活性物质复合粉体和锂电池以及它们的制造方法_3

文档序号:9732283阅读:来源:国知局
OOymW下。
[0062] 另外,负极集电体和正极集电体能够使用可作为裡电池的集电体使用的公知金 属。作为运样的金属,可例示包含选自化、Ni、A1、V、Au、Pt、Mg、Fe、Ti、Co、Cr、Zn、Ge、In中的 一种或两种W上的金属材料。
[0063] 另外,虽然省略了图示,但本发明的裡电池能够在收容于可用于裡电池的公知外 装体的状态下使用。作为运样的外装体,可例示公知的层压膜、金属制的壳体等。
[0064] 3.活性物质复合粉体的制造方法
[0065] 图3是说明本发明的活性物质复合粉体的制造方法的图。图3中示出的本发明的活 性物质复合粉体的制造方法包括:活性物质准备工序(S1)、喷雾干燥工序(S2)和热处理工 序(S3)。
[0066] 活性物质制备工序(W下,有时称作"Sn是准备活性物质的工序,在后述工序中 在其表面附着妮酸裡。S1只要能够准备活性物质,其形式就不特别限定。S1可W为通过制作 活性物质来准备活性物质的形式,也可W为通过购入活性物质来准备活性物质的形式。
[0067] 喷雾干燥工序下,有时称作"S2")为如下工序:向S1中准备的活性物质喷雾具 有妮的过氧化络合物和裡的溶液并且与此并行地干燥喷雾至活性物质的溶液。图4中示出 妮的过氧化络合物的结构式。作为S2中向活性物质喷雾的溶液,例如可举出通过如下而得 到的水溶液(W下,有时将该水溶液称作"络合物溶液")等:在使用过氧化氨水、妮酸和氨水 而制作透明溶液之后,向所制作的透明溶液添加裡盐。由于即使S2中使用的妮酸的含水率 变化,也可合成妮的过氧化络合物,因此妮酸的含水量不特别限定。另外,只要可合成妮的 过氧化络合物,妮酸与氨水的混合比例就不特别限定。另外,作为S2中可使用的裡盐,可举 出 LiOH、LiN〇3、Li2S〇4 等。
[0068] 通过S2中的喷雾,使含有妮化合物和裡化合物的络合物溶液附着于活性物质的表 面。而且,通过S2中的干燥,除去附着于活性物质表面的络合物溶液所包含的溶剂和水合水 等挥发成分。W下,有时将干燥络合物溶液之后的形态称作"妮酸裡的前体"。
[0069] 在S2中,向活性物质喷雾络合物溶液并且与此并行地使向活性物质喷雾而附着于 活性物质表面的络合物溶液干燥。运样的S2例如可通过使用翻转流动涂覆装置、喷雾干燥 器等来进行。作为翻转流动涂覆装置,可例示パ。レッ夕社制的MULTIPLEX( 7瓜予方レッ夕 乂)、7 口 ^シb产业株式会社制的化0W C0ATER( 7口一 3-夕一)等。在S2中使用翻转流动 涂覆装置的情况下,关注1个活性物质时,在向活性物质喷雾络合物溶液之后立刻干燥络合 物溶液,其后,重复向活性物质喷雾络合物溶液W及干燥喷雾至活性物质的络合物溶液,直 至附着于活性物质表面的妮酸裡的前体层的厚度成为目标厚度。另外,在S2中使用翻转流 动涂覆装置的情况下,关注装置内存在的多个活性物质时,正在被喷雾络合物溶液的活性 物质与表面的络合物溶液正在被干燥的活性物质混合存在。因此,S2可称为:向活性物质喷 雾络合物溶液并与此并行地使附着于活性物质表面的络合物溶液干燥的工序。
[0070] 在此,络合物溶液所包含的过氧化氨具有强的氧化作用。因此,如果使络合物溶液 与活性物质持续长时间接触,则担屯、活性物质因过氧化氨而被侵蚀,被侵蚀的活性物质劣 化。因此,在本发明中,为了形成活性物质不易劣化的实施方式,在通过向活性物质喷雾络 合物溶液W使络合物溶液附着于活性物质的表面之后,立刻干燥存在于活性物质表面的络 合物溶液。通过采取运样的实施方式,能够制造可降低电池的反应电阻的活性物质复合粉 体。
[0071] 另外,通过向活性物质喷雾络合物溶液并且与此并行地使活性物质表面的络合物 溶液干燥的实施方式S2,使妮酸裡的前体附着于活性物质的表面,由此即使降低在S2之后 所进行的热处理工序中的热处理溫度,也可在活性物质的表面形成妮酸裡。关于通过降低 热处理溫度所得到的效果,如后所述。
[0072] 热处理工序下,有时称作"S3")是在S2之后在高于123°C且低于350°C的溫度下 对表面附着有妮酸裡的前体的活性物质进行热处理的工序。通过S3,能够得到具有活性物 质和附着于该活性物质表面的妮酸裡的活性物质复合粉体。S3的热处理可在大气气氛中进 行。
[0073] 在S3中,将热处理溫度设为高于123°C。通过在运样的溫度下进行热处理,能够减 少络合物溶液的溶剂、水合水等杂质(挥发成分)的残留量。由于水合水阻碍裡离子传导,因 此通过减少其残留量,可降低反应电阻。另外,通过本发明的活性物质复合粉体的制造方法 而制造的活性物质复合粉体例如在使用了硫化物固体电解质的全固体电池中使用。硫化物 固体电解质由于与水反应而劣化,其结果,全固体电池的反应电阻易于增大。因此,通过减 少络合物溶液的溶剂的残留量,可降低电池的反应电阻。
[0074] 另外,在S3中,将热处理溫度设为低于350°C。由于S3在S2之后进行,因此通过向活 性物质喷雾络合物溶液并与此并行地使活性物质表面的络合物溶液干燥的实施方式S2,妮 酸裡的前体附着于活性物质的表面。通过运样的实施方式S2,使妮酸裡的前体附着于活性 物质的表面,由此即使将热处理溫度设为与W往相比的低溫,也可形成妮酸裡。在此,如果 将热处理溫度设为高溫,易于在妮酸裡中形成大量空隙,其结果,活性物质复合粉体的BET 比表面积易于增大。由于该空隙阻碍裡离子传导,因此成为电池的反应电阻增加的一个因 素。为了降低电池的反应电阻,减少妮酸裡的空隙数量是有效的,由此将热处理溫度设为低 溫是有效的。通过将热处理溫度设为低于350°C,由于可减少妮酸裡的空隙数量,因此可降 低反应电阻。
[0075] 另外,如果将热处理溫度设为350°CW上,则在活性物质的表面形成结晶化的妮酸 裡。由于结晶化的妮酸裡与非晶质的妮酸裡相比,裡离子传导率低,因此成为电池的反应电 阻增加的一个因素。为了降低电池的反应电阻,不使妮酸裡结晶化是有效的,由此将热处理 溫度设为低于规定溫度是有效的。通过将热处理溫度设为低于350°C,由于可防止妮酸裡的 结晶化,因此可降低电池的反应电阻。
[0076] 运样,通过在S2之后在高于123°C且低于350°C的溫度下进行热处理的S3,在活性 物质的表面形成妮酸裡,由此能够制造可降低电池的反应电阻的活性物质复合粉体。另外, 由于W往技术中所使用的醇盐溶液包含较多碳,因此在热处理时从妮酸裡的前体产生大量 气体,其结果,易于形成具有许多空隙的妮酸裡。与此相比,根据使用含有妮的过氧化络合 物的溶液的本发明的活性物质复合粉体的制造方法及后述的本发明的裡电池的制造方 法。下同。),在热处理时可减少从妮酸裡的前体产生的气体量。其结果,由于可减少妮酸裡 的空隙数量,因此能够降低反应电阻。另外,由于在本发明的活性物质复合粉体的制造方法 中使用的络合物溶液与醇盐溶液相比便宜,因此除了上述效果W外,也可降低制造成本。
[0077] 由于经过S1至S3来制造活性物质复合粉体,因此可制造邸T比表面积大于0.93m2/ g且低于1.44mVg的活性物质复合粉体。
[0078] 在本发明的活性物质复合粉体的制造方法中,S3的热处理溫度高于123°C且低于 350°C即可。但是,从形成易于减少妮酸裡的空隙数量的实施方式,或者形成易于防止妮酸 裡的结晶化的实施方式,从而形成易于降低电池的反应电阻的实施方式等观点出发,优选 将热处理的上限溫度设为300°C W下。更优选为250°C W下。
[0079] 另外,在本发明的活性物质复合粉体的制造方法中,从减少络合物溶液的溶剂、水 合水等杂质的残留量,从而形成易于降低电池的反应电阻的实施方式等的观点考虑,优选 将热处理的下限溫度设为150°CW上。
[0080] 4.裡电池的制造方法
[0081] 图5是说明本发明的裡电池的制造方法的图。在图5中,对于与关于本发明的活性 物质复合粉体的制造方法进行说明的图3所示的各工序同样的工序,赋予与图3中使用的附 图标记相同的附图标记,适当地省略其说明。
[0082] 图5中示出的本发明的裡电池的制造方法具有活性物质准备工序(S1)、喷雾干燥 工序(S2)、热处理工序(S3)和电极制作工序(S4)。由于S1至S3已在"3.本发明的活性物质复 合粉体的制造方法"中进行了说明,因此在此省略其说明。
[0083] 电极制作工序下,有时称作"S4")是制作包含通过S1至S3所制作的活性物质复 合粉体的正极或负极的工序。例如,在制造图2所示的裡电池20的情况下,为制作包含活性 物质复合粉体10的正极21的工序。S4只要是制作包含本发明的活性物质复合粉体的正极或 负极的工序,其实施方式就不特别限定。例如,在S4中制作正极21的情况下,可采用如下工 序:在溶剂中加入活性物质复合粉体10、硫化物固体电解质23a、导电助剂21a和粘合剂21b 之后,将通过使用超声波均化器等使它们分散而制作的浆料状正极组合物涂敷在正极集电 体24的表面,其后,经过干燥过程来制作正极21。
[0084] 如果通过S4来制作包含本发明的活性物质复合粉体的电极(正极或负极),则制作 应与该电极一起夹持电解质的另1个电极(负极或正极)。如果运样操作来制作一对电极(正 极和负极),则其后能够经过将电解质配置在正极和负极之间的过程来制作本发明的裡电 池。
[008引实施例
[0086] [试样的制作]
[0087] <实施例1>
[0088] (1)活性物质的准备
[0089] 准备表面用于附着妮酸裡的正极活性物质LiNii/3Mni/3Coi/3化(日亚化学工业株式 会社制)。
[0090] (2)络合物溶液的制备
[0091] 向装有870.4g浓度30质量%的过氧化氨水的容器中添加987.4g离子交换水和 44.2g妮酸(抓2〇5 · 3出0(抓2〇5含水率72% ))。接着,向上述容器中添加87.9g浓度28质量% 的氨水。然后,在添加了氨水之后进行充分地揽拌,由此得到透明溶液。进而,在得到的透明 溶液中加入10.1 g氨氧化裡?一水合物化iOH ·此0),由此得到含有妮的过氧化络合物和裡 的
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