非水电解质二次电池用正极活性物质以及使用其的非水电解质二次电池的制作方法_2

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值。由此可知,上述输出值的改善效果是通过使用 Μ元素的比例为89% W上的含裡过渡金属氧化物并且在含裡过渡金属氧化物的表面存在 Zr化合物的特征而获得的效果。
[004引得到运种结果的理由虽然并不清楚,但可认为如下所述。Μ元素的比例为89% W 上的含裡过渡金属氧化物,Li位的Li量在0.25~0.4的范围内,晶体结构发生变化(相转变) 而成为单斜晶与六方晶共存的状态。而且,在Ni元素的比例为89% W上的含裡过渡金属氧 化物中,由于该相转变在WLi基准4.15V~4.2V之高的电位下发生,所W若裡过渡金属氧化 物表面存在Zr化合物,则与非水电解液相互作用而在含裡过渡金属氧化物的表面形成兼顾 高离子透过性的优质的覆膜。其结果,使输出变高。另一方面,不存在Zr时,产生的覆膜的离 子透过性低,该覆膜成为电阻而使输出降低。当Μ元素的比例低于89%时,不发生相转变、 或相转变区域的电位低且低于4.15V,所W不能形成兼顾高离子透过性的优质的覆膜。因 此,通过使用Μ元素的比例为89% W上的含裡过渡金属氧化物,并且使化化合物存在于含 裡过渡金属氧化物的表面,从而能够兼顾高容量和高输出化。
[0049] 实验例1、3、5中对含裡过渡金属氧化物为儀钻侣酸裡的情况进行了说明,但作为 含裡过渡金属氧化物,只要Μ元素的比例为89% W上即可,具有相同的效果。需要说明的 是,本发明中Μ元素的比例为89% W上是指Ni元素相对于含裡过渡金属氧化物中的除裡W 外的金属元素的总摩尔量的比例为89摩尔% W上。
[0050] 需要说明的是,在提高Μ比率时,伴随充放电的活性物质的结构劣化所致的输出 降低变大,而变得不能充分得到上述优质的覆膜的效果。因此,Ni元素的比例为89%~ 98%,优选为89~95 %,进而优选为89~91 %。
[0051] [第2实验例]
[0052] (实验例7)
[0053][正极活性物质的合成]
[0化4] 相对于由化日.8此〇日.日841日.日3化表示的儀钻侣复合氧化物100邑,^裡元素相对于儀钻 侣复合氧化物的除裡W外的金属元素的总摩尔量为1.025的比例的方式混合氨氧化裡,进 而相对于儀钻侣复合氧化物的除裡W外的金属元素的总摩尔量W错元素换算为0.5摩尔% 的方式混合氧化错。混合后,通过在氧气气氛下烧结18小时,得到了在表面存在错化合物的 由LiNi〇.89C〇0.08Al〇.03〇2表示的儀钻侣酸裡。
[0055] [Ξ电极式试验电池的制作]
[0056] 使用上述得到的正极活性物质,W及作为非水电解液使用如下物质:在将碳酸亚 乙醋、碳酸甲乙醋和碳酸二甲醋^30:30:40的体积比混合而成的混合溶剂中,将LiPFsW使 其成为1.0摩尔/升的浓度方式溶解,进而溶解1质量%碳酸亚乙締醋、0.5质量%己二腊,除 此W外,与上述实验例1同样操作,制作Ξ电极式试验电池。将W此方式制作的电池称为实 验例7的电池。
[0化7](实验例8)
[0058] 除了不在非水电解液中溶解己二腊W外,与上述实验例7同样操作,制作电池。将 制成的电池称为实验例8的电池。
[0059] (实验例9)
[0060] 除了在由^化日.8此0日.日841日.日3化表示的儀钻侣酸裡的表面不存在化化合物^外,与 上述实验例7同样操作,制作电池。将制成的电池称为实验例9的电池。
[006。(实验例10)
[0062] 除了在由^化日.8此0日.日841日.日3化表示的儀钻侣酸裡的表面不存在化化合物、不在非 水电解液中溶解己二腊W外,与上述实验例7同样操作,制作电池。将制成的电池称为实验 例10的电池。
[0063] (实验)
[0064] 将W上述方式制作的实验例7~10的电池分别在25°C的溫度条件下,在0.2mA/cm2 的电流密度下进行恒定电流充电直至4.3V(vs丄i/Li+),在4.3V(vs丄i/Li+)的恒定电压下 进行恒定电压充电直至电流密度为0. 〇4mA/cm2后,在0.2mA/cm2的电流密度下进行恒定电流 放电直至2.5V( VS丄i/L〇。
[0065] [电阻值的测定]
[0066] 其次,将上述实验例7~10的电池在25°C的溫度条件下,在0.2mA/cm2的电流密度 下进行恒定电流充电直至4.3V(vs丄i/Li + ),在4.3V(vs丄i/Li+)的恒定电压下进行恒定电 压充电直至电流密度为0.04mA/cm2后,在0.2mA/cm 2的电流密度下进行放电,使用下述的式 (2)由放电开始0.1秒后的电位和放电即将开始之前的电位计算出电阻值。
[0067] 电阻值=(放电即将开始之前的电位-放电开始0.1秒后的电位)/(放电电流密度 X电极面积)……式(2)
[0068] 需要说明的是,实验例7~10的各电池的电阻值用相对于将实验例10的电池的电 阻值视为100 %时的相对值表示。其结果示于表3。
[0069] [表 3]
[0070]
[0071] 从上述表3可W看出,在Ni元素的比例为89% W上的含裡过渡金属氧化物的表面 存在Zr化合物的实验例7、8与实验例9、10相比,电阻值低,输出特性优异。另外,在含裡过渡 金属氧化物的表面存在Zr化合物而未添加己二腊的实验例8与不具有运两者的实验例10相 比,电阻值降低,但在含裡过渡金属氧化物的表面不存在Zr化合物而添加了己二腊的实验 例9与不具有运两者的实验例10相比,电阻值大幅增加。然而,兼备两者的实验例7的电池比 仅具有Zr化合物的实验例8的电阻值低。由此可知,通过使用在Ni元素的比例为89% W上的 含裡过渡金属氧化物的表面存在Zr化合物的正极活性物质,进而在非水电解液中含有己二 腊化合物,从而使高输出化成为可能。
[0072] 另外,在含裡过渡金属氧化物的表面不存在Zr化合物的情况下,在非水电解液中 含有己二腊的实验例9的电池与不含己二腊的实验例10的电池相比,电阻增加很多。然而, 在含裡过渡金属氧化物的表面存在Zr化合物的情况下,在非水电解液中含有己二腊的实验 例7的电池与不含己二腊的实验例8的电池相比,电阻未增加反而减少了。由此可知,通过添 加己二腊所致的电阻值的降低效果是使用Μ元素的比例为89% W上的含裡过渡金属氧化 物,并且在含裡过渡金属氧化物的表面存在Zr化合物的情况下所特有的效果。
[0073] 得到运种结果的理由虽然并不清楚,但可认为如下所述。在Μ元素的比例为89% W上的含裡过渡金属氧化物所发生的4.15V~4.2V的相转变区域中,通过非水电解质中存 在的腊化合物的CN键与存在于含裡过渡金属氧化物的表面的错进行反应,从而可形成进一 步兼备电子传导性和离子透过性的优质的覆膜。因此,在使用了本发明的构成的含裡过渡 金属氧化物的非水电解质二次电池中,更优选在非水电解液中含有腊化合物。
[0074] 需要说明的是,实验例7中对腊化合物为己二腊的情况进行了说明,但作为腊化合 物,只要含有CN键即可,对碳数没有限制。只要是运样的腊化合物就具有相同的效果。更优 选为二腊化合物,进而可优选列举出己二腊、下二腊、庚二腊等。
[00对本发明的一个实施方式,优选为由通式:LiaNixMi-x02(其中,0.9如。.2,0.89< x,M为选自Co、Mn、Al中的至少1种元素)表示的含裡过渡金属氧化物的表面存在错化合物。 优选为0.89 ^ X更优选为0.89 ^ X ^ 0.98,进而优选为0.89 ^ X ^ 0.95,进而优选为0.89 <x<0.910
[0076] 上述的错化合物只要存在于含裡过渡金属氧化物的表面即可,化合物的状态没有 特别限制。因此,也可W为氧化物、氨氧化物、硫化物、硫酸盐、氮化物、硝酸盐、氯化物、娃化 物、娃酸盐、鹤酸盐、憐酸盐、碳酸盐。具体而言,可举出化化、Zr(0H)2、化S2、Zr(S化)2 · 4也0、 ZrN、Zr(N〇3)2〇 · 2也0、ΖΓ(:?3、ΖΓ(:?4、ΖΓ5?2、ΖΓ5?〇4、ΖΓ(Κ〇4)2、ΖΓ〇^2Ρ〇4)2·?2〇、&〇α)3· Zr〇2 ·址2〇等。另外,Zr的状态也可W为有机盐,具体可举出Zr (Cii也3C00) 2〇、Zr (OC3H7)4、Zr (OC祖9 )4等。
[0077] 上述错化合物的平均粒径优选为InmW上且5000nmW下。当错化合物的平均粒径 超过5000nm时,相对于含裡过渡金属氧化物颗粒的粒径的错化合物的粒径变得过大,因而 就不能通过错化合物致密地覆盖含裡过渡金属氧化物颗粒的表面。因此,由于含裡过渡金 属氧化物颗粒与非水电解质直接接触的面积变大,所W无法形成离子透过性高的覆膜,使 输出特性降低。
[0078] 另一方面,当错化合物的平均粒径低于Inm时,由于含裡过渡金属氧化物的颗粒表 面被错化合物过于致密地
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