活性物质、锂离子二次电池以及活性物质的制造方法技术

本发明专利技术涉及活性物质、锂离子二次电池以及活性物质的制造方法。本发明专利技术提供一种能够提高锂离子二次电池的放电容量的活性物质。本发明专利技术的活性物质包含具有ＬｉＶＯＰＯ４的β型晶体结构的棒状的颗粒群。颗粒群的短轴长度的平均值Ｓ为１～５μｍ。颗粒群的长轴长度的平均值Ｌ为２～２０μｍ。Ｌ／Ｓ为２～１０。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及。
技术介绍
目前，作为锂离子二次电池的正极材料(正极活性物质)，采用了 LiCoO2和 LiNil73Mnl73Col73O2等的层状化合物和LiMn2O4等的尖晶石化合物。近年来，以LiFePO4为 代表的橄榄石型结构的化合物受到注目。已知具有橄榄石结构的正极材料在高温下的热 稳定性高且安全性高。但是，使用LiFePO4的锂离子二次电池其充放电电压低至3. 5V左 右，具有使能量密度变低的缺点。因此，作为能够实现高充放电电压的磷酸系正极材料， 提出了 LiCoPO4和LiNiPO4等。但是，现状是使用这些正极材料的锂离子二次电池也不能 得到充足的容量。作为磷酸系正极材料中能够实现4V级别的充放电电压的化合物，已知 有LiV0P04。然而，使用LiVOPO4的锂离子二次电池也无法得到充足的可逆容量和速率特 性。上述正极材料记载于，例如，日本特开2003-68304号公报、日本特开2004-303527号 公报、“J. Solid State Chem. , 95, 352 (1991)"N. Dupre et al.，Solid State Ionics, 140，pp. 209-221 (2001)，，、"N. Dupreet al.，J. Power Sources, 97-98, pp. 532-534 (2001)，，、 "J. Baker et al.，J. Electrochem. Soc.，151，A796 (2004)，，以及“电化学及工业物理化学， 71,1108 (2003) ”。此外，以下，根据情况，将锂离子二次电池记作“电池”。
技术实现思路
本专利技术是鉴于上述现有技术中存在的问题而做出的，其目的为提供一种能够提高 锂离子二次电池的放电容量的。为了达到上述目的，本专利技术所涉及的活性物质包含具有LiVOPO4W β型晶体结构 的棒状颗粒群。而且，本专利技术所涉及的活性物质所包含的颗粒群的短轴长度的平均值S为 1 5 μ m，颗粒群的长轴长度的平均值L为2 20 μ m，L/S为2 10。本专利技术所涉及的锂 离子二次电池具备正极，该正极具有正极集电体和在正极集电体上所设置的正极活性物质 层，正极活性物质层含有有上述本专利技术所涉及的活性物质。具备上述本专利技术所涉及的活性物质作为正极活性物质的锂离子二次电池，与使用 具有β型晶体结构的现有的LiVOPO4的锂离子二次电池相比，能够提高放电容量。本专利技术所涉及的活性物质的制造方法具备水热合成工序，该水热合成工序是在加 压下加热包括锂源、磷酸源、钒源、水和还原剂的混合物。而且，本专利技术所涉及的活性物质的 制造方法中，在水热合成工序中，将加热前的混合物中含有的磷元素的摩尔数与加热 前的混合物中含有的钒元素的摩尔数的比值/调整为2 9。根据本专利技术所涉及的活性物质的制造方法，能够形成上述本专利技术所涉及的活性物 质。上述本专利技术所涉及的活性物质的制造方法中，在水热合成工序中，可以将加热前 的混合物中含有的锂元素的摩尔数和的比值/调整为0.9 1. 1。此外，即使/比1. 1大的情况下，也能够起到本专利技术的效果。根据本专利技术，能够提供可使锂离子二次电池的放电容量提高的活性物质、锂离子 二次电池以及活性物质的制造方法。附图说明图1为利用扫描型电子显微镜(SEM)拍摄的本专利技术的实施例1的活性物质的照 片。图2为具备正极活性物质层的锂离子二次电池的示意截面图，所述正极活性物质 层含有本专利技术的一实施方式所涉及的活性物质。符号说明10…正极、20···负极、12···正极集电体、14···正极活性物质层、18···隔离物、22···负 极集电体、24···负极活性物质层、30···发电要素、50···外壳、60，62…引线、100…锂离子二次 电池。具体实施例方式以下，参照附图，对本专利技术的一个优选实施方式进行详细说明。(活性物质)如图1所示，本专利技术所涉及的活性物质包含具有LiVOPO4的β型晶体结构的棒状 颗粒群。即，本实施方式所涉及的活性物质所包含的各颗粒为棒状的LiVOPO4W β型晶体。颗粒群的短轴方向的长度的平均值S为1 5μπι。平均值S过小的情况下，由于 不能进行充分的取向，锂的扩散路径受到阻碍，使得放电容量具有减少的倾向。平均值S过 大的情况下，锂的扩撒变得缓慢使得放电容量具有减少的倾向。颗粒群的长轴方向的长度的平均值L为2 20 μ m。平均值L过小的情况下，不能 进行充分的取向，锂的扩散路径受到阻碍使得放电容量具有减少的倾向。平均值L过大的 情况下，锂的扩撒变得缓慢使得放电容量具有减少的倾向。L/S为2 10。L/S为2 10的范围外的情况下，与L/S为2 10的范围内的情 况相比，放电容量降低。此夕卜，L/S为2 10的范围外的情况下，与L/S为2 10的范围 内的情况相比，速率特性具有恶化的倾向。L/S为2 10之后，才能够提高放电容量和速率 特性。本实施方式所涉及的活性物质适合用作锂离子二次电池的正极活性物质。如图2所示，本实施方式所涉及的锂离子二次电池100具备发电要素30，其具有 互相相对的板状的负极20及板状的正极10、在负极20和正极10之间邻接配置的板状的隔 离物18 ；包含锂离子的电解质溶液；以密封状态收容上述物质的外壳50 ；负极引线60，其 一个端部与负极20电连接，且另一个端部突出于外壳的外部；正极引线62，其一个端部与 正极10电连接，且另一个端部突出于外壳的外部。负极20具有负极集电体22和形成在负极集电体22上的负极活性物质层24。此 外，正极10具有正极集电体12和在正极集电体12上形成的正极活性物质层14。隔离物 18位于负极活性物质层24和正极活性物质层14之间。正极活性物质层14含有本实施方式所涉及的活性物质。一般来说，LiV0P04表示三斜晶(a型晶体)、斜方晶(0型晶体)等的多个晶体 结构，已知对应于其不同的晶体结构而具有不同的电化学特性。而且，LiV0P04m 0型晶体 与a型晶体相比，具有在直线上较短的离子传导路径(锂离子路径)，因此可逆地插入脱出 锂离子的特性(以下，根据情况记作“可逆性”)很好。因此，将含有满足上述L、S所涉及的 条件的LiV0P04& 0型晶体的本实施方式所涉及的活性物质用作正极活性物质的电池，与 使用a型晶体的电池相比，具有更大的充放电容量，速率特性更好。(活性物质的制造方法)以下，说明本专利技术的一个实施方式所涉及的活性物质的制造方法。根据本实施方 式所涉及的活性物质的制造方法，可以形成上述本实施方式所涉及的活性物质。<水热合成工序>本实施方式所涉及的活性物质的制造方法具备以下的水热合成工序。水热合成工 序中，首先在具有对内部进行加热、加压功能的反应容器(例如，高压釜等)内，投入上述锂 源、磷酸源、钒源、水和还原剂，调制由这些分散而成的混合物(水溶液)。此外，调制混合物 时，例如，可以将最初混合了磷酸源、钒源、水和还原剂而成的混合物回流之后，再在其中加 入锂源。通过该回流，可以形成磷酸源和钒源的复合体。作为锂源，例如，可以使用选自LiN03、Li2C03、Li0H、LiCl、Li2S04以及CH3C00Li中 的至少一种。锂源优选为选自LiOH、Li2C0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种活性物质，其特征在于，包含棒状的颗粒群，该颗粒群具有ＬｉＶＯＰＯ↓［４］的β型晶体结构，所述颗粒群的短轴长度的平均值Ｓ为１～５μｍ，所述颗粒群的长轴长度的平均值Ｌ为２～２０μｍ，Ｌ／Ｓ为２～１０。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐野笃史，大槻佳太郎，宫木阳辅，高桥毅，樋口章二，
申请(专利权)人：TDK株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]