[发明专利]正极活性物质的制造方法和锂离子电池的制造方法在审

专利信息
申请号: 202011083019.9 申请日: 2020-10-12
公开(公告)号: CN112768645A 公开(公告)日: 2021-05-07
发明(设计)人: 杉山一生 申请(专利权)人: 丰田自动车株式会社
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/58;H01M10/0525;H01M10/058
代理公司: 北京市中咨律师事务所 11247 代理人: 刘航;王潇悦
地址: 日本*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 正极 活性 物质 制造 方法 锂离子电池
【说明书】:

主要课题是提供一种放电时的平均电位高且高电位下的稳定性高的正极活性物质的制造方法。解决手段是一种正极活性物质的制造方法,具备:Na掺杂前体制作工序,该工序中制作具有属于空间群P63/mmc的P2结构的过渡金属氧化物;以及离子交换工序,该工序中采用离子交换法将所述过渡金属氧化物所含的至少部分钠置换为锂,过渡金属氧化物的组成由NaaMnx‑pNiy‑qCoz‑rM1p+q+rO2(0.5≤a≤1、x+y+z=1、3≤4x+2y+3z≤3.5、0.05≤p+q+r0.25)表示,M1是Al或Mo,当M1是Al的情况下,p≠q且p、q中的任一个不是0。

技术领域

本申请涉及正极活性物质的制造方法和锂离子电池的制造方法。

背景技术

一直以来,对属于空间群P63mc且具有O2结构的层状正极活性物质进行着研究。已知具有O2结构的正极活性物质通过预先合成以Na2/3(Ni,Mn,Co)O2的组成表示、且具有P2结构的Na掺杂前体,并将该Na掺杂前体中含有的Na离子交换为Li而得到。

使用离子交换的理由是由于O2结构是亚稳定结构,在室温~烧成温度范围下的最稳定结构是O3结构,所以难以直接合成O2结构。另外,对于Na掺杂前体本身,可得到P2结构的组成少,如果是Ni、Mn、Co的三元体系,则限制在Ni为2价、Mn为4价、Co为3价、且保持电荷中性条件范围的周边的组成。

因此,为了在维持O2结构的状态下添加不同元素,需要在保持上述价数平衡的状态下进行。例如,如果是容易取得3价的Al,则需要减少与Al添加量等量的Co、或者减少Al添加量的一半量的Ni和Mn。后述的非专利文献1也受到该制约,认为其组成范围受限于保持价数平衡的范围。

非专利文献1中公开了一种方法,通过在保持价数平衡的状态下,制作将P2结构的含钠过渡金属氧化物的部分过渡金属置换为Al、Co、Fe或Mg的前体,并对该前体采用离子交换法将钠离子交换成锂,由此制造具有O2结构的层状正极活性物质。

现有技术文献

非专利文献1:S.Komaba et.al.,“Structural and electrochemical behaviorsof metastable Li2/3[Ni1/3Mn2/3]O2 modified by metal element substitution”,Electrochemica Acta 54,2009,2353-2359.

发明内容

O2结构的层状正极活性物质具有以下优点,其即使有效利用直至4.8~5.0V的高电位并进行循环,容量劣化也小。另一方面,O2结构的层状正极活性物质在放电时的平均电位不足,能量密度也不能说足够高。

非专利文献1中,使用将部分过渡金属置换为Al、Co、Fe或Mg的前体制作O2结构的层状正极活性物质,通过将其应用于电池来使平均放电电位稍有改善。但是,对于正极活性物质仍有改善的余地。

因此,本申请的主要课题是提供放电时的平均电位高、且在高电位下稳定性高的正极活性物质的制造方法。

为了解决上述课题,本发明人认为,通过形成不是O2结构单相,而是与其他结构的混相,能够兼顾高电位下的稳定性和足够高的能量密度。

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