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1、(10)申请公布号 CN 102947226 A (43)申请公布日 2013.02.27 C N 1 0 2 9 4 7 2 2 6 A *CN102947226A* (21)申请号 201180028993.8 (22)申请日 2011.06.09 2010-138047 2010.06.17 JP C01G 53/00(2006.01) H01M 2/16(2006.01) H01M 4/505(2006.01) H01M 4/525(2006.01) (71)申请人住友化学株式会社 地址日本国东京都 (72)发明人高森健二 犬饲洋志 大林泰贺 (74)专利代理机构中科专利商标代理有限责。
2、任 公司 11021 代理人蒋亭 (54) 发明名称 过渡金属复合氢氧化物及锂复合金属氧化物 (57) 摘要 本发明涉及一种含有Li以外的碱金属和SO 4 及过渡金属元素、所述碱金属的摩尔含量相对于 所述SO 4 的摩尔含量的摩尔比为0.05以上且小 于2的过渡金属复合氢氧化物,以及将所述的过 渡金属复合氢氧化物与锂化合物的混合物保持在 6501000的温度下进行烧成所得到的锂复合 金属氧化物。将本发明的锂复合金属氧化物用于 正极活性物质的非水电解质二次电池与以往的锂 二次电池相比,容量和输出特性更优异,尤其是在 需要高容量和高电流速率下的高输出的用途中, 即,汽车用、或电动工具等动力工具用的。
3、非水电解 质二次电池中极其有用。 (30)优先权数据 (85)PCT申请进入国家阶段日 2012.12.12 (86)PCT申请的申请数据 PCT/JP2011/063758 2011.06.09 (87)PCT申请的公布数据 WO2011/158889 JA 2011.12.22 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书13页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 13 页 1/1页 2 1.一种过渡金属复合氢氧化物,其含有Li以外的碱金属和SO 4 以及过渡金属元素,所 述碱金属的摩尔含量相对于所述SO 4 的摩尔含量的摩尔比为0.0。
4、5以上且小于2。 2.根据权利要求1所述的过渡金属复合氢氧化物,其中, 所述摩尔比为1以上且小于2。 3.根据权利要求1或2所述的过渡金属复合氢氧化物,其中, 所述过渡金属元素表示Ni、Mn及Fe。 4.根据权利要求3所述的过渡金属复合氢氧化物,其中, NiMnFe的摩尔比为1-x-yxy,其中,x为0.3以上且0.7以下,y为大于0 且小于0.2。 5.根据权利要求14中任一项所述的过渡金属复合氢氧化物,其中, 所述碱金属的摩尔含量相对于过渡金属复合氢氧化物的摩尔含量的摩尔比为 0.000010.003。 6.根据权利要求15中任一项所述的过渡金属复合氢氧化物,其中, 所述碱金属为K。 7.。
5、一种锂复合金属氧化物的制造方法,其中, 将权利要求16中任一项所述的过渡金属复合氢氧化物与锂化合物的混合物保持在 6501000的温度下进行烧成。 8.根据权利要求7所述的方法,其中, 所述过渡金属复合氢氧化物通过包括以下(1)及(2)的工序的方法而得到: (1)使含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液与含有Li以外的碱金属的碱接触,得到共沉 淀物浆料的工序; (2)由所述共沉淀物浆料得到过渡金属复合氢氧化物的工序。 9.根据权利要求8所述的方法,其中, 所述水溶液为将Ni的硫酸盐、Mn的硫酸盐及Fe的硫酸盐溶解于水中而得到的水溶液。 10.根据权利要求9所述的方法,其中, Fe的硫酸盐为2价F。
6、e的硫酸盐。 11.一种锂复合金属氧化物,其是将权利要求16中任一项所述的过渡金属复合氢氧 化物与锂化合物的混合物保持在6501000的温度下进行烧成而得到的。 12.一种正极活性物质,其含有权利要求11所述的锂复合金属氧化物。 13.一种正极,其含有权利要求12所述的正极活性物质。 14.一种非水电解质二次电池,其含有权利要求13所述的正极。 15.根据权利要求14所述的非水电解质二次电池,其还含有间隔件。 16.根据权利要求15所述的非水电解质二次电池,其中, 所述间隔件为耐热多孔层与多孔膜相互层叠而成的层叠膜。 权 利 要 求 书CN 102947226 A 1/13页 3 过渡金属复合。
7、氢氧化物及锂复合金属氧化物 技术领域 0001 本发明涉及过渡金属复合氢氧化物及锂复合金属氧化物,更详细而言,涉及用作 非水电解质二次电池中的正极活性物质的锂复合金属氧化物以及用作所述氧化物的原料 的过渡金属复合氢氧化物。 背景技术 0002 过渡金属复合氢氧化物目前作为锂二次电池等非水电解质二次电池中的正极活 性物质的原料被使用。锂二次电池已经被作为移动电话或笔记本电脑用途等的小型电源而 实际应用,进而,在汽车用途或电力储存用途等的大型电源中,也正在尝试应用。 0003 作为现有的过渡金属复合氢氧化物,专利文献1中具体记载了如下的过渡金属复 合氢氧化物,其中,主成分由Ni及Mn构成,SO 4。
8、 的含量为730重量ppm,碱金属的含量为1700 重量ppm。 0004 专利文献 0005 专利文献1:日本特开2008-84871号公报 发明内容 0006 但是,就使用以上述过渡金属复合氢氧化物作为原料而制得的锂复合金属氧化物 作为正极活性物质的非水电解质二次电池而言,其容量及输出特性可以说并不充分。本发 明的目的在于提供一种用于正极活性物质中的锂复合金属氧化物,所述正极活性物质用于 在容量及输出特性方面更加优良的非水电解质二次电池中。 0007 解决问题的手段 0008 本发明提供以下的技术方案。 0009 一种过渡金属复合氢氧化物,其含有Li以外的碱金属和SO 4 及过渡金属元素,。
9、 所述碱金属的摩尔含量相对于所述SO 4 的摩尔含量的摩尔比为0.05以上且小于2。 0010 根据所述的过渡金属复合氢氧化物,其中, 0011 所述摩尔比为1以上且小于2。 0012 根据或所述的过渡金属复合氢氧化物,其中, 0013 所述过渡金属元素表示Ni、Mn及Fe。 0014 根据所述的过渡金属复合氢氧化物,其中, 0015 NiMnFe的摩尔比为1-x-yxy,其中,x为0.3以上且0.7以下,y为大 于0且小于0.2。 0016 根据中任一项所述的过渡金属复合氢氧化物,其中,所述碱金属的 摩尔含量相对于过渡金属复合氢氧化物的摩尔含量的摩尔比为0.000010.003。 0017 。
10、根据中任一项所述的过渡金属复合氢氧化物,其中,所述碱金属为 K。 0018 一种锂复合金属氧化物的制造方法,其中, 说 明 书CN 102947226 A 2/13页 4 0019 将中任一项所述的过渡金属复合氢氧化物与锂化合物的混合物保持在 6501000的温度下进行烧成。 0020 根据所述的方法,其中,所述过渡金属复合氢氧化物通过依次包括以下 (1)及(2)的工序的方法来得到: 0021 (1)使含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液与含有Li以外的碱金属的碱接触,得到 共沉淀物浆料的工序; 0022 (2)由所述共沉淀物浆料得到过渡金属复合氢氧化物的工序。 0023 根据所述的方法,其中。
11、, 0024 所述水溶液为将Ni的硫酸盐、Mn的硫酸盐及Fe的硫酸盐溶解于水中而得到的水 溶液。 0025 根据所述的方法,其中, 0026 Fe的硫酸盐为2价Fe的硫酸盐。 0027 一种锂复合金属氧化物,其是将中任一项所述的过渡金属复合氢 氧化物与锂化合物的混合物保持在6501000的温度下进行烧成而得到的。 0028 一种正极活性物质,其含有所述的锂复合金属氧化物。 0029 一种正极,其含有所述的正极活性物质。 0030 一种非水电解质二次电池,其含有所述的正极。 0031 根据所述的非水电解质二次电池,其还含有间隔件。 0032 根据所述的非水电解质二次电池,其中,所述间隔件为耐热多。
12、孔层与多 孔膜相互层叠而成的层叠膜。 具体实施方式 0033 0034 本发明的过渡金属复合氢氧化物可以为锂复合金属氧化物的原料。锂复合金属氧 化物可以为非水电解质二次电池的正极活性物质。过渡金属复合氢氧化物含有Li以外的 碱金属和SO 4 及过渡金属元素,前述碱金属的摩尔含量相对于前述SO 4 的摩尔含量的摩尔比 为0.05以上且小于2。 0035 前述摩尔比小于0.05时、以及为2以上时,会减小所得到的非水电解质二次电池 的容量及输出特性。为了进一步提高二次电池的容量,前述摩尔比优选为0.5以上且小于 2,更优选为1以上且小于2。 0036 为了进一步提高所得到的非水电解质二次电池的输出特。
13、性,SO 4 的摩尔含量相对 于过渡金属复合氢氧化物的摩尔含量的摩尔比优选为0.00110.05,更优选为0.0013 0.04,进一步优选为0.00150.03。 0037 为了进一步提高所得到的非水电解质二次电池的容量,碱金属的摩尔含量相对于 过渡金属复合氢氧化物的摩尔含量的摩尔比优选为0.000010.003,更优选为0.00005 0.002,进一步优选为0.00010.001。 0038 为了进一步提高所得到的非水电解质二次电池的输出特性,前述碱金属优选为K。 0039 为了进一步提高所得到的非水电解质二次电池的容量及输出特性,构成过渡 金属复合氢氧化物的过渡金属元素优选为Ni、Mn。
14、及Fe。将过渡金属复合氢氧化物中的 说 明 书CN 102947226 A 3/13页 5 NiMnFe的摩尔比设定为1-x-yxy时,优选x为0.3以上且0.7以下、且y大于 0且小于0.2,更优选x为0.4以上且0.5以下,且y大于0且小于0.1。 0040 在不损坏本发明的效果的范围内,也可将构成过渡金属复合氢氧化物的过渡金属 元素的一部分用其它元素取代。作为其它元素,可以举出B、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、P、Mg、 Ca、Sr、Ba及Zn等元素。 0041 0042 通过将过渡金属复合氢氧化物与锂化合物的混合物保持在6501000的温度 下进行烧成,可制造锂复合金属氧化物。该。
15、锂复合金属氧化物适合用作非水电解质二次电 池用正极活性物质。 0043 作为制造本发明的过渡金属复合氢氧化物及锂复合金属氧化物的方法,具体而 言,可以举出依次包括以下的(1)、(2)及(3)的工序的方法: 0044 (1)使含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液与含有Li以外的碱金属的碱接触而得到 共沉淀物浆料的工序; 0045 (2)由该共沉淀物浆料得到过渡金属复合氢氧化物的工序; 0046 (3)混合该过渡金属复合氢氧化物与锂化合物,将所得到的混合物保持在650 1000的温度下进行烧成,得到锂复合金属氧化物的工序。 0047 过渡金属复合氢氧化物尤其可通过包括上述(1)及(2)的工序的方法。
16、来得到。 0048 工序(1)中,对于含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液而言,可使用1种以上的过 渡金属元素的硫酸盐作为含有过渡金属元素的原料,也可使用1种以上的过渡金属元素的 硫酸盐与硫酸盐以外的1种以上的过渡金属元素的水溶性盐作为含有过渡金属元素的原 料。可使用下述的水溶液,即,将硫酸盐以外的1种以上的过渡金属元素的水溶性盐用作含 有过渡金属元素的原料、并在将该水溶性盐溶解于水中而形成的水溶液中添加含有硫酸等 SO 4 的溶液而得到的水溶液;也可使用将含有过渡金属元素的金属原料用硫酸溶解后而形 成的水溶液。 0049 含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液在为含有Ni、Mn、Fe及SO 4。
17、 的水溶液时,使用以 NiMnFe的摩尔比成为例如上述的(1-x-y)xy的方式称量Ni的硫酸盐、Mn的 硫酸盐及Fe的硫酸盐,并将其溶解于水中而得到的水溶液即可。作为Fe的硫酸盐,优选为 2价Fe的硫酸盐。 0050 工序(1)中,作为含有Li以外的碱金属的碱,可以举出从NaOH(氢氧化钠)、 KOH(氢氧化钾)、Na 2 CO 3 (碳酸钠)及K 2 CO 3 (碳酸钾)中选择的1种以上的化合物,该化合 物可以为无水物,也可以为水合物。也可在前述碱中添加从LiOH(氢氧化锂)、Li 2 CO 3 (碳酸 锂)、及(NH 4 ) 2 CO 3 (碳酸铵)中选择的1种以上的化合物。工序(1)中。
18、,优选使用上述碱的 水溶液。在碱的水溶液中也可添加氨水。碱的水溶液中的碱的浓度通常为0.510M(mol/ L)左右,优选为18M左右。从制造成本的方面考虑,碱优选为KOH,KOH可以为无水物, 也可以为水合物。可使用2种以上上述的碱。 0051 作为工序(1)中的接触的方法,可以举出在含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液中 添加碱的水溶液而进行混合的方法;在碱的水溶液中添加含有过渡金属元素及SO 4 的水溶 液而进行混合的方法;以及在水中添加含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液及碱的水溶液而 进行混合的方法。进行上述混合时优选伴随搅拌。上述的接触的方法中,从容易保持pH变 说 明 书CN 1。
19、02947226 A 4/13页 6 化的方面考虑,在碱的水溶液中添加含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液而进行混合的方法 优选。此时,随着在碱的水溶液中添加含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液并进行混合,混合 后的液体的pH存在趋于降低的倾向,但优选在将该pH调整成为9以上、优选成为10以上 的情况下添加含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液。在含有过渡金属元素及SO 4 的水溶液及 碱的水溶液中,若在将其中任意一方或双方的水溶液保持在4080的温度的情况下进 行接触,则可得到比较均匀的组成的共沉淀物。 0052 工序(1)中,可通过上述方式生成共沉淀物,得到共沉淀物浆料。 0053 工序(2。
20、)中,由上述共沉淀物浆料得到过渡金属复合氢氧化物。只要能够得到过 渡金属复合氢氧化物,则工序(2)可利用任意的方法,但从操作性的观点出发,优选基于过 滤等固液分离的方法。通过使用共沉淀物浆料、并利用喷雾干燥等加热使液体挥发的方法, 也可得到过渡金属复合氢氧化物。 0054 工序(2)中,通过固液分离得到过渡金属复合氢氧化物时,所述(2)的工序优选为 以下(2)的工序: 0055 (2)将该共沉淀物浆料进行固液分离后,进行清洗、干燥,得到过渡金属复合氢氧 化物的工序。 0056 工序(2)中,在固液分离后所得到的固体成分中过剩地存在碱及SO 4 时,可通过 清洗来除去过量成分。 0057 为了有。
21、效地清洗固体成分,优选使用水作为清洗液。根据需要,也可在清洗液中添 加醇、丙酮等水溶性有机溶剂。清洗可进行2次以上,例如进行水清洗后,还可用水溶性有 机溶剂进行再度清洗。 0058 工序(2)中,固液分离后所得到的固体成分中含有的碱及SO 4 的量可通过清洗方 法来控制。作为具体的方法,可以通过清洗液的量来控制前述固体成分中含有的碱及SO 4 的量,也可将含有一定量的碱及SO 4 的溶液作为清洗液。工序(1)中,作为碱而言,在不使 用含有Li以外的碱金属的碱时,例如仅仅使用选自LiOH(氢氧化锂)、Li 2 CO 3 (碳酸锂)及 (NH 4 ) 2 CO 3 (碳酸铵)中的1种以上的化合物(。
22、其中,该化合物可以为无水物,也可以为水合 物)时,或者仅仅使用例如氨水时,在工序(2)或(2)中,通过使用含有Li以外的碱金属 的清洗液进行清洗,从而可控制固体成分中所含的碱及SO 4 的量。 0059 工序(2)中,将固体成分清洗后进行干燥,可得到过渡金属复合氢氧化物。干燥 通常可通过加热进行,也可通过送风干燥、真空干燥等进行。通过加热进行干燥时,干燥温 度通常为50300,优选为100200左右。 0060 工序(3)中,通过混合由上述方式得到的过渡金属复合氢氧化物和锂化合物,并 对所得到的混合物进行烧成,从而得到锂复合金属化合物。作为锂化合物,可以举出从氢氧 化锂、氯化锂、硝酸锂及碳酸锂。
23、中选择的1种以上的化合物,该化合物可以为无水物,也可 以为水合物。 0061 混合可通过干式混合、湿式混合中的任一种方法进行,但从简便性的观点出发,优 选干式混合。作为混合装置,可以举出搅拌混合机、V型混合机、W型混合机、螺条式混合机、 滚筒式混合机及球磨机。 0062 在用于调整锂复合金属氧化物的一次粒子的粒径、二次粒子的粒径及BET比表面 积方面,前述烧成中的保持温度为重要的因素。通常,保持温度越高,则存在一次粒子的粒 说 明 书CN 102947226 A 5/13页 7 径及二次粒子的粒径越大、BET比表面积越小的倾向。作为保持温度,优选为6501000。 保持温度低于650时,所得到。
24、的电池的寿命特性下降,因而不优选,保持温度高于1000 时,所得到的电池的高放电率的输出特性下降,因而不优选。在前述保持温度下保持的时 间通常为0.120小时,优选为0.58小时。达到前述保持温度之前的升温速度通常为 50400/小时,从前述保持温度降温至室温的降温速度通常为10400/小时。作 为烧成的气氛,可使用大气、氧气、氮气、氩气或它们的混合气体,优选为大气。 0063 进行前述烧成后,可将得到的锂复合金属氧化物使用球磨机或喷射式磨机等进行 粉碎。通过粉碎,有时可调整锂复合金属氧化物的BET比表面积。也可将粉碎和烧成重复 进行2次。锂复合金属氧化物可根据需要进行清洗或分级。 0064 。
25、0065 就由上述方式得到的锂复合金属氧化物而言,对于容量以及高放电率下的高输出 特性优良的非水电解质二次电池是有用的。 0066 在不损害本发明的效果的范围内,可在由锂复合金属氧化物的粒子构成的表面上 附着与该锂复合金属氧化物不同的化合物。作为该化合物,可以举出含有选自B、C、Al、Ga、 In、Si、Ge、Sn、Mg及过渡金属元素中的1种以上的元素的化合物,优选含有选自B、C、Al、 Mg、Ga、In及Sn中的1种以上的元素的化合物,更优选含有Al的化合物;作为化合物,具体 而言,可以举出前述元素的氧化物、氢氧化物、碱式氢氧化物、碳酸盐、硝酸盐及有机酸盐, 优选为氧化物、氢氧化物、碱式氢氧。
26、化物。也可混合这些化合物来使用。这些化合物中,特 别优选的化合物为氧化铝。可在附着后进行加热。 0067 为了得到高容量且具有高输出特性的非水电解质二次电池,构成锂复合金属氧化 物的一次粒子的粒径的平均值优选为0.010.5m。锂复合金属氧化物通常由一次粒子 与由一次粒子凝聚而成的二次粒子构成。二次粒子的粒径优选为0.13m。一次粒子、 二次粒子的粒径可通过扫描型电子显微镜(以下有时称为SEM)进行观察来测定。一次粒 子的粒径的平均值更优选为0.050.3m,二次粒子的粒径的平均值更优选为0.15 2m。锂复合金属氧化物的BET比表面积优选为320m 2 /g。 0068 为了进一步提高本发明。
27、的效果,锂复合金属氧化物优选具有-NaFeO 2 型晶体结 构、即归属于R-3m的空间群的晶体结构。晶体结构可针对锂复合金属氧化物进行以CuK 作为射线源的粉末X射线衍射测定,根据所得到的粉末X射线衍射图形来进行鉴定。 0069 0070 上述的锂复合金属氧化物可用作正极活性物质。含有锂复合金属氧化物的正极活 性物质可用于正极。正极适合于非水电解质二次电池。 0071 作为使用上述锂复合金属氧化物(正极活性物质)来制造前述正极的方法,可以 以制造非水电解质二次电池用正极的情况为例来进行如下说明。 0072 前述正极通过将含有正极活性物质、导电材料及粘结剂的正极合剂担载于正极集 电体而制造。作为。
28、前述导电材料,可使用炭材料,作为炭材料,可以举出石墨粉末、炭黑(例 如乙炔黑)、纤维状炭材料等。炭黑的微粒的表面积大,因此,通过在正极合剂中少量添加而 可提高正极内部的导电性,可提高由此得到的非水电解质二次电池的充放电效率及输出特 性。另一方面,若在正极合剂中较多地加入炭黑,则会成为降低基于粘结剂的正极合剂与正 极集电体之间的粘结性、增加内部电阻的原因。通常,正极合剂中的导电材料的比例相对于 说 明 书CN 102947226 A 6/13页 8 正极活性物质100重量份,为520重量份。作为导电材料,在使用石墨化炭纤维、纳米碳 管等纤维状炭材料时,也可降低上述比例。 0073 作为前述粘结剂。
29、,可以举出热塑性树脂,具体而言,可以举出聚偏氟乙烯(以下有 时称为PVdF)、聚四氟乙烯(以下有时称为PTFE)、四氟乙烯六氟丙烯偏氟乙烯系共聚 物、六氟丙烯偏氟乙烯系共聚物、四氟乙烯全氟乙烯基醚系共聚物等氟树脂;聚乙烯、聚 丙烯等聚烯烃树脂。可混合上述二种以上的热塑性树脂使用。作为粘结剂,可使用氟树脂及 聚烯烃树脂,通过使正极合剂中以相对于正极合剂的该氟树脂的比例达到110重量、 该聚烯烃树脂的比例达到0.12重量的方式,含有这些树脂,从而可得到与正极集电体 的粘结性优良的正极合剂。 0074 作为前述正极集电体,可使用Al、Ni、不锈钢等导电体,但从容易加工成薄膜且便 宜的方面考虑,优选为。
30、Al。作为在正极集电体担载正极合剂的方法,可以举出加压成型的方 法;进一步使用有机溶剂得到正极合剂糊料,并将该糊料涂刷于正极集电体,进行干燥,将 得到的片材进行挤压,再将正极合剂固定于正极集电体的方法等。正极合剂糊料含有正极 活性物质、导电材料、粘结剂及有机溶剂。作为有机溶剂的例子,可以举出N,N-二甲基氨基 丙基胺、二乙烯三胺等胺系溶剂;四氢呋喃等醚系溶剂;甲基乙基酮等酮系溶剂;乙酸甲酯 等酯系溶剂;二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮(以下有时也称为NMP)等酰胺系溶剂。 0075 作为将正极合剂糊料涂刷于正极集电体的方法,可以举出例如狭缝模涂法、丝网 涂刷法、帘式涂刷法、刮板涂刷法、凹版。
31、涂刷法及静电喷雾法。通过上述方法可制造正极。 0076 0077 对使用上述正极来制造非水电解质二次电池的方法进行说明。锂二次电池可通过 下述方法来制造,即通过将间隔件、负极及上述正极层叠、或者层叠且卷绕而得到电极组, 将该电极组收纳至电池罐内,再将电解液注入到电池罐内的方法。 0078 作为前述电极组的形状,可以举出例如沿着与卷绕的轴垂直的方向将该电极组切 断时的剖面为圆、椭圆、长方形、除去角部后的长方形等的形状。作为电池的形状,可以举出 例如纸型、硬币型、圆筒型、方形等形状。 0079 0080 负极为比正极低的电位、且可用锂离子进行掺杂以及脱掺杂。作为负极,可以举出 将含有负极材料的负极。
32、合剂担载于负极集电体的电极;由负极材料单独构成的电极。作为 负极材料,可以举出在炭材料、硫属化合物(氧化物、硫化物等)、氮化物、金属或合金中,为 比正极低的电位、且可用锂离子进行掺杂以及脱掺杂的材料。可将这些负极材料混合使用。 0081 以下例示出前述负极材料。作为前述炭材料的例子,具体而言,可以举出天然石 墨、人造石墨等石墨,焦炭类、炭黑、热解碳类、炭纤维及有机高分子化合物烧成体。作为前 述氧化物的例子,具体而言,可以举出SiO 2 、SiO等式SiO x (在此,x为正的实数)所示的 硅的氧化物;TiO 2 、TiO等式TiO x (在此,x为正的实数)所示的钛的氧化物;V 2 O 5 、。
33、VO 2 等式 VO x (在此,x为正的实数)所示的钒的氧化物;Fe 3 O 4 、Fe 2 O 3 、FeO等式FeO x (在此,x为正的 实数)所示的铁的氧化物;SnO 2 、SnO等式SnO x (在此,x为正的实数)所示的锡的氧化物; WO 3 、WO 2 等通式WO x (在此,x为正的实数)所示的钨的氧化物;Li 4 Ti 5 O 12 、LiVO 2 等含有锂与 钛及/或钒的复合金属氧化物。作为前述硫化物的例子,具体而言,可以举出Ti 2 S 3 、TiS 2 、 TiS等式TiS x (在此,x为正的实数)所示的钛的硫化物;V 3 S 4 、VS 2 、VS等式VS x (。
34、在此,x为 说 明 书CN 102947226 A 7/13页 9 正的实数)所示的钒的硫化物;Fe 3 S 4 、FeS 2 、FeS等式FeS x (在此,x为正的实数)所示的铁 的硫化物;Mo 2 S 3 、MoS 2 等式MoS x (在此,x为正的实数)所示的钼的硫化物;SnS 2 、SnS等式 SnS x (在此,x为正的实数)所示的锡的硫化物;WS 2 等式WS x (在此,x为正的实数)所示的 钨的硫化物;Sb 2 S 3 等式SbS x (在此,x为正的实数)所示的锑的硫化物;Se 5 S 3 、SeS 2 、SeS等 式SeS x (在此,x为正的实数)所示的硒的硫化物。作。
35、为前述氮化物的例子,具体而言,可以 举出Li 3 N、Li 3-x A x N(在此,A为Ni和/或Co,且0x3)等含有锂的氮化物。这些炭材 料、氧化物、硫化物、氮化物可以组合使用2种以上,它们可以为结晶物质或无定形物质中 的任一种物质。这些炭材料、氧化物、硫化物、氮化物主要担载于负极集电体而用作电极。 0082 作为前述金属的例子,具体而言,可以举出锂金属、硅金属及锡金属。作为前述合 金的例子,可以举出Li-Al、Li-Ni、Li-Si等锂合金;Si-Zn等硅合金;Sn-Mn、Sn-Co、Sn-Ni、 Sn-Cu、Sn-La等锡合金;Cu 2 Sb、La 3 Ni 2 Sn 7 等合金。这。
36、些金属、合金主要单独地用作电极(例 如以箔状加以使用)。 0083 从电位稳定性高、平均放电电位低、循环性优良等观点出发,上述负极材料中,优 选使用以天然石墨、人造石墨等石墨为主要成分的炭材料。作为炭材料的形状,可以举出例 如天然石墨之类的薄片状、中间相炭微球之类的球状、石墨化炭纤维之类的纤维状。炭材料 可以为微粉末的凝聚体。 0084 前述的负极合剂根据需要可含有粘结剂。作为粘结剂,可以举出热塑性树脂,具体 而言,可以举出PVdF、热塑性聚酰亚胺、羧甲基纤维素、聚乙烯及聚丙烯。 0085 作为前述负极集电体,可以举出Cu、Ni、不锈钢等导电体,从难以制作与锂的合金 的方面、容易加工成薄膜的方。
37、面考虑,优选为Cu。作为使负极合剂担载于负极集电体的方 法,与正极的情况相同,可以举出加压成型的方法;进一步使用溶剂等而得到负极合剂糊 料,将该糊料涂刷在负极集电体上,进行干燥,对由此得到的片材进行挤压,从而将负极合 剂固定于负极集电体的方法等。 0086 0087 作为间隔件,可以使用例如由聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂、氟树脂、含氮芳香族 聚合物等材料形成的具有多孔膜、无纺布、织布等形态的构件。间隔件可由2种以上的前述 材料构成,也可为层叠上述构件而成的层叠间隔件。作为间隔件,可以举出例如日本特开 2000-30686号公报、日本特开平10-324758号公报等中记载的间隔件。就间隔件的厚度而。
38、 言,从提高电池的体积能量密度且减小内部电阻的方面考虑,通常为5200m左右,优选 为540m左右。间隔件只要能够确保机械强度,则越薄越好。 0088 间隔件优选具有含有热塑性树脂的多孔膜。非水电解质二次电池中,间隔件可配 置于正极与负极之间。间隔件优选具有在因正极-负极间的短路等为原因而导致电池内流 过异常电流时,阻断电流、阻止(关闭)流过过大电流的功能。在此,在超过通常的使用温 度的情况下,关闭是通过阻塞间隔件中的多孔膜的微细孔而实现的。而且,优选在关闭后, 即使电池内的温度上升到一定程度的高温,也不会因其温度而导致破膜,而是维持关闭的 状态。作为所述的间隔件,可以举出耐热多孔层与多孔膜相。
39、互层叠而成的层叠膜,通过将该 膜作为间隔件使用,可进一步提高二次电池的耐热性。耐热多孔层可层叠于多孔膜的两面。 0089 0090 以下,对前述的耐热多孔层与多孔膜相互层叠而成的层叠膜进行说明。 说 明 书CN 102947226 A 8/13页 10 0091 在前述层叠膜中,耐热多孔层为比多孔膜的耐热性更高的层,该耐热多孔层可由 无机粉末形成,也可含有耐热树脂。耐热多孔层通过含有耐热树脂,而可通过涂刷等简单的 方法来形成耐热多孔层。作为耐热树脂,可以举出聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚碳酸 酯、聚缩醛、聚砜、聚苯硫醚、聚醚酮、芳香族聚酯、聚醚砜及聚醚酰亚胺,为了进一步提高耐 热性,优选为。
40、聚酰胺、聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚砜及聚醚酰亚胺,更优选为聚酰胺、聚 酰亚胺或聚酰胺酰亚胺。进一步优选为芳香族聚酰胺(对位取向芳香族聚酰胺、间位取向 芳香族聚酰胺)、芳香族聚酰亚胺、芳香族聚酰胺酰亚胺等含氮芳香族聚合物,特别优选为 芳香族聚酰胺,从制造的方面考虑,特别优选为对位取向芳香族聚酰胺(以下有时称为对 位芳族聚酰胺)。作为耐热树脂,还可以举出聚-4-甲基戊烯-1、环状烯烃系聚合物。通过 使用这些耐热树脂,从而可进一步提高层叠膜的耐热性,即,层叠膜的热破膜温度。上述耐 热树脂中,在使用含氮芳香族聚合物的情况下,有时可利用其分子内的极性而与电解液的 相容性变得良好,在这种情况下,可提高耐。
41、热多孔层中的电解液的保液性。由此,在制造非 水电解质二次电池时,可使电解液的注入速度变快,以及进一步提高非水电解质二次电池 的充放电容量。 0092 层叠膜的热破膜温度依赖于耐热树脂的种类,可根据使用场合、使用目的进行选 择使用。更具体而言,在使用上述含氮芳香族聚合物作为耐热树脂时,将热破膜温度控制为 400左右,另外在使用聚-4-甲基戊烯-1时,将热破膜温度控制为250左右,在使用环状 烯烃系聚合物时,将热破膜温度控制为300左右。在耐热多孔层由无机粉末构成时,还可 将热破膜温度控制为例如500以上。 0093 上述对位芳族聚酰胺是通过对位取向芳香族二胺与对位取向芳香族二羧酸卤化 物的缩聚而。
42、得到的,且实质上是由在芳香族环的对位或以此为基准的取向位(例如亚联苯 基中的4,4位、萘中的1,5位、萘中的2,6位)上键合酰胺键而得的重复单元构成。作为对 位芳族聚酰胺的例子,具体而言,可例示出聚(对苯二甲酰对苯二胺)、聚(对苯甲酰胺)、 聚(4,4-N-苯甲酰苯胺对苯二甲酰胺)、聚(对亚苯基-4,4-联亚苯基二羧酸酰胺)、聚 (对亚苯基-2,6-萘二羧酸酰胺)、聚(2-氯-对苯二甲酰对苯二胺)、对苯二甲酰对苯二胺 /2,6-二氯对苯二甲酰对苯二胺共聚物等对位取向型对位芳族聚酰胺或者具有以对位取向 型为基准的结构的对位芳族聚酰胺。 0094 上述芳香族聚酰亚胺优选为通过芳香族的二酸酐与二胺的。
43、缩聚而制得的全芳香 族聚酰亚胺。作为该二酸酐的具体例,可举出苯均四酸二酐、3,3,4,4-二苯基砜四羧酸 二酐、3,3,4,4-二苯甲酮四羧酸二酸酐、2,2-双(3,4-二羧基苯基)六氟丙烷、3,3, 4,4-联苯四羧酸二酸酐等。作为该二胺的具体例,可举出二氨基二苯醚、对苯二胺、二氨 基二苯甲酮、3,3-亚甲基二苯胺、3,3-二氨基二苯甲酮、3,3-二氨基二苯基砜、1,5-萘 二胺。可优选使用在溶剂中可溶的聚酰亚胺。作为这样的聚酰亚胺,例如可举出3,3,4, 4-二苯基砜四羧酸二酐与芳香族二胺的缩聚物聚酰亚胺。 0095 作为上述芳香族聚酰胺酰亚胺,可举出通过芳香族二羧酸和芳香族二异氰酸酯的 。
44、缩聚而制得的化合物、通过芳香族二酸酐和芳香族二异氰酸酯的缩聚而制得的化合物。作 为芳香族二羧酸的具体例,可举出间苯二甲酸、对苯二甲酸。作为芳香族二酸酐的具体例, 可举出偏苯三酸酐。作为芳香族二异氰酸酯的具体例,可举出4,4-二苯基甲烷二异氰酸 酯、2,4-亚苄基二异氰酸酯、2,6-亚苄基二异氰酸酯、邻亚苄基二异氰酸酯、和间二甲苯基 说 明 书CN 102947226 A 10 9/13页 11 二异氰酸酯。 0096 为了进一步提高离子透过性,耐热多孔层的厚度优选较薄,更具体而言,优选1以 上且10m以下,更优选为1以上且5m以下,特别优选为1以上且4m以下。耐热多孔 层具有微细孔,其孔的尺寸。
45、(直径)通常为3m以下,更优选为1m以下。在耐热多孔层 含有耐热树脂的情况下,耐热多孔层还可含有后述的填充剂。 0097 前述层叠膜中,多孔膜具有微细孔。多孔膜优选具有关闭功能。此时,多孔膜含有 热塑性树脂。多孔膜中的微细孔的尺寸(直径)通常为3m以下,优选为1m以下。多 孔膜的孔隙率通常为3080体积,优选为4070体积。在非水电解质二次电池超 过通常的使用温度的情况下,含有热塑性树脂的多孔膜可通过构成其的热塑性树脂的软化 来使微细孔关闭。 0098 作为前述热塑性树脂,选择不溶解于非水电解质二次电池的电解液中的树脂即 可。作为此类热塑性树脂,具体而言,可以举出聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃树脂,热。
46、塑性聚氨酯 树脂,可混合2种以上的热塑性树脂来使用。为了在更低温下进行软化而使其关闭,多孔膜 优选含有聚乙烯。作为聚乙烯的例子,具体而言,可以举出低密度聚乙烯、高密度聚乙烯、线 状聚乙烯等聚乙烯,还可举出分子量为100万以上的超高分子量聚乙烯。为了进一步提高 多孔膜的刺穿强度,多孔膜优选含有超高分子量聚乙烯。为了容易地制造多孔膜,热塑性树 脂还有时优选含有由低分子量(重均分子量1万以下)的聚烯烃构成的石蜡。 0099 层叠膜中的多孔膜的厚度通常为330m,优选为325m,更优选为3 19m。层叠膜的厚度通常为40m以下,优选为30m以下,更优选为20m以下。将耐 热多孔层的厚度设定为A(m)、。
47、将多孔膜的厚度设定为B(m)时,A/B的值优选为0.1以 上且1以下。 0100 在耐热多孔层含有耐热树脂的情况下,耐热多孔层可含有1种以上的填充剂。填 充剂可选择有机粉末、无机粉末或它们的混合物中的任一种来作为其材质。构成填充剂的 粒子优选其平均粒径为0.01以上且1m以下。 0101 作为前述有机粉末,可以举出例如由苯乙烯、乙烯基酮、丙烯腈、甲基丙烯酸甲酯、 甲基丙烯酸乙酯、甲基丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸缩水甘油酯、丙烯酸甲酯等的单独或者2 种以上的共聚物;聚四氟乙烯、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物、四氟乙烯-乙烯共聚物、PVdF 等氟系树脂;三聚氰胺树脂;尿素树脂;聚烯烃树脂;聚甲基丙烯酸酯等有。
48、机物构成的粉 末。这些有机粉末可单独使用,也可混合2种以上使用。上述有机粉末中,从化学稳定性的 观点出发,优选为聚四氟乙烯粉末。 0102 作为前述无机粉末,可以举出例如由金属氧化物、金属氮化物、金属碳化物、金属 氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐等无机物构成的粉末。其中,优选由导电性低的无机物构成的粉 末。作为优选的无机粉末的具体例,可以举出由氧化铝、二氧化硅、二氧化钛、或碳酸钙等构 成的粉末。无机粉末可单独使用,也可混合2种以上使用。这些无机粉末中,从化学稳定性 方面考虑,优选为氧化铝粉末。在此,更优选构成填充剂的粒子的全部为氧化铝粒子,进一 步优选构成填充剂的粒子的全部为氧化铝粒子,其一部分或全部的氧化铝粒子为近球状的 氧化铝粒子。在耐热多孔层由无机粉末形成的情况下,使用上述例示的无机粉末即可,也可 根据需要而与粘结剂混合使用。 0103 在耐热多孔层含有耐热树脂的情况下,填充剂的含量依赖于填充剂的材质的比 说 明 书CN 102947226 A 11 10/13页 12 重。例如,构成填充剂的粒子全部为氧化铝粒子时,填充剂的重量相对于耐热多孔层的总重 量100的比通常为5以上且95以下,优选为20以上且95以下,更优选为30以上且90以 下。上述范围可以根据填充剂的材质的比重而进行适当设定。 。