專利名稱：鋰二次電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于鋰二次電池的陰極和采用該陰極的鋰二次電池。
背景技術(shù)：
鋰離子二次電池是體積小、重量輕的可充電電池，其單位體積和單位重量的儲(chǔ)存容量大，廣泛應(yīng)用于移動(dòng)電話、筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理、攝影機(jī)、數(shù)碼相機(jī)等，對(duì)于具有相對(duì)大能量消耗的小型、輕型的移動(dòng)裝置是必不可少的?；谶@些特征，可知鋰離子二次電池成為蓄電池技術(shù)中作為節(jié)能和儲(chǔ)能的重要技術(shù)。節(jié)能包括車載用途的應(yīng)用，例如電動(dòng)車 (EV)和混合電動(dòng)車(HEV)，儲(chǔ)能包括應(yīng)用于有效利用風(fēng)力發(fā)電、太陽(yáng)能發(fā)電、夜間電源的固定電源。在實(shí)際應(yīng)用中，期望鋰離子二次電池具有更高的性能、高容量和低成本。另一方面， 近幾年來(lái)，鋰離子二次電池的事故和回收接連發(fā)生，安全性的考慮被加重。因此，特別需要高可靠性的蓄電池。最普遍使用的鋰離子二次電池的陰極材料是鈷酸鋰。鈷酸鋰具有優(yōu)異的性能，被用在多種用電設(shè)備上。然而，由于其為稀有金屬，存在著價(jià)格昂貴、價(jià)格波動(dòng)大、安全性差的問(wèn)題。其他陰極材料包括鎳酸鋰和錳酸鋰。雖然鎳酸鋰具有高容量和優(yōu)異的高溫循環(huán)特性，但是它安全性差；雖然錳酸鋰具有過(guò)充安全性能優(yōu)異、價(jià)格低的特點(diǎn)，但是它容量低、高溫循環(huán)性能差。此外，已經(jīng)有鎳錳鈷復(fù)合材料的出現(xiàn)，該材料能減少鈷的使用，導(dǎo)致成本降低，且安全性能提高。因此，電極材料的實(shí)際應(yīng)用正在發(fā)展過(guò)程中。在上述情況下，橄欖石型氧化鋰對(duì)環(huán)境的影響小，資源豐富，成本低。此外，橄欖石型氧化鋰在充電時(shí)具有高容量和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，因此即便在緊急情況如過(guò)沖情況下，能提高安全性。所以，橄欖石型氧化鋰被期望用作陰極材料(專利文獻(xiàn)1 3)。通常，鋰離子二次電池的充電時(shí)間約為1至5小時(shí)，所需時(shí)間很長(zhǎng)?；诖耍焖俪潆姷男枰龃??？焖俪潆娔芸s小所用設(shè)備尺寸，能增加單位時(shí)間的使用頻率。使得減少輔助蓄電池，降低蓄電池成本成為可能。為了能夠快速充電，專利文獻(xiàn)4提出將A/C比值， 即陽(yáng)極容量A與陰極容量C的比值，調(diào)整為1. 1到1.6。雖然該發(fā)明的快速充電性能優(yōu)異， 但是快速充放電循環(huán)壽命并沒(méi)有明確描述。在進(jìn)行快速充電的情況下，大充電電流流經(jīng)鋰離子二次電池，鋰離子嵌入陽(yáng)極的速度減緩了充電速率，結(jié)果導(dǎo)致，陽(yáng)極的電子與鋰離子反應(yīng)，金屬鋰沉積在陽(yáng)極上。這大大降低了蓄電池的性能，反向影響了安全性?；诖耍ǔＴ?5min或更短時(shí)間內(nèi)的快速充電并沒(méi)有先例。專利文獻(xiàn)1JP--A2002--216770
專利文獻(xiàn)2JP--A2002--117902
專利文獻(xiàn)3JP--A2002--117907
專利文獻(xiàn)4JP--A2008--171661
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題基于上述觀點(diǎn)完成了本發(fā)明，本發(fā)明的目的是提供一種能在15分鐘甚至更短的時(shí)間內(nèi)完成充電的鋰離子二次電池。解決問(wèn)題的方案本發(fā)明的鋰離子二次電池包括陰極，該陰極包括形成于陰極集電器表面的包括陰極活性材料和導(dǎo)電劑的陰極復(fù)
合層；陽(yáng)極，該陽(yáng)極包括陽(yáng)極活性材料；隔膜，該隔膜用于使所述陰極和所述陽(yáng)極之間絕緣；以及電解質(zhì)，該電解質(zhì)包含鋰離子；其中，所述陰極活性材料由以下化學(xué)式(I)表示；所述導(dǎo)電劑包含平均粒徑為大于等于3μπι且小于等于12 μ m的重量比大于等于的粒子；形成在所述陰極集電器表面的所述陰極復(fù)合層的厚度為每個(gè)表面小于等于50 μ m;所述陽(yáng)極的電極密度大于等于 1. 55g/cm3 ；所述陽(yáng)極的可嵌入/脫嵌的鋰容量A與所述陰極的可嵌入/脫嵌的鋰容量C的比值A(chǔ)/C被調(diào)整為1. 8彡A/C彡2. 2 ；LixMPO4 (I)(在上述式(I)中，M是包含至少一種選自以下組的金屬原子的金屬原子Co，Ni， Fe, Mn, Cu, Mg, Zn, Ti, Al, Si，B 禾口 Mo，且 0 < χ < 2)。在鋰離子二次電池中，優(yōu)選陰極活性材料為L(zhǎng)iFeP04。另外，優(yōu)選對(duì)鋰離子二次電池進(jìn)行在首次充電后的加熱以及重復(fù)充放電三次或以上的老化處理。本發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明的鋰離子二次電池，充電時(shí)間從以往的1 5小時(shí)的時(shí)間縮短到15分鐘或更少。而且，即便重復(fù)進(jìn)行這樣的快速充電，蓄電池的壽命特征優(yōu)異。本發(fā)明的最佳實(shí)施方式1.陰極材料本發(fā)明采用的陰極活性材料用以下化學(xué)式(I)表示LixMPO4 (I)在上述式(I)中，M是包含至少一種選自以下組的金屬原子的金屬原子Co，Ni， Fe，Mn，Cu，Mg，Zn，Ti，Al，Si，B和Mo，且0 < χ < 2。尤其優(yōu)選其中的M包含！^的材料， 特別優(yōu)選LiFeP04。橄欖石型LiFePO4具有高的理論容量170mAh/g，且價(jià)格便宜，因此，電池的生產(chǎn)成本能大大降低。此外，橄欖石型LiFePO4作為陰極材料具有優(yōu)異的特性，如對(duì)人類和環(huán)境幾乎沒(méi)有毒性，氧脫附很難出現(xiàn)，熱穩(wěn)定性高。因此，優(yōu)選陰極活性材料是單獨(dú)的 LiFePO4或主要包括Lii^ePCV對(duì)于陰極活性材料的原材料，鋰源是鋰鹽例如LiOH、Li2C03、CH3COOLi和LiCl ；鐵源是鐵鹽例如I^eC2O4，(CH3COO)2Fe, FeCl2和!^eBr2 ；錳源是錳鹽例如MnCl2 ；鎳源是鎳鹽，如 NiCl ；鈷源是Co304。在M是其他元素的情況下，可以采用每種元素的金屬鹽。對(duì)于磷源，可以采用H3PO4, (NH4)2HPO4, NH4H2PO4 等。按照目標(biāo)摩爾比混合以上原材料，在高溫下灼燒，即制得陰極活性材料。
雖然陰極活性材料的粒徑并沒(méi)有特別的限定，但是主要粒子的平均粒徑通常為 IOnm至100 μ m,優(yōu)選為30至250nm，此時(shí)，有利于電子傳導(dǎo)，更優(yōu)選為60至200nm。二次粒子的平均粒徑優(yōu)選為小于等于5 μ m以使其Brunauer-Emmett-Teller (以下簡(jiǎn)稱為“BET”) 比表面積能夠大于等于10m2/g，因而陰極活性材料和導(dǎo)電劑中的碳材料之間的接觸面積可以足夠大。雖然上述鋰-磷復(fù)合氧化物材料能夠直接使用，但是陰極活性材料導(dǎo)電率低，比如Lii^ePO4，可通過(guò)在粒子表面涂覆碳增強(qiáng)電子傳導(dǎo)率。碳的涂覆量相對(duì)于每100重量份的陰極活性材料優(yōu)選為大于等于0. 5重量份且小于等于10重量份。2.粘合劑和分散介質(zhì)粘合劑可采用任何可用于鋰離子二次電池的粘合劑。粘合劑的例子包括聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮以及他們的混合物。在以上粘合劑的例子中，優(yōu)選采用聚偏二氟乙烯。分散介質(zhì)可采用任何可用于鋰離子二次電池的分散介質(zhì)。分散介質(zhì)的例子包括 N-甲基吡咯烷酮、甲苯等。在以上分散介質(zhì)的例子中，優(yōu)選采用N-甲基吡咯烷酮。3.導(dǎo)電劑本發(fā)明使用的導(dǎo)電劑包括平均粒徑為大于等于3 μ m且小于等于12 μ m的重量比大于等于的粒子；當(dāng)含有平均粒徑在上述范圍內(nèi)的給定含量的粒子時(shí)，涂料的流動(dòng)性提高，可抑制黏度的增加。而且，在按壓過(guò)程中，具有提高填充率和粘合性的效果，可延長(zhǎng)電池壽命。平均粒徑大小可以通過(guò)激光衍射散射法測(cè)定。導(dǎo)電劑的形狀可以是球狀(粒狀)、鱗片狀、纖維狀等。在采用鱗片狀、纖維狀或者二者混合的情況下，在陰極按壓過(guò)程中提高了填充率和粘合性，并且，難以發(fā)生像脫落那樣的缺陷，此是優(yōu)選的。導(dǎo)電劑的BET比表面積優(yōu)選為大于等于8m2/g且小于等于30m2/g。在BET比表面積小于8m2/g時(shí)，降低了與活性材料的接觸面積，導(dǎo)致阻抗增加。在BET比表面積大于30m2/ g時(shí)，涂料黏度變大，難以涂覆。當(dāng)導(dǎo)電劑能滿足以上條件時(shí)，優(yōu)選采用導(dǎo)電碳材料如石墨或碳纖維。對(duì)于商用產(chǎn)品，優(yōu)選由特密高公司(Timcal)制造的Graphite KS Series (KS4, KS6和KS10)，由特密高公司(Timcal)制造的 Graphite SFG Series (SFGS6 和 SFG10)，由 Showa Denko K. K.制造的碳纖維(VGCF-H)等。可以單獨(dú)采用一種導(dǎo)電劑，還可采用兩種或多種導(dǎo)電劑的混合物。相對(duì)于每100重量份陰極活性材料，導(dǎo)電劑的使用量?jī)?yōu)選為0. 1 15重量份。特別地，相對(duì)于每100重量份陰極活性材料，平均粒徑為3 10 μ m的鱗片狀或纖維狀碳材料的添加量為1 2重量份時(shí)，提高涂料流動(dòng)性，抑制黏度的增加，提高按壓過(guò)程的填充率和粘合性等效果顯著。另外，優(yōu)選混合第二導(dǎo)電組分，其是一種或兩種或更多種選自由平均粒徑優(yōu)選為小于等于1 μ m的導(dǎo)電碳材料組成的組中的材料，由此可提高陰極按壓過(guò)程的填充率和粘合性，使剝落或類似情況很難發(fā)生。第二導(dǎo)電組分的BET比表面積優(yōu)選大于等于50m2/g。對(duì)于第二種導(dǎo)電組分，可采用通常作為導(dǎo)電劑的導(dǎo)電碳材料例如炭黑或乙炔黑。 對(duì)于商用產(chǎn)品，優(yōu)選由特密高公司(Timcal)制造的炭黑(Super P)，由Lion公司制造的 Ketjen Black (EC，EC600JD)；由 Denki Kagaku Kogyo 株式會(huì)社制造的乙炔黑(DENKA BLACK,(注冊(cè)商標(biāo)))等。4.鋰離子二次電池本發(fā)明的鋰離子二次電池由包括上述陰極活性材料和導(dǎo)電劑的陰極、陽(yáng)極和電解質(zhì)層組成?；旌详帢O活性材料和導(dǎo)電劑組分；將上述獲得的粉末狀混合物添加到粘結(jié)劑中， 以在粘結(jié)劑中分散混合物；如果必要的話，形成稀釋至所需濃度的陰極涂料；將所得涂料涂覆在陰極集電器如鋁箔的表面；并干燥涂層，即制得陰極。然后，如果必要的話，進(jìn)行輥壓處理或類似處理，達(dá)到指定的壓實(shí)密度。形成在陰極集電器表面的包含陰極活性材料和導(dǎo)電劑的陰極復(fù)合層的厚度為每個(gè)表面小于等于50 μ m,以便甚至在高倍率電流下進(jìn)行充放電時(shí)，充分保證陰極復(fù)合層本身的電子電導(dǎo)率。陰極復(fù)合層的厚度特別優(yōu)選為每個(gè)表面30 50 μ m范圍內(nèi)。在陰極復(fù)合層的厚度太大時(shí)，陰極復(fù)合層厚度方向的電導(dǎo)率降低，阻抗增加。這樣導(dǎo)致壽命特征在高倍率充放電時(shí)顯著下降。在陰極復(fù)合層的厚度太小時(shí)，活性材料的基重降低，這樣導(dǎo)致蓄電池重量或體積能量密度大大降低。陽(yáng)極優(yōu)選能嵌入/脫嵌金屬鋰或鋰離子，并且材料組成沒(méi)有特別限定。可采用傳統(tǒng)的材料例如合金、硅和硬碳。特別地，可使用包括其中含有通過(guò)混合陽(yáng)極活性材料和粘結(jié)劑得到的材料的集電器的陽(yáng)極。對(duì)于陽(yáng)極活性材料，可以使用常用活性材料，沒(méi)有特別限定。陽(yáng)極活性材料的實(shí)例包括碳材料例如天然石墨、人造石墨、非石墨化碳、石墨化碳；金屬材料例如金屬鋰、合金和錫化合物，鋰過(guò)渡金屬氮化物，結(jié)晶金屬氧化物，無(wú)定形金屬氧化物，導(dǎo)電聚合物。對(duì)于粘合劑，可以使用有機(jī)粘合劑或無(wú)機(jī)粘合劑，沒(méi)有特別限定。用于陰極的粘合劑可采用如聚偏氯乙烯(PVDF)。對(duì)于陽(yáng)極集電器，可以使用由銅、鎳等壓制成的網(wǎng)狀物，穿孔金屬，泡沫金屬或板形等箔。陽(yáng)極的電極密度大于等于1. 55g/cm3，優(yōu)選大于等于1. 65g/cm3且小于等于1. 9g/ cm3。在電極密度小于1.55g/cm3時(shí)，比較難于得到期望的蓄電池壽命。在電極密度大于等于1. 9g/cm3時(shí)，活性材料通過(guò)旋轉(zhuǎn)密實(shí)填充，使得電解質(zhì)溶液難于浸透，鋰化合物易于沉淀，結(jié)果導(dǎo)致不能得到期望的電池容量和電池壽命。電解質(zhì)層是夾在陰極層和陽(yáng)極層之間的一層，包括電解質(zhì)溶液、電解質(zhì)鹽溶解于其中的聚合物，或高分子凝膠電解質(zhì)。在使用電解質(zhì)溶液或高分子凝膠電解質(zhì)的情況下，需要使用隔膜。隔膜起到了陰極與陽(yáng)極之間電絕緣，并且容納電解質(zhì)溶液等的作用。電解質(zhì)溶液可是用于普通鋰二次電池的電解質(zhì)溶液，包括普通溶液例如有機(jī)電解質(zhì)溶液和離子液體。電解質(zhì)鹽的例子包括LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6, LiCl，LiBr，LiCF3SO3, LiN (CF3SO2) 2，LiC (CF3SO2) 3，LiI，LiAlCl4, NaClO4, NaBF4, Nal 等，特別包括無(wú)機(jī)鋰鹽如 LiPF6, LiBF4, LiClO4, LiAsF6,以及由 LiN(S02CxF2x+1) (S02CyF2y+1)表示的有機(jī)鋰鹽，其中 χ 和 y 中的每一個(gè)是0或1至4的整數(shù)，且x+y為2至8。
有機(jī)鋰鹽的例子特別包括LiN(SO2F)2, LiN(SO2CF3) (SO2C2F5)，LiN(SO2CF3) (SO2C2F7) ,LiN(SO2CF3) (SO2C3F7)，LiN(SO2CF3) (SO2C4F9)，LiN (SO2C2F5)2，LiN(SO2C2F5) (SO2C3F7) 和 LiN(SO2C2F5) (SO2C4F9)。尤其是，當(dāng)優(yōu)選LiPF6, LiBF4, LiN(CF3SO2)2，LiN(SO2F)2, LiN(SO2C2F5)2 或類似物作為電解質(zhì)時(shí)，電特性優(yōu)異。電解質(zhì)鹽可以使用一種，兩種或更多種。溶解電解質(zhì)鹽的有機(jī)溶劑并沒(méi)有特別限定，只要它是用在普通鋰二次電池的非水電解質(zhì)溶液中的有機(jī)溶劑即可，有機(jī)溶劑的例子包括碳酸鹽類化合物、內(nèi)酯類化合物、醚類化合物、環(huán)丁砜類化合物，二氧戊環(huán)類化合物，酮類化合物，腈化組合物，商代烴化合物。詳細(xì)的說(shuō)，有機(jī)溶劑例子包括碳酸鹽例如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亞乙酯、碳酸丙烯酯、乙二醇碳酸二甲酯、丙二醇碳酸二甲酯、乙二醇二乙基碳酸酯、碳酸亞乙烯酯；內(nèi)酯類例如Y-丁內(nèi)酯；醚類例如乙二醇二甲醚、四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、四氫吡喃、二惡烷；環(huán)丁砜類例如環(huán)丁砜、三甲基環(huán)丁砜；二氧戊環(huán)類例如1，3-二氧戊環(huán)；酮類例如4-甲基-2-戊酮；腈類例如乙腈、丙腈、戊腈、芐腈滷代烴例如1，2-二氯乙烷；以及離子液體例如甲酸甲酯、二甲基甲酰胺、二乙基甲酰胺、二甲亞砜、咪唑鹽、季銨鹽。電解質(zhì)鹽可以是以上混合物。在以上有機(jī)溶劑中，特別當(dāng)含有至少一種選自碳酸鹽組成的組中的非水性溶劑時(shí)，電解質(zhì)的溶解度、介電常數(shù)和粘度性能優(yōu)異，這是優(yōu)選的。用于高分子電解質(zhì)或高分子凝膠電解質(zhì)的高分子化合物包括醚、酯、硅氧烷、丙烯腈、偏二氟乙烯、六氟丙烯、丙烯酸鹽、甲基丙烯酸酯、苯乙烯、醋酸乙烯酯、氯乙烯、氧雜環(huán)丁烷或者類似物的聚合物，具有其共聚物結(jié)構(gòu)的高聚物，以及具有其交聯(lián)體的高聚物。高聚物可以是一種、兩種或更多種。雖然高分子結(jié)構(gòu)并沒(méi)有特別的限定，但是特別優(yōu)選具有醚結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，例如聚環(huán)氧乙烷。對(duì)于液態(tài)蓄電池、凝膠蓄電池和固體電解質(zhì)蓄電池，分別將電解質(zhì)溶液、聚合物溶于其中的電解質(zhì)溶液的前驅(qū)體溶液和電解質(zhì)鹽溶于其中的交聯(lián)前的聚合物注入蓄電池槽中。關(guān)于隔膜，可以使用常規(guī)鋰二次電池用隔膜，沒(méi)有特別的限制，隔膜的例子包括含聚乙烯、聚丙烯、聚烯烴、聚四氟乙烯或類似物的多孔樹脂，陶瓷以及無(wú)紡布。在本發(fā)明的鋰離子二次電池中，陽(yáng)極嵌入或脫嵌的鋰容量A與陰極嵌入或脫嵌的鋰容量C的比值A(chǔ)/C被調(diào)整到1. 8彡A/C彡2. 2。當(dāng)A/C比值小于1. 8時(shí)，在高倍率電流下充電時(shí)，不會(huì)發(fā)生通常的陽(yáng)極鋰嵌入，鋰金屬發(fā)生沉淀。當(dāng)鋰金屬沉淀后，蓄電池壽命顯著降低，而且，金屬鋰轉(zhuǎn)變成枝晶形狀，可能刺穿隔膜，導(dǎo)致短路。另一方面，當(dāng)A/C比值大于 2. 2時(shí)，增加了陽(yáng)極重量，導(dǎo)致蓄電池的能量密度大大降低。通過(guò)調(diào)整陰極活性材料重量和陽(yáng)極活性材料重量可調(diào)整A/C比值。更具體的是， 當(dāng)使用電極材料時(shí)，電極材料隨著這樣的變化而使用而得到電極，即陰極和陽(yáng)極活性材料單位面積重量變?yōu)榻o定量。根據(jù)設(shè)置，將電極復(fù)合得到蓄電池。A/C比值地計(jì)算公式如下 A/C比值=(單位陽(yáng)極活性材料重量的嵌入或脫嵌的鋰容量X每個(gè)陽(yáng)極單位面積的活性材料重量)/(單位陰極活性材料重量的嵌入或脫嵌的鋰容量X每個(gè)陰極單位面積的活性材料重量)。
5.老化處理在本發(fā)明的鋰離子二次蓄電池的生產(chǎn)中，通過(guò)在首次充電后進(jìn)行加熱以及重復(fù)充放電三次或更多次的老化處理，放電容量能夠增加。加熱優(yōu)選在40至50°C進(jìn)行。實(shí)施方式雖然本發(fā)明通過(guò)參考實(shí)施例進(jìn)行了更詳盡的描述，但是應(yīng)該理解本發(fā)明并不受限于這些實(shí)施例。[陰極的制備]通過(guò)混合器，將90g陰極活性材料Lii^eP04，作為導(dǎo)電劑1的Ig由Timcal制造的 Graphite KS Series STO6 (平均粒徑大于等于3 μ m，并且BET比表面積小于等于30m2/g)， 作為導(dǎo)電劑2的3g由Timcal制造的炭黑Super P (平均粒徑大于等于1 μ m，并且BET比表面積大于等于50m2/g)，也就是總共4g導(dǎo)電劑，進(jìn)行干法混合，所得的粉末混合物被添加到54g(固體含量為6g)作為粘合劑的PVDF(由Kureha公司制造的KF Binder #9130,NMP 13wt%溶液)中，通過(guò)行星式攪拌器進(jìn)行分散。另外，添加IOOg N-甲基-2-吡咯烷酮進(jìn)行稀釋，使得固體含量為40wt%。由此獲得陰極涂料。所得涂料被涂到鋁箔(厚度為15 μ m) 上，然后用熱空氣干燥。由此獲得達(dá)到應(yīng)用重量的陰極活性材料的陰極。然后，在130°C減壓干燥后，進(jìn)行輥壓處理，以便達(dá)到指定壓實(shí)密度。[陽(yáng)極的制備]通過(guò)混合器，將90g作為陽(yáng)極活性材料的石墨和2g作為導(dǎo)電劑的乙炔黑進(jìn)行干法混合。為了稀釋，所得粉末混合物被添加到62g(固體含量為8g)作為粘合劑的PVDF(由 Kureha公司制造的KF Binder #9130, NMP 13wt%溶液)中，通過(guò)行星式攪拌器進(jìn)行分散。 進(jìn)一步添加45g N-甲基-2-吡咯烷酮，使得固體含量為50wt%，由此獲得陽(yáng)極涂料。另外，將所得涂料噴涂到電解銅箔(厚度為ΙΟμπι)上，并在熱空氣下干燥。由此獲得達(dá)到應(yīng)用重量的陽(yáng)極活性材料的陽(yáng)極。然后，在130°C下減壓干燥后，進(jìn)行輥壓處理，使陽(yáng)極密度達(dá)到預(yù)定壓實(shí)密度。[鋰離子二次電池的制備]將CELGARD #2325 (由Celgrad制造)作為隔膜插入以上所得的陰極和陽(yáng)極之間使其層疊。陰極端子和陽(yáng)極端子被超聲焊接到各自的陰極和陽(yáng)極。所得層疊體被放入鋁薄板包裝材料內(nèi)，包裝材料被熱封，僅留下一開口供液體注射用。由此，獲得具有18cm2的陰極面積為和19. Scm2的陽(yáng)極面積的未注入液體的蓄電池。將通過(guò)在碳酸亞乙酯和碳酸二乙酯的混合溶劑中溶解LiPF6得到電解質(zhì)溶液注入其中，將開口熱封，得到待評(píng)價(jià)的蓄電池。A/C比值是待評(píng)價(jià)陽(yáng)極能嵌入/脫嵌的鋰容量A和待評(píng)價(jià)陰極能嵌入/脫嵌的鋰容量C的比值，A/C比值在1. 1至1. 2的范圍內(nèi)變化。陽(yáng)極密度在1. 2至1. 7g/cm3的范圍內(nèi)變化?？焖俪潆娧h(huán)用CCCV充電和CC放電在5C電流值重復(fù)循環(huán)時(shí)的容量保持率進(jìn)行評(píng)價(jià)。結(jié)果見表ι和表2。5C電流值是能在Ih放完電池容量的IC電流值的5倍的電流下充-放電。結(jié)果表明充電和放電完成時(shí)間約為12min。[表 1]
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權(quán)利要求
1.一種鋰離子二次電池，包括陰極，該陰極包括形成于陰極集電器表面的包括陰極活性材料和導(dǎo)電劑的陰極復(fù)合層；陽(yáng)極，該陽(yáng)極包括陽(yáng)極活性材料； 隔膜，該隔膜用于使所述陰極和所述陽(yáng)極之間絕緣；以及電解質(zhì)，該電解質(zhì)包含鋰離子；其中，所述陰極活性材料由以下化學(xué)式(I)表示；所述導(dǎo)電劑包含平均粒徑為大于等于3 μ m且小于等于12 μ m的重量比大于等于1 %的粒子；形成在所述陰極集電器表面的所述陰極復(fù)合層的厚度為每個(gè)表面小于等于50 μ m ；所述陽(yáng)極的電極密度大于等于1. 55g/ cm3 ；所述陽(yáng)極的可嵌入/脫嵌的鋰容量A與所述陰極的可嵌入/脫嵌的鋰容量C的比值A(chǔ)/ C 被調(diào)整為1.8<A/C<2.2; LixMPO4 (I)其中，M是包含至少一種選自以下組的金屬原子的金屬原子Co，Ni, Fe, Mn, Cu，Mg，Zn, Ti，Al，Si，B 禾口 Mo，且 0 < χ < 2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池，其中所述陰極活性材料是LiFeP04。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的鋰離子二次電池，其中進(jìn)行首次充電后的加熱和重復(fù)充放電3次或更多次的老化處理。
全文摘要
提供一種能夠在小于等于15分鐘的時(shí)間內(nèi)完成充電的鋰離子二次電池。該鋰離子二次電池包括具有形成于陰極集電器表面的包括陰極活性材料和粘結(jié)劑的陰極復(fù)合層的陰極、包括陽(yáng)極活性材料的陽(yáng)極、在所述陰極和所述陽(yáng)極之間絕緣的隔膜、含鋰離子的電解質(zhì)。其中陰極活性材料用以下化學(xué)式(I)表示；導(dǎo)電劑包含平均粒徑為大于等于3μm且小于等于12μm的重量比大于等于1％的粒子；形成在陰極集電器表面的陰極復(fù)合層的厚度為每個(gè)表面小于等于50μm；陽(yáng)極的電極密度大于等于1.55g/cm3；陽(yáng)極的可嵌入/脫嵌的鋰容量A與陰極的可嵌入/脫嵌的鋰容量C的比值A(chǔ)/C被調(diào)整為1.8≤A/C≤2.2；LixMPO4(I)其中M是金屬原子，0＜x＜2。
文檔編號(hào)H01M4/13GK102598388SQ20108004916
公開日2012年7月18日 申請(qǐng)日期2010年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者東崎哲也, 星原悠司, 杉本敏規(guī), 石古惠理子 申請(qǐng)人:第一工業(yè)制藥株式會(huì)社