锂离子二次电池活性物质、二次电池电极、以及二次电池制造技术

本发明专利技术提供了锂离子二次电池活性物质、二次电池电极、以及二次电池。所述锂离子二次电池包括：正极；负极；以及电解液，正极和负极中的至少一个能够吸藏和释放锂离子，并且包含满足预定条件的活性物质。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及能够吸藏(store)和释放(release)锂离子的锂离子二次电池活性物质、用于使用活性物质的锂离子二次电池的电极、使用电极的锂离子二次电池、电子装置、电动工具(electric power tool)、电动车辆(electric vehicle)、以及使用二次电池的电力储存系统。
技术介绍
对于更小、更轻的和更长寿命的诸如移动电话的电子装置和便携式信息终端装置有强烈的需求，其在过去的几年期间已经变得普遍深入。在这方面，小的和轻的和能够提供高能量密度的电池，特别是二次电池，已发展作为电源。除了应用这些电子装置之外，已经 研究了二次电池在各种其他领域中的应用，包括诸如电钻的电动工具、诸如电车的电动车辆和诸如家用电力服务器(home power server)的电力储存系统。在各种充电和放电原理下操作的各种各样的二次电池之中，通过利用锂离子的吸藏和释放提供电池容量的锂离子二次电池是非常有希望的，因为它们与其他电池诸如铅蓄电池和镍镉电池相比提供更高的能量密度的能力。锂离子二次电池包括正极、负极和电解液。正极和负极包含能够吸藏和释放锂离子的活性物质。通常，Li复合氧化物用作正极的活性物质(正极活性物质)。Li复合氧化物的典型的实例包括具有层状岩盐结构的化合物(诸如LiCoO2)、具有尖晶石结构的化合物(诸如LiMn2O4)、以及具有橄榄石结构的化合物(诸如LiFePO4)。负极的活性物质(负极活性物质)的典型的实例包括碳材料诸如石墨、金属材料诸如Si和Sn、以及Li复合氧化物诸如Li4Ti5O1215根据如锂离子二次电池的预期用途这样的因素适当地选择活性物质。关于这些活性物质的组成和构造，已经通过各种途径对这些活性物质进行了研究，因为活性物质的类型大大地影响电池性能，诸如电池容量和循环特性。具体地，因为当使用橄榄石结构的Li复合氧化物作为正极活性物质时，锂离子的吸藏和释放与当使用层状岩盐结构的Li复合氧化物时相比倾向于更慢，已有许多提议涉及改善锂离子的吸藏和释放。例如，JP-A-2001-110414提议在锂铁磷酸盐(lithium iron phosphate)材料的粉末表面上负载导电微粒以改善充电和放电容量用于大电流的充电和放电。锂铁磷酸盐材料由LizFei_yXyP04 (X是Mg等，O彡y彡0. 3，O < z彡I)表示。与锂铁磷酸盐材料相比，导电微粒具有更高的氧化还原电位。例如，JP-A-2003-036889提议将锂过渡金属复合氧化物颗粒和碳物质微粒结合以获得不依赖充电状态的极好的输入和输出密度。锂过渡金属复合氧化物由LiMePO4(Me是一种或多种二价过渡金属)表示。例如，JP-A-2002-110162提议将LiFe复合磷酸盐和碳材料结合，并且向复合物提供10. 3m2/g以上的比表面积，以便获得极好的电导率。LiFe复合磷酸盐由LixFePO4(O<X < I)表示，并且该复合物的一次粒径是3. I μ m以下。例如，JP-A-2004-259470提议使用喷雾-热解技术生产具有35nm以下的晶粒尺寸的锂复合金属磷酸盐以获得高的放电容量。锂复合金属磷酸盐由LixAyPO4(A是Fe等，O<X < 2,0 < y ^ I)表示。例如，JP-A-2009-263222提议使用锂原料、磷原料和铁原料(例如，具有5nm至300nm的平均一次粒径的氧化铁)生产锂铁磷酸盐颗粒，以便即使在电流负荷条件下获得高容量。生产方法包括混合原料、将混合物的团聚体粒径调整到O. 3 μ m至5 μ m、以及在例如还原性气体气氛下煅烧团聚体颗粒。
技术实现思路
改善活性物质的锂离子输入-输出特性被认为是对确保锂离子二次电池的电池容量和循环特性至关重要的。然而，尝试在使用橄榄石结构的Li复合氧化物作为正极活性物质的情况下改善锂离子输入-输出特性不能说是足够的。这不仅是当使用橄榄石结构的Li复合氧化物作为正极活性物质时的问题，而且也是当使用其他具有层状岩盐结构或者尖 晶石结构的Li复合氧化物、或者使用Li复合氧化物作为负极活性物质时的问题。因此，需要能够改善锂离子输入-输出特性的锂离子二次电池活性物质、锂离子二次电池电极、锂离子二次电池、电子装置、电动工具、电动车辆，以及电力储存系统。本专利技术的实施方式涉及用于能够吸藏和释放锂离子并且满足下列条件(A)至(D)的锂离子二次电池的活性物质(A)活性物质是包含锂、氧、以及至少一种长式周期表(长周期型周期表，long-form periodic table)的第2至15族元素的Li复合氧化物或者Li复合含氧酸盐(complex oxoacid salt) ； (B)活性物质包含具有Inm < DlO < 65nm、5nm<D50 < 75nm> 以及 5Onm < D90 < IOOnm 的粒径分布(中值直径(median diameter) nm)的多个一次颗粒(primary particle) ； (C)活性物质具有在多个一次颗粒之间的多个孔，其中通过压萊法(mercury intrusion technique)测量的孔径分布中的最大峰值孔径(最大峰值孔径大小，maximum peak pore size)A(nm)是IOnm < A < 75nm ;以及(D)最大峰值孔径A(nm)与从通过X射线衍射法测量的X射线衍射图的半宽度确定的晶粒尺寸B(nm)的比率B/A是0. 5 < B/A彡I。本专利技术的另一个实施方式涉及用于包括上述本专利技术实施方式的锂离子二次电池活性物质的锂离子二次电池的电极。本专利技术的又一个实施方式还涉及包括正极、负极和电解液的锂离子二次电池，其中上述本专利技术实施方式的锂离子二次电池电极用作正极和负极中的至少一个。本专利技术的又一个实施方式涉及使用上述本专利技术实施方式的锂离子二次电池的电子装置、电动工具、电动车辆、或者电力储存系统。在本专利技术实施方式的锂离子二次电池活性物质、锂离子二次电池电极、和锂离子二次电池中，能够吸藏和释放锂离子的活性物质满足上述条件(A)至(D)。以这种方式，可以改善锂离子输入-输出特性。在使用本专利技术实施方式的锂离子二次电池的电子装置、电动工具、电动车辆、以及电力储存系统中也可以获得相同的效果。附图说明图I是示出了使用本专利技术实施方式的活性物质的锂离子二次电池(圆柱形二次电池)的构造的剖视图。图2是示出了图I所示的卷绕电极单元的放大部分的剖视图。图3是示出了使用本专利技术实施方式的活性物质的另一个锂离子二次电池(层压膜二次电池)的构造的透视图。图4是图3所示的在线IV-IV处截取的卷绕电极单元的剖视图。图5是示出了测试二次电池(硬币形二次电池)的构造的剖视图。具体实施例方式下面参考附图具体地描述本专利技术的实施方式。描述将以下列次序给出。I.锂离子二次电池(用于锂离子二次电池的活性物质、以及用于锂离子二次电池的电极)1-1.圆柱形二次电池·1-2.层压膜二次电池2.锂离子二次电池的应用〈I.锂离子二次电池〉<1-1.圆柱形二次电池〉首先描述本专利技术实施方式的锂离子二次电池。本专利技术实施方式的用于锂离子二次电池的活性物质、以及用于锂离子二次本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂离子二次电池，包括：正极；负极；以及电解液，所述正极和所述负极中的至少一个能够吸藏和释放锂离子，并且包含满足下列条件(A)至(D)的活性物质：(A)所述活性物质是包含锂、氧、以及至少一种长式周期表的第2至15族元素的Li复合氧化物或者Li复合含氧酸盐；(B)所述活性物质包含具有1nm＜D10＜65nm、5nm＜D50＜75nm、以及50nm＜D90＜100nm的粒径分布(中值直径：nm)的多个一次颗粒；(C)所述活性物质具有在所述多个一次颗粒之间的多个孔，其中，通过压汞法测量的孔径分布中的最大峰值孔径A(nm)是10nm≤A≤75nm；以及(D)所述最大峰值孔径A(nm)与从通过X射线衍射法测量的所述活性物质的X射线衍射图的半宽度确定的晶粒尺寸B(nm)的比率B/A是0.5＜B/A≤1。

【技术特征摘要】
2011.05.09 JP 2011-1042661.一种锂离子二次电池，包括 正极； 负极；以及 电解液， 所述正极和所述负极中的至少一个能够吸藏和释放锂离子，并且包含满足下列条件(A)至⑶的活性物质 (A)所述活性物质是包含锂、氧、以及至少一种长式周期表的第2至15族元素的Li复合氧化物或者Li复合含氧酸盐； (B)所述活性物质包含具有Inm < DlO < 65nm、5nm < D50 < 75nm、以及 50nm < D90<IOOnm的粒径分布(中值直径nm)的多个一次颗粒； (C)所述活性物质具有在所述多个一次颗粒之间的多个孔，其中，通过压汞法测量的孔径分布中的最大峰值孔径A (nm)是IOnm ^ A ^ 75nm ;以及 (D)所述最大峰值孔径A(nm)与从通过X射线衍射法测量的所述活性物质的X射线衍射图的半宽度确定的晶粒尺寸B (nm)的比率B/A是O. 5 < B/A彡I。2.根据权利要求I所述的锂离子二次电池，其中，所述活性物质在所述一次颗粒的表面的至少一部分上包括包含碳材料的涂层，所述涂层具有通过拉曼光谱法测量的拉曼光谱，其在I, 250CHT1至I, 350CHT1范围内的峰(强度Id)与在I, δΟΟαιΓ1至I, 700cm_1范围内的峰(强度Ig)之间的强度比(ID/IG)为O. 65以上。3.根据权利要求2所述的锂离子二次电池，其中，所述涂层相对于所述一次颗粒的重量比是O. 01重量％至10重量％。4.根据权利要求I所述的锂离子二次电池，其中，所述活性物质包含在所述正极中，并且具有在充电深度为80%的充电状态下的7. 5kQ · cm以下的直流电阻率。5.根据权利要求I所述的锂离子二次电池，其中，包含在所述正极中的所述活性物质具有层状岩盐结构、尖晶石结构、或者橄榄石结构，并且其中，包含在所述负极中的所述活性物质具有尖晶石结构。6.根据权利要求5所述的锂离子二次电池，其中，包含在所述正极中的所述活性物质是下面的式(I)至(3)的化合物中的至少一种，并且其中，包含在所述负极中的所述活性物质是下面的式(4)至￠)的化合物中的至少一种 LiaMlO2 (I) 其中，Ml是长式周期表的第2至15族元素中的至少一种，并且a满足O < a < I. 2， LibMncM2d04 (2) 其中，M2是长式周期表的第2至15族元素中的至少一种，Mn除外，并且b、c和d满足O < b ^ UO < c ^ 2,0 ^ d < 2，并且 c+d = 2， LieM3fP04 (3) 其中，M3是长式周期表的第2至15族元素中的至少一种，并且e和f满足O < e彡I以及O < f≤1，Li[LixM4(1_3x)/2Ti(3+x)/2]04 (4) 其中，M4是Mg、Ca、Cu、Zn和Sr中的至少一种，并且x满足O彡x彡1/3，Li [LiyMSh3yTiL2y] O4 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳原明日辉，藤木聪，细谷洋介，李国华，
申请(专利权)人：索尼公司，
类型：发明
国别省市：