非水电解质二次电池用正极以及使用该正极的非水电解质二次电池的制作方法_3

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样的条件 下进行放电。
[0126] [25°C的放电容量的测定]
[0127] 在25°C下在上述条件下进行1次充放电循环试验,测定放电容量Q1 (25°C的放电 容量Q1)。
[0128] [_20°C的放电容量的测定]
[0129] 在25°C下,在与上述第1次循环的充电条件同样的条件下进行充电之后,放置 于-20°C的恒温槽中4小时。然后,仍然在-20°C的环境下,用1.0It(750mA)的电流进行恒 定电流充电直至电池电压成为2. 75V,测定放电容量Q2 (-20 °C的放电容量Q2)。
[0130] 由下述式⑴求出低温放电时容量保持率。
[0131] 低温放电时容量保持率(% ) = (_20°C的放电容量Q2/25°C的放电容量 Ql)X100(% )
[0132] [表 1]
[0133]
[0134](对电池A1~A7、电池B1~B7、电池Cl~El的考察)
[0135] 从表1清楚地知道,使用将通过包含锆和氟的化合物进行表面改性的钴酸锂和镍 钴锰酸锂以95 :5~60 :40的混合比率混合的(S卩,将电池A6的正极活性物质和电池B7的 正极活性物质混合的)正极活性物质的电池A1~A5,与将用包含锆和氟的化合物进行表 面改性的钴酸锂单独作为正极活性物质使用的电池A6、将镍钴锰酸锂单独作为正极活性物 质使用的电池B7、将用包含锆和氟的化合物进行表面改性的钴酸锂和镍钴锰酸锂以30 :70 的混合比率进行混合的电池A7相比,低温放电时容量保持率变高。即,可知电池A1~A5 的各特性不处于电池A6和电池B7的各特性的范围内,处于超过各特性的范围(例如可知, 电池A6中为58. 4%,电池B7中为30. 6%,因此估计在将这些电池A6的正极活性物质和电 池B7的正极活性物质混合的电池A1~A6中为30. 6~58. 4%之间,但实际上为62. 2%以 上,超过了估计范围)。认为这是由于通过将2种正极活性物质以规定的比例进行混合,从 而发挥了协同效应。另外,根据上述结果,用包含锆和氟的化合物进行表面改性的钴酸锂与 镍钴锰酸锂的混合质量比优选设定为95 :5~60 :40。
[0136] 可知,与此相对,对于使用将表面的一部分未附着包含锆和氟的化合物的钴酸锂 (以下,有时称为表面非改性钴酸锂)和镍钴锰酸锂混合的(即,将电池B1的正极活性物 质和电池B7的正极活性物质混合的)正极活性物质的电池B2~B6,虽然与将表面非改性 钴酸锂单独作为正极活性物质使用的电池B1相比低温放电时容量保持率变高,但与将镍 钴锰酸锂单独作为正极活性物质使用的电池B7相比低温放电时容量保持率变低。即,电池 B2~B6中的各特性仅存在于电池B1和电池B7的范围内。因此可知,电池B2~B7的情况 与上述电池A1~A5的情况不同,通过将2种正极活性物质进行混合而未发挥出协同效应。
[0137] 认为变成如上那样的实验结果是由于以下所示的理由。S卩,在电池A1~A5中,由 于包含锆和氟的化合物的存在,钴酸锂中的钴的催化性能降低,其对镍钴锰酸锂也起作用, 因此可以发挥抑制镍、钴、锰的溶解析出的效果。而且,像这样,由于能够抑制镍钴锰酸锂的 活化,因而能够进一步抑制钴酸锂的活化,因此能够进一步抑制电解液的分解。认为通过发 挥这样的协同效应,能够抑制正极活性物质的表面形成非活性的层,其结果,使放电性能飞 跃地提高。与此相对,认为由于电池B2~B6中不存在包含锆和氟的化合物,因此不能发挥 这样的协同效应,不提高低温放电时容量保持率。电池A6中,由于只具有钴酸锂,因此不能 得到协同效应。电池A7中,由于镍钴锰酸锂相对于钴酸锂过量,因此不能充分地得到包含 锆和氟的化合物产生的钴酸锂的活化抑制效果。电池C1中,由于附着元素只包含锆而不包 含氟,因此不能充分地得到钴酸锂的活化抑制效果。电池D1中,虽然使用了分别附着有作 为锆化合物的锆氧化物和作为氟化合物的氟化锂的钴酸锂,但未发挥出协同效应。其结果 显示,若不以至少键合有锆和氟的化合物形式附着在表面,则不能得到效果。
[0138] 需要说明的是,对电池A1~A5进行比较可知,电池A1~A3和A5与电池A4相比 尤为提高。因此,用包含锆和氟的化合物进行表面改性的钴酸锂与镍钴锰酸锂的混合质量 比特别优选设定为95 :5~70 :30。进而,用包含锆和氟的化合物进行表面改性的钴酸锂与 镍钴锰酸锂的混合质量比特别优选设定为90 :10~70 :30。
[0139] 如以上那样使用在钴酸锂的表面的一部分附着有包含锆和氟的化合物且将该钴 酸锂和镍钴锰酸锂以规定的比例进行混合的正极活性物质,由此能够有效地抑制电解液的 分解和正极活性物质中的金属溶解析出。因此,在高温下以充电状态放置后,也能够得到低 温放电时容量保持率高的电池。
[0140] 需要说明的是,钴酸锂的表面的一部分附着有包含锆和氟的化合物的状态是指, 如图3所示,在钴酸锂颗粒21的表面附着有大部分的包含锆和氟的化合物颗粒22的状态。 即,该状态不包括如图4所示的钴酸锂颗粒21和包含锆和氟的化合物颗粒22简单混合,一 部分的含锆和氟的颗粒22时而与钴酸锂颗粒21接触的状态。作为上述包含锆和氟的化合 物,优选使用主要包括ZrF4SLi2ZrFj^包含锆和氟的化合物,部分氟可以与氧置换,F与0 之比(F/0)以摩尔比计优选为2以上。若使用它们,则钴酸锂表面的活度的抑制效果高,与 镍钴锰酸锂组合时的效果被进一步发挥。
[0141] 这里,将相对于正极活性物质的总量的镍钴锰酸锂的比例规定为1质量%以上且 不足70质量%是基于以下所示理由。
[0142] 相对于正极活性物质的总量的镍钴猛酸锂的比例不足1质量%时,钴酸锂的量变 得过多,因此存在即使表面的一部分附着有包含锆和氟的化合物,但电解液的分解量依然 变多,放电电压降低的情况。另一方面,相对于正极活性物质的总量的镍钴锰酸锂的比例变 成70质量%以上时,镍钴锰酸锂的比例变得过高,有时变得不能充分地抑制镍钴锰酸锂的 活化。
[0143] 若考虑到这样的情况,则相对于正极活性物质的总量的镍钴锰酸锂的比例为3质 量%以上且50质量%以下是理想的,为5质量%以上且30质量%以下是尤其理想的。
[0144] 另外,对电池E1与电池A1进行比较时,若不仅在钴酸锂的表面的一部分而且在镍 钴锰酸锂的表面的一部分也附着有包含锆和氟的化合物,则低温放电时容量保持率进一步 变高。因此,不仅使钴酸锂的表面的一部分而且使镍钴锰酸锂的表面的一部分也附着包含 锆和氟的化合物,由此能够进一步提高低温放电时容量保持率。
[0145] 认为这是由于镍钴锰酸锂也包含钴、镍等,因此有时发生电解液的分解,但若使镍 钴锰酸锂的表面的一部分附着包含锆和氟的化合物,则体现能够抑制镍钴锰酸锂的表面的 电解液的分解反应的效果。但认为该效果主要是由附着在钴酸锂的表面的一部分的包含锆 和氟的化合物引起的。
[0146] 像这样,根据本发明的一个方面,能够使钴酸锂和镍钴锰酸锂这两者的表面的一 部分附着包含锆和氟的化合物。
[0147] 包含锆和氟的化合物的平均粒径为100nm以下是理想的。
[0148] 平均粒径超过100nm时,即使附着相同质量的锆和氟的化合物,由于附着部位偏 于局部,因此有时也不能充分地发挥上述效果。
[0149] 包含错和氟的化合物的平均粒径的下限优选为0.lnm以上,尤其为lnm以上是优 选的。包含锆和氟的化合物的平均粒径变得不足〇.lnm时,包含锆和氟的化合物过小而变 得过量覆盖正极活性物质表面。
[0150] (对电池F1~L1的考察)
[0151] 使用由分别包含铒和氟、钐和氟、钕和氟、镧和氟的化合物进行表面改性的钴酸锂 的电池F1~II、使用由含镁的氟的化合物进行表面改性的钴酸锂的电池J1、以及使用由含 镁和氟的化合物进行表面改性的钴酸锂的电池K1与电池B1~B7相比,低温放电时容量保 持率高。
[0152] 推测电池F1~II、J1以及K1也与使用由包含锆和氟的化合物进行表面改性的 钴酸锂的电池A1~A5同样地通过将进行表面改性的钴酸锂和镍钴锰酸锂以规定的比例混 合,从而发挥了协同效应。
[0153] 尤其,使用由包含稀土元素的化合物进行表面改性的钴酸锂的电池F1~II与使 用由包含锆和氟的化合物进行表面改性的钴酸锂的电池A1~A5相比,低温放电时容量保 持率变高。
[0154] 使用包含稀土元素和氟的化合物对钴酸锂进行表面改性情况相比于将包含锆和 氟的化合物用于表面改性的情况,抑制钴的催化作用的效果变高。由此产生进一步抑制钴、 锰、镍的溶解析出以及电解液的分解的效果。认为最终能够抑制正极活性物质的表面形成 非活性的层,使放电性能提高。作为稀土元素使用铒时尤其能够发挥上述效果。
[0155] 另外,将电池F1与电池L1进行比较,不仅在钴酸锂的表面的一部分而且在镍钴锰 酸锂的表面的一部分也附着有含铒和氟的化合物时,低温放电时容量保持率变得更高。因 此,不仅在钴酸锂的表面的一部分而且在镍钴锰酸锂的表面的一部分也附着含铒和氟的化 合物,由此能够进一步提高低温放电时容量保持率。
[0156] 认为这是由于镍钴锰酸锂也包含有钴、镍等,因此有时产生电解液的分解,但若使 镍钴锰酸锂的表面的一部分附着有含铒和氟的化合物,则体现能够抑制镍钴锰酸锂的表面 的电解液的分解反应的效果。但认为该效果主要是由附着在钴酸锂的表面的一部分的含铒 和氟的化合物引起的。
[0157] 需要说明的是,本发明的实施方式中举出包含选自锆、铒、钐、钕、镧、镁和铝中的1 种以及氟的化合物作为例子进行了说明,但不限于此,只要是含氟化合物,就可以得到本发 明的效果。作为除上述实施方式中记载的化合物以外的化合物,可以适宜地使用包含选自 钛以及稀土元素中的至少一种和氟的化合物。这基于以下理由。
[0158] 在正极活性物质表面,钴酸锂的催化性高,因此产生电解液的氧化分解反应。由该 氧化分解反应生成的分解物不仅一边反复进行再分解反应、与电解液的反应一边移动到负 极
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