非水电解质二次电池用正极以及使用了该正极的非水电解质二次电池的制作方法_2

文档序号:9816545阅读:来源:国知局
〇、¥、511、¥、〇1、4旨、化等,优选为1'1、2'、抓、胖、?、41、]\%、¥、化、5'、化,更优选 为1'1、2'、?、41、1旨、化,从提高循环特性的观点来看,进一步优选为1'1、2'、41、1旨、化。
[004引 NMC复合氧化物由于理论放电容量高,因此,优选具有由通式(1): LiaNibMncC0dMx02 (式中,a、b、c、d、x满足0.9 <a< 1.2、0<b<l、0<0<0.5、0<d<0.5、0<x<0.3、b+c+d = I cM为选自Ti、Z;r、Nb、W、P、Al、]\^、¥、化、51'、化中的至少一种元素)表示的组成。在此,a表示 Li的原子比,b表示Ni的原子比,C表示Mn的原子比,d表示Co的原子比,X表示M的原子比。从 循环特性的观点来看,在通式(1)中,优选0.4 <b< 0.6。需要说明的是,各元素的组成例如 可W通过电感禪合等离子体(ICP)发光分析法进行测定。
[0049]通常来说,从提高材料的纯度和提高电子传导性运样的观点来看,已知儀(Ni)、钻 (Co)及儘(Mn)有助于容量及输出特性。Ti等是用于取代晶格中的过渡金属的一部分的元 素。从循环特性的观点来看,优选过渡元素的一部分被其它金属元素取代,特别优选在通式 (1)中〇<x<0.3。认为通过固溶有选自1'1、2'、抓、胖、口、41、]\%、¥、(:曰、5'及化中的至少1种元 素,可使晶体结构稳定化,因此,其结果,即使重复充放电,仍可防止电池的容量下降,可W 实现优异的循环特性。
[0化0] 醒C复合氧化物中,本发明人等发现:例如,像LiNio.sMno.sCoo.2化运样儀、儘及钻的 金属组成不均匀时,上述充放电时的复合氧化物的应变/裂纹的影响变大。认为运是由于, 由于金属组成不均匀,因此膨胀收缩时施加于粒子内部的应力产生应变,复合氧化物中更 容易产生裂纹。因此,例如Ni的存在比例较高的复合氧化物(例如,LiNio.8Mno.iCoo.i02)与 化、111及(:0的存在比例均匀的复合氧化物(例如山化日.33111日.33(:0日.33〇2)相比,长期循环特性 的降低变得显著。另一方面,通过采用本实施方式的结构,即使在像LiNiQ.sMnQ.sCoQ.s化运样 金属组成不均匀的复合氧化物中,也出乎意料地发现了可改善循环特性。
[0化。因此,通式(1)中,优选6、。及(1为0.44<6<0.51、0.27<0<0.31、0.19<(1<0.26 的复合氧化物的正极活性物质。通过采用运种结构,可提供容量特性和输出特性的平衡优 异的电池。
[0052] 裡儀类复合氧化物还具有一次粒子凝聚而成的二次粒子结构。而且,该一次粒子 的平均粒径(平均一次粒径)优选为0.9wiiW下,更优选为0.20~0.6WI1,进一步优选为0.25 ~0.5WI1。另外,二次粒子的平均粒径(平均二次粒径)优选为5~20WI1,更优选为5~15WI1。另 夕h它们的比值(平均二次粒径/平均一次粒径)更优选比11大,更优选为15~50,进一步优 选为25~40。需要说明的是,构成裡儀类复合氧化物的一次粒子通常具有具备层状结构的 六方晶系的晶体结构,但其微晶粒径的大小与平均一次粒径的大小具有相关性。在此,"微 晶"是指能够被看作单晶的最大的集合,可W根据粉末X射线衍射测定等得到的衍射强度, 通过使晶体的结构参数精密化的方法来进行测定。构成裡儀类复合氧化物的一次粒子的微 晶粒径的具体的值没有特别限制,从寿命特性的观点来看,优选为IMiW下,更优选为360nm W下,进一步优选为310nmW下。通过采用运种结构,可W减小活性物质的膨胀收缩时的位 移量,抑制伴随重复充放电而产生的二次粒子的微细化(裂纹),可有助于循环特性的提高。 需要说明的是,微晶粒径的值的下限值没有特别限制,通常为20nmW上。在此,本说明书中, 正极活性物质粒子中的微晶粒径的值采用Rietveld法测定的值,Rietveld法中,根据粉末X 射线衍射测定得到的衍射峰强度,算出微晶粒径。
[0053] 裡儀类复合氧化物的振实密度优选为2.3g/cm3 W上,更优选为2.4~2.9g/cm3。通 过采用运种结构,可充分确保构成正极活性物质的二次粒子的一次粒子较高的致密性,还 可维持循环特性的改善效果。
[0化4]另外,裡儀类复合氧化物的BET比表面积优选为0.1~1. OmVg,更优选为0.3~ 1.OmVg,特别优选为0.3~0.7m2/g。通过活性物质的比表面积处于运种范围,可确保活性物 质的反应面积,电池的内部电阻变小,因此,可W将电极反应时发生极化抑制在最小限度。
[0055]另外,关于裡儀类复合氧化物,利用粉末X射线衍射测定得到的(104)面的衍射峰 和(003)面的衍射峰作为衍射峰强度比((003)/(104))优选为1.28W上,更优选为1.35~ 2.1。另外,作为衍射峰积分强度比((003)/(104))优选为1.08W上,更优选为1.10~1.45。 运些规定优选的理由如下。即,裡儀类复合氧化物具有在氧层之间存在Li+层、Ni 3+层的层状 岩盐结构。但是,Ni3+容易被还原成Ni2+,并且Ni 2+的离子半径(0.巧A)和Li +的离子半径 (0.90 大致相等,因此,在合成活性物质时产生的Li+缺陷部容易混入M2+。若在Li+位点 混入Ni2+,则局部形成电化学惰性的结构,并且会妨碍Li+的扩散。因此,使用结晶性低的活 性物质时,存在电池充放电容量的减少或持久性下降的可能性。作为该结晶性的高度的指 标,可W使用上述规定。在此,作为对结晶性进行定量的方法,可W采用上述通过使用了 X射 线衍射的晶体结构分析而得到的(003)面与(104)面的衍射峰的强度之比和衍射峰的积分 强度之比。通过使运些参数满足上述规定,晶体内的缺陷变少,可W抑制电池充放电容量的 减少、持久性的下降。需要说明的是,运种结晶性的参数可W通过原料、组成、烧成条件等进 行控制。
[0056] NMC复合氧化物等的裡儀类复合氧化物可W选择共沉淀法、喷雾干燥法等各种公 知的方法进行制备。从本方式的复合氧化物的制备容易的方面来看,优选使用共沉淀法。具 体而言,作为醒C复合氧化物的合成方法,例如如特开2011-105588号中的方法那样,通过共 沉淀法制造儀-钻-儘复合氧化物后,将儀-钻-儘复合氧化物和裡化合物混合并进行烧成, 由此可W得到裡儀类复合氧化物。
[0057] 需要说明的是,在正极活性物质含有尖晶石类裡儘复合氧化物及裡儀类复合氧化 物的情况下,它们的混合比没有特别限制,但从寿命特性及成本的观点来看,尖晶石类裡儘 复合氧化物的含量相对于裡儀类复合氧化物的含量100质量%,优选为15~40质量%,更优 选为30~40质量%。
[0化引 ?导电助剂
[0059] 本方式的非水电解质二次电池中,正极活性物质层还必须含有导电助剂。在此, "导电助剂"是指为了提高活性物质层的导电性而添加的添加物。作为导电助剂,可W举出 科琴黑、乙烘黑等炭黑、石墨、碳纤维等碳材料。正极活性物质层含有导电助剂时,有效地形 成正极活性物质层的内部的电子网络,能有助于电池的输出特性的提高。
[0060] 本方式的非水电解质二次电池的特征的之一在于,正极活性物质层所含有的导电 助剂含有平均粒径不同的两种W上的导电助剂。运里,将平均粒径比其它导电助剂的平均 粒径小的导电助剂称为"第一导电助剂",且将平均粒径比其它导电助剂大的导电助剂称为 "第二导电助剂"。而且,本方式的非水电解质二次电池的其它特征在于,正极活性物质层中 第一导电助剂的含量比第二导电助剂的含量多。需要说明的是,在正极活性物质层中含有 平均粒径不同的巧巾W上的导电助剂的情况下,只要它们中的任意两种导电助剂满足上述 规定,就包含于本发明的技术范围中。
[0061] 导电助剂的平均粒径的具体的值没有特别限制,可适当参照目前公知的知识,但 作为一例,第一导电助剂的平均粒径优选为1.8~2.5WH,更优选为1.3~4.5WIi。另外,第二 导电助剂的平均粒径优选为2.0~5.祉m,更优选为3.1~3.8皿。另外,第一导电助剂的平均 粒径和第二导电助剂的平均粒径的比也没有特别限制,但第一导电助剂的平均粒径/第二 导电助剂的平均粒径的比值优选为0.25W上且低于1,更优选为0.47~0.8。需要说明的是, 导电助剂的平均粒径的值是通过激光衍射法测定的值。
[0062] 导电助剂的BET比表面积的值也没有特别限制,但第一导电助剂及第二导电助剂 的BE化k表面积均为25~SOcmVg时,可显著实现本发明的作用效果,在运一点上优选。
[0063] 另外,如上所述,正极活性物质层中的第一导电助剂的含量比第二导电助剂的含 量多,但它们的比值(第一导电助剂的含量/第二导电助剂的含量的质量比)优选为1.5~ 4.0,更优选为2.0~3.0。另外,上述正极活性物质层中上述第一导电助剂的含量优选为2~ 4质量%。另外,上述正极活性物质层中上述第二导电助剂的含量优选为1~2质量%。通过 采用运种范围的值,具有可显著实现本发明的作用效果的优点。
[0064] 另外,本方式的非水电解质二次电池的又一特征在于,正极活性物质层的BET比表 面积为1~3mVg。该肥化k表面积的值优选为1.0~2.〇111^邑,更优选为1.2~1.8111^邑,进一步 优选为1.2~1.7m^g。通过采用运种范围的值,具有可显著实现本发明的作用效果的优点。
[0065] 如特开平7-122262号公报所记载的技术,当增大电极的比表面积时,可有助于提 高电池的寿命特性,故优选。但是,根据本发明人的研讨发现,当使用比表面积较大的电极 (特别是正极)构成非水电解质二次电池时,电池到达过充电状态时,存在电池的溫度上升 的问题。
[0066] 本发明人深入探索了产生上述溫度上升的原因。而且,发现产生运种溫度上升的 原因如下:在电池达到过充电状态时,由于正极的比表面积较大,而导致正极的表面电位变 高引起的电解液的分解反应加速。上述的本实施方式的结构是基于运种知识发现的技术方 案。
[0067] 根据具有上述结构的本实施方式的正极,将正极活性物质层的肥T比表面积控制 为规定的范围,而且含有平均粒径较大的导电助剂,由此,电解液和正极活性物质层的构成 材料的接触面积不会过大。因此,即使在电池的过充电状态下,也可抑制电池溫度的上升。 另一方面,通过含有更多的平均粒径较小的导电助剂,可确保正极活性物质层中的导
当前第2页1 2 3 4 5 
网友询问留言 已有0条留言
  • 还没有人留言评论。精彩留言会获得点赞!
1