[发明专利]正极活性物质以及蓄电装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种正极活性物质以及蓄电装置。

背景技术

个人计算机及移动电话等可以携带的电子装置的领域已有了显著的进步。可以携带的电子装置需要具有高能量密度的可以进行充电的蓄电装置，该蓄电装置为小型、轻量、并具有可靠性。作为这种蓄电装置，例如，锂离子二次电池是已知的。另外，随着对环境问题和能源问题的意识提高，安装有二次电池的电动车辆不断得到迅速发展。

作为锂离子二次电池中的正极活性物质，例如已知包含锂（Li）以及铁（Fe）、锰（Mn）、钴（Co）或镍（Ni）的具有橄榄石结构的磷酸化合物，诸如磷酸铁锂（LiFePO₄）、磷酸锰锂（LiMnPO₄）、磷酸钴锂（LiCoPO₄）、磷酸镍锂（LiNiPO₄）等（参照专利文献1、非专利文献1以及非专利文献2）。

[参照文献]

[专利文献]

专利文献1：日本专利申请公开平11-25983号公报

[非专利文献]

非专利文献1：Byoungwoo Kang，Gerbrand Ceder，“Nature”，2009，Vol.458（12），p.190-193

非专利文献2：F.Zhou等人，“Electrochemistry Communications”，2004，vol.6，p.1144-1148

发明内容

具有橄榄石结构的磷酸化合物的块体导电性（bulk electrical conductivity）低，并且单个粒子难以提供作为电极材料充分高的特性。

因此，已提出了所谓的涂碳法（carbon coating method），即其中在粒子表面上形成薄碳层的用来提高导电性的方法。但是为了提供充分的导电性，碳层的厚度必需厚；由此碳层的体积占正极活性物质的等于或大于几十%。这导致电池容量的降低。

鉴于上述问题，本发明的一个实施方式的一个目的是提供提高了导电性且电流的利用效率高的正极活性物质以及使用该物质的蓄电装置。

本发明的一个实施方式的一个目的是提供每单位重量或每单位面积的电容大的正极活性物质以及使用该物质的蓄电装置。

本发明的一个实施方式是正极活性物质以及蓄电装置。以下示出详细的说明。

使用1至10片石墨烯来覆盖作为正极活性物质的主要材料的核，从而可以减薄覆盖层的厚度，且可以提高正极活性物质的导电性。另外，在石墨烯中形成锂离子能够经过的空孔，从而便于进行锂离子向正极活性物质的嵌入和锂离子从正极活性物质的提取。其结果是，蓄电装置的充电/放电比率得到提高，从而可以在短时间内进行充电/放电。

根据本发明的另一个实施方式，使用1至10片纳米石墨烯（nanographene）来覆盖作为正极活性物质的主要材料的核，从而可以减薄覆盖层的厚度，且可以提高正极活性物质的导电性。另外，在纳米石墨烯中设置有锂离子能够经过的空隙。也就是说，在作为正极活性物质的主要材料的核（例如，锂金属氧化物）的表面上有不被纳米石墨烯覆盖的区域，从而便于进行锂离子向正极活性物质的嵌入和锂离子从正极活性物质的提取。其结果是，蓄电装置的充电/放电比率得到提高，从而可以在短时间内进行充电/放电。

在本说明书中，石墨烯及纳米石墨烯分别是指具有sp²个键的1个原子层的碳分子片。随着重叠的石墨烯或纳米石墨烯片的数量增加，导电性提高。但是，重叠大于或等于11片的石墨烯或纳米石墨烯的叠层导致石墨性质变太强，所以不是优选的；而且，此时的厚度超过小到能够忽视的厚度。一片石墨烯或一片纳米石墨烯大致为0.34nm。

另外，石墨烯及纳米石墨烯的特征都是高导电性。从而，可以提高正极活性物质的导电性。

另外，因为将孔设置在1至10片石墨烯中或将空隙设置在1至10片纳米石墨烯中，以使锂离子能够从诸如锂金属氧化物等的正极活性物质的主要材料通过，所以可以提高电流的利用效率。

本发明的一个实施方式是一种包括正极活性物质设置在正极集电体上的正极以及隔着电解液与正极对置的负极的蓄电装置。正极活性物质包括包含锂金属氧化物的核以及覆盖核且具有1至10片石墨烯的覆盖层。孔形成在覆盖层中。

在上述结构中，孔也可以通过将氧原子结合到石墨烯中的碳原子的一部分来形成。