鋰離子電池用正極活性物質(zhì)、鋰離子電池用正極和鋰離子電池制造技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)提供鋰離子電池用正極活性物質(zhì)，能良好地抑制顆粒的開裂，由此使電池壽命等電池特性變得良好，并且制作電池時(shí)使用了正極活性物質(zhì)的正極合劑的涂布性和固著性良好。鋰離子電池用正極活性物質(zhì)由組成式：LixNi1-yMyO2+α(式中M為金屬，0.9≦x≦1.2，0＜y≦0.7，－0.1≦α≦0.1)表示，平均粒徑D50為7μm以上12μm以下，在微小壓縮試驗(yàn)中，使用金剛石制的壓頭對(duì)正極活性物質(zhì)的二次顆粒的一個(gè)顆粒以2.67mN/秒的負(fù)荷速度施加到49mN的設(shè)定負(fù)荷時(shí)的平均機(jī)械強(qiáng)度為10MPa以上60MPa以下，并且將從壓頭與顆粒抵接并開始按壓的位置起到壓裂的位置為止的壓頭的移動(dòng)距離作為位移時(shí)的平均位移為0.2μm以上1μm以下。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】鋰離子電池用正極活性物質(zhì)、鋰離子電池用正極和鋰離子電池
本專利技術(shù)涉及鋰離子電池用正極活性物質(zhì)、鋰離子電池用正極和鋰離子電池。
技術(shù)介紹
通常，將含有鋰的過渡金屬氧化物用于鋰離子電池的正極活性物質(zhì)。具體地說，有鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)等，為了改善特性(實(shí)現(xiàn)高容量化、改善循環(huán)特性、改善保存特性、降低內(nèi)阻、改善倍率特性)和提高安全性，正在進(jìn)行將這些物質(zhì)復(fù)合化的工作。對(duì)于車載用及負(fù)載平衡用這樣的大型用途的鋰離子電池而言，要求其具有與至今為止的手機(jī)用及計(jì)算機(jī)用的鋰離子電池不同的特性。例如如專利文獻(xiàn)1所公開的，所述的鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)或錳酸鋰(LiMn2O4)是用于正極活性物質(zhì)的代表性的材料，分別具有長處和短處。鈷酸鋰是容量和安全性等具有平衡的材料，但是由于鈷為稀有金屬，是非常稀少的金屬，因此成本高。鎳酸鋰具有非常好的電池容量，但是缺乏安全性。錳酸鋰具有非常好的熱穩(wěn)定性，但是報(bào)道有容量低等問題。現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)專利文獻(xiàn)1：日本專利公開公報(bào)特開2006－004724號(hào)
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)要解決的技術(shù)問題最近，從高容量、安全性、成本的方面考慮，使用以NiMnCo、NiCoAl為代表的三元體系的正極活性物質(zhì)，例如，在該三元體系的正極活性物質(zhì)的鎳比率高的情況下，認(rèn)為使用該正極活性物質(zhì)制成的鋰離子二次電池由于充放電而使正極活性物質(zhì)的顆粒產(chǎn)生開裂(クラック)，由此引起電池壽命惡化。此外，通常，通過將正極活性物質(zhì)與導(dǎo)電助劑和粘合劑混合來制備正極合劑，將該正極合劑涂布在由鋁箔等構(gòu)成的集電體的單面或者兩面上，由此制造正極。在將正極合劑涂布在集電體上時(shí)，壓力作用于正極活性物質(zhì)的顆粒，存在顆粒發(fā)生彈性或塑性變形的情況。由于這樣的正極活性物質(zhì)的顆粒的變形，存在使用了這樣的正極活性物質(zhì)的顆粒的正極合劑向集電體涂布的涂布性劣化的問題。本專利技術(shù)的目的在于提供一種鋰離子電池用正極活性物質(zhì)，該鋰離子電池用正極活性物質(zhì)能良好地抑制顆粒的開裂，由此使電池壽命等電池特性變得良好，而且制作電池時(shí)使用了正極活性物質(zhì)的正極合劑的涂布性和固著性良好。解決技術(shù)問題的技術(shù)方案為了抑制鋰離子二次電池由于充放電導(dǎo)致的正極活性物質(zhì)的顆粒內(nèi)的開裂的發(fā)生、以及為了提高正極合劑的涂布性和固著性，本專利技術(shù)人著眼于正極活性物質(zhì)的顆粒的強(qiáng)度，并進(jìn)一步進(jìn)行了深入研究，發(fā)現(xiàn)了不只是強(qiáng)度，通過把正極活性物質(zhì)的顆粒一個(gè)單位的硬度亦即微小壓縮硬度控制在規(guī)定范圍內(nèi)，能夠非常有效地減少充放電后的顆粒的開裂、以及抑制正極合劑涂布時(shí)的正極活性物質(zhì)的顆粒的變形。此外，發(fā)現(xiàn)了通過將正極活性物質(zhì)的組成定為規(guī)定的組成，并使正極活性物質(zhì)的粒徑均勻，能夠使所述的特性更加良好。以所述認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)完成的本專利技術(shù)的一個(gè)方面為鋰離子電池用正極活性物質(zhì)，其由組成式：LixNi1-yMyO2+α表示，在所述組成式中，M為從Mn、Co、Cu、Al、Zn、Mg和Zr中選擇的1種以上，0.9≦x≦1.2，0＜y≦0.7，0.02≦α≦0.1，平均粒徑D50為7μm以上12μm以下，在微小壓縮試驗(yàn)中，以使用金剛石制的壓頭對(duì)正極活性物質(zhì)的二次顆粒的一個(gè)顆粒以2.67mN/秒的負(fù)荷速度施加到49mN的設(shè)定負(fù)荷的方式得到機(jī)械強(qiáng)度，測量了20個(gè)顆粒的所述機(jī)械強(qiáng)度時(shí)的平均機(jī)械強(qiáng)度為10MPa以上60MPa以下，并且將從壓頭與顆粒抵接并開始按壓的位置起到壓裂的位置為止的壓頭的移動(dòng)距離作為位移時(shí)的所述20個(gè)顆粒的平均位移為0.2μm以上1μm以下。本專利技術(shù)的鋰離子電池用正極活性物質(zhì)在一種實(shí)施方式中，更好的前述平均機(jī)械強(qiáng)度為15MP以上60MP以下。本專利技術(shù)的鋰離子電池用正極活性物質(zhì)在另一種實(shí)施方式中，前述M為從Mn和Co中選擇的1種以上。本專利技術(shù)的鋰離子電池用正極活性物質(zhì)在另一種實(shí)施方式中，所述平均機(jī)械強(qiáng)度和所述平均位移是在微小壓縮試驗(yàn)中使用金剛石制的壓頭對(duì)正極活性物質(zhì)的二次顆粒的一個(gè)顆粒以小于2.67mN/秒的負(fù)荷速度施加到49mN的設(shè)定負(fù)荷時(shí)的平均機(jī)械強(qiáng)度和平均位移。本專利技術(shù)的另一方面提供一種鋰離子電池用的正極，其使用了本專利技術(shù)的鋰離子電池用的正極活性物質(zhì)。本專利技術(shù)的另一方面提供一種鋰離子電池，其使用了本專利技術(shù)的鋰離子電池用正極。專利技術(shù)效果按照本專利技術(shù)，能夠一種提供鋰離子電池用正極活性物質(zhì)，該鋰離子電池用正極活性物質(zhì)能夠良好地抑制顆粒的開裂，由此能夠使電池壽命等電池特性良好，而且在制作電池時(shí)使用了正極活性物質(zhì)的正極合劑的涂布性和固著性良好。附圖說明圖1為實(shí)施例3的微小壓縮試驗(yàn)的機(jī)械強(qiáng)度(CS)和位移的關(guān)系圖。圖2為比較例2的微小壓縮試驗(yàn)的機(jī)械強(qiáng)度(CS)和位移的關(guān)系圖。具體實(shí)施方式(鋰離子電池用正極活性物質(zhì)的構(gòu)成)作為本專利技術(shù)的鋰離子電池用正極活性物質(zhì)的材料，可以廣泛使用作為通常的鋰離子電池用正極用的正極活性物質(zhì)有用的化合物，特別優(yōu)選的是使用鈷酸鋰(LiCoO2)、鎳酸鋰(LiNiO2)、錳酸鋰(LiMn2O4)等含有鋰的過渡金屬氧化物。使用這樣的材料制作的本專利技術(shù)的鋰離子電池用正極活性物質(zhì)由組成式：LixNi1-yMyO2+α(在所述組成式中，M為金屬，0.9≦x≦1.2，0＜y≦0.7，－0.1≦α≦0.1)表示。此外，M優(yōu)選的是從Mn、Co、Cu、Al、Zn、Mg和Zr中選擇的1種以上，更優(yōu)選的是從Mn和Co中選擇的1種以上。本專利技術(shù)的鋰離子電池用正極活性物質(zhì)由一次顆粒、一次顆粒凝集形成的二次顆粒、或者一次顆粒和二次顆粒的混合物構(gòu)成。這些一次顆粒、一次顆粒凝集形成的二次顆粒、或者一次顆粒和二次顆粒的混合物的平均粒徑D50為7μm以上12μm以下。如果平均粒徑D50為7μm以上12μm以下，則粉體成為粒徑的不均得到了抑制的粉體，在鋰離子電池的電極制作時(shí)含有正極活性物質(zhì)的正極合劑的均勻涂布成為可能，并且能夠抑制電極組成的偏差。因此，在用于鋰離子電池時(shí)，倍率特性和循環(huán)特性等電池特性變得良好。平均粒徑D50優(yōu)選的是7μm以上9μm以下。本專利技術(shù)的微小壓縮試驗(yàn)可以使用微小壓縮試驗(yàn)裝置進(jìn)行。微小壓縮試驗(yàn)裝置具備：平臺(tái)，放置成為試驗(yàn)對(duì)象的顆粒；以及金剛石制的壓頭，具有用于對(duì)放置在平臺(tái)上的顆粒進(jìn)行按壓而使其壓縮的、例如直徑為50～500μm的按壓面。微小壓縮試驗(yàn)裝置可以利用電磁力從壓頭向顆粒施加例如9.8～4903mN的負(fù)荷，由此，可以將例如直徑為1～500μm的顆粒一粒一粒地壓縮，也就是說，一個(gè)顆粒一個(gè)顆粒地進(jìn)行壓縮。對(duì)于樣品，通過顯微鏡確認(rèn)其為正極活性物質(zhì)的二次顆粒，將該樣品作為測定對(duì)象的顆粒。本專利技術(shù)的鋰離子電池用正極活性物質(zhì)，在微小壓縮試驗(yàn)中，以2.67mN/秒的負(fù)荷速度將49mN的設(shè)定負(fù)荷施加在正極活性物質(zhì)的二次顆粒的一個(gè)顆粒上時(shí)的平均機(jī)械強(qiáng)度為10MPa以上60MPa以下，并且平均位移為0.2μm以上1μm以下。在本專利技術(shù)的微小壓縮試驗(yàn)中，采集數(shù)十粒～數(shù)百粒的作為試驗(yàn)對(duì)象的正極活性物質(zhì)的二次顆粒，將這些顆粒一個(gè)顆粒一個(gè)顆粒地進(jìn)行試驗(yàn)，測定所述機(jī)械強(qiáng)度和位移，求出測定結(jié)果的平均値，將它們分別作為平均機(jī)械強(qiáng)度和平均位移。對(duì)顆粒以2.67mN/秒的負(fù)荷速度施加到49mN的設(shè)定負(fù)荷，使顆粒壓縮位移，將位移急劇増加了的點(diǎn)(壓縮所需要的試驗(yàn)力成為一定的點(diǎn))判定為顆粒被壓裂的點(diǎn)，求出該點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度和位移。也就本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種鋰離子電池用正極活性物質(zhì)，其特征在于，所述鋰離子電池用正極活性物質(zhì)由組成式：LixNi1?yMyO2+α表示，在所述組成式中，M為金屬，0.9≦x≦1.2，0＜y≦0.7，－0.1≦α≦0.1，平均粒徑D50為7μm以上12μm以下，在微小壓縮試驗(yàn)中，使用金剛石制的壓頭對(duì)正極活性物質(zhì)的二次顆粒的一個(gè)顆粒以2.67mN/秒的負(fù)荷速度施加到49mN的設(shè)定負(fù)荷時(shí)的平均機(jī)械強(qiáng)度為10MPa以上60MPa以下，并且將從壓頭與顆粒抵接并開始按壓的位置起到壓裂的位置為止的壓頭的移動(dòng)距離作為位移時(shí)的平均位移為0.2μm以上1μm以下。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2013.03.26 JP 2013-0647471.一種鋰離子電池用正極活性物質(zhì)，其特征在于，所述鋰離子電池用正極活性物質(zhì)由組成式：LixNi1-yMyO2+α表示，在所述組成式中，M為從Mn、Co、Cu、Al、Zn、Mg和Zr中選擇的1種以上，0.9≦x≦1.2，0＜y≦0.7，0.02≦α≦0.1，平均粒徑D50為7μm以上12μm以下，在微小壓縮試驗(yàn)中，以使用金剛石制的壓頭對(duì)正極活性物質(zhì)的二次顆粒的一個(gè)顆粒以2.67mN/秒的負(fù)荷速度施加到49mN的設(shè)定負(fù)荷的方式得到機(jī)械強(qiáng)度，測量了20個(gè)顆粒的所述機(jī)械強(qiáng)度時(shí)的平均機(jī)械強(qiáng)度為10MPa以上60MPa以下，并且將從壓頭與顆粒抵接并開始按壓的位置起到壓裂的位置為止的壓頭的移動(dòng)距離作為位移時(shí)的所述20個(gè)顆粒的平均位...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：岡本健太郎，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：JX日礦日石金屬株式會(huì)社，
類型：發(fā)明
國別省市：日本;JP