电池制造技术

提供一种安全性高的电池

【技术实现步骤摘要】
电池


[0001]本专利技术的一个方式涉及一种电池，具体而言涉及一种二次电池。此外，本专利技术不局限于上述领域，涉及一种半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、照明装置、电子设备、车辆以及它们的制造方法。上述半导体装置、显示装置、发光装置、蓄电装置、照明装置、电子设备及车辆作为需要的电源可以使用本专利技术的二次电池。例如，上述电子设备包括安装有二次电池的信息终端装置等。并且，上述蓄电装置包括固定型蓄电装置等。

技术介绍

[0002]近年来，高输出、大容量的锂离子二次电池(还记为锂离子电池)的需求量剧增，作为可重复使用的能量源，成为现代社会的必需品。
[0003]据说难以同时确保锂离子二次电池的大容量和安全性。例如，在具有层状岩盐型晶体结构的正极活性物质中，因为在该晶体结构中锂离子的扩散路径二维地存在，因此期待大容量化。但是，被认为在具有层状岩盐型晶体结构的正极活性物质中，在充电中过多的锂离子脱离的情况下，因晶体结构崩溃而容易导致热失控，因此在安全性方面有问题。作为安全性测试有针刺测试等，为了在刺针等异常情况下抑制电池温度的升高，例如专利文献1公开了在正极合剂层与正极集流体之间设置保护层的结构。
[0004]作为层状岩盐型晶体结构的正极活性物质已知钴酸锂(LiCoO2)等。钴酸锂具有层状岩盐型晶体结构，其中锂离子可以二维迁移在由CoO6八面体构成的层间，因此循环特性也优异。但是，钴酸锂有随着充放电发生相变的问题。例如在充电中，在一定程度的锂离子脱离的情况下，发生钴酸锂从六方晶向单斜晶的相变。因此，为了以优异的循环特性利用钴酸锂，限制锂离子的脱离量。为了解决这些问题，例如专利文献2至4公开了对钴酸锂加入添加元素的结构。此外，已经进行了有关正极活性物质的晶体结构的研究(非专利文献1至非专利文献4)。
[0005]另外，XRD(X
‑
ray Diffraction、X射线衍射)是用于分析正极活性物质的晶体结构的方法之一。通过使用非专利文献5中介绍的无机晶体结构数据库(ICSD：Inorganic Crystal Structure Database)，可以分析XRD数据。例如，可以使用ICSD参照非专利文献6所记载的钴酸锂的晶格常数。另外，利用里特沃尔德法的分析例如可以使用分析程序RIETAN
‑
FP(非专利文献7)。
[0006]作为图像处理软件，例如已知ImageJ(非专利文献8至非专利文献10)。通过使用该软件，例如可以分析正极活性物质的形状。
[0007]纳米束电子衍射也在识别正极活性物质的晶体结构，尤其识别表层部的晶体结构时很有效。在电子衍射图案的分析中例如可以使用分析程序ReciPro(非专利文献11)。
[0008]自古以来，萤石(氟化钙)等氟化物在炼铁等中被用作熔剂，其物性已被研究(非专利文献12)。
[0009]已知在锂离子二次电池中，在充电中温度升高时，经过几个状态而导致热失控(非专利文献13)。
[0010]对锂离子二次电池的可靠性及安全性也进行了各种各样的研究及开发。例如非专利文献14中有正极活性物质和电解液的热稳定性的记载。
[0011]例如，如非专利文献15那样，已知Shannon的离子半径。
[0012][专利文献1]日本专利申请公开第2019
‑
129009号公报[专利文献2]日本专利申请公开第2019
‑
179758号公报[专利文献3]WO2020/026078号[专利文献4]日本专利申请公开第2020
‑
140954号公报
[0013][非专利文献1]Toyoki Okumura et al.，“Correlation of lithium ion distribution and X
‑
ray absorption near
‑
edge structure in O3
‑
and O2
‑
lithiumcobalt oxides from first
‑
principle calculation”，Journal of Materials Chemistry，2012，22，p.17340
‑
17348[非专利文献2]Motohashi，T.et al.，“Electronic phase diagram of the layered cobalt oxide system Li
x
CoO2(0.0≤x≤1.0)”，Physical Review B，80(16)；165114[非专利文献3]Zhaohui Chen et al.，“Staging Phase Transitions in Li
x
CoO
2”，Journal of The Electrochemical Society，2002，149(12)A1604
‑
A1609[非专利文献4]G.G.Amatucci et.al.，“CoO2，The End Member of the Li
x
CoO
2 Solid Solution”J.Electrochem.Soc.143(3)1114(1996).[非专利文献5]Belsky，A.et al.，“New developments in the Inorganic Crystal Structure Database(ICSD)：accessibility in support of materials research and design”，Acta Cryst.，(2002)B58 364
‑
369.[非专利文献6]Akimoto，J.；Gotoh，Y.；Oosawa，Y.“Synthesis and structure refinement of LiCoO
2 single crystals”Journal of Solid State Chemistry(1998)141，p.298
‑
302.[非专利文献7]F.Izumi and K.Momma，Solid State Phenom.，130，15
‑
20(2007)[非专利文献8]Rasband，W.S.，ImageJ，U.S.National Institutes of Health，Bethesda，Maryland，USA，http：//rsb.info.nih.gov/ij/，1997
‑
2012.[非专利文献9]Schneider，C.A.，Rasband，W.S.，Eliceiri，K.W.“NIH Image to ImageJ：25years of image analysis”，Nature Methods 9，671
‑
675，2012.[非专利文献10]Abra本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种包括正极的电池，其中，所述正极包含正极活性物质，所述正极活性物质包括第一区域及第二区域，所述第一区域包含锂、钴、镁及氧，所述第二区域包含锂、钴及氧，所述第一区域比所述第二区域更靠近所述正极活性物质的表面，所述第一区域的厚度为1nm以上且20nm以下，并且，所述镁的浓度大于0atomic％且为10atomic％以下。2.根据权利要求1所述的电池，其中所述第一区域还包含镍。3.根据权利要求1所述的电池，其中所述第一区域还包含镍及氟。4.根据权利要求1所述的电池，其中所述第二区域还包含铝。5.根据权利要求1所述的电池，其中所述第一区域从所述表面延伸5nm。6.根据权利要求1所述的电池，其中压力64MPa下的所述正极活性物质的粉体体积电阻率为1.0
×
105Ω
·
cm以上。7.根据权利要求1所述的电池，其中当在所述电池的电压为4.5V、钢针的直径为3mm且针刺速率为5mm/sec的条件下对所述电池进行针刺测试时，所述电池的升高温度ΔT为50℃以下。8.一种包括正极的电池，其中，所述正极包含正极活性物质，所述正极活性物质包括第一区域及第二区域，所述第一区域包含第一锂、钴、镁及氧，所述第二区域包含第二锂、钴及氧，所述第一区域比所述第二区域更靠近所述正极活性物质的表面，氟吸附于所述正极活性物质的所述表面，所述氟与所述第一锂键合，所述第一区域的厚度为2nm以上且20nm以下，并且，所述镁的浓度大于0atomic％且为10atomic％以下。9.根据权利要求8所述的电池，其中所述第一区域还包含镍。10.根据权利要求8所述的电池，其中所述第一区域还包含镍及第二氟。11.根据权利要求8所述的电池，其中所述第二区域还包含铝。12.根据权利要求8所述的电池，其中所述第一区域从所述表面延伸5nm。
13.根据权利要求8所述的电池，其中压力64MPa下的所述正极活性物质的粉体体积电阻率为1.0
×
105Ω
·
cm以上。14.一种包括正极的电池，其中，所述正极包含正极活性物质，所述正极活性物质包含钴、镍及锂，所述正极活性物质包括第一区域以及第二区域，所述第一区域具有所述正极活性物质的表面的至少一部分，所述第二区域比所述第一区域位于内侧，所述第一区域中的所述镍的原子数的相对于所述第一区域中的所述钴的原子数之比小于1，所述第二区域中的所述镍的原子数的相对于所述第二区域中的所述钴的原子数之比小于所述第一区域中的所述镍的所述原子数的相对于所述第一区域中的所述钴的所述原子数之所述比，并且，在对所述电池不进行充放电循环测试而进行导致所述电池短路的针刺测试时，所述电池不起火。15.根据权利要求14所述的电池，其中在25℃的环境下对充电状态的所述电池进行所述针刺测试。16.根据权利要求14所述的电池，其中当在所述电池的电压为4.5V、钢针的直径为3mm且针刺速率为5mm/sec的条件下对所述电池进行所述针刺测试时，所述电池的升高温度ΔT为50℃以下。17.根据权利要求14所述的电池，其中对所述电池以1次以上且5次以下的循环次数进行所述充放电循环测试然后进行导致所述电池短路的所述针刺测试时，所述电池不起火。18.根据权利要求17所述的电池，其中在23℃的环境下对充电状态的所述电池进行所述针刺测试。19.根据权利要求18所述的电池，其中当在所述电池的电压为4.6V、钢针的直径为3mm且针刺速率为5mm/sec的条件下对所述电池进行所述针刺测试时，所述电池的升高温度ΔT为70℃以下。20.根据权利要求14所述的电池，还包括电解液。21.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：山崎舜平，村椿将太郎，池田隆之，
申请(专利权)人：株式会社半导体能源研究所，
类型：发明
国别省市：