本发明专利技术提供了锂离子二次电池、电动工具、电动车辆以及电力储存系统。所述锂离子二次电池包含正极、负极和电解液，其中所述正极包含锂复合氧化物，所述负极包含含有硅Si和锡Sn中的至少一种作为构成元素的材料，所述锂复合氧化物包含具有组成比a的锂Li、具有组成比b的第一元素和具有组成比c的第二元素作为构成元素，所述第一元素包含选自锰Mn、镍Ni和钴Co中的两种以上且至少包含锰，所述第二元素包含选自铝Al、钛Ti、镁Mg和硼B中的至少一种，且所述组成比a至c满足1.1＜a＜1.3、0.7＜b+c＜1.1、0＜c＜0.1以及a＞b+c的关系。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种使用锂复合氧化物作为正极的正极活性物质的锂离子二次电池、 使用所述锂离子二次电池的电动工具、电动车辆和电力储存系统。
技术介绍
近年来，由便携式终端装置等代表的小尺寸电子装置已经变得普遍，且强烈需要尺寸和重量的进一步降低和长的运行寿命。与这一起，促进了作为电源的电池，特别是二次电池的开发，所述二次电池尺寸小且重量轻，并且能够获得高能量密度。近年来，已经考察了这种二次电池用于大尺寸电子设备如车辆的应用，而不限于用于小尺寸电子设备的应用作为二次电池，已经广泛提出了使用各种充放电原理的二次电池，但是其中，使用锂离子的吸留(嵌入，occlusion)和放出(脱嵌，emission)的锂离子二次电池已经引起了关注。这是因为，能够获得比铅电池、镍镉电池等中更高的能量密度。锂离子二次电池包含正极、负极和电解液，所述正极和负极分别包含吸留和放出锂离子的正极活性物质和负极活性物质。作为正极活性物质，广泛使用包含锂和过渡金属作为构成元素的锂复合氧化物。直接涉及充放电反应的正极活性物质的选择对于电池性能具有较大影响，使得已经对于锂复合氧化物的组成进行了各种研究。具体地，为了获得大容量和高电位且为了提高充放电循环特性，提议了其中使用由 LiaMIbMIIcOd(MI 包括Mn、Ni、Co 等，MII 包括 Al 等，1. 1 < a < 1. 5,0. 9 < b+c < 1. 1,1. 8 < d < 2. 5)表示的锂复合氧化物的方法(例如，参见日本专利第3873717号的说明书)。 然而，以摩尔比计，Li相对于MI和MII的总和的组成比(Li/MI和MII的总和)大于1。为了改善由Si基或Sn基负极活性物质的不可逆容量造成的正极容量的损失，且为了充分地利用负极活性物质的高容量特性，提议了其中使用由LihMniCc^NikO2表示的富锂的锂复合氧化物的方法(例如，参见日本未审查专利申请公开第2009-158415号)。此处， h = [3 (1+x) +4a]/3 (1+a)，i = [3 α (l+χ) +2a]/3 (1+a)，j = β (l_x)/(1+a) ,k = Y (l_x)/ (l+a)，0 < a < 1, α >0，β > 0, γ > 0, α+β + y = 1,0 ^ χ < 1/3。该复合氧化物是由Li1+X (Mn α Co β Ni y ) ^xO2 · aLi4/3Mn2/302表示的固溶体。然而，不能充分满足循环特性。
技术实现思路
近来，已经促进了电子装置的高性能和多功能，且已经提高了使用频率，使得倾向于频繁地重复锂离子二次电池的充放电。因此，期望重新提高电池容量和循环特性。特别地，作为负极活性物质，使用金属基材料(不包括锂)如硅、锡及其氧化物代替碳材料如石墨显示了实现高容量的希望。然而，当使用这些金属基材料时，在第一次(第一次循环)时在负极中在充放电期间产生的不可逆容量大，且必须使用过剩到那种程度的正极活性物质，因此发生容量损失。另外，与碳材料如石墨相比，上述金属基材料具有惰性的电极电位，且当以相同的充电电位使用金属基材料时，与碳材料如石墨相比，与金属基材料组合的正极活性物质也具有惰性的电极电位，使得循环特性易于下降。因此，即使当使用金属基材料时，也必须确保电池容量特性和循环特性。考虑到所述问题而完成了本专利技术，且期望提供能够获得优异的电池容量特性和循环特性的锂离子二次电池、电动工具、电动车辆和电力储存系统。根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种锂离子二次电池，所述锂离子二次电池包含正极、负极和电解液。所述正极包含锂复合氧化物，且所述负极包含含有硅和锡中的至少一种作为构成元素的材料。所述锂复合氧化物包含具有组成比a的锂Li、具有组成比 b的第一元素和具有组成比c的第二元素作为构成元素，所述第一元素包含选自锰、镍和钴中的两种以上且至少包含锰，而所述第二元素包含选自铝、钛、镁和硼中的至少一种，且所述组成比 a 至 c 满足 1. 1 < a < 1. 3、0. 7 < b+c < 1. 1、0 < c < 0. 1 且 a > b+c 的关系。 另外，根据本专利技术的其他实施方式，提供了利用上述锂离子二次电池的电动工具、电动车辆和电力储存系统。根据本专利技术的锂离子二次电池，正极包含锂复合氧化物，而负极包含含有硅和锡中的至少一种作为构成元素的材料。在这种情况下，抑制了由正极造成的循环特性的劣化。 认为这是因为，稳定了锂复合氧化物的晶体结构，使得锂离子易于吸留和放出。另外，当将第一次充电期间的充电电压设定为高电压时，正极的充电容量大大增加，因此补偿了在负极中产生的不可逆容量。因此，抑制了由不可逆容量造成的电池容量的下降。结果，提供了增大不可逆容量的性能，使得即使当使用与碳材料如石墨相比具有惰性电极电位的负极活性物质时，也可以获得高放电容量且即使当重复充放电时放电容量也难以下降，作为其结果，可以获得优异的电池容量和循环特性。附图说明图1是示出了根据本专利技术实施方式的锂离子二次电池(圆柱型)的构造的横截面图。图2是示出了图1中所示的卷绕电极体的一部分的放大横截面图。图3是示出了根据本专利技术实施方式的另一种锂离子二次电池(层压膜型)的构造的透视图。图4是沿图3中所示的卷绕电极体的线IV-IV所示出的横截面图。 具体实施例方式在下文中，将参考附图对本专利技术的实施方式进行说明。另外，将以如下顺序进行说明。1.锂离子二次电池1-1.圆柱型1-2.层压膜型2.锂离子二次电池的应用1.锂离子二次电池1-1.圆柱型图1和图2示出了锂离子二次电池(在下文中称作“二次电池”)的横截面构造， 且图2示出了图1中所示的卷绕电极体20的放大部分。二次电池的总体构造所述二次电池主要包含容纳在中空圆柱形电池壳11内的卷绕电极体20和一对绝缘板12和13且为圆柱型。所述卷绕电极体20是其中利用插入到其间的隔膜23将正极21 和负极22层压并对该层压体卷绕的卷绕层压体。电池壳11具有其中一个端部关闭而另一个端部打开的中空结构，且由例如铁、 铝、其合金等形成。另外，在电池壳11由铁形成的情况下，可以在电池壳11的表面上镀镍等。设置一对绝缘板12和13使得在垂直于卷绕周面的方向上延伸，并在垂直方向上在其间插入卷绕电极体20。在电池壳11的打开端部处，通过垫圈17填塞(caulk)电池盖14、安全阀机构15 和PTC(正温度系数)元件16。以这种方式，将电池壳11密封。所述电池盖14由例如与电池壳11相同的材料形成。所述安全阀机构15和所述PTC元件16设置在所述电池盖14 的内侧，且所述安全阀机构15通过所述PTC元件16而电连接至所述电池盖14。以使得当内压因内部短路、来自外部的加热等而变为预定值以上时，盘状板15A反转并切断所述电池盖14和所述卷绕电极体20之间的电连接的方式构造所述安全阀机构15。所述PTC元件 16通过对应于温度升高的电阻增大而防止了由大电流造成的异常发热。所述垫圈17由例如绝缘材料形成且可以在其表面上涂布浙青。在卷绕电极体20的中心处，可以插入中心销24。将由导电材料如铝形成的正本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
2010.12.28 JP 2010-2932671.一种锂离子二次电池，包括 正极；负极；以及电解液，其中，所述正极包含锂复合氧化物，所述负极包含含有硅Si和锡Sn中的至少一种作为构成元素的材料， 所述锂复合氧化物包含具有组成比a的锂Li、具有组成比b的第一元素和具有组成比 c的第二元素作为构成元素，所述第一元素包含选自锰Mn、镍Ni和钴Co中的两种以上且至少包含锰，所述第二元素包含选自铝Al、钛Ti、镁Mg和硼B中的至少一种，且所述组成比 a 至 c 满足 1. 1 < a < 1. 3、0. 7 < b+c < 1. 1、0 < c < 0. 1 以及 a > b+c 的关系。2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中， 所述锂复合氧化物是由下式(1)表示的化合物 LiaMlbM2c0d. . . (1)其中，Ml包含选自锰、镍和钴中的两种以上且至少包含锰，M2包含选自铝、钛、镁和硼中的至少一种，且 a 至 d满足 1. 1 < a < 1. 3、0. 7 < b+c < 1. 1、0 < c < 0. l、a > b+c、l. 8 < d < 2. 5的关系。3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，在所述锂复合氧化物中，在从所述锂复合氧化物的表面到所述锂复合氧化物的中心的方向上，所述第二元素的浓度不均勻地分布。4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中， 所述第一元素是锰、镍和钴，而所述第二元素包含铝。5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中， 所述组成比a满足1. 1 < a < 1. 25的关系。6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，包含硅和锡中的至少一种作为构成元素的所述材料为氧化物。7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池，其中，在所述锂复合氧化物的表面上设置覆盖层以覆盖所述表面的至少一部分， 所述覆盖层包含第三元素作为构成元素，并且其中，所述第三元素包含选自镁、钙Ca、钛、锆^ 、硫S、氟卩、铁狗、铜Cu、硼、铝、磷P、碳C、锰、 镍和钴中的至少一种。8.根据权利要求7所述的锂离子二次电池，其中， 所述第三元素包含与所述第二元素相同的元素。9.根据权利要求8所述的锂离子二次电池，其中，所述第二元素是以用所述覆盖层中包含的所述第三元素取代所述锂复合氧化物的构成元素的方式包含的元素。10.根据权利要求7所述的锂离子二次电池，其中， 所述第三元素包含镁。11.根据权利要求7所述的锂离子二次电池，其中，所述锂复合氧化物的所述构成元素的一部分用所述第三元素取代，且相对于所述锂的含量，所述第三元素在所述锂复合氧化物中的含量为0. Olmol^至5mol%。12.根据权利要求7所述的锂离子二次电池，其中，通过机械化学反应将包含所述第三元素的化合物沉积到所述锂复合氧化物的表面上并对沉积的所述化合物进行烧成来形成所述覆盖层。13.根据权利要求12所...
【专利技术属性】
技术研发人员：高椋辉，远藤一显，濑上正晴，李国华，细谷洋介，川濑贤一，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：
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