发明名称 非水电解质电池用正极及其制造方法,及使用该正极之非水电解质电池及其制造方法
摘要 本发明之目的在使用锰酸锂(LiMr2O4)为主正极活性物质亦可抑制本身放电而具有优异之放电保存特性和高温保存特性,放电运用电压高,且能量密度高之正极。本发明之正极由以一般式Lil+xMn2-YO4(但,锂和锰之原子比率为0.56≦Li/Mn=(l+X)/(2-Y)≦0.62,-0.2≦X≦0.2,且Y≦l.O)所示尖晶石型锰酸锂以及一般式 Li1+zCoO2(但-0.5≦Z≦0.5)所示镍酸锂,或一般式 Li1+zNiO2(但-0.5≦Z≦0.5)所示镍酸锂所选择至少一种混合而成。
申请公布号 TW431012 申请公布日期 2001.04.21
申请号 TW088120664 申请日期 1999.11.26
申请人 三洋电机股份有限公司 发明人 生川训;井町直希;中沟紫织
分类号 H01M4/48;H01M4/04;H01M10/40 主分类号 H01M4/48
代理机构 代理人 陈灿晖 台北巿城中区武昌街一段六十四号八楼;洪武雄 台北巿城中区武昌街一段六十四号八楼;陈昭诚 台北巿武昌街一段六十四号八楼
主权项 1.一种非水电解质电池用正极,系尖晶石型锰酸锂 为主正极活性材料之非水电解质电池用正极,其特 征为由一般式Li1+XMn2-Y-O4(但是,锂和锰之原子比率 为0.56≦Li/Mn=(1+X)/(2-Y)≦ 0.62,而-0.2≦X≦0.2,且Y≦1.0)所代表之尖晶石型锰酸 锂和一般式Li 1-ZCoO2(但是,-0.5≦Z≦0.5)所代表之钴酸锂或一般式 Li1-ZNiO2(但是,-0.5≦Z≦0.5)所代表之镍酸锂中至少 选择一种,以及 当前述尖晶石型锰酸锂之重量为A时,前述钴酸锂 或前述镍酸锂中至少选择一种之重量为B时,0.05≦B /(A+B)<0.2范围内混合而制备之非水电解质电池用正 极。2.如申请专利范围第1项之非水电解质电池用 正极,其中前述尖晶石型锰酸锂,前述钴酸锂和前 述镍酸锂之一部分为镁、铝、钙、钒、钛、铬、 锰、铁、钴、镍、铜、锌、锶、锆、铌、钼和锡 之任意者中所选择金属取代为其特征之非水电解 质电池用正极。3.如申请专利范围第2项之非水电 解质电池用正极,其中前述尖晶石型锰酸锂(Li1+XMn2 -YO4)之一部分为前述其他金属取代时,锂与锰和前 述其他金属之合计间之原子比率(C)保持在0.56≦C ≦0.62(但是,-0.2≦X≦0.2,且Y≦1.0)之相关为其特征 。4.一种尖晶石型锰酸锂为主正极活性材料之非 水电解质电池用正极之制造方法,其特征为由一般 式Li1+XMn2-YO4(但是,锂和锰之原子比率为0.56≦Li/Mn=( 1+X)/(2-Y)≦0.62,-0.2≦X≦ 0.2,且Y≦1.0)所代表之尖晶石型锰酸锂之粉末, 和一般式Li1+ZCoO2(但是,-0.5≦Z≦0.5)所代表之钴酸 锂或一般式Li1-ZNiO2(但是,-0.5≦Z≦0.5)所代表之镍 酸锂所选择至少一种之粉末, 当前述尖晶石型锰酸锂粉末重量为A,前述钴酸锂 或前述镍酸锂中选择之至少一种之粉末重量为B时 ,以0.05≦B/(A+B)(0.2之范围填充于混合机之填充步骤 , 以及填充在前述混合机中之复合粉末,藉产生压缩 、冲击、剪断作用而混合或粉碎混合之混合步骤 所构成之非水电解质电池用正极之制造方法。5. 如申请专利范围第4项之非水电解质电池用正极之 制造方法,其中前述尖晶石型锰酸锂,前述钴酸锂 和前述镍酸锂之一部分为镁、铝、钙、钒、钛、 铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、锶、锆、铌、钼 和锡之任意中选择之其他金属所取代之步骤包括 在内为特征之制造方法。6.如申请专利范围第5项 之非水电解质电池用正极之制造方法,其中前述尖 晶石型锰酸锂(Li1+XMn2-YO4)之一部分用前述其他金 属取代时,锂跟锰和前述其他金属之合计间之原子 比率(C)保持在0.56≦C≦0.62(但是,0.2≦X≦0.2,且Y≦1. 0)之相关关系做为其特征之制造方法。7.一种非水 电解质电池,系由可插入脱离锂离子的负极活性材 料所构成负极和以尖晶石型锰酸锂为主正极活性 材料之正极以及非水电解质所构成非水电解质电 池,其特征为备有一般式Li1+XMn2-YO4(但是锂和锰之 原子比率为0.56≦Li/Mn=(1+X)/(2-Y)≦0.62,-0.2≦X≦0.2, 且Y≦1.0)所代表之尖晶石型锰酸锂, 和由一般式Li1+ZCoO2(但是,-0.5≦Z≦0.5)所代表之钴 酸锂或一般式Li1+ZNiO2(但是,-0.5≦Z≦0.5)所代表之 镍酸锂中至少选择一种,以及 当前述尖晶石型锰酸锂重量为A,前述钴酸锂或前 述镍酸锂中所选择至少一种之重量为B时、保持在 0.05≦B/(A+B)<0.2之范围内混合而成正极活性材料所 构成正极之非水电解质电池。8.如申请专利范围 第7项之非水电解质电池,其中前述尖晶石型锰酸 锂,前述钴酸锂和前述镍酸锂之一部分为镁、铝、 钙、钒、钛、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锶、锆 、铌、钼和锡中任意选择之金属所取代为特征之 非水电解质电池。9.如申请专利范围第8项之非水 电解质电池,其中前述尖晶石型锰酸锂(Li1+X Mn2-YO4)之一部分为前述其他金属取代时,锂跟锰和 前述其他金属之合计间之原子比率(C)保持在0.56≦ C≦0.62(但是,-0.2≦X≦0.2,且Y≦1.0)之相关为特征之 非水电解质电池。10.如申请专利范围第7项至第9 项任一项之非水电解质电池,其中前述非水电解质 系由有机电解液或高分子固体电解质中任意选择 使用为其特征之非水电解质电池。11.如申请专利 范围第10项之非水电解质电池,其中前述高分子固 体电解质系由聚碳酸酯系固体高分子,聚丙烯系 固体高分子以及上述之两种以上所构成共聚物或 交联高分子化合物,聚偏氟乙烯(PVDF)等含氟系固体 高分子化合物等中所选择高分子化合物和锂盐以 及电解液所组成凝胶状固体电解质为特征之非水 电解质电池。12.一种非水电解质电池之制造方法, 系以可插入脱离锂离子的负极活性材料所构成 负极和尖晶石型锰酸锂为主正极活性材料之正极 以及非水电解质而构成之非水电解质电池之制造 方法,其特征为以一般式Li1+XMn2-YO4(但是锂和锰之 原子比率在0.56≦Li/Mn=(1+X)/(2-Y)≦0.62,-0.2至X≦0.2, 且Y≦1.0)所代表之尖晶石型锰酸锂之粉末, 和一般式Li1+ZCoO2(但是,-0.5≦Z≦0.5)所代表之钴酸 锂或一般式Li1+ZNiO2(但是,-0.5-≦Z≦0.5)所代表之镍 酸锂中至少选择一种之粉末, 备有当前述尖晶石型锰酸锂粉末重量为A,前述钴 酸锂或前述镍酸锂中至少选择一种之粉末重量为B 时,保持在0.05≦B/(A+B)<0.2之范围内填充于混合机内 的填充步骤,以及 将前述填充于上述混合机中之复合粉末使之产生 压缩、冲击、剪断作用而混合或粉碎混合之混合 步骤之非水电解质电池之制造方法。13.如申请专 利范围第12项之非水电解质电池之制造方法,其中 备有前述尖晶石型锰酸锂,前述钴酸锂和前述镍酸 锂之一部分以镁、铝、钙、钒、钛、铬、锰、铁 、钴、镍、铜、锌、锶、锆、铌、钼和锡之任意 选择之其他金属所取代之步骤为特征之非水电解 质电池之制造方法。14.如申请专利范围第13项之 非水电解质电池之制造方法,其中前述尖晶石型锰 酸锂(Li1+ZMn2-YO4)之一部分以前述其他金属取代时, 锂跟锰和前述其他金属之合计之原子比率(C)保持 在0.56≦C≦0.62(但是,-0.2≦X≦0.2,且Y≦1.0)之相关而 取代为其特征之非水电解质电池之制造方法。15. 如申请专利范围第12项至第14项任一项之非水电解 质电池之制造方法,其中前述非电解质系有机电解 液或高分子固体电解质中任意选择为其特征之非 水电解质电池之制造方法。16.如申请专利范围第 15项之非水电解质电池之制造方法,其中前述高分 子固体电解质系由聚碳酸酯系固体高分子,聚丙烯 系固体高分子,以及其二种以上所构成共聚物或 交联高分子化合物,聚偏氟乙烯(PVDF)之含氟系固体 高分子化合物中所选择高分子化合物和锂盐以及 电解液所组成凝胶状固体电解质为其特征之非水 电解质电池之制造方法。图式简单说明: 第一图示60℃保存下之钴酸锂添加量和气体发生 量之相关性。 第二图示60℃下之循环特性。 第三图示1C下之放电曲线。 第四图示钴酸锂之添加量为15重量%时,3C过充电时 间和电池电压、充电电流、电池表面温度间之相 关性。 第五图示钴酸锂之添加量为20重量%时,3C过充电时 间和电池电压,充电电流,电池表面温度间之相关 性。 第六图(a)至(c)示改变混合方法时之正极混合剂之 粒度分布情形。 第七图示改变混合方法在1C下之放电曲线。 第八图示改变混合方法在60℃下之循环特性。 第九图示不同添加材料在1C下之放电曲线。 第十图示锂和锰之原子比率和容量维持率之相关 性。 第十一图示锂和锰之原子比率和正极活性材料比 容量之相关性。
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