锂锰复合氧化物、二次电池及它们的制造方法_2

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例使用Li2CO3、MnC〇3及NiO 的情况下,得到Li2MnD.7Nin.3O3。因此,错开该比例是很重要的。
[0030]在本实施方式中,W其比例为0. 84:0. 8062:0. 318( =LizCOs:MnCO3:NiO) 的方式对化〔〇3、MnC〇3、NiO进行称量。注意,W摩尔数比表示比例。对运些材料的粉末添 加丙酬,然后在球磨机中将其混合来调制混合粉末。
[0031] 接着,进行加热W使丙酬挥发,由此得到混合材料。
[0032] 接着,将混合材料放入相蜗中,在大气下,在8〇o°c至Iiocrc的溫度范围内进行烧 成5至20小时,由此合成新颖材料。
[0033] 接着,进行研碎处理W解除烧制出来的粒子的烧结。在添加丙酬后在球磨机中进 行混合来进行研碎处理。
[0034] 在研碎处理后,进行加热W使丙酬挥发,然后进行真空干燥,由此得到粉末状的新 颖材料。
[003引图2示出如此得到的新颖材料的截面TEM图像。
[0036] 图3是图2中的多个粒子中的一个粒子的放大图。如图3所示,由黑色虚线包围 的区域是具有尖晶石型结构的维晶101,由白色虚线包围的区域是具有层状岩盐型结构的 维晶102。
[0037] 当利用FFT分析从图3中的由黑色虚线包围的区域的一部分得到FFT图案时, 根据所得到的斑点的位置关系(例如距离及角度)决定的上述数值相当于与JCPDS卡片 No.35-0782所记载的属于空间群Fd3m(No.227)的尖晶石型结构的LiMri2〇4的数据(入射 角及衍射强度)。因此,可W鉴定该区域具有尖晶石型结构。
[0038] 当利用FFT分析从图3中的由白色虚线包围的区域的一部分得到FFT图案时,根 据所得到的斑点的位置关系(距离及角度)可W求出晶格常数。因此,根据JCPDS卡片 No. 81-1953(空间群C2/c,No. 15)的LizMnOs可W鉴定该区域具有层状岩盐型结构。
[0039] 通过将该新颖材料用于正极活性物质而可W形成正极。
[0040]图4示出测定该新颖材料的放电容量的结果。纵轴表示电压(V),横轴表示放电容 量(mAh/g)。
[0041] 此外,将说明比较例1及比较例2。
[004引比较例1对应于图11A,并是分别合成几y m的尖晶石型结构的粒子(Spi-LiMri204粒子104)、几ym的层状岩盐型结构的LizMn化粒子103,并将Spi-LiMn204粒子104和 LizMrA粒子103混合而得来的样品1。
[0043] 比较例2对应于图11B,并是W IOOCTC对样品1进行烧成而得来的样品2。
[0044] 如图4所示,新颖材料的放电容量比比较例1及比较例2大。如此,虽然W高溫合 成,但是在层状岩盐型结构的每一个粒子表面的一部分中具有尖晶石型结构的裡儘复合氧 化物的新颖材料具有大容量。
[0045] 在本实施方式中,作为起始材料使用LizCOs、MnC〇3及NiO,但是材料并不局限于 此,只要能够形成在层状岩盐型结构的每一个粒子表面的一部分中具有尖晶石型结构的裡 儘复合氧化物,就也可W使用其他材料。
[004引实施方式2 在本实施方式中,W与实施方式1不同的形成方法来得到新颖材料。
[0047] 首先,对作为起始材料的碳酸裡化i2C〇3)及碳酸儘(MnC〇3)进行称量。
[0048] 在本实施方式中,通过调节烧成溫度来合成新颖材料。
[0049] 在本实施方式中,W其比例为1:1( =LizCOs: MnCO3)的方式对LizCOs和MnCO3 进行称量。在对运些材料的粉末添加丙酬后,在球磨机中将其混合来调制混合粉末。接着, 进行加热W使丙酬挥发,由此得到混合材料。
[0050] 接着,将混合材料放入相蜗中,在大气下,W高于380°C且低于950°C,优选W大约 500°C的溫度进行烧成5至20小时。
[0051] 接着,进行研碎处理W解除烧制出来的粒子的烧结。在添加丙酬后在球磨机中进 行混合来进行研碎处理。
[0052] 在研碎处理后,进行加热W使丙酬挥发,然后进行真空干燥来得到粉末状的新颖 材料。
[0053] 当通过使用如此得来的新颖材料的截面TEM图像的FFT分析从该新颖材料的粒子 的区域得到FFT图案时,根据JCPDS卡片No. 35-0782 (空间群Fd3m,No. 227)的LiMri2〇4可 W识别出该区域具有尖晶石型结构。当通过FFT分析从同一粒子的其他区域得到FFT图案 时,根据JCPDS卡片No. 81-1953 (空间群C2/c,No. 15)的LizMnOs可W鉴定该区域具有层状 岩盐型结构。如此,可W与实施方式1同样地在同一粒子内鉴定两种结晶结构。
[0054] 运些结果示出能够形成与实施方式1几乎相同的新颖材料。注意,由于实施方式1 中的烧成溫度高,所W实施方式1的新颖材料的结晶性比在本实施方式中得来的新颖材料 局。
[00巧]通过将本实施方式的新颖材料用于正极活性物质而可W制造正极。
[0056] 图5示出测定本实施方式的新颖材料的放电容量的结果。图5还示出实施方式1 的新颖材料的放电容量。
[0057] W380°C W下的烧成溫度形成比较材料,使用该材料的截面TEM图像进行FFT分析 来得到FFT图案。其结果,只能观察到根据JCPDS卡片No.35-0782(空间群Fd3m,No.227)的 LiMn2〇4可W鉴定为尖晶石型结构的区域。所测定出的该比较材料的放电容量低至IlOmAh/ 邑。
[005引当W 950°C W上的烧成溫度形成比较材料时,使用该材料的截面TEM图像进行FFT分析来得到FFT图案,只能观察到根据JCPDS卡片No. 81-1953(空间群C2/c,No. 15)的 LizMrA可W鉴定为尖晶石型结构的区域。所测定出的该比较材料的放电容量低至ISmAh/ 邑。
[0059] 由上述结果可W说在粒子是否具有两种结晶结构是取决于烧成溫度的。
[0060] 实施方式3 W下将详细说明新颖材料的形成方法。
[0061] 首先,对作为起始材料的LizCOs及MnCO3进行称量。
[0062] 在本实施方式中,按照错开比例的宗旨来调整材料比例。通过错开材料的比例来 形成在层状岩盐型结构的每一个粒子的表面的一部分中具有尖晶石型结构的裡儘复合氧 化物。
[0063] 表1示出在本实施方式中形成的材料(样品A至DW及比较例1至5)的尖晶石型 结构的部分的目标比例、每材料中的层状岩盐型结构的部分的目标比例、W及材料的比例。 注意,样品A至DW及比较例1至5的形成方法除了材料的比例不同W外几乎是相同的。
[0064] [表 1]
[0065] 按照表1称量每个材料。
[0066] 在对运些材料的粉末添加丙酬后,在球磨机中将其混合来调制混合粉末。在本实 施方式中,将称量好的原料、直径为3mm的错质球W及丙酬放入错质罐,W4(K)rpm进行湿式 行星式球磨机处理两个小时。
[0067] 接着,进行加热W使丙酬挥发,由此得到混合材料。在本实施方式中,在大气下W 50°C使球磨机处理过的浆料中的丙酬挥发,由此得到混合材料。
[006引接着,将混合材料放入相蜗,在大气下,W在500°C至1000°C的溫度范围内进行烧 成5至20小时,由此合成新颖材料。在本实施方式中,将干燥的混合材料填到氧化侣相蜗, W900°C进行10小时的加热。
[0069] 接着,进行研碎处理W解除烧制出来的粒子的烧结。在本实施方式中,将烧成过的 材料、直径为3mm的错质球W及丙酬放入错质罐W20化pm进行湿式行星式球磨机处理两个 小时。
[0070] 在研碎处理后,进行加热W使丙酬挥发,然后进行真空干燥来得到粉末状的新颖 材料。在本实施方式中,在大气下W50°C对湿式球磨机处理过的混合物进行加热,使丙酬挥 发,然后W170°C进行真空干燥。
[0071] 通过将运些新颖材料(样品A至D)用于正极活性物质,可W制造正极。
[0072] 图12示出测定运些新颖材料(样品A至D) W及比较例1的放电容量的结果。
[0073] 如图12所示,尖晶石型结构的部分所占的比例为整体的大约2%的样品A的放电 容量比比较例1的放电容量大,该比较例是只包含尖晶石型结构的LiMn2〇4的材料。尖晶石 型结构的部分所占的比例为整体的大约15%的样品D的放电容量比样品A的放电容量大。 尖晶石型结构的部分所占的比例为整体的大约10%的样品C的放电容量比样品D的放电容 量大。在所有样品之中,尖晶石型结构的部分所占的比例为整体的大约5%的样品B具有最 大的放电容量。
[0074] 图13示出通过测定得到的样品A至D W及比较例1至5的X射线衍射狂RD)的 图。在图13中,虽然为进行比较将所有数据排列表示于一个图表,但是对表示数据的方法 没有特别的限制。
[007引样品A至D的邸D图案都具有尖晶石型结构的粒子(Spi-LiMn204)的特征性的衍 射峰值(2 0 =大约36°、大约44°附近的峰值)W及层状岩盐型结构的粒子化izMnOs)的 特征性的衍射峰值(2 0 =大约21。、大约22。附近的峰值)。同样地,比较例2至4的X畑 图案都具有尖晶石型结构的粒子(Spi-LiMn204)的特征性的衍射峰值W及层状岩盐型结构 的粒子(LizMrA)的特征性的衍射峰值。
[0076] 比较例1的邸D图案具有层状岩盐型结构的粒子化izMrA)的特征性的衍射峰值。 比较例5的邸D图案具有尖晶石型结构的粒子(Spi-LiMn2〇4)的特征性的衍射峰值。
[0077] 实施方式4 在实施方式中,将参照图6A至图6C、图7、图8A和图8B对包括通过实施方式1、实施方 式2或实施方式3所示的形成方法形成的正极活性物质的蓄电池的结构进行说明。
[0078](硬币型蓄电池) 图6A是硬币型(单层扁平型)蓄电池的外观图,图6B是其截面图。
[0079] 在硬币型蓄电池300中,兼作正极端子的正极罐(positiveelectrodecan) 301 和兼作负极端子的负极罐(negativeelectro
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