非水电解质二次电池用正极活性物质及其制造方法、使用该正极活性物质的非水电解质...的制作方法_2

文档序号:9383265阅读:来源:国知局
法:将锂过渡金属复合氧化物的粉末、与包含稀土元素及 硅酸和/或硼酸的化合物的粉末机械混合。机械混合的方法中,例如可以使用研磨机、球磨 机装置、机械融合装置、精密融合装置(N0BILTA)等干式颗粒混合机等。另外,作为使上述 化合物与锂过渡金属复合氧化物的表面接触(粘着)的方法,可以为下述方法:一边搅拌锂 过渡金属复合氧化物的颗粒粉末,一边向该颗粒粉末中分别喷雾或滴加溶解有稀土盐的溶 液、和溶解有硅酸盐和/或硼酸盐的溶液的方法;或者,一边搅拌锂过渡金属复合氧化物的 颗粒粉末,一边向该颗粒粉末中喷雾或滴加同时溶解有稀土盐及硅酸盐和/或硼酸盐的溶 液的方法。
[0033] 使用上述机械混合的方法时,包含稀土元素及硅酸和/或硼酸的化合物的粉末虽 然与锂过渡金属复合氧化物的粉末部分接触,但是并没有形成与锂过渡金属复合氧化物密 合而粘着的状态。因此,在使用机械混合的方法的情况下,制作正极合剂浆料时,上述化合 物粉末容易从锂过渡金属复合氧化物上脱离,有可能难以发挥抑制电解液的分解等副反应 的效果、抑制伴随锂离子移动的活化能量的效果等。
[0034] 另一方面,使用使上述化合物与上述锂过渡金属复合氧化物的表面接触(粘着) 的方法的情况下,包含稀土元素及硅酸和/或硼酸的化合物在锂过渡金属复合氧化物上析 出,因此形成与锂过渡金属复合氧化物密合而粘着的状态,从而以上述化合物和锂过渡金 属复合氧化物一体化而成的粉末的形式存在。由此,正极合剂浆料制作时,上述化合物粉末 难以从锂过渡金属复合氧化物脱离,因此,容易发挥抑制电解液的分解等副反应的效果、伴 随锂离子移动的活化能量的效果等。
[0035] 根据上述,作为使上述化合物与锂过渡金属复合氧化物的表面接触的方法,与机 械混合的方法相比,更优选使上述化合物与上述锂过渡金属复合氧化物的表面接触(粘 着)的方法。
[0036] 此处,关于包含稀土元素及硅酸和/或硼酸的化合物相对于上述锂过渡金属复合 氧化物的比率,以稀土元素换算计,理想的是〇. 01质量%以上且2. 0质量%以下。这是因 为,该比率小于〇. 01质量%时,附着于锂过渡金属复合氧化物的表面的化合物的量变得过 小,有时无法获得充分的效果,另一方面,若该比率超过2.0质量%,则活性物质之间、或活 性物质与导电剂、或活性物质与集电体等之间电子的授受变得困难,由此导致电池的充放 电特性降低。
[0037] 作为上述硅酸盐,例如可以举出硅酸、硅酸铵、或硅酸钠、硅酸钾、硅酸镁、硅酸钙、 六氟硅酸盐等碱(碱土)金属与硅酸的化合物、及硅酸乙酯等硅醇盐等。
[0038] 另一方面,作为上述硼酸盐,例如可以举出氧化硼、硼酸、或硼酸铵、偏硼酸、偏硼 酸钠、偏硼酸锂、四硼酸钾等硼酸盐、硼氢化钾、硼氢化钠等氢化硼酸盐、四氢硼酸钠等四氢 硼酸盐、四氟硼酸锂、四氟硼酸钠、四乙基四氟硼酸铵等氟硼酸盐、过氧硼酸钠、过氧硼酸钾 等过氧棚酸盐等。
[0039] 作为上述硅酸盐和/或硼酸盐的添加量,相对于以稀土元素换算计1质量%,以硅 元素换算和/或硼元素换算计优选为〇. 01质量%以上且10质量%以下。这是因为,若硅 酸盐和/或硼酸盐的添加量为0. 01质量%以下,则包含稀土元素盐及硅酸盐和/或硼酸盐 的化合物的效果不足,另外,若超过10质量%,则该化合物的添加量过多而浪费。
[0040] 需要说明的是,作为稀土盐,例如可以举出硫酸盐、硝酸盐、氯化物、乙酸盐、草酸 盐等。另外,作为稀土元素,可以举出选自钪、纪、镧、铺、镨、钕、钐、铕、IL、钺、镝、钬、铒、镑、 镱、镥等中的至少一种元素,其中,更优选为镧、钕、钐、铒及镱中的至少1种元素。
[0041] 使包含稀土元素及硅酸和/或硼酸的化合物与上述锂过渡金属复合氧化物表面 接触(粘着)之后,理想的是在600°c以下对其进行热处理。也就是说,采用上述方法制作 的正极活性物质在制作后,有时在氧化性气氛、还原性气氛或减压状态下进行热处理。在该 热处理中,若热处理温度超过600°C,则伴随温度的高温化,粘着在锂过渡金属复合氧化物 表面的化合物分解、或该化合物聚集,不仅如此,该化合物扩散至锂过渡金属复合氧化物的 内部。若产生这样的情况,则有时抑制电解液和正极活性物质的反应的效果下降。因此,进 行热处理时,理想的是在热处理温度为600°C以下进行热处理。但是,为了适当去除水分,热 处理温度优选为80°C以上。
[0042] (其他事项)
[0043] (1)作为本发明中的正极活性物质,可以举出包含钴、镍、锰等过渡金属的含锂过 渡金属复合氧化物。具体而言,可以举出钴酸锂、Ni-Co-Mn的锂复合氧化物、Ni-Mn-Al的锂 复合氧化物、Ni-Co-Al的锂复合氧化物、Co-Mn的锂复合氧化物、包含铁、锰等的过渡金属 的含氧酸盐(用LiMP0 4、Li2MSi04、LiMBO3表示,M选自Fe、Mn、Co、Ni)。另外,这些物质可 以单独使用,也可以混合使用。
[0044] (2)对于上述含锂过渡金属复合氧化物,可以固溶有Al、Mg、Ti、Zr等物质,或者包 含在晶界处。另外,在其表面可以粘着包含碱金属元素、氟元素和稀土元素的化合物,除此 之外也可以粘着Al、Mg、Ti、Zr等的化合物。这是因为,即使粘着有这些化合物,也能够抑 制电解液和正极活性物质的接触。
[0045] (3)作为上述Ni-Co-Mn的锂复合氧化物,可以使用Ni与Co与Mn的摩尔比为1 : 1 :1、以及5 :3 :2、6 :2 :2、7 :1 :2、7 :2 :1、8 :1 :1等公知的组成的锂复合氧化物,特别是为了 增大正极容量,优选使用Ni、Co的比例比Mn多的,Ni与Mn的摩尔率之差相对于Ni和Co 和Mn的摩尔的总和优选为0. 05%以上。
[0046] (4)本发明中使用的非水电解质的溶剂没有特别限定,可以使用非水电解质二次 电池中一直以来使用的溶剂。例如可以使用:碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、碳酸 亚乙烯酯等环状碳酸酯;碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等链状碳酸酯;乙酸甲酯、 乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯等含有酯基的化合物;丙磺酸内酯等 含有磺酸基的化合物;1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、四氢呋喃、1,2-二氧杂环 己烷、1,4-二氧杂环己烷、2-甲基四氢呋喃等含有醚基的化合物;丁腈、戊腈、正庚腈、丁二 腈、戊二腈、己二腈、庚二腈、1,2, 3-丙三腈、1,3, 5-戊三腈等含有腈基的化合物;二甲基甲 酰胺等含有酰胺基的化合物等。特别地,可以优选使用它们的H的一部分被F取代的溶剂。 另外,这些物质可以单独或组合多种使用,特别优选将环状碳酸酯和链状碳酸酯组合而得 到的溶剂,以及在这些物质中组合少量的含有腈基的化合物、含有醚基的化合物而得到的 溶剂。
[0047] (5)对于本发明中使用的非水电解质的溶质,也没有特别限定,可以使用一直以来 在非水电解质二次电池中通常使用的公知的锂盐。而且,作为这样的锂盐,可以使用包含Ρ、 B、F、0、S、N、Cl中的一种以上元素的锂盐,具体而言,可以举出LiPF6、LiBF4、LiN(S0 2F)2、 LiN(SO2CF3)2、LiN(SO2C 2F5)2、LiPF6 x(CnF2n 1(其中,1〈χ〈6、η = 1 或 2)等,除此之外,可以 举出使草酸根配位基为阴离子的锂盐、LiPF2O2等盐等。
[0048] 另外,作为溶质,也可以使用使草酸根配位基为阴离子的锂盐。作为使该草酸根配 位基为阴离子的锂盐,除了 LiBOB〔二草酸硼酸锂〕之外,还可以使用C2O42与中心原子配 位的具有阴离子的锂盐,例如用LUM(C2O4)xRy](式中,M为选自过渡金属、周期律表的IIIb 族、IVb族、Vb族中的元素,R为选自卤素、烷基、卤素取代烷基中的基团,X为正整数,y为0 或正整数。)表示。具体而言,有Li [B(C2O4) F2]、Li [P(C2O4) F4]、Li [P(C2O4)仏]等。但是, 为了即使在高温环境下负极的表面也能形成稳定的被膜,最优选使用LiBOB。
[0049] 需要说明的是,上述溶质不仅可以单独使用,也可以混合使用2种以上。另外,溶 质的浓度没有特别限定,理想的是每1升电解液中为〇. 8~1. 7摩尔。进而,对于需要大电 流下的放电的用途,理想的是上述溶质的浓度在每1升电解液中为I. 〇~1. 6摩尔。
[0050] (6)作为本发明中使用的负极,可以使用一直以来使用的负极,特别可以举出能够 吸藏释放锂的碳材料、或者能够与锂合金化的金属或含有该金属的合金化合物。
[0051] 作为碳材料,例如可以使用天然石墨、难石墨化碳、人造石墨等石墨类、焦炭类等, 作为合金化合物,可以举出至少含有1种能够与锂合金化的金属的合金化合物。特别地,
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