非水电解质二次电池用负极活性物质及使用了该负极活性物质的非水电解质二次电池的制作方法_2

文档序号:9816551阅读:来源:国知局
解质]
[OO%] 作为非水电解质的电解质盐,例如可W使用LiCl〇4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LKbF6、 LiSCN、LiCF3S03、LiCF3C02、LiAsF6、LiBloCllo、低级脂肪族簇酸裡、LiCl、Li化、LiI、氯棚酸裡 (chloroborane lithium)、棚酸盐类、酷亚胺盐类等。其中,从离子传导性与电化学的稳定 性的观点出发,优选使用LiPFs。电解质盐可W单独使用巧巾、也可W组合使用巧巾W上。相对 于非水电解质IL优选Wo. 8~1.5mol的比率含有运些电解质盐。
[0036] 作为非水电解质的溶剂,例如可W使用环状碳酸醋、链状碳酸醋、环状簇酸醋等。 作为环状碳酸醋,可列举出碳酸亚丙醋(PC)、碳酸亚乙醋化C)等。作为链状碳酸醋,可列举 出碳酸二乙醋(DEC)、碳酸甲乙醋化MC)、碳酸二甲醋(DMC)等。作为环状簇酸醋,可列举出 丫-下内醋(G化)、丫-戊内醋(G化)等。非水溶剂可W单独使用1种、也可W组合使用巧中W 上。
[0037] [分隔件]
[0038] 对于分隔件,可W使用具有离子透过性及绝缘性的多孔性片材。作为多孔性片材 的具体例,可列举出微多孔薄膜、织布、无纺布等。作为分隔件的材质,聚乙締、聚丙締等聚 締控是适宜的。
[0039] 正极活性物质包含含有裡和金属元素 R的氧化物,前述金属元素 R包含选自包含 钻、儀的组中的至少一种时,正极和负极中包含的裡量的总和X与上述氧化物中包含的金属 元素 R的量Rc的比率x/Rc例如优选大于1.01、进一步优选大于1.03。比率x/化为上述范围时, 供给到电池内的裡离子的比率变得非常大。即,从不可逆容量的填补的观点出发是有利的。
[0040] 对于上述比率X/化,例如,负极活性物质在内部混合有包含娃酸裡相的Si化和碳系 活性物质时,根据Si化相对于负极活性物质的总量的比率等而变化。上述比率x/Rg例如也可 W通过在负极上贴附裡金属锥等来变化。比率x/Rc可W如下算出:对正极和负极中包含的 裡量X和正极活性物质中包含的金属元素 R的量Rc分别进行定量,并将X的量除W金属元素 R 的量Rc来算出。
[0041 ]裡量X和金属元素 R的量Re可W如下进行定量。
[0042] 首先,将电池完全地放电后,进行分解,去除非水电解质,使用碳酸二甲醋等溶剂 对电池内部进行清洗。接着,分别采集规定质量的正极和负极,利用ICP分析对正极和负极 中包含的裡量进行定量,由此求出裡量摩尔量X。另外,与正极中的裡量的情况同样地操作, 利用ICP分析对正极中包含的金属元素 R的量Rc进行定量。
[0043] 实施例
[0044] W下,根据实施例进一步说明本发明,但本发明不限定于运些实施例。
[0045] 〈第1实施例〉
[0046] (实施例1)
[0047] [负极的制作]
[004引准备表面用碳包覆的Si化(X = O . 93、平均一次粒径:5. Own)。需要说明的是,包覆 使用CV的去进行,另外,碳相对于Si化的比率设为10质量%、Si化表面的碳包覆率设为100%。 SiOx表面的碳包覆率用下面的方法确认。使用Hitachi High-Technologies Coloration 制的离子锐削装置(ex. IM4000),使Si化颗粒的截面露出,对颗粒截面用SBlS反射电子图 像进行确认。颗粒截面的碳包覆层与Si化的界面通过反射电子图像来确定。随后,对于各 SiOx颗粒表面的膜厚1皿W上的碳覆膜的比率,通过膜厚1皿W上的碳覆膜与Si化的界面长 度的总和相对于颗粒截面中Si化外周长之比来算出。算出30个Si化颗粒的表面的碳覆膜的 比率的平均值作为碳包覆率。
[0049] 将0.2摩尔LiOH溶解于500g的水后,滴加 HCl,制作调节至pH = 8.0的水溶液。向上 述水溶液中添加 1摩尔上述SWx,进行混合化iOH相对于Si化的比率为20摩尔%)。将混合溶 液在100°C下干燥,使LiCffl附着在SiOx的表面。随后,在Ar气氛中、在800下进行10小时热处 理后,用水对Si化进行水洗。将热处理及水洗后的Si化颗粒的截面沈M图像示于图1。从该沈M 图像可知,SiOx颗粒中,形成了从内部W放射线状延伸的裂缝。图1中的具有最大宽度的裂 缝到达了颗粒外周。裂缝的最大宽度为0.2皿,WSWx颗粒的平均一次粒径(Dso)计,裂缝的 最大宽度相对于粒径的比率为0.04。
[0050] 上述的裂缝的最大宽度用W下方法测定。使Si化颗粒的截面露出,对颗粒截面用 SEM及反射电子图像进行确认。由反射电子图像确定裂缝的有无及宽度,将30个颗粒中裂缝 的最大值作为裂缝的最大宽度。
[0051] 另外,利用XRD(线源为化Ka)对该热处理及水洗后的Si化进行分析时,确认了作为 娃酸裡的Li2Si〇3的峰。娃酸裡相的摩尔数相对于Si化的总摩尔数(W下,有时称为Si化中的 娃酸裡相的比率)为5摩尔%。
[0052] 将Si化与作为粘结剂的PAN(聚丙締腊)W质量比为95:5进行混合,进而添加作为 稀释溶剂的NMP(N-甲基-2-化咯烧酬)。使用混合机(PRIMIX Co巧oration制、Robomix)对其 进行揽拌,制备负极合剂浆料。W铜锥的单面上每Im2负极合剂层的质量成为25g/V的方式 涂布上述负极合剂浆料。接着,将其在大气中、105°C下干燥,并进行压延,由此制作负极。需 要说明的是,负极合剂层的填充密度设为1.50g/ml。
[0053] [非水电解液的制备]
[0054] 向碳酸亚乙醋化C)与碳酸二乙醋(DEC) W体积比为3:7的比例混合而成的混合溶 剂中,将六氣化憐酸裡化iPFs) Wl.0摩尔/升地进行添加,制备非水电解液。
[0化日][电池的组装]
[0056] 在非活性气氛中,使用在外周安装有Ni薄片的上述负极、裡金属锥、配置在负极与 裡金属锥之间的聚乙締制分隔件,制作电极体。将该电极体装入由侣层压片材形成的电池 外壳体内,进而将非水电解液注入电池外壳体内,之后密封电池外壳体制作电池 Al。
[0057] (实施例2)
[0化引使用Li2C03(Li2a)3相对于Si化的比率设为10摩尔%)代替LiOH,除此W外与上述实 施例1同样地制作电池 A2。在热处理及水洗后的Si化颗粒存在从内部W放射线状延伸的裂 缝,且裂缝到达了颗粒外周。裂缝的最大宽度为0.3皿,WSWx颗粒的平均一次粒径(Dso)计, 裂缝的最大宽度相对于粒径的比率为0.06。另外,用XRD对热处理及水洗后的Si化进行分析 时,确认了作为娃酸裡的Li4Si04和Li2Si03的峰。SiOx中的娃酸裡相的比率为5摩尔%。
[0059] (实施例3)
[0060] 使用Al粉末(粒径为扣m)代替LiOH,Al相对于Si化的比率设为1质量%,W粉末态 进行混合,使Al附着在SWx的表面,除此W外,与上述实施例1同样地制作电池 A3。热处理及 水洗后的Si化颗粒中存在裂缝。裂缝的最大宽度为0.1曲1,WSWx颗粒的平均一次粒径(Dso) 计,裂缝的最大宽度相对于粒径的比率为0.02。另外,用XRD对热处理及水洗后的Si化进行 分析时,确认了 AI2O3的峰。
[0061] (比较例I)
[0062] 不混合LiOH与SWx,并且不进行热处理(即,使用未处理的Si化作为负极活性物质 的Si化),除此W外与上述实施例1同样地制作电池 Z。
[0063] (实验)
[0064] 将上述电池 Al~A3及Z在W下的条件下进行充放电,考察下述(1)式所示的初次充 放电效率和下述(2)式所示的第10次循环的容量维持率,并将其结果示于表1。
[0065] [充放电条件]
[0066] Wo.2It(4mA)的电流进行恒流充电直至电压变为0V,然后,Wo.OSIt(ImA)的电流 进行恒流充电直至电压变为OV。接着,停顿10分钟后,W0.211 (4mA)的电流进行恒流放电直 至电压变为1.0V。
[0067] [初次充放电效率的计算式]
[0068] 初次充放电效率(% )
[0069] =(第1次循环的放电容量/第1次循环的充电容量)X100 ? ? ? (1)
[0070] [第10次循环的容量维持率的计算式]
[0071] 第10次循环的容量维持率(%)
[0072] =(第10次循环的放电容量/第1次循环的放电容量)XlOO ??? (2)
[0073] [表1]
[0075] 使用颗粒内部形成有裂缝的Si化颗粒的电池 Al~A3与使用未形成裂缝的Si化颗粒 的电池 Z相比,初次充放电效率及循环特性提高。充放电前的Si化颗粒内部形成裂缝时,充 放电时的颗粒的体积膨胀得W缓和,能够抑制负极合剂层的剥离、负极颗粒间的导电性降 低。
[0076] 〈第2实施例〉
[0077] (实施例4)
[007引将LiOH的添加量设为0.05摩尔,除此W外,与上述实施例1同样地制作电池 A4。热 处理及水洗后的Si化颗粒中存在从内部W放射线状延伸的裂缝,裂缝未达到颗粒外周。裂 缝的最大宽度为0.05WH,WSi化颗粒的平均一次粒径(Dso)计,裂缝的最大宽度相对于粒径 的比率为0.01。另外,用XRD对热处理及水洗后的Si化进行分析时,确认了作为娃酸裡的 Li2Si03的峰。SiOx中的娃酸裡相的比率为1
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