剂层以相对于正极活性物质100质量份为1质量份以下的比例包含含碳的导电助剂，正极合剂层的材料电阻Rm为30Ω
·
cm以下，正极合剂层的材料电阻Rm(Ω
·
cm)相对于正极集电体与正极合剂层之间的界面电阻Rc(Ω
·
cm2)的比率Rm/Rc为200以上。
[0021]在此，材料电阻Rm是指，包含正极活性物质和导电助剂等的正极合剂的电阻率(Ω
·
cm)。界面电阻Rc是指，换算成正极合剂与芯体(集电体)材料的界面的单位面积1cm2的电阻率(Ω
·
cm2)。
[0022]通常，正极合剂是将包含正极活性物质、导电助剂、粘结剂、溶剂等材料的浆料进行调合，涂布于金属箔等芯体上并进行干燥而形成的。在该干燥的过程中，溶剂通过挥发作用而向合剂外部移动，因此导电助剂等材料也随着其移动而从芯体附近移动。因此，认为由于在芯体附近导电助剂的存在概率减少，作为界面电阻的Rc也上升。导电助剂从芯体附近移动的现象即意味着正极合剂内部的导电助剂不均匀存在。导电助剂的不均匀存在其结果成为妨碍锂离子的移动、阻碍正极活性物质颗粒之间的电子传导的主要原因，最终产生充放电反应的不均匀。特别是在使用高Ni的正极活性物质的情况下，可以期待充放电容量大、电池容量的改善，但相应地，由于锂的释放量多，因此晶体结构不稳定，特别是在与电解液的界面发生改性，有时充放电性能恶化。另外，作为高电子传导率的导电助剂，通常使用碳纳米管、石墨烯、小粒径的炭黑等。但是，由于这些纳米碳的颗粒结构小，因此分子间的立体障碍也小，在正极合剂的干燥中从芯体附近移动，容易不均匀存在。因此，界面电阻Rc和正极合剂层的材料电阻Rm越小，正极活性物质颗粒之间电位的偏差越降低，充放电反应的不均匀越被抑制。因此，在正极合剂层的一部分的区域中充放电反应的过度进行被抑制，正极活性物质的表面的改性被抑制。结果是，循环特性的降低被抑制。
[0023]循环特性除取决于正极合剂层的材料电阻Rm之外，还取决于正极集电体和正极合剂层之间的界面电阻Rc。Rm和Rc低时可以抑制循环特性的降低，优选。通常，为了降低Rm和
Rc，只要增加导电助剂的含量即可。但是，增加导电助剂的含量时，合剂层中所含的正极活性物质的量减少，难以得到高的容量。为了维持高容量，导电助剂的含量相对于正极活性物质100质量份优选为1质量份以下。另一方面，导电助剂的含量相对于正极活性物质100质量份为1质量份以下时，Rm和Rc变高，有时不能维持高的循环特性。
[0024]根据本实施方式的二次电池用正极，通过使正极合剂层的材料电阻Rm为30Ω
·
cm以下、进一步为20Ω
·
cm以下的低值、且使Rm/Rc为200以上，即使在导电助剂的含量相对于正极活性物质100质量份为1质量份以下、且将含锂复合氧化物中的镍比率提高至80％以上的情况下，也能够显著改善循环特性。
[0025]对于使用含镍的含锂复合氧化物的二次电池用正极，Rm为30Ω
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cm以下、且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种二次电池用正极，其具备：正极集电体、和包含正极活性物质且设置在所述正极集电体表面的正极合剂层，所述正极活性物质包含：具有层状结构、且除锂之外的金属的80原子％以上为镍的含锂复合氧化物，所述正极合剂层以相对于所述正极活性物质100质量份为1质量份以下的比例包含含碳的导电助剂，所述正极合剂层的材料电阻Rm为30Ω
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cm以下，所述正极合剂层的材料电阻Rm(Ω
·
cm)相对于所述正极集电体与所述正极合剂层之间的界面电阻Rc(Ω
·
cm2)的比率Rm/Rc为200以上。2.根据权利要求1所述的二次电池用正极，其中，所述导电助剂包含碳纳米管。3.根据权利要求2所述的二次电池用正极，其中，所述碳纳米管的纤维长度为1μm以上。4.根据权利要求1～3中任一项所述的二次电池用正极，其中，所述比率R...

【专利技术属性】
技术研发人员：宇贺洋一郎，吉成梨乃，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：