CN101203970A - 锂离子二次电池 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的是提高包含以镍或钴为主要成分的锂复合氧化物作为正极活性物质的锂离子二次电池的间歇循环性能。本发明涉及一种锂离子二次电池,其正极包含活性物质粒子,所述活性物质粒子包含锂复合氧化物,所述锂复合氧化物用通式(1):LixM1-yLyO2表示(其中0.85≤x≤1.25以及0≤y≤0.50,元素M是选自由Ni以及Co组成的组中的至少一种,元素L是选自由碱土类元素、过渡金属元素、稀土类元素、IIIb族元素以及IVb族元素组成的组中的至少一种),所述活性物质粒子的表层部包含元素Le,其为选自由Al、Mn、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W以及Y组成的组中的至少一种,所述活性物质粒子被用偶联剂进行了表面处理。

Description

锂离子二次电池
技术领域
本发明涉及寿命性能优良的锂离子二次电池。
背景技术
代表非水电解液二次电池的锂离子二次电池电动势高、能量密度高,因此其作为移动通信设备或便携电子设备的主要电源,需求在不断扩大。
在锂离子二次电池的开发中,提高锂离子二次电池的可靠性已经成为重要的技术课题。LixCoO2和LixNiO2(x随着电池的充放电而发生变化)等的锂复合氧化物在充电时含有反应性高的高价的Co4+和Ni4+。由此,在高温环境下,促进与锂复合氧化物相关的电解液的分解反应,在电池内部产生气体,从而无法获得良好的循环性能和高温保存性能。
目前已经提出了用偶联剂对正极活性物质的表面进行处理,从而抑制锂离子二次电池的活性物质与电解液的反应(专利文献1~3)。通过偶联剂,在活性物质粒子的表面形成稳定的覆盖膜,抑制与锂复合氧化物相关的电解液的分解反应。
还提出了从抑制活性物质与电解液的反应,提高循环性能和高温保存性能等的观点考虑,在正极活性物质中添加各种元素的方法(专利文献4~8)。
关于LixNiO2,耐水性的改善成为一个课题,因此已经提出了通过偶联剂将LixNiO2的表面疏水化,提高活性物质的稳定性的方法(专利文献9)。
专利文献1:特开平11-354104号公报
专利文献2:特开2002-367610号公报
专利文献3:特开平8-111243号公报
专利文献4:特开平11-16566号公报
专利文献5:特开2001-196063号公报
专利文献6:特开平7-176302号公报
专利文献7:特开平11-40154号公报
专利文献8:特开2004-111076号公报
专利文献9:特开2000-281354号公报
如上所述,抑制气体产生,改善循环性能和高温保存性能的方案已经有很多。但是,这些技术中,还存在以下的需要改善的方面。
大多数锂离子二次电池用于各种便携设备。各种便携设备通常在电池充电后并不立刻使用。电池长时间维持充电状态,然后进行放电的情况也较多。但是,实际情况是电池的循环寿命性能通常是在与这样的实际使用条件不同的条件下进行评价的。
例如,通常的循环寿命实验是在充电后的放置(或称为静置、休止)时间较短的条件(例如,放置时间为30分钟)下进行的。在这样的条件下进行评价时,通过以往提议的上述技术可在一定程度上实现循环寿命性能的提高。
但是,在设定实际的使用条件,重复进行间歇循环(将充电后的放置时间设定得较长的充放电循环)的情况下,对于循环寿命性能,则无法得到良好的结果。例如发现,在进行放置时间为720分钟的循环寿命实验时,根据上述任意一项技术,均无法得到良好的寿命性能。即,以往的锂离子二次电池存在需要改善间歇循环性能的课题。
发明内容
鉴于上述情况,本发明的目的是提高以含镍或钴的锂复合氧化物作为正极活性物质的锂离子二次电池的间歇循环性能。
即,本发明涉及一种锂离子二次电池,其具有可充放电的正极、可充放电的负极以及非水电解液,其中,所述正极包含活性物质粒子,该活性物质粒子包含锂复合氧化物,该锂复合氧化物用通式(1):LixM1-yLyO2表示,该通式(1)满足0.85≤x≤1.25以及0≤y≤0.50,元素M是选自由Ni以及Co组成的组中的至少一种,元素L是选自由碱土类元素、过渡金属元素、稀土类元素、IIIb族元素以及IVb族元素组成的组中的至少一种,所述活性物质粒子的表层部包含元素Le,其为选自由Al、Mn、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W以及Y组成的组中的至少一种,所述活性物质粒子被用偶联剂进行了表面处理。
在通式(1)中,0<y时,所述元素L优选包含选自由Al、Mn、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W以及Y组成的组中的至少一种作为必需元素。
表面处理的结果是,所述硅烷偶联剂优选形成了通过Si-O键与所述活性物质粒子的表面键合的硅化合物。
在本发明的一般的实施方式下,元素L和元素Le构成不同的晶体结构。例如,元素Le构成具有与锂复合氧化物不同的晶体结构的氧化物或者含锂氧化物。
相对于活性物质粒子,偶联剂的量优选为2重量%以下。
本发明中,可以使用各种硅烷偶联剂。硅烷偶联剂优选具有选自由烷氧基以及氯基组成的组中的至少一种,且具有选自由巯基、烷基以及氟基组成的组中的至少一种。
活性物质粒子的平均粒子直径优选为10μm以上。
从进一步提高间歇循环性能的观点来看,非水电解液优选包含选自由碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、磷腈以及氟苯组成的组中的至少一种。
根据本发明,在包含以镍或钴为主要成分的锂复合氧化物(Ni/Co类Li复合氧化物)作为正极活性物质的锂离子二次电池中,与以往相比可以提高间歇循环性能。能确保间歇循环性能的理由在目前只能以现象论来把握。
其中,只用偶联剂将含Ni/Co类Li复合氧化物的活性物质粒子进行表面处理,只能稍微提高间歇循环性能。此外,若仅在活性物质粒子的表层部中含有元素Le,则只能稍微提高间歇循环性能。
另外,通过各种实验确认,通过使在含Ni/Co类Li复合氧化物的活性物质粒子的表层部包含元素Le,并且用偶联剂将活性物质粒子的表面进行处理,可以极大地提高间歇循环性能。
据认为间歇循环性能的显著提高与抑制偶联剂的剥离相关。偶联剂与存在于活性物质粒子的表面的氧结合。据认为在元素Le不存在于活性物质粒子的表层部的情况下,在间歇循环中,与偶联剂结合的氧从活性物质表面脱离。结果偶联剂失去了抑制电解液的分解反应的功能。
另外,据认为在元素Le存在于活性物质粒子的表层部的情况下,氧的离解能量升高,从而氧难以从活性物质表面脱离。由此可以认为,抑制了在间歇循环中偶联剂从活性物质表面脱离,维持了偶联剂的功能。
目前难以对元素Le在活性物质粒子的表层部以怎样的形态存在进行分析。但是,可以通过各种方法确认,元素Le附载在Ni/Co类Li复合氧化物的表面的至少一部分上、和以具有与Ni/Co类Li复合氧化物不同的晶体结构的氧化物或含锂氧化物的状态存在。作为这样的方法,例如可以列举出通过EPMA(电子探针显微分析:Electron Probe Micro-Analysis)进行的元素分布图像(element mapping)、通过XPS(X射线光电子分光分析:X-rayPhotoelectron Spectroscopy)进行的化学键合状态的解析、通过SIMS(二次离子质谱:Secondary Ionization Mass Spectroscopy)进行的表面组成分析等。
附图说明
图1是本发明的实施例的圆筒形锂离子二次电池的纵剖面图。
具体实施方式
对本发明的正极进行说明。正极中包含以下的活性物质粒子。
活性物质粒子包含以镍或钴为主要成分的锂复合氧化物(Ni/Co类Li复合氧化物)。锂复合氧化物的形态没有特别的限定,包括例如以一次粒子的状态构成活性物质粒子的情况和以二次粒子的状态构成活性物质粒子的情况。也可以是多个活性物质粒子凝集而形成二次粒子。
活性物质粒子或Ni/Co类Li复合氧化物粒子的平均粒子直径没有特别的限定,例如优选为1-30μm,更优选为10-30μm。平均粒子直径例如可以通过MICRO TRUCK公司制的湿式激光衍射式粒度分布测定装置等进行测定。此时,可以将体积基准的50%值(中值:D50)作为平均粒子直径。
锂复合氧化物用通式(1):LixM1-yLyO2表示,通式(1)满足0.85≤x≤1.25以及0≤y≤0.50,元素M是选自由Ni以及Co组成的组中的至少一种。元素L是选自由碱土类元素、过渡金属元素、稀土类元素、IIIb族元素以及IVb族元素组成的组中的至少一种。元素L具有提高锂复合氧化物的热稳定性等的效果。
在所述通式(1)中,0<y时,锂复合氧化物中,作为元素L优选包含选自由Al、Mn、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W以及Y组成的组中的至少一种。在锂复合氧化物中作为元素L可以包含这些元素中的单独一种,也可以包含这些元素中的两种以上。其中,Al与氧的结合力强,因此优选作为元素L。此外,Mn、Ti以及Nb也是优选的。作为元素L也可以包含Ca、Sr、Si、Sn、B等,但是优选与Al、Mn、Ti、Nb等并用。
表示Li含量的x的范围根据电池充放电而发生增减。完全放电状态(初期状态)的x的范围为0.85≤x≤1.25即可,但是优选为0.93≤x≤1.1。
表示元素L的含量的y的范围为0≤y≤0.50即可,但是从容量、循环性能、热稳定性等的平衡的方面来考虑,优选为0<y≤0.50,更优选为0.001≤y≤0.35。
在元素L包含Al的情况下,相对于Ni、Co和元素L的总量,Al的原子比a优选为0.005≤a≤0.1,更优选为0.01≤a≤0.08。
在元素L包含Mn的情况下,相对于Ni、Co和元素L的总量,Mn的原子比b优选为0.005≤b≤0.5,更优选为0.01≤a≤0.35。
在元素L包含选自由Ti以及Nb组成的组中的至少一种的情况下,相对于Ni、Co和元素L的总量,Ti和/或Nb的原子比c优选为0.001≤c≤0.1,更优选为0.001≤c≤0.08。
用上述通式表示的锂复合氧化物可以通过在氧化气氛中将具有规定金属元素比的原料进行烧成来合成。原料包含锂、镍(和/或钴)以及元素L。原料包含各金属元素的氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、碳酸盐、硝酸盐、有机络合盐等。它们可以单独使用,也可以两种以上组合使用。
从使锂复合氧化物的合成容易进行的观点来看,原料优选具有包含多种金属元素的固溶体。包含多种金属元素的固溶体可以由氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、碳酸盐、硝酸盐、有机络合盐等的任意一种形成。例如,优选使用包含Ni和Co的固溶体、包含Ni和元素L的固溶体、包含Co和元素L的固溶体、包含Co、Ni和元素L的固溶体等。
原料的烧成温度和氧化气氛的氧分压依赖于原料的组成、量、合成装置等,但只要是本领域一般技术人员就能选择适宜的条件。
Li、Ni、Co以及元素L以外的元素以在工业原料中通常含有的范围的量作为杂质混入的情况也是有的,但是不会对本发明的效果产生大的影响。
本发明中的活性物质粒子的表层部包含元素Le。这里,元素Le为选自由Al、Mn、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W以及Y组成的组中的至少一种。活性物质粒子的表层部可以单独含有这些元素,也可以以任意组合含有这些元素中的多种元素。活性物质粒子的表层部也可以包含由其它的碱土类元素、过渡金属元素、稀土类元素、IIIb族元素以及IVb族元素等。
元素Le优选以氧化物或含锂氧化物的状态析出、附着或承载在锂复合氧化物的表面上。
固溶在锂复合氧化物中的元素L与包含在活性物质粒子的表层部中的元素Le可以含有、也可以不含有同种的元素。元素L与元素Le即使在包含同种的元素的情况下,由于它们的晶体结构不同,因此可以明确地区分。元素Le并非固溶在锂复合氧化物中,它在活性物质粒子的表层部中主要构成具有与锂复合氧化物不同的晶体结构的氧化物。元素L和元素Le可以通过以EPMA、XPS、SIMS为首的各种分析方法进行区分。
相对于活性物质粒子中包含的Ni、Co和元素L的总量,元素Le的原子比z的范围没有特别的限定,优选为0.001≤z≤0.05,特别优选为0.001≤z≤0.01。在z过小时,在间歇循环中,无法充分地得到抑制偶联剂剥离的效果。另外,z过大时,活性物质粒子的表层部成为电阻层,过电压变大,从而间歇循环性能降低。
也存在下述情况:表层部的元素Le扩散到锂复合氧化物中,与在活性物质粒子的内部相比,锂复合氧化物中的元素L的浓度在表层部附近变高。即,也存在表层部的元素Le变成构成锂复合氧化物的元素L的情况。
来自扩散到锂复合氧化物中的元素Le的元素L存在于表层部附近,据认为具有与元素Le类似的作用。但是,扩散到锂复合氧化物中的元素Le是微量的,即使将其忽略,也几乎不会影响本发明的效果。
构成活性物质粒子的锂复合氧化物可以是一次粒子,也可以是多个一次粒子凝集而成的二次粒子。此外,也可以是多个活性物质粒子凝集而形成二次粒子。
活性物质粒子的表层部中包含的元素Le的原料优选使用硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化物、氢氧化物、氧化物、醇盐等。它们可以单独使用,也可以两种以上组合使用。它们之中,从电池性能考虑,更优选为硫酸盐、硝酸盐、氯化物或醇盐。
活性物质粒子的表面用偶联剂进行表面处理。
偶联剂在分子内具有至少一个有机官能团和多个结合基。有机官能团具有各种烃骨架。结合基通过水解提供与金属原子直接键合的羟基(例如,Si-OH、Ti-OH、Al-OH)。硅烷偶联剂在分子内具有例如烷基、巯基丙基、三氯丙基等有机官能团、和通过水解提供硅醇基(Si-OH)的烷氧基和氯基等结合基。
这里,所谓的“由偶联剂进行的处理”是指使活性物质粒子或锂复合氧化物的表面存在的羟基(OH基)与偶联剂的结合基反应。例如,在结合基为烷氧基(OR基:R为烷基)的情况下,烷氧基和羟基之间进行脱醇反应。结合基为氯基(Cl基)的情况下,氯基和羟基之间进行脱氯化氢(HCl)反应。
由偶联剂进行的处理的有无可以通过活性物质粒子表面的X-O-Si键(X为活性物质粒子或锂复合氧化物的表面)、X-O-Ti键、X-O-Al键等的形成来确认。在锂复合氧化物包含作为元素L的Si、Ti、Al等的情况下,构成锂复合氧化物的Si、Ti以及Al与来自于偶联剂的Si、Ti以及Al结构不同,从而可以进行区分。
偶联剂例如可以使用硅烷偶联剂、铝酸酯类偶联剂、钛酸酯类偶联剂等。它们可以单独使用一种,也可以多种组合使用。其中,从可以用以硅氧烷键为骨架的无机聚合物覆盖活性物质的表面来抑制副反应的观点考虑,特别优选硅烷偶联剂。即,优选活性物质粒子由于进行了表面处理而附载有硅化合物。
考虑到与活性物质表面的羟基的反应性,硅烷偶联剂优选具有选自由烷氧基以及氯基组成的组中的至少一种作为结合基。而且,从抑制与电解液的副反应的观点考虑,硅烷偶联剂优选具有选自由巯基、烷基以及氟基组成的组中的至少一种。
活性物质粒子中添加的偶联剂的量相对于活性物质粒子优选为2重量%以下,更优选为0.05-1.5重量%。偶联剂的添加量超过2重量%时,活性物质的表面由对反应没有贡献的过剩的偶联剂覆盖,从而会降低循环性能。
然后,对正极的制备方法的一个例子进行说明。
(i)第一步
制备由通式(1):LixM1-yLyO2表示的锂复合氧化物。锂复合氧化物的制备方法没有特别的限定。例如,通过将具有规定的金属元素比的原料在氧化气氛中烧成来合成锂复合氧化物。烧成温度、氧化气氛中的氧分压等可以根据原料的组成、用量、合成装置等来适当地选择。
(ii)第二步
将元素Le(选自由Al、Mn、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W以及Y组成的组中的至少一种)的原料附载到上述制备的锂复合氧化物上。此时,锂复合氧化物的平均粒子直径没有特别的限定,但优选为1-30μm。通常,z值(相对于Ni、Co和元素L的总量的元素Le的原子比)可以由这里使用的原料中包含的元素Le相对于锂复合氧化物的量求出。
元素Le的原料可以使用含元素Le的硫酸盐、硝酸盐、碳酸盐、氯化物、氢氧化物、氧化物、醇盐等。它们可以单独使用,也可以两种以上混合使用。其中,从电池性能考虑,优选使用硫酸盐、硝酸盐、氯化物或醇盐。使锂复合氧化物附载元素Le的原料的方法没有特别的限定。例如,优选可以将元素Le的原料溶解或分散到液态成分中,配制成溶液或分散液,将其与锂复合氧化物混合之后,将液态成分除去。
使元素Le的原料溶解或分散的液态成分没有特别的限定,但优选为丙酮、甲乙酮(MEK)等酮类;四氢呋喃(THF)等醚类、乙醇等醇类;和其它的有机溶剂。也优选使用pH为10-14的碱水。
在所得到的溶液或分散液中加入锂复合氧化物,并进行搅拌时,液体中的温度没有特别的限定。但是,从作业性和制备成本的观点考虑,优选控制在20-40℃。搅拌时间没有特别的限定,但是搅拌例如3小时就足够了。液态成分的除去方法没有特别的限定,例如在100℃左右的温度下干燥2小时左右就足够了。
(iii)第三步
将表面附载有元素Le的锂复合氧化物在650-750℃下在氧气氛下烧成2-24小时,优选为6小时左右。此时,氧气氛的压力优选为101-50KPa。通过该烧成,元素Le变成具有与锂复合氧化物不同的晶体结构的氧化物。
(iv)第四步
用偶联剂对得到的活性物质粒子进行表面处理。表面处理的方法没有特别的限定。例如,只要在活性物质粒子中添加偶联剂即可。但是,从使偶联剂与活性物质粒子整体溶合的观点考虑,优选在正极合剂浆料中添加偶联剂。例如,将包含活性物质粒子、导电剂和粘合剂的正极合剂分散到液态成分中,配制成正极合剂浆料,其中添加偶联剂并搅拌。
使正极合剂分散的液态成分没有特别的限定,但是优选为丙酮、甲乙酮(MEK)等酮类;四氢呋喃(THF)等醚类、乙醇等醇类;N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)等。也可以优选pH为10-14的碱水。
在加入偶联剂之后,搅拌中的浆料的温度优选控制在20-40℃。搅拌时间没有特别的限定,例如搅拌15分钟就足够了。
将得到的正极合剂浆料涂布到正极芯材(正极集电体)上并干燥,从而得到包含经偶联剂表面处理后的活性物质粒子的正极。将浆料涂布到正极芯材上之后的干燥温度和时间没有特别限定,例如在100℃左右的温度下干燥10分钟左右就足够了。
正极合剂中包含的粘合剂可以使用热塑性树脂以及热固性树脂中的任意一种,但是优选使用热塑性树脂。作为这样的热塑性树脂,例如可以列举出聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物等。它们可以单独使用,也可以两种以上组合使用。它们也可以是通过钠离子等形成的交联体。
正极合剂中包含的导电材料可以是在电池内化学稳定的任何电子传导性材料。例如,可以使用天然石墨(鳞片状的石墨等)、人造石墨等石墨类;乙炔黑、科琴炭黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑等炭黑类;碳纤维、金属纤维等导电性纤维类;铝等金属粉末类;氧化锌、钛酸钾等导电性晶须类;氧化钛等导电性金属氧化物;聚亚苯基衍生物等有机导电性材料;氟化碳等。它们可以单独使用,也可以两种以上组合使用。导电材料的添加量没有特别的限定,但相对于正极合剂中包含的活性物质粒子,优选为1-50重量%,更优选为1-30重量%,特别优选为2-15重量%。
正极芯材(正极集电体)可以是在电池内化学稳定的任何电子传导体。例如,可以使用由铝、不锈钢、镍、钛、碳、导电性树脂等形成的箔或片。特别优选铝箔、铝合金箔等。在箔或片的表面上也可以设置碳或钛的层,或者形成氧化物层。箔或片的表面也可以设置凹凸。还可以使用网、冲压片、板条体、多孔质体、发泡体、纤维群成形体等。正极芯材的厚度没有特别的限定,例如为1-500μm的范围内。
下面,对本发明的锂离子二次电池的正极之外的结构要素进行说明。但是,本发明的锂离子二次电池在包含上述正极的方面上具有特点,对其它的结构要素没有特别的限定。因此,以下所述并不对本发明进行限定。
作为可以对锂进行充放电的负极,例如可以使用将包含负极活性物质和粘合剂、并包含作为任选成分的导电材料或增粘剂的负极合剂附载到负极芯材上而得到的负极。这样的负极可以按照与正极相同的方法来制作。
负极活性物质只要是能对锂在电化学上进行充放电的材料即可。例如,可以使用石墨类、难石墨化性碳材料、锂合金、金属氧化物等。锂合金特别优选包含选自由硅、锡、铝、锌以及镁组成的组中的至少一种的合金。作为金属氧化物优选为含硅氧化物、含锡氧化物,更优选与碳材料进行混合(或杂化:hybride)。负极活性物质的平均粒子直径没有特别的限定,优选为1-30μm。
负极合剂中包含的粘合剂可以使用热塑性树脂以及热固性树脂中的任意一种,但是优选使用热塑性树脂。作为这样的热塑性树脂,例如可以列举出聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、丁苯橡胶、四氟乙烯-六氟丙烯共聚物(FEP)、四氟乙烯-全氟烷基乙烯基醚共聚物(PFA)、偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物、偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物、乙烯-四氟乙烯共聚物(ETFE)、聚氯三氟乙烯(PCTFE)、偏二氟乙烯-五氟丙烯共聚物、丙烯-四氟乙烯共聚物、乙烯-氯三氟乙烯共聚物(ECTFE)、偏二氟乙烯-六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、偏二氟乙烯-全氟甲基乙烯基醚-四氟乙烯共聚物、乙烯-丙烯酸共聚物、乙烯-甲基丙烯酸共聚物、乙烯-丙烯酸甲酯共聚物、乙烯-甲基丙烯酸甲酯共聚物等。它们可以单独使用,也可以两种以上组合使用。它们也可以是通过钠离子等形成的交联体。
负极合剂中包含的导电材料可以是在电池内化学稳定的任何电子传导性材料。例如,可以使用天然石墨(鳞片状的石墨等)、人造石墨等石墨类;乙炔黑、科琴炭黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑等炭黑类;碳纤维、金属纤维等导电性纤维类;铜、镍等金属粉末类;聚亚苯基衍生物等有机导电性材料等。它们可以单独使用,也可以两种以上组合使用。导电材料的添加量没有特别的限定,但是,相对于负极合剂中包含的活性物质粒子,优选为1-30重量%,更优选为1-10重量%。
负极芯材(负极集电体)可以是在电池内化学稳定的任何电子传导体。可以使用例如由不锈钢、镍、铜、钛、碳、导电性树脂等形成的箔或片。特别优选铜和铜合金。在箔或片的表面上可以设置碳、钛或镍等的层,或者形成氧化物层。箔或片的表面也可以设置凹凸。还可以使用网、冲压片、板条体、多孔质体、发泡体、纤维群成形体等。负极芯材的厚度没有特别的限定,例如在1-500μm的范围内。
非水电解液中优选使用溶解有锂盐的非水溶剂。
作为非水溶剂,例如可以使用碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等环状碳酸酯类、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二丙酯(DPC)等链状碳酸酯类、甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯等脂肪族羧酸酯类、γ-丁内酯、γ-戊内酯等内酯类、1,2-二甲氧基乙烷(DME)、1,2-二乙氧基乙烷(DEE)、乙氧基甲氧基乙烷(EME)等链状醚类、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃等环状醚类、二甲基亚砜、1,3-二氧杂戊环、甲酰胺、乙酰胺、二甲基甲酰胺、二氧杂戊环、乙腈、丙腈、硝基甲烷、乙二醇二乙醚、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧杂戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑啉酮、3-甲基-2-恶唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、乙醚、1,3-丙磺酸内酯、苯甲醚、二甲基亚砜、N-甲基-2-吡咯烷酮。它们可以单独使用,也可以两种以上混合使用。其中,优选环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合溶剂、或者环状碳酸酯和链状碳酸酯和脂肪族碳酸酯的混合溶剂。
作为非水溶剂中溶解的锂盐例如可以列举出LiClO4、LiBF4、LiPF6、LiAlCl4、LiSbF6、LiSCN、LiCl、LiCF3SO3、LiCF3CO2、Li(CF3SO2)2、LiAsF6、LiN(CF3SO2)2、LiB10Cl10、低级脂肪族羧酸锂、LiCl、LiBr、LiI、氯硼烷锂、四苯基硼酸锂、酰亚胺锂盐等。它们可以单独使用,也可以两种以上组合使用,但是优选至少使用LiPF6
锂盐相对于非水溶剂的溶解量没有特别的限定,优选锂盐浓度为0.2-2mol/L,更优选为0.5-1.5mol/L。
非水电解液中,为了改善电池的充放电性能,可以添加各种添加剂。作为添加剂可以列举出磷酸三乙酯、三乙醇胺、环状醚、乙二胺、n-甘醇二甲醚、嘧啶、六磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、冠醚类、季铵盐、乙二醇二烷基醚等。
从提高间歇循环性能的观点考虑,非水电解液中优选添加选自由碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、磷腈以及氟苯组成的组中的至少一种。这些添加剂的含量适宜为非水电解液的0.5-10重量%。
在正极和负极之间需要介入隔膜。
隔膜优选使用具有较大的离子透过度、规定的机械强度以及绝缘性的微多孔性薄膜。微多孔性薄膜优选具有在一定温度以上时能将孔关闭,使电阻升高的功能。微多孔性薄膜的材质优选使用耐有机溶剂性优良且具有疏水性的聚丙烯、聚乙烯等的聚烯烃。隔膜也可以使用由玻璃纤维等制作的片、无纺布、织造布等。隔膜的孔径例如可以是0.01-1μm。隔膜的厚度通常为100-300μm。隔膜的孔隙率通常为30-80%。
也可以采用由非水电解液以及由保持该非水电解液的聚合物材料形成的聚合物电解质作为隔膜,使其与正极或负极一体化。聚合物材料只要是能保持非水电解液的材料即可,但是优选偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。
下面基于实施例对本发明具体地进行说明,但是本发明并不限于以下的实施例。
实施例1
《电池1A-2》
(1)锂复合氧化物的合成
以Ni原子、Co原子和Al原子的摩尔比达到80∶15∶5的方式混合硫酸镍、硫酸钴和硫酸铝。将3.2kg的该混合物溶解到10L的水中而得到原料溶液。在原料溶液中,加入400g的氢氧化钠,生成沉淀。将沉淀进行充分水洗,并使其干燥,得到共沉淀氢氧化物。
将784g的氢氧化锂混合到3kg的上述得到的Ni-Co-Al共沉淀氢氧化物中,在氧分压为0.5气压的气氛中,在750℃的合成温度下烧成10小时。结果得到作为元素L含有Al的Ni/Co类Li复合氧化物(LiNi0.8Co0.15Al0.05O2)。
(2)活性物质粒子的合成
<i>第一步
将氯化铌溶解在10L的乙醇中而得到溶液,将2kg合成的锂复合氧化物分散到该溶液中。相对于锂复合氧化物,使用的氯化铌的量为0.5mol%(即相对于Ni、Co和Al的总量为0.5mol%)。将分散有锂复合氧化物的乙醇溶液在25℃下搅拌3小时,然后将该溶液过滤,将固体成分在100℃下干燥2小时。结果得到表面附载有作为元素Le的铌(Nb)的锂复合氧化物。
<ii>第二步
将干燥后的粉末在300℃下在干燥空气气氛(湿度为19%、压力为101KPa)下预烧成6小时。
然后,将预烧成后的粉末在650℃下在100%氧气氛(压力为101KPa)下主烧成6小时。
最后,将主烧成后的粉末在400℃下在100%氧气氛(压力为101KPa)下退火4小时。
通过该烧成得到具有锂复合氧化物和含Nb的表层部的活性物质粒子。表层部中的Nb的存在可以通过XPS、EPMA、ICP发光分析等进行确认。即使在以下的实施例中,活性物质粒子中的元素Le的存在同样可以通过XPS、EPMA、ICP发光分析等进行确认。以下的实施例中,活性物质粒子的表层部中的元素Le的存在同样可以通过XPS、EPMA、ICP发光分析等进行确认。
(3)正极的制作
将1kg的上述得到的活性物质粒子(平均粒子直径为12μm)、0.5kg的吴羽化学株式会社制的PVDF#1320(固体成分为12重量%的N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)溶液)、40g的乙炔黑、10g的3-巯基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂:信越化学工业株式会社制的KBM-803)、以及适量的NMP在双腕式混合机中在30℃下搅拌30分钟,制成正极合剂浆料。将该浆料涂布到厚度为20μm的铝箔(正极芯材)的两面上,在120℃下干燥15分钟,然后压延成总厚度为160μm。然后,将得到的极板裁切成能够插入到圆筒型18650的电池壳中的宽度,得到正极。
(4)负极的制作
将人造石墨3kg、日本Zeon株式会社制的BM-400B(固体成分40重量%的改性丁苯橡胶的分散液)200g、羧甲基纤维素(CMC)50g以及适量的水一起用双腕式混合机搅拌,配制成负极合剂浆料。将该浆料涂布到厚度为12μm的铜箔(负极芯材)的两面上,进行干燥,并压延成总厚度为160μm。然后,将得到的极板裁切成能够插入到圆筒型18650的电池壳中的宽度,得到负极。
(5)非水电解液的配制
在碳酸亚乙酯和碳酸甲乙酯的体积比为10∶30的混合溶剂中加入2重量%的碳酸亚乙烯酯、2重量%的碳酸乙烯亚乙酯、5重量%的氟苯以及5重量%的磷腈。在得到的混合液中以1.5mol/L的浓度溶解LiPF6,得到非水电解液。
(6)电池的组装
如图1所示,在正极5和负极6之间介入隔膜7并卷绕,构成漩涡状的极板组。隔膜7使用聚乙烯和聚丙烯的复合薄膜(Celgard株式会社制2300,厚度为25μm)。
在正极5和负极6上分别安装镍制的正极引线5a以及负极引线6a。在该极板组的上面设置上部绝缘板8a,在下面设置下部绝缘板8b,然后插入电池壳1内,再将5g的非水电解液注入到电池壳1内。
然后,将在周围设置有绝缘垫圈3的封口板2与正极引线5a连通,用封口板2将电池壳1的开口部进行封口。这样,制成圆筒型18650锂离子二次电池。将其记作实施例1A-2。
《电池1A-1》
作为比较例,除了没有将作为元素Le的Nb附载在Ni/Co类Li复合氧化物上之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-1。
《电池1A-3》
除了将溶解在10L的乙醇中的氯化铌的量变更为相对于锂复合氧化物为1.0mol%(即相对于Ni、Co和Al的总量为1.0mol%)之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-3。
《电池1A-4》
使2kg的Ni/Co类Li复合氧化物分散到1L的pH值为13的氢氧化钠水溶液中来代替分散到氯化铌的乙醇溶液中。将相对于Ni/Co类Li复合氧化物为0.5mol%的硫酸锰(Mn)溶解到100g的蒸馏水中而得到水溶液,用10分钟将该水溶液滴加到上述得到的分散液中,然后在100℃下搅拌3小时。除了上述之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-4。
《电池1A-5》
除了将溶解在100g蒸馏水中的硫酸锰的量变更为相对于Ni/Co类Li复合氧化物为1.0mol%之外,与电池1A-4相同地制作电池1A-5。
《电池1A-6》
使2kg的Ni/Co类Li复合氧化物分散到1L的pH值为13的氢氧化钠水溶液中来代替分散到氯化铌的乙醇溶液中。将相对于Ni/Co类Li复合氧化物为0.5mol%的硝酸钛(Ti)溶解到100g的蒸馏水中而得到硝酸钛水溶液,用10分钟将该硝酸钛水溶液滴加到上述得到的分散液中,然后在100℃下搅拌3小时。除了上述之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-6。
《电池1A-7》
将溶解在100g蒸馏水中的硝酸钛的量变更为相对于Ni/Co类Li复合氧化物的1.0mol%之外,与电池1A-6相同地制作电池1A-7。
《电池1A-8》
使2kg的Ni/Co类Li复合氧化物分散到1L的pH值为13的氢氧化钠水溶液中来代替分散到氯化铌的乙醇溶液中。将相对于Ni/Co类Li复合氧化物的0.5mol%的乙酸镁(Mg)溶解到100g的蒸馏水中而得到乙酸镁水溶液,用10分钟将该乙酸镁水溶液滴加到上述得到的分散液中,然后在100℃下搅拌3小时。除了上述之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-8。
《电池1A-9》
将溶解在100g蒸馏水中的乙酸镁的量变更为相对于Ni/Co类Li复合氧化物的1.0mol%之外,与电池1A-8相同地制作电池1A-9。
《电池1A-10》
将相对于Ni/Co类Li复合氧化物的0.5mol%的四正丁氧基锆(Zr)溶解到10L的丁醇中。除了用所得到的溶液取代氯化铌的乙醇溶液之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-10。
《电池1A-11》
除了将溶解在10L的丁醇中的四正丁氧基锆的量变更为相对于Ni/Co类Li复合氧化物的1.0mol%之外,与电池1A-10相同地制作电池1A-11。
《电池1A-12》
将相对于Ni/Co类Li复合氧化物的0.5mol%的三异丙氧基铝(Al)溶解到10L的异丙醇中。除了用所得到的溶液取代氯化铌的乙醇溶液之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-12。
《电池1A-13》
除了将溶解在10L的异丙醇中的三异丙氧基铝的量变更为相对于Ni/Co类Li复合氧化物的1.0mol%之外,与电池1A-12相同地制作电池1A-13。
《电池1A-14》
使2kg的Ni/Co类Li复合氧化物分散到1L的pH值为13的氢氧化钠水溶液中来代替分散到氯化铌的乙醇溶液中。将相对于Ni/Co类Li复合氧化物的0.5mol%的钼(Mo)酸二钠二水合物溶解到100g的蒸馏水中得到水溶液,用10分钟将该水溶液滴加到上述得到的分散液中,然后在100℃下搅拌3小时。除了上述之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-14。
《电池1A-15》
除了将溶解在100g蒸馏水中的钼酸二钠二水合物的量变更为相对于Ni/Co类Li复合氧化物的1.0mol%之外,与电池1A-14相同地制作电池1A-15。
《电池1A-16》
使2kg的Ni/Co类Li复合氧化物分散到1L的pH值为13的氢氧化钠水溶液中来代替分散到氯化铌的乙醇溶液中。将相对于Ni/Co类Li复合氧化物为0.5mol%的钨(W)酸钠溶解到100g的蒸馏水中而得到水溶液,用10分钟将该水溶液滴加到上述得到的分散液中,然后在100℃下搅拌3小时。除了上述之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-16。
《电池1A-17》
除了将溶解在100g蒸馏水中的钨酸钠的量变更为相对于Ni/Co类Li复合氧化物的1.0mol%之外,与电池1A-16相同地制作电池1A-17。
《电池1A-18》
使2kg的Ni/Co类Li复合氧化物分散到1L的pH值为13的氢氧化钠水溶液中来代替分散到氯化铌的乙醇溶液中。将相对于Ni/Co类Li复合氧化物为0.5mol%的硝酸钇(Y)溶解到100g的蒸馏水中而得到水溶液,用10分钟将该水溶液滴加到上述得到的分散液中,然后在100℃下搅拌3小时。除了上述之外,与电池1A-2相同地制作电池1A-18。
《电池1A-19》
除了将溶解在100g蒸馏水中的硝酸钇的量变更为相对于Ni/Co类Li复合氧化物的1.0mol%之外,与电池1A-18相同地制作电池1A-19。
《电池1A-21》
除了将在正极合剂浆料中添加的3-巯基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂)的量变更为相对于每1kg活性物质粒子为25g之外,与电池1A-1相同地制作电池1A-21。
《电池1A-22~1A-39》
将在正极合剂浆料中添加的3-巯基丙基三甲氧基硅烷(硅烷偶联剂)的量变更为相对于每1kg活性物质粒子为25g之外,与电池1A-2~1A-19相同地制作电池1A-22~1A-39。
[评价1]
(间歇循环性能)
对各电池进行2次活化的充放电,然后,在40℃环境下保存2天。然后重复对各电池进行如下的2种模式的循环。其中,电池的设计容量为1CmAh。
第一模式(通常的循环实验)
(1)恒流充电(45℃):0.7CmA(终止电压为4.2V)
(2)恒压充电(45℃):4.2V(终止电流为0.05CmA)
(3)充电后放置(45℃):30分钟
(4)恒流放电(45℃):1CmA(终止电压为3V)
(5)放电后放置(45℃):30分钟
第二模式(间歇循环实验)
(1)恒流充电(45℃):0.7CmA(终止电压为4.2V)
(2)恒压充电(45℃):4.2V(终止电流为0.05CmA)
(3)充电后放置(45℃):720分钟
(4)恒流放电(45℃):1CmA(终止电压为3V)
(5)放电后放置(45℃):720分钟
由第一以及第二模式得到的500次循环后的放电容量如表1A所示。
[表1A]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Al0.05O2
电池No 偶联剂 元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  1A   1   3-巯基丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2182   720
  2   Nb   0.5   2180   2100
  3   1.0   2005   1992
  4   Mn   0.5   2185   2105
  5   1.0   2002   1990
  6   Ti   0.5   2182   2100
  7   1.0   2004   1994
  8   Mg   0.5   2184   2110
  9   1.0   2005   1992
  10   Zr   0.5   2185   2105
  11   1.0   2002   1994
  12   Al   0.5   2180   2107
  13   1.0   2005   1995
  14   Mo   0.5   2180   2108
  15   1.0   2004   1992
  16   W   0.5   2180   2109
  17   1.0   2000   1990
  18 Y   0.5   2182   2110
  19   1.0   2005   1992
21   2.5   无   -   1900   700
  22   Nb   0.5   1900   1805
  23   1.0   1805   1700
  24   Mn   0.5   1905   1802
  25   1.0   1800   1702
  26   Ti   0.5   1902   1804
  27   1.0   1802   1705
  28   Mg   0.5   1905   1805
  29   1.0   1805   1700
  30   Zr   0.5   1904   1800
  31   1.0   1804   1705
  32   Al   0.5   1902   1802
  33   1.0   1802   1702
  34   Mo   0.5   1905   1803
  35   1.0   1804   1700
  36   W   0.5   1904   1804
  37   1.0   1805   1702
  38   Y   0.5   1902   1805
  39   1.0   1802   1705
《电池1B-1~1B-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成己基三甲氧基硅烷之外,与电池1A-1~1A-39相同地分别制作电池1B-1~1B-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表1B所示。
[表1B]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Al0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  1B   1   己基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2180   802
  2   Nb   0.5   2175   2110
  3   1.0   2002   1990
  4   Mn   0.5   2174   2108
  5   1.0   2002   1985
  6   Ti   0.5   2176   2105
  7   1.0   2000   1992
  8   Mg   0.5   2177   2108
  9   1.0   2000   1990
  10   Zr   0.5   2177   2107
  11   1.0   2004   1990
  12   Al   0.5   2175   2108
  13   1.0   2003   1985
  14   Mo   0.5   2178   2109
  15   1.0   2000   1992
  16   W   0.5   2177   2110
  17   1.0   2002   1990
  18   Y   0.5   2175   2110
  19   1.0   2004   1992
21   2.5   无   -   1905   702
  22   Nb   0.5   1902   1800
  23   1.0   1800   1705
  24   Mn   0.5   1900   1800
  25   1.0   1802   1702
  26   Ti   0.5   1902   1802
  27   1.0   1800   1704
  28   Mg   0.5   1900   1802
  29   1.0   1802   1702
  30   Zr   0.5   1902   1802
  31   1.0   1805   1700
  32   Al   0.5   1905   1805
  33   1.0   1804   1700
  34   Mo   0.5   1902   1805
  35   1.0   1804   1702
  36   W   0.5   1900   1802
  37   1.0   1802   1704
  38   Y   0.5   1900   1802
  39   1.0   1800   1700
《电池1C-1~1C-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷之外,与电池1A-1~1A-39相同地分别制作电池1C-1~1C-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表1C所示。
[表1C]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Al0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  1C   1   3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2180   805
  2   Nb   0.5   2182   2102
  3   1.0   2005   1992
  4   Mn   0.5   2180   2105
  5   1.0   2000   1990
  6   Ti   0.5   2185   2100
  7   1.0   2002   1991
  8 Mg   0.5   2184   2100
  9   1.0   2002   1994
  10   Zr   0.5   2180   2105
  11   1.0   2004   1995
  12   Al   0.5   2182   2105
  13   1.0   2005   1992
  14   Mo   0.5   2180   2102
  15   1.0   2005   1992
  16   W   0.5   2180   2104
  17   1.0   2004   1995
  18   Y   0.5   2182   2105
  19   1.0   2002   1994
21   2.5   无   -   1902   700
  22 Nb   0.5   1900   1810
  23   1.0   1802   1700
  24   Mn   0.5   1905   1812
  25   1.0   1800   1705
  26   Ti   0.5   1902   1815
  27   1.0   1805   1702
  28   Mg   0.5   1904   1812
  29   1.0   1804   1700
  30   Zr   0.5   1900   1810
  31   1.0   1804   1700
  32   Al   0.5   1901   1810
  33   1.0   1802   1700
  34   Mo   0.5   1901   1810
  35   1.0   1802   1702
  36   W   0.5   1900   1812
  37   1.0   1802   1700
  38   Y   0.5   1900   1815
  39   1.0   1800   1700
《电池1D-1~1D-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷之外,与电池1A-1~1A-39相同地分别制作电池1D-1~1D-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表1D所示。
[表1D]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Al0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  1D   1   3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2178   705
  2   Nb   0.5   2179   2097
  3   1.0   1997   1987
  4   Mn   0.5   2180   2099
  5   1.0   1995   1988
  6   Ti   0.5   2177   2098
  7   1.0   1995   1985
  8   Mg   0.5   2178   2099
  9   1.0   1992   1984
  10   Zr   0.5   2177   2097
  11   1.0   1992   1987
  12   Al   0.5   2177   2097
  13   1.0   1995   1985
  14   Mo   0.5   2178   2097
  15   1.0   1995   1988
  16   W   0.5   2177   2097
  17   1.0   1997   1988
  18   Y   0.5   2178   2097
  19   1.0   1997   1989
21   2.5   无   -   1902   699
  22   Nb   0.5   1900   1810
  23   1.0   1802   1700
  24   Mn   0.5   1905   1812
  25   1.0   1800   1705
  26   Ti   0.5   1902   1815
  27   1.0   1805   1702
  28   Mg   0.5   1904   1812
  29   1.0   1804   1700
  30   Zr   0.5   1900   1810
  31   1.0   1804   1700
  32   Al   0.5   1901   1810
  33   1.0   1802   1700
  34   Mo   0.5   1901   1810
  35   1.0   1802   1702
  36   W   0.5   1900   1812
  37   1.0   1802   1700
  38   Y   0.5   1900   1815
  39   1.0   1800   1700
《电池1E-1~1E-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基三氯硅烷之外,与电池1A-1~1A-39相同地分别制作电池1E-1~1E-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表1E所示。
[表1E]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Al0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  1E   1   3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基三氯硅烷   1.0   无   -   2181   812
  2 Nb   0.5   2182   2105
  3   1.0   2002   1995
4 Mn   0.5   2180   2102
  5   1.0   2000   1992
6 Ti   0.5   2180   2100
  7   1.0   2002   1990
8 Mg   0.5   2182   2105
  9   1.0   2004   1990
10 Zr   0.5   2185   2102
  11   1.0   2002   1989
12 Al   0.5   2180   2102
  13   1.0   2004   1988
  14 Mo   0.5   2185   2100
  15   1.0   2005   1988
  16 W   0.5   2184   2100
  17   1.0   2004   1988
  18 Y   0.5   2184   2100
  19   1.0   2005   1988
  21   2.5   无   -   1905   711
22 Nb   0.5   1902   1800
  23   1.0   1800   1702
  24   Mn   0.5   1900   1802
  25   1.0   1802   1700
  26   Ti   0.5   1902   1800
  27   1.0   1805   1700
  28 Mg   0.5   1905   1800
  29   1.0   1804   1702
  30   Zr   0.5   1902   1800
  31   1.0   1804   1702
  32   Al   0.5   1900   1800
  33   1.0   1804   1702
  34   Mo   0.5   1900   1802
  35   1.0   1805   1700
  36 W   0.5   1900   1802
  37   1.0   1805   1700
  38   Y   0.5   1902   1802
  39   1.0   1805   1700
《电池1F-1~1F-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成6-三乙氧基甲硅烷基-2-降冰片烯之外,与电池1A-1~1A-39相同地分别制作电池1F-1~1F-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表1F所示。
[表1F]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Al0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  1F   1   6-三乙氧基甲硅烷基-2-降冰片烯   1.0   无   -   2190   807
  2   Nb   0.5   2185   2105
  3   1.0   2008   1998
  4   Mn   0.5   2184   2105
  5   1.0   2004   1997
  6   Ti   0.5   2184   2104
  7   1.0   2004   1999
  8 Mg   0.5   2185   2105
  9   1.0   2005   1997
  10   Zr   0.5   2187   2107
  11   1.0   2007   1998
  12 Al   0.5   2187   2107
  13   1.0   2008   1997
  14 Mo   0.5   2188   2108
  15   1.0   2004   1998
  16 W   0.5   2188   2108
  17   1.0   2005   1999
18 Y   0.5   2187   2108
  19   1.0   2007   1999
21   2.5   无   -   1907   701
  22   Nb   0.5   1910   1808
  23   1.0   1812   1705
  24   Mn   0.5   1908   1807
  25   1.0   1810   1704
  26   Ti   0.5   1907   1807
  27   1.0   1815   1700
  28   Mg   0.5   1908   1805
  29   1.0   1814   1702
  30   Zr   0.5   1909   1807
  31   1.0   1812   1705
  32 Al   0.5   1907   1809
  33   1.0   1810   1704
  34   Mo   0.5   1908   1807
  35   1.0   1815   1705
  36   W   0.5   1909   1808
  37   1.0   1814   1705
  38   Y   0.5   1912   1808
  39   1.0   1815   1704
《电池1R-1~1R-19》
作为比较例,除了未使用硅烷偶联剂之外,与电池1A-1~1A-19相同地分别制作电池1R-1~1R-19,并相同地评价间歇循环性能。结果如表1R所示。
[表1R]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Al0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  1R   1   无   -   无   -   2180   870
  2   Nb   0.5   2180   900
  3   1.0   2005   810
  4   Mn   0.5   2182   902
  5   1.0   2004   815
  6   Ti   0.5   2184   905
  7   1.0   2005   815
  8   Mg   0.5   2182   904
  9   1.0   2004   800
  10   Zr   0.5   2185   905
  11   1.0   2002   815
  12   Al   0.5   2184   904
  13   1.0   2000   812
  14   Mo   0.5   2185   902
  15   1.0   2002   815
  16   W   0.5   2185   902
  17   1.0   2010   812
  18   Y   0.5   2185   900
  19   1.0   2005   810
实施例2
以Ni原子、Co原子和Al原子的摩尔比达到34∶33∶33的方式混合硫酸镍、硫酸钴和硫酸铝。将3.2kg的该混合物溶解到10L的水中而得到原料溶液。在原料溶液中,加入400g的氢氧化钠,生成沉淀。将沉淀进行充分水洗,并使其干燥,得到共沉淀氢氧化物。
将784g的氢氧化锂混合到3kg的上述得到的Ni-Co-Al共沉淀氢氧化物中,在氧分压为0.5气压的气氛中,在750℃的合成温度下烧成10小时。结果得到含有作为元素L的Al的Ni/Co类Li复合氧化物(LiNi0.34Co0.33Al0.33O2)。
除了使用上述得到的Ni/Co类Li复合氧化物之外,与实施例1的电池1A-1~1A-39相同,使用3-巯基丙基三甲氧基硅烷,分别制作电池2A-1~2A-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表2A所示。
[表2A]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Al0.33O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  2A   1 3-巯基丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1920   802
  2 Nb   0.5   1912   1855
  3   1.0   1840   1785
  4   Mn   0.5   1915   1858
  5   1.0   1847   1792
  6   Ti   0.5   1914   1876
  7   1.0   1845   1808
  8 Mg   0.5   1915   1877
  9   1.0   1840   1803
  10   Zr   0.5   1911   1873
  11   1.0   1845   1799
  12   Al   0.5   1915   1867
  13   1.0   1844   1798
  14   Mo   0.5   1912   1864
  15   1.0   1846   1791
  16   W   0.5   1911   1854
  17   1.0   1844   1789
  18 Y   0.5   1910   1853
  19   1.0   1845   1790
  21   2.5   无   -   1910   700
  22   Nb   0.5   1915   1877
  23   1.0   1847   1810
  24   Mn   0.5   1917   1879
  25   1.0   1840   1803
  26   Ti   0.5   1915   1867
  27   1.0   1842   1796
  28   Mg   0.5   1917   1869
  29   1.0   1844   1798
  30   Zr   0.5   1918   1870
  31   1.0   1847   1792
  32   Al   0.5   1915   1858
  33   1.0   1842   1787
  34   Mo   0.5   1912   1855
  35   1.0   1847   1792
  36   W   0.5   1911   1873
  37   1.0   1845   1808
  38   Y   0.5   1910   1872
  39   1.0   1840   1803
《电池2B-1~2B-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成己基三甲氧基硅烷之外,与电池2A-1~2A-39相同地分别制作电池2B-1~2B-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表2B所示。
[表2B]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Al0.33O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  2B   1   己基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1910   805
  2   Nb   0.5   1911   1873
  3   1.0   1850   1813
  4   Mn   0.5   1912   1874
  5   1.0   1855   1809
  6   Ti   0.5   1915   1867
  7   1.0   1854   1808
  8 Mg   0.5   1920   1872
  9   1.0   1852   1796
  10   Zr   0.5   1918   1860
  11   1.0   1857   1801
  12   Al   0.5   1917   1859
  13   1.0   1852   1796
  14   Mo   0.5   1915   1877
  15   1.0   1848   1811
  16   W   0.5   1910   1872
  17   1.0   1846   1809
  18   Y   0.5   1910   1853
  19   1.0   1844   1789
21   2.5   无   -   1900   700
  22   Nb   0.5   1912   1864
  23   1.0   1845   1799
  24   Mn   0.5   1917   1869
  25   1.0   1844   1798
  26   Ti   0.5   1915   1867
  27   1.0   1840   1803
  28 Mg   0.5   1910   1872
  29   1.0   1844   1807
  30   Zr   0.5   1912   1874
  31   1.0   1845   1808
  32   Al   0.5   1917   1869
  33   1.0   1840   1794
  34   Mo   0.5   1911   1863
  35   1.0   1848   1802
  36 W   0.5   1918   1860
  37   1.0   1842   1787
  38   Y   0.5   1919   1861
  39   1.0   1840   1785
《电池2C-1~2C-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷之外,与电池2A-1~2A-39相同地分别制作电池2C-1~2C-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表2C所示。
[表2C]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Al0.33O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  2C   1   3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1920   807
  2   Nb   0.5   1915   1877
  3   1.0   1840   1803
  4   Mn   0.5   1900   1862
  5   1.0   1850   1795
  6   Ti   0.5   1910   1853
  7   1.0   1845   1790
  8   Mg   0.5   1920   1862
  9   1.0   1844   1789
  10   Zr   0.5   1915   1858
  11   1.0   1842   1787
  12   Al   0.5   1917   1859
  13   1.0   1846   1800
  14   Mo   0.5   1916   1868
  15   1.0   1841   1795
  16   W   0.5   1918   1870
  17   1.0   1840   1794
  18   Y   0.5   1920   1882
  19   1.0   1845   1808
  21   2.5   无   -   1911   698
22 Nb   0.5   1915   1877
  23   1.0   1845   1790
  24   Mn   0.5   1917   1859
  25   1.0   1840   1785
  26   Ti   0.5   1911   1854
  27   1.0   1842   1796
  28   Mg   0.5   1925   1877
  29   1.0   1844   1798
  30   Zr   0.5   1915   1867
  31   1.0   1843   1788
  32   Al   0.5   1920   1862
  33   1.0   1845   1790
  34   Mo   0.5   1917   1859
  35   1.0   1844   1807
  36   W   0.5   1910   1872
  37   1.0   1840   1803
  38   Y   0.5   1912   1874
  39   1.0   1840   1803
《电池2R-1~2R-19》
作为比较例,除了未使用硅烷偶联剂之外,与电池2A-1~2A-19相同地分别制作电池2R-1~2R-19,并相同地评价间歇循环性能。结果如表2R所示。
[表2R]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Al0.33O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  2R   1   无   -   无   -   1915   712
  2   Nb   0.5   1911   700
  3   1.0   1870   675
  4   Mn   0.5   1915   702
  5   1.0   1872   677
  6   Ti   0.5   1917   704
  7   1.0   1872   678
  8   Mg   0.5   1917   704
  9   1.0   1870   679
  10 Zr   0.5   1910   702
  11   1.0   1877   674
  12   Al   0.5   1912   701
  13   1.0   1B74   670
  14   Mo   0.5   1911   708
  15   1.0   1872   672
  16   W   0.5   1915   701
  17   1.0   1871   674
  18   Y   0.5   1917   701
  19   1.0   1871   671
实施例3
《电池3A-1~3A-39》
以Ni原子、Co原子和Ti原子的摩尔比达到80∶15∶5的方式混合硫酸镍、硫酸钴和硫酸钛。将3.2kg的该混合物溶解到10L的水中而得到原料溶液。在原料溶液中,加入400g的氢氧化钠,生成沉淀。将沉淀进行充分水洗,并使其干燥,得到共沉淀氢氧化物。
将784g的氢氧化锂混合到3kg的上述得到的Ni-Co-Ti共沉淀氢氧化物中,在氧分压为0.5气压的气氛中,在750℃的合成温度下烧成10小时。结果得到含有作为元素L的Ti的Ni/Co类Li复合氧化物(LiNi0.8Co0.15Ti0.05O2)。
除了使用上述所得到的Ni/Co类Li复合氧化物之外,与实施例1的电池1A-1~1A-39相同,使用3-巯基丙基三甲氧基硅烷,分别制作电池3A-1~3A-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表3A所示。
[表3A]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Ti0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  3A   1   3-巯基丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2182   812
  2 Nb   0.5   2175   2090
  3   1.0   1999   1990
  4 Mn   0.5   2175   2095
  5   1.0   2000   1991
  6   Ti   0.5   2174   2092
  7   1.0   2002   1990
  8 Mg   0.5   2172   2095
  9   1.0   2005   1991
  10 Zr   0.5   2170   2094
  11   1.0   2004   1992
  12   Al   0.5   2175   2095
  13   1.0   2000   1995
  14   Mo   0.5   2174   2090
  15   1.0   2004   1994
  16   W   0.5   2175   2095
  17   1.0   2005   1995
  18   Y   0.5   2170   2090
  19   1.0   2000   1995
21   2.5   无   -   1900   689
  22 Nb   0.5   1905   1800
  23   1.0   1800   1720
  24   Mn   0.5   1900   1805
  25   1.0   1802   1722
  26   Ti   0.5   1900   1804
  27   1.0   1802   1720
  28 Mg   0.5   1905   1806
  29   1.0   1802   1727
  30   Zr   0.5   1905   1807
  31   1.0   1800   1727
  32   Al   0.5   1904   1807
  33   1.0   1800   1720
  34   Mo   0.5   1904   1807
  35   1.0   1802   1727
  36   W   0.5   1900   1808
  37   1.0   1805   1728
  38   Y   0.5   1900   1800
  39   1.0   1800   1720
《电池3B-1~3B-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成己基三甲氧基硅烷之外,与电池3A-1~3A-39相同地分别制作电池3B-1~3B-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表3B所示。
[表3B]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Ti0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  3B   1 己基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2180   811
  2   Nb   0.5   2175   2080
  3   1.0   2000   1980
  4   Mn   0.5   2175   2079
  5   1.0   2000   1979
  6   Ti   0.5   2174   2078
  7   1.0   2002   1980
  8   Mg   0.5   2174   2080
  9   1.0   2000   1977
  10   Zr   0.5   2170   2080
  11   1.0   2002   1977
  12   Al   0.5   2171   2079
  13   1.0   2004   1977
  14   Mo   0.5   2172   2077
  15   1.0   2002   1987
  16   W   0.5   2172   2077
  17   1.0   2000   1987
  18 Y   0.5   2170   2079
  19   1.0   2000   1987
21   2.5   无   -   1900   698
  22   Nb   0.5   1890   1805
  23   1.0   1800   1700
  24   Mn   0.5   1891   1802
  25   1.0   1799   1700
  26   Ti   0.5   1890   1803
  27   1.0   1797   1702
  28   Mg   0.5   1891   1804
  29   1.0   1799   1705
  30   Zr   0.5   1889   1805
  31   1.0   1799   1704
  32   Al   0.5   1889   1805
  33   1.0   1800   1702
  34   Mo   0.5   1892   1805
  35   1.0   1800   1702
  36   W   0.5   1890   1805
  37   1.0   1800   1703
  38   Y   0.5   1890   1805
  39   1.0   1800   1705
《电池3C-1~3C-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷之外,与电池3A-1~3A-39相同地分别制作电池3C-1~3C-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表3C所示。
[表3C]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Ti0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  3C   1   3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2180   800
  2   Nb   0.5   2185   2050
  3   1.0   2000   1980
  4   Mn   0.5   2184   2048
  5   1.0   2000   1982
  6   Ti   0.5   2185   2050
  7   1.0   1999   1982
  8   Mg   0.5   2185   2052
  9   1.0   1998   1984
  10   Zr   0.5   2180   2049
  11   1.0   1997   1980
  12   Al   0.5   2185   2048
  13   1.0   2000   1984
  14   Mo   0.5   2180   2050
  15   1.0   2000   1985
  16   W   0.5   2180   2050
  17   1.0   2001   1980
  18   Y   0.5   2180   2052
  19   1.0   1999   1980
21   2.5   无   -   1900   705
  22   Nb   0.5   1905   1810
  23   1.0   1810   1710
  24   Mn   0.5   1900   1808
  25   1.0   1815   1711
  26   Ti   0.5   1905   1804
  27   1.0   1810   1710
  28   Mg   0.5   1900   1805
  29   1.0   1810   1710
  30   Zr   0.5   1900   1807
  31   1.0   1814   1711
  32   Al   0.5   1905   1801
  33   1.0   1812   1710
  34   Mo   0.5   1905   1800
  35   1.0   1813   1711
  36   W   0.5   1905   1805
  37   1.0   1814   1711
  38   Y   0.5   1905   1810
  39   1.0   1815   1711
《电池3D-1~3D-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷之外,与电池3A-1~3A-39相同地分别制作电池3D-1~3D-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表3D所示。
[表3D]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Ti0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
3D   1   3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2180   709
  2   Nb   0.5   2180   2105
  3   1.0   2005   1990
  4   Mn   0.5   2178   2100
  5   1.0   2002   1991
  6   Ti   0.5   2179   2105
  7   1.0   2005   1990
  8   Mg   0.5   2178   2105
  9   1.0   2000   1995
  10   Zr   0.5   2177   2100
  11   1.0   2000   1995
  12   Al   0.5   2179   2100
  13   1.0   2005   1992
  14   Mo   0.5   2178   2103
  15   1.0   2005   1995
  16   W   0.5   2177   2103
  17   1.0   2002   1990
  18   Y   0.5   2177   2103
  19   1.0   2002   1990
  21   2.5   无   -   1900   701
  22   Nb   0.5   1902   1800
  23   1.0   1804   1717
  24   Mn   0.5   1900   1802
  25   1.0   1800   1715
  26   Ti   0.5   1900   1804
  27   1.0   1802   1712
  28   Mg   0.5   1905   1805
  29   1.0   1800   1714
  30   Zr   0.5   1905   1800
  31   1.0   1804   1713
  32   Al   0.5   1904   1802
  33   1.0   1804   1713
  34   Mo   0.5   1904   1805
  35   1.0   1805   1717
  36   W   0.5   1900   1805
  37   1.0   1805   1717
  38   Y   0.5   1905   1805
  39   1.0   1804   1717
《电池3E-1~3E-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基三氯硅烷之外,与电池3A-1~3A-39相同地分别制作电池3E-1~3E-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表3E所示。
[表3E]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Ti0.05O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  3E   1   3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基三氯硅烷   1.0   无   -   2190   817
  2   Nb   0.5   2185   2105
  3   1.0   2008   1998
  4   Mn   0.5   2184   2105
  5   1.0   2004   1997
  6   Ti   0.5   2184   2104
  7   1.0   2004   1999
  8   Mg   0.5   2185   2105
  9   1.0   2005   1997
  10   Zr   0.5   2187   2107
  11   1.0   2007   1998
  12   Al   0.5   2187   2107
  13   1.0   2008   1997
  14   Mo   0.5   2188   2108
  15   1.0   2004   1998
  16   W   0.5   2188   2108
  17   1.0   2005   1999
  18   Y   0.5   2187   2108
  19   1.0   2007   1999
21   2.5   无   -   1910   704
  22   Nb   0.5   1910   1808
  23   1.0   1812   1705
  24   Mn   0.5   1908   1807
  25   1.0   1810   1704
  26   Ti   0.5   1907   1807
  27   1.0   1815   1700
  28 Mg   0.5   1908   1805
  29   1.0   1814   1702
  30   Zr   0.5   1909   1807
  31   1.0   1812   1705
  32   Al   0.5   1907   1809
  33   1.0   1810   1704
  34   Mo   0.5   1908   1807
  35   1.0   1815   1705
  36   W   0.5   1909   1808
  37   1.0   1814   1705
  38   Y   0.5   1912   1808
  39   1.0   1815   1704
《电池3F-1~3F-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成6-三乙氧基甲硅烷基-2-降冰片烯之外,与电池3A-1~3A-39相同地分别制作电池3F-1~3F-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表3F所示。
[表3F]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Ti0.05O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  3F   1   6-三乙氧基甲硅烷基-2-降冰片烯   1.0   无   -   2190   822
  2   Nb   0.5   2185   2105
  3   1.0   2008   1998
  4   Mn   0.5   2184   2105
  5   1.0   2004   1997
  6   Ti   0.5   2184   2104
  7   1.0   2004   1999
  8   Mg   0.5   2185   2105
  9   1.0   2005   1997
  10   Zr   0.5   2187   2107
  11   1.0   2007   1998
  12   Al   0.5   2187   2107
  13   1.0   2008   1997
  14   Mo   0.5   2188   2108
  15   1.0   2004   1998
  16   W   0.5   2188   2108
  17   1.0   2005   1999
  18 Y   0.5   2187   2108
  19   1.0   2007   1999
21   2.5   无   -   1911   702
  22   Nb   0.5   1910   1808
  23   1.0   1812   1705
  24   Mn   0.5   1908   1807
  25   1.0   1810   1704
  26   Ti   0.5   1907   1807
  27   1.0   1815   1700
  28   Mg   0.5   1908   1805
  29   1.0   1814   1702
  30   Zr   0.5   1909   1807
  31   1.0   1812   1705
  32   Al   0.5   1907   1809
  33   1.0   1810   1704
  34   Mo   0.5   1908   1807
  35   1.0   1815   1705
  36   W   0.5   1909   1808
  37   1.0   1814   1705
  38   Y   0.5   1912   1808
  39   1.0   1815   1704
《电池3R-1~3R-19》
作为比较例,除了未使用硅烷偶联剂之外,与电池3A-1~3A-19相同地分别制作电池3R-1~3R-19,并相同地评价间歇循环性能。结果如表3R所示。
[表3R]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Ti0.05O2
  电池No   偶联剂   元素Le 间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  3R   1   无   -   无   -   2190   897
  2   Nb   0.5   2184   900
  3   1.0   2000   810
  4   Mn   0.5   2187   905
  5   1.0   2002   815
  6   Ti   0.5   2187   904
  7   1.0   2003   812
  8   Mg   0.5   2180   904
  9   1.0   2003   815
  10 Zr   0.5   2180   907
  11   1.0   2004   814
  12   Al   0.5   2188   900
  13   1.0   2002   814
  14   Mo   0.5   2188   907
  15   1.0   2002   810
  16   W   0.5   2187   907
  17   1.0   2002   813
  18   Y   0.5   2187   900
  19   1.0   2002   812
实施例4
《电池4A-1~4A-39》
以Ni原子、Co原子和Ti原子的摩尔比达到34∶33∶33的方式混合硫酸镍、硫酸钴和硫酸钛。将3.2kg的该混合物溶解到10L的水中而得到原料溶液。在原料溶液中,加入400g的氢氧化钠,生成沉淀。将沉淀进行充分水洗,并使其干燥,得到共沉淀氢氧化物。
将784g的氢氧化锂混合到3kg的上述得到的Ni-Co-Ti共沉淀氢氧化物中,在氧分压为0.5气压的气氛中,在750℃的合成温度下烧成10小时。结果得到含有作为元素L的Ti的Ni/Co类Li复合氧化物(LiNi0.34Co0.33Ti0.33O2)。
除了使用上述得到的Ni/Co类Li复合氧化物之外,与实施例1的电池1A-1~1A-39相同,使用3-巯基丙基三甲氧基硅烷,分别制作电池4A-1~4A-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表4A所示。
[表4A]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Ti0.33O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  4A   1   3-巯基丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1912   787
  2   Nb   0.5   1910   1862
  3   1.0   1825   1779
  4   Mn   0.5   1915   1867
  5   1.0   1824   1778
  6   Ti   0.5   1911   1863
  7   1.0   1827   1781
  8   Mg   0.5   1915   1867
  9   1.0   1825   1770
  10   Zr   0.5   1917   1859
  11   1.0   1829   1774
  12   Al   0.5   1915   1858
  13   1.0   1824   1769
  14   Mo   0.5   1915   1858
  15   1.0   1828   1773
  16   W   0.5   1918   1860
  17   1.0   1827   1772
  18   Y   0.5   1911   1854
  19   1.0   1825   1770
  21   2.5   无   -   1915   751
22 Nb   0.5   1918   1880
  23   1.0   1829   1792
  24   Mn   0.5   1912   1874
  25   1.0   1827   1790
  26   Ti   0.5   1915   1877
  27   1.0   1826   1789
  28   Mg   0.5   1911   1873
  29   1.0   1827   1790
  30   Zr   0.5   1914   1876
  31   1.0   1825   1789
  32   Al   0.5   1915   1877
  33   1.0   1827   1772
  34   Mo   0.5   1914   1857
  35   1.0   1829   1774
  36   W   0.5   1910   1853
  37   1.0   1827   1772
  38   Y   0.5   1912   1855
  39   1.0   1825   1770
《电池4B-1~4B-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成己基三甲氧基硅烷之外,与电池4A-1~4A-39相同地分别制作电池4B-1~4B-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表4B所示。
[表4B]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Ti0.33O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  4B   1   己基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1905   800
  2   Nb   0.5   1910   1872
  3   1.0   1830   1793
  4   Mn   0.5   1908   1870
  5   1.0   1835   1798
  6   Ti   0.5   1907   1850
  7   1.0   1834   1779
  8   Mg   0.5   1908   1851
  9   1.0   1835   1780
  10   Zr   0.5   1905   1857
  11   1.0   1834   1788
  12   Al   0.5   1907   1859
  13   1.0   1836   1790
  14   Mo   0.5   1911   1863
  15   1.0   1837   1791
  16   W   0.5   1909   1871
  17   1.0   1839   1802
  18   Y   0.5   1912   1874
  19   1.0   1838   1801
21   2.5   无   -   1910   754
  22 Nb   0.5   1915   1877
  23   1.0   1830   1793
  24   Mn   0.5   1918   1880
  25   1.0   1832   1795
  26   Ti   0.5   1912   1874
  27   1.0   1831   1794
  28 Mg   0.5   1914   1876
  29   1.0   1834   1797
  30   Zr   0.5   1914   1876
  31   1.0   1834   1797
  32   Al   0.5   1915   1877
  33   1.0   1835   1780
  34   Mo   0.5   1911   1854
  35   1.0   1830   1775
  36   W   0.5   1910   1853
  37   1.0   1832   1777
  38   Y   0.5   1912   1855
  39   1.0   1833   1778
《电池4C-1~4C-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷之外,与电池4A-1~4A-39相同地分别制作电池4C-1~4C-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表4C所示。
[表4C]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Ti0.33O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  4C   1   3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1920   892
  2   Nb   0.5   1915   1877
  3   1.0   1835   1798
  4   Mn   0.5   1917   1879
  5   1.0   1834   1752
  6   Ti   0.5   1918   1833
  7   1.0   1837   1755
  8   Mg   0.5   1914   1829
  9   1.0   1835   1753
  10   Zr   0.5   1911   1854
  11   1.0   1837   1782
  12   Al   0.5   1915   1858
  13   1.0   1839   1784
  14   Mo   0.5   1912   1855
  15   1.0   1834   1779
  16   W   0.5   1917   1859
  17   1.0   1833   1778
  18 Y   0.5   1917   1859
  19   1.0   1830   1775
21   2.5   无   -   1915   800
  22   Nb   0.5   1914   1829
  23   1.0   1837   1755
  24   Mn   0.5   1912   1827
  25   1.0   1834   1752
  26   Ti   0.5   1911   1873
  27   1.0   1830   1793
  28   Mg   0.5   1910   1872
  29   1.0   1831   1794
  30   Zr   0.5   1915   1858
  31   1.0   1832   1777
  32   Al   0.5   1914   1857
  33   1.0   1834   1779
  34   Mo   0.5   1912   1827
  35   1.0   1834   1752
  36   W   0.5   1911   1826
  37   1.0   1833   1796
  38   Y   0.5   1910   1872
  39   1.0   1830   1793
《电池4R-1~4R-19》
作为比较例,除了未使用硅烷偶联剂之外,与电池4A-1~4A-19相同地分别制作电池4R-1~4R-19,并相同地评价间歇循环性能。结果如表4R所示。
[表4R]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Ti0.33O2
电池No 偶联剂 元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)  45℃下720分钟(mAh)
  4R   1   无   -   无   -   1920   725
  2   Nb   0.5   1912   754
  3   1.0   1842   702
  4   Mn   0.5   1910   754
  5   1.0   1840   701
  6   Ti   0.5   1911   755
  7   1.0   1840   700
  8   Mg   0.5   1914   752
  9   1.0   1840   704
  10 Zr   0.5   1915   751
  11   1.0   1847   706
  12   Al   0.5   1918   758
  13   1.0   1845   702
  14   Mo   0.5   1910   754
  15   1.0   1844   701
  16   W   0.5   1911   752
  17   1.0   1842   705
  18   Y   0.5   1912   755
  19   1.0   1843   700
实施例5
《电池5A-1~5A-39》
以Ni原子、Co原子和Mn原子的摩尔比达到34∶33∶33的方式混合硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰。将3.2kg的该混合物溶解到10L的水中而得到原料溶液。在原料溶液中,加入400g的氢氧化钠,生成沉淀。将沉淀进行充分水洗,并使其干燥,得到共沉淀氢氧化物。
将784g的氢氧化锂混合到3kg的上述得到的Ni-Co-Mn共沉淀氢氧化物中,在氧分压为0.5气压的气氛中,在750℃的合成温度下烧成10小时。结果得到含有Mn作为元素L的Ni/Co类Li复合氧化物(LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2)。
除了使用上述得到的Ni/Co类Li复合氧化物之外,与实施例1的电池1A-1~1A-39相同,使用3-巯基丙基三甲氧基硅烷,分别制作电池5A-1~5A-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表5A所示。
[表5A]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  5A   1   3-巯基丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2007   789
  2   Nb   0.5   2001   1903
  3   1.0   1865   1750
  4   Mn   0.5   2002   1900
  5   1.0   1866   1748
  6   Ti   0.5   2005   1902
  7   1.0   1866   1749
  8   Mg   0.5   2004   1905
  9   1.0   1867   1745
  10   Zr   0.5   2007   1904
  11   1.0   1865   1744
  12   Al   0.5   2000   1900
  13   1.0   1860   1743
  14   Mo   0.5   2001   1905
  15   1.0   1862   1749
  16   W   0.5   2002   1907
  17   1.0   1865   1745
  18   Y   0.5   2005   1907
  19   1.0   1864   1748
21   2.5   无   -   1770   720
  22 Nb   0.5   1748   1698
  23   1.0   1645   1599
  24   Mn   0.5   1747   1690
  25   1.0   1648   1598
  26   Ti   0.5   1749   1692
  27   1.0   1644   1597
  28 Mg   0.5   1745   1692
  29   1.0   1642   1599
  30   Zr   0.5   1744   1695
  31   1.0   1645   1598
  32   Al   0.5   1740   1697
  33   1.0   1640   1597
  34   Mo   0.5   1748   1699
  35   1.0   1642   1595
  36   W   0.5   1749   1698
  37   1.0   1643   1599
  38   Y   0.5   1750   1695
  39   1.0   1645   1595
《电池5B-1~5B-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成己基三甲氧基硅烷之外,与电池5A-1~5A-39相同地分别制作电池5B-1~5B-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表5B所示。
[表5B]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
5B   1   己基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2007   804
  2   Nb   0.5   2005   1905
  3   1.0   1842   1755
  4   Mn   0.5   2002   1907
  5   1.0   1840   1757
  6   Ti   0.5   2004   1905
  7   1.0   1845   1754
  8   Mg   0.5   2002   1904
  9   1.0   1844   1748
  10   Zr   0.5   2000   1905
  11   1.0   1845   1749
  12   Al   0.5   2001   1905
  13   1.0   1841   1757
  14   Mo   0.5   2002   1904
  15   1.0   1847   1755
  16   W   0.5   2005   1904
  17   1.0   1845   1757
  18   Y   0.5   2004   1907
  19   1.0   1847   1547
  21   2.5   无   -   1750   702
  22   Nb   0.5   1749   1607
  23   1.0   1645   1605
  24   Mn   0.5   1747   1704
  25   1.0   1646   1600
  26   Ti   0.5   1745   1704
  27   1.0   1647   1605
  28   Mg   0.5   1748   1707
  29   1.0   1644   1602
  30   Zr   0.5   1744   1705
  31   1.0   1645   1604
  32   Al   0.5   1740   1706
  33   1.0   1647   1608
  34   Mo   0.5   1743   1707
  35   1.0   1647   1608
  36   W   0.5   1744   1705
  37   1.0   1650   1607
  38   Y   0.5   1745   1701
  39   1.0   1650   1602
《电池5C-1~5C-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷之外,与电池5A-1~5A-39相同地分别制作电池5C-1~2C-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表5C所示。
[表5C]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  5C   1   3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2007   797
  2   Nb   0.5   2005   1910
  3   1.0   1860   1755
  4   Mn   0.5   2002   1905
  5   1.0   1866   1757
  6   Ti   0.5   2005   1908
  7   1.0   1867   1750
  8   Mg   0.5   2000   1907
  9   1.0   1866   1752
  10   Zr   0.5   2002   1907
  11   1.0   1870   1753
  12   Al   0.5   2005   1907
  13   1.0   1872   1755
  14   Mo   0.5   2004   1908
  15   1.0   1870   1757
  16   W   0.5   2003   1909
  17   1.0   1869   1755
  18   Y   0.5   2003   1909
  19   1.0   1867   1757
21   2.5   无   -   1755   707
  22   Nb   0.5   1750   1701
  23   1.0   1657   1607
  24   Mn   0.5   1755   1702
  25   1.0   1655   1607
  26   Ti   0.5   1757   1705
  27   1.0   1655   1607
  28   Mg   0.5   1747   1704
  29   1.0   1658   1605
  30   Zr   0.5   1748   1707
  31   1.0   1655   1600
  32   Al   0.5   1757   1705
  33   1.0   1660   1602
  34   Mo   0.5   1755   1707
  35   1.0   1667   1605
  36   W   0.5   1757   1705
  37   1.0   1664   1602
  38 Y   0.5   1755   1704
  39   1.0   1660   1605
《电池5D-1~5D-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷之外,与电池5A-1~5A-39相同地分别制作电池5D-1~5D-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表5D所示。
[表5D]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  5D   1   3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2005   790
  2   Nb   0.5   2004   1905
  3   1.0   1855   1750
  4   Mn   0.5   2003   1900
  5   1.0   1856   1749
  6   Ti   0.5   2002   1902
  7   1.0   1857   1748
  8   Mg   0.5   2000   1905
  9   1.0   1857   1744
  10   Zr   0.5   2004   1900
  11   1.0   1855   1744
  12   Al   0.5   2004   1904
  13   1.0   1850   1749
  14   Mo   0.5   2005   1905
  15   1.0   1854   1748
  16   W   0.5   2005   1905
  17   1.0   1850   1747
  18   Y   0.5   2004   1904
  19   1.0   1852   1747
21   2.5   无   -   1750   722
  22   Nb   0.5   1740   1685
  23   1.0   1620   1600
  24   Mn   0.5   1745   1685
  25   1.0   1625   1600
  26   Ti   0.5   1740   1687
  27   1.0   1622   1602
  28 Mg   0.5   1744   1687
  29   1.0   1623   1605
  30   Zr   0.5   1743   1684
  31   1.0   1624   1604
  32   Al   0.5   1744   1689
  33   1.0   1625   1604
  34   Mo   0.5   1745   1684
  35   1.0   1625   1605
  36   W   0.5   1742   1685
  37   1.0   1625   1605
  38   Y   0.5   1744   1685
  39   1.0   1624   1605
《电池5E-1~5E-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基三氯硅烷之外,与电池5A-1~5A-39相同地分别制作电池5E-1~5E-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表5E所示。
[表5E]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  5E   1   3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基三氯硅烷   1.0   无   -   2002   871
  2   Nb   0.5   1999   1898
  3   1.0   1847   1750
  4   Mn   0.5   1997   1899
  5   1.0   1845   1748
  6   Ti   0.5   1999   1900
  7   1.0   1844   1749
  8   Mg   0.5   2000   1902
  9   1.0   1844   1745
  10 Zr   0.5   2000   1905
  11   1.0   1845   1748
  12   Al   0.5   1999   1899
  13   1.0   1846   1746
  14   Mo   0.5   1998   1898
  15   1.0   1847   1748
  16   W   0.5   1997   1897
  17   1.0   1848   1747
  18 Y   0.5   1997   1895
  19   1.0   1849   1747
21   2.5   无   -   1750   701
  22   Nb   0.5   1745   1700
  23   1.0   1600   1600
  24   Mn   0.5   1748   1700
  25   1.0   1600   1607
  26   Ti   0.5   1749   1703
  27   1.0   1605   1605
  28   Mg   0.5   1748   1704
  29   1.0   1608   1607
  30 Zr   0.5   1744   1703
  31   1.0   1607   1601
  32   Al   0.5   1745   1705
  33   1.0   1605   1605
  34   Mo   0.5   1747   1706
  35   1.0   1607   1607
  36   W   0.5   1747   1707
  37   1.0   1606   1601
  38   Y   0.5   1751   1701
  39   1.0   1605   1604
《电池5F-1~5F-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成6-三乙氧基甲硅烷基-2-降冰片烯之外,与电池5A-1~5A-39相同地分别制作电池5F-1~5F-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表5F所示。
[表5F]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  5F   1   6-三乙氧基甲硅烷基-2-降冰片烯   1.0   无   -   2007   897
  2   Nb   0.5   2000   1900
  3   1.0   1850   1752
  4   Mn   0.5   2002   1905
  5   1.0   1840   1750
  6   Ti   0.5   2005   1900
  7   1.0   1845   1755
  8   Mg   0.5   2000   1905
  9   1.0   1847   1750
  10   Zr   0.5   2005   1905
  11   1.0   1847   1752
  12   Al   0.5   2000   1907
  13   1.0   1845   1752
  14   Mo   0.5   2001   1907
  15   1.0   1847   1750
  16 W   0.5   2003   1902
  17   1.0   1847   1750
  18   Y   0.5   2002   1902
  19   1.0   1847   1755
21   2.5   无   -   1755   701
  22   Nb   0.5   1750   1700
  23   1.0   1650   1600
  24   Mn   0.5   1751   1702
  25   1.0   1648   1605
  26   Ti   0.5   1752   1705
  27   1.0   1649   1608
  28   Mg   0.5   1750   1705
  29   1.0   1647   1607
  30   Zr   0.5   1752   1700
  31   1.0   1648   1607
  32   Al   0.5   1751   1705
  33   1.0   1648   1604
  34   Mo   0.5   1750   1705
  35   1.0   1648   1604
  36   W   0.5   1749   1700
  37   1.0   1648   1606
  38   Y   0.5   1748   1700
  39   1.0   1650   1605
《电池5R-1~5R-19》
作为比较例,除了未使用硅烷偶联剂之外,与电池5A-1~5A-19相同地分别制作电池5R-1~5R-19,并相同地评价间歇循环性能。结果如表5R所示。
[表5R]
  锂复合氧化物:LiNi0.34Co0.33Mn0.33O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)  45℃下720分钟(mAh)
  5R   1   无   -   无   -   2010   809
  2   Nb   0.5   2002   802
  3   1.0   1866   801
  4   Mn   0.5   2005   799
  5   1.0   1867   805
  6   Ti   0.5   2000   804
  7   1.0   1866   802
  8   Mg   0.5   2005   804
  9   1.0   1869   806
  10   Zr   0.5   2005   802
  11   1.0   1870   799
  12   Al   0.5   2007   798
  13   1.0   1872   797
  14   Mo   0.5   2010   804
  15   1.0   1871   805
  16   W   0.5   2008   807
  17   1.0   1870   797
  18   Y   0.5   2009   799
  19   1.0   1867   797
实施例6
《电池6A-1~6A-39》
以Ni原子、Co原子和Mn原子的摩尔比达到80∶15∶5的方式混合硫酸镍、硫酸钴和硫酸锰。将3.2kg的该混合物溶解到10L的水中而得到原料溶液。在原料溶液中,加入400g的氢氧化钠,生成沉淀。将沉淀进行充分水洗,并使其干燥,得到共沉淀氢氧化物。
将784g的氢氧化锂混合到3kg的上述得到的Ni-Co-Mn共沉淀氢氧化物中,在氧分压为0.5气压的气氛中,在750℃的合成温度下烧成10小时。结果得到含有Mn作为元素L的Ni/Co类Li复合氧化物(LiNi0.8Co0.15Mn0.05O2)。
除了使用上述得到的Ni/Co类Li复合氧化物之外,与实施例1的电池1A-1~1A-39相同,使用3-巯基丙基三甲氧基硅烷,分别制作电池6A-1~6A-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表6A所示。
[表6A]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Mn0.05O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
6A   1   3-巯基丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1770   717
  2   Nb   0.5   1754   1719
  3   1.0   1721   1687
  4   Mn   0.5   1752   1717
  5   1.0   1724   1690
  6   Ti   0.5   1750   1715
  7   1.0   1725   1691
  8 Mg   0.5   1748   1713
  9   1.0   1720   1686
  10   Zr   0.5   1749   1697
  11   1.0   1721   1669
  12   Al   0.5   1744   1692
  13   1.0   1722   1670
  14   Mo   0.5   1748   1696
  15   1.0   1728   1676
  16   W   0.5   1749   1697
  17   1.0   1729   1677
  18   Y   0.5   1745   1693
  19   1.0   1724   1672
  21   2.5   无   -   1735   697
  22   Nb   0.5   1722   1670
  23   1.0   1705   1662
  24   Mn   0.5   1724   1681
  25   1.0   1710   1667
  26   Ti   0.5   1728   1685
  27   1.0   1708   1665
  28 Mg   0.5   1724   1681
  29   1.0   1709   1658
  30   Zr   0.5   1726   1674
  31   1.0   1701   1650
  32   Al   0.5   1725   1673
  33   1.0   1705   1654
  34   Mo   0.5   1724   1672
  35   1.0   1707   1656
  36   W   0.5   1722   1670
  37   1.0   1709   1658
  38   Y   0.5   1721   1669
  39   1.0   1708   1657
《电池6B-1~6B-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成己基三甲氧基硅烷之外,与电池6A-1~6A-39相同地分别制作电池6B-1~6B-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表6B所示。
[表6B]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Mn0.05O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  6B   1   己基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1760   711
  2   Nb   0.5   1755   1711
  3   1.0   1720   1677
  4   Mn   0.5   1751   1707
  5   1.0   1721   1678
  6   Ti   0.5   1752   1708
  7   1.0   1725   1682
  8   Mg   0.5   1755   1711
  9   1.0   1720   1677
  10   Zr   0.5   1754   1710
  11   1.0   1724   1681
  12   Al   0.5   1750   1706
  13   1.0   1725   1682
  14   Mo   0.5   1752   1708
  15   1.0   1720   1668
  16   W   0.5   1754   1701
  17   1.0   1721   1669
  18   Y   0.5   1752   1699
  19   1.0   1724   1672
21   2.5   无   -   1751   671
  22   Nb   0.5   1729   1677
  23   1.0   1705   1671
  24   Mn   0.5   1747   1712
  25   1.0   1704   1670
  26   Ti   0.5   1745   1710
  27   1.0   1702   1668
  28   Mg   0.5   1748   1713
  29   1.0   1705   1671
  30   Zr   0.5   1744   1709
  31   1.0   1704   1653
  32   Al   0.5   1740   1688
  33   1.0   1702   1651
  34   Mo   0.5   1743   1691
  35   1.0   1701   1650
  36   W   0.5   1744   1692
  37   1.0   1709   1658
  38   Y   0.5   1745   1693
  39   1.0   1701   1650
《电池6C-1~6C-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷之外,与电池6A-1~6A-39相同地分别制作电池6C-1~6C-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表6C所示。
[表6C]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Mn0.05O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  6C   1   3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   1760   697
  2   Nb   0.5   1752   1699
  3   1.0   1722   1670
  4   Mn   0.5   1751   1698
  5   1.0   1724   1672
  6   Ti   0.5   1755   1702
  7   1.0   1724   1672
  8   Mg   0.5   1752   1699
  9   1.0   1722   1670
  10   Zr   0.5   1755   1702
  11   1.0   1724   1672
  12   Al   0.5   1754   1701
  13   1.0   1727   1684
  14   Mo   0.5   1758   1714
  15   1.0   1722   1679
  16   W   0.5   1752   1708
  17   1.0   1724   1681
  18   Y   0.5   1757   1713
  19   1.0   1723   1680
21   2.5   无   -   1720   677
  22   Nb   0.5   1722   1679
  23   1.0   1702   1659
  24   Mn   0.5   1724   1681
  25   1.0   1705   1662
  26   Ti   0.5   1728   1693
  27   1.0   1704   1670
  28   Mg   0.5   1725   1691
  29   1.0   1707   1673
  30   Zr   0.5   1724   1690
  31   1.0   1706   1672
  32 Al   0.5   1722   1688
  33   1.0   1708   1674
  34   Mo   0.5   1726   1691
  35   1.0   1704   1670
  36   W   0.5   1725   1691
  37   1.0   1705   1671
  38   Y   0.5   1727   1692
  39   1.0   1702   1668
《电池6R-1~6R-19》
作为比较例,除了未使用硅烷偶联剂之外,与电池6A-1~6A-19相同地分别制作电池6R-1~6R-19,并相同地评价间歇循环性能。结果如表6R所示。
[表6R]
  锂复合氧化物:LiNi0.80Co0.15Mn0.05O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)  45℃下720分钟(mAh)
  6R   1   无   -   无   -   1750   570
  2   Nb   0.5   1752   581
  3   1.0   1720   540
  4   Mn   0.5   1754   582
  5   1.0   1725   542
  6   Ti   0.5   1752   585
  7   1.0   1720   541
  8   Mg   0.5   1754   584
  9   1.0   1721   547
  10   Zr   0.5   1750   584
  11   1.0   1724   543
  12   Al   0.5   1754   587
  13   1.0   1720   542
  14   Mo   0.5   1752   589
  15   1.0   1724   540
  16   W   0.5   1754   587
  17   1.0   1725   541
  18   Y   0.5   1754   586
  19   1.0   1728   548
实施例7
《电池7A-1~7A-39》
以Ni原子和Co原子的摩尔比达到75∶25的方式混合硫酸镍和硫酸钴。将3.2kg的该混合物溶解到10L的水中而得到原料溶液。在原料溶液中,加入400g的氢氧化钠,生成沉淀。将沉淀进行充分水洗,并使其干燥,得到共沉淀氢氧化物。
将784g的氢氧化锂混合到3kg的上述得到的Ni-Co共沉淀氢氧化物中,在氧分压为0.5气压的气氛中,在750℃的合成温度下烧成10小时。结果得到不含元素L的Ni/Co类Li复合氧化物(LiNi0.75Co0.25O2)。
除了使用上述得到的Ni/Co类Li复合氧化物之外,与实施例1的电池1A-1~1A-39相同,使用3-巯基丙基三甲氧基硅烷,分别制作电池7A-1~7A-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表7A所示。
[表7A]
  锂复合氧化物:LiNi0.75Co0.25O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  7A   1   三甲氧基硅3-巯基丙基烷   1.0   无   -   2188   710
  2   Nb   0.5   2188   2180
  3   1.0   2020   2008
  4   Mn   0.5   2185   2182
  5   1.0   2022   2005
  6   Ti   0.5   2184   2187
  7   1.0   2025   2004
  8   Mg   0.5   2187   2185
  9   1.0   2027   2002
  10   Zr   0.5   2185   2181
  11   1.0   2027   2001
  12   Al   0.5   2184   2187
  13   1.0   2025   2002
  14   Mo   0.5   2182   2181
  15   1.0   2027   2005
  16   W   0.5   2180   2180
  17   1.0   2027   2002
  18 Y   0.5   2188   2187
  19   1.0   2021   2000
  21   2.5   无   -   2007   692
  22   Nb   0.5   2002   1920
  23   1.0   1907   1815
  24   Mn   0.5   2005   1922
  25   1.0   1905   1817
  26   Ti   0.5   2004   1921
  27   1.0   1902   1812
  28   Mg   0.5   2006   1925
  29   1.0   1900   1810
  30   Zr   0.5   2003   1927
  31   1.0   1905   1817
  32   Al   0.5   2002   1923
  33   1.0   1902   1815
  34   Mo   0.5   2007   1924
  35   1.0   1901   1812
  36   W   0.5   2001   1925
  37   1.0   1905   1817
  38   Y   0.5   2003   1927
  39   1.0   1904   1817
《电池7B-1~7B-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成己基三甲氧基硅烷之外,与电池7A-1~7A-39相同地分别制作电池7B-1~7B-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表7B所示。
[表7B]
  锂复合氧化物:LiNi0.75Co0.25O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  7B   1   氧基硅烷己基三甲   1.0   无   -   2190   715
  2   Nb   0.5   2187   2155
  3   1.0   2015   2004
  4   Mn   0.5   2185   2160
  5   1.0   2012   2002
  6   Ti   0.5   2184   2154
  7   1.0   2010   2000
  8   Mg   0.5   2182   2155
  9   1.0   2015   2001
  10 Zr   0.5   2188   2154
  11   1.0   2010   2002
  12   Al   0.5   2187   2157
  13   1.0   2012   2005
  14   Mo   0.5   2189   2155
  15   1.0   2012   2004
  16   W   0.5   2188   2158
  17   1.0   2010   2003
  18 Y   0.5   2185   2154
  19   1.0   2011   2003
  21   2.5   无   -   2000   620
  22   Nb   0.5   2002   1905
  23   1.0   1900   1801
  24   Mn   0.5   2005   1902
  25   1.0   1905   1802
  26   Ti   0.5   2007   1901
  27   1.0   1907   1805
  28   Mg   0.5   2005   1907
  29   1.0   1905   1804
  30   Zr   0.5   2007   1902
  31   1.0   1907   1804
  32   Al   0.5   2001   1905
  33   1.0   1904   1802
  34   Mo   0.5   2005   1907
  35   1.0   1902   1800
  36   W   0.5   2008   1905
  37   1.0   1904   1807
  38   Y   0.5   2001   1900
  39   1.0   1902   1807
《电池7C-1~7C-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷之外,与电池7A-1~7A-39相同地分别制作电池7C-1~7C-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表7C所示。
[表7C]
  锂复合氧化物:LiNi0.75Co0.25O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  7C   1   3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2192   740
  2   Nb   0.5   2188   2145
  3   1.0   2012   2004
  4   Mn   0.5   2180   2140
  5   1.0   2017   2005
  6   Ti   0.5   2185   2144
  7   1.0   2012   2007
  8   Mg   0.5   2182   2142
  9   1.0   2010   2002
  10 Zr   0.5   2187   2147
  11   1.0   2017   2000
  12   Al   0.5   2187   2145
  13   1.0   2015   2007
  14   Mo   0.5   2185   2144
  15   1.0   2017   2005
  16   W   0.5   2181   2142
  17   1.0   2015   2002
  18   Y   0.5   2187   2147
  19   1.0   2011   2007
21   2.5   无   -   2007   627
  22   Nb   0.5   2005   1910
  23   1.0   1908   1805
  24   Mn   0.5   2002   1908
  25   1.0   1905   1802
  26   Ti   0.5   2005   1907
  27   1.0   1907   1800
  28   Mg   0.5   2004   1911
  29   1.0   1901   1805
  30   Zr   0.5   2003   1907
  31   1.0   1905   1807
  32   Al   0.5   2004   1908
  33   1.0   1907   1807
  34   Mo   0.5   2005   1909
  35   1.0   1905   1805
  36   W   0.5   2002   1912
  37   1.0   1902   1800
  38   Y   0.5   2001   1911
  39   1.0   1904   1801
《电池7D-1~7D-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷之外,与电池7A-1~7A-39相同地分别制作电池7D-1~7D-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表7D所示。
[表7D]
  锂复合氧化物:LiNi0.75Co0.25O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  7D   1   3,3,3-三氟丙基三甲氧基硅烷   1.0   无   -   2187   725
  2   Nb   0.5   2177   2100
  3   1.0   2010   2005
  4   Mn   0.5   2175   2105
  5   1.0   2011   2002
  6   Ti   0.5   2174   2104
  7   1.0   2009   2000
  8   Mg   0.5   2175   2103
  9   1.0   2012   2001
  10 Zr   0.5   2177   2102
  11   1.0   2011   2000
  12   Al   0.5   2171   2100
  13   1.0   2015   2005
  14   Mo   0.5   2172   2101
  15   1.0   2013   2004
  16   W   0.5   2172   2107
  17   1.0   2010   2002
  18   Y   0.5   2177   2107
  19   1.0   2008   2000
21   2.5   无   -   2007   711
  22   Nb   0.5   2002   1908
  23   1.0   1905   1802
  24   Mn   0.5   2001   1902
  25   1.0   1904   1800
  26   Ti   0.5   2004   1905
  27   1.0   1902   1800
  28   Mg   0.5   2000   1904
  29   1.0   1900   1807
  30   Zr   0.5   2001   1905
  31   1.0   1907   1804
  32   Al   0.5   2005   1904
  33   1.0   1905   1805
  34   Mo   0.5   2001   1908
  35   1.0   1900   1802
  36   W   0.5   2004   1902
  37   1.0   1907   1804
  38   Y   0.5   2000   1900
  39   1.0   1905   1802
《电池7E-1~7E-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基三氯硅烷之外,与电池7A-1~7A-39相同地分别制作电池7E-1~7E-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表7E所示。
[表7E]
  锂复合氧化物:LiNi0.75Co0.25O2
  电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  7E   1   3,3,4,4,5,5,6,6,6-九氟己基三氯硅烷   1.0   无   -   2188   712
  2   Nb   0.5   2180   2155
  3   1.0   2017   2004
  4   Mn   0.5   2182   2156
  5   1.0   2015   2007
  6   Ti   0.5   2188   2155
  7   1.0   2012   2008
  8   Mg   0.5   2187   2157
  9   1.0   2011   2000
  10 Zr   0.5   2185   2154
  11   1.0   2011   2000
  12   Al   0.5   2184   2152
  13   1.0   2017   2002
  14   Mo   0.5   2185   2150
  15   1.0   2015   2003
  16   W   0.5   2187   2155
  17   1.0   2011   2007
  18   Y   0.5   2188   2157
  19   1.0   2014   2005
21   2.5   无   -   2003   671
  22   Nb   0.5   2000   1902
  23   1.0   1900   1801
  24   Mn   0.5   2002   1901
  25   1.0   1902   1802
  26   Ti   0.5   2001   1902
  27   1.0   1901   1800
  28   Mg   0.5   2001   1905
  29   1.0   1905   1800
  30   Zr   0.5   2002   1908
  31   1.0   1904   1802
  32   Al   0.5   2004   1907
  33   1.0   1903   1810
  34   Mo   0.5   2003   1908
  35   1.0   1902   1809
  36   W   0.5   2002   1905
  37   1.0   1900   1807
  38   Y   0.5   2003   1904
  39   1.0   1900   1805
《电池7F-1~7F-39》
除了将正极合剂浆料中添加的硅烷偶联剂改成6-三乙氧基甲硅烷基-2-降冰片烯之外,与电池7A-1~7A-39相同地分别制作电池7F-1~7F-39,并相同地评价间歇循环性能。结果如表7F所示。
[表7F]
  锂复合氧化物:LiNi0.75Co0.25O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
7F   1   6-三乙氧基甲硅烷基-2-降冰片烯   1.0   无   -   2187   717
  2   Nb   0.5   2187   2150
  3   1.0   2015   2000
  4   Mn   0.5   2188   2155
  5   1.0   2020   2002
  6   Ti   0.5   2189   2157
  7   1.0   2022   2005
  8   Mg   0.5   2187   2155
  9   1.0   2018   2004
  10 Zr   0.5   2185   2155
  11   1.0   2017   2005
  12   Al   0.5   2189   2150
  13   1.0   2020   2004
  14   Mo   0.5   2188   2152
  15   1.0   2019   2005
  16   W   0.5   2190   2154
  17   1.0   2017   2000
  18   Y   0.5   2192   2150
  19   1.0   2018   2000
  21   2.5   无   -   2002   657
  22   Nb   0.5   2005   1910
  23   1.0   1908   1805
  24   Mn   0.5   2004   1912
  25   1.0   1905   1802
  26   Ti   0.5   2000   1907
  27   1.0   1904   1800
  28   Mg   0.5   2005   1907
  29   1.0   1907   1805
  30   Zr   0.5   2007   1907
  31   1.0   1905   1807
  32   Al   0.5   2005   1905
  33   1.0   1907   1805
  34   Mo   0.5   2000   1907
  35   1.0   1908   1804
  36   W   0.5   2002   1910
  37   1.0   1909   1802
  38   Y   0.5   2003   1917
  39   1.0   1907   1809
《电池7R-1~7R-19》
作为比较例,除了未使用硅烷偶联剂之外,与电池7A-1~7A-19相同地分别制作电池7R-1~7R-19,并相同地评价间歇循环性能。结果如表7R所示。
[表7R]
  锂复合氧化物:LiNi0.75Co0.25O2
电池No   偶联剂   元素Le   间歇循环性能500循环后容量
  添加量   添加量   充电后放置
(wt%) (mol%)   45℃下30分钟(mAh)   45℃下720分钟(mAh)
  7R   1   无   -   无   -   2188   712
  2   Nb   0.5   2187   812
  3   1.0   2020   817
  4   Mn   0.5   2187   810
  5   1.0   2015   823
  6   Ti   0.5   2187   824
  7   1.0   2017   825
  8   Mg   0.5   2178   845
  9   1.0   2020   814
  10   Zr   0.5   2179   810
  11   1.0   2022   826
  12   Al   0.5   2175   825
  13   1.0   2025   822
  14   Mo   0.5   2180   823
  15   1.0   2027   822
  16   W   0.5   2182   820
  17   1.0   2021   825
  18   Y   0.5   2187   827
  19   1.0   2020   827
对用各种原料代替上述Ni/Co类Li复合氧化物来合成的锂复合氧化物也进行了评价,但是在以上的实施例中省略了对它们的说明。
本发明对包含以镍或钴为主要成分的锂复合氧化物作为正极活性物质的锂离子二次电池是有用的。根据本发明,能在不会对气体产生或内部短路时的发热抑制造成阻碍的情况下,使在更接近于锂离子二次电池的实际使用条件(例如,间歇循环)下的循环性能比以往提高。
本发明的锂离子二次电池的形状没有特别的限定,例如可以是硬币型、钮扣型、片型、圆筒型、扁平型、方型等任意的形状。由正极、负极以及隔膜形成的极板组的形态可以是卷绕型,也可以是层叠型。电池的大小可以是用于小型便携设备等的小型,也可以是用于电动车等的大型。因此,本发明的锂离子二次电池可以用于例如便携信息终端、便携电子设备、家庭用小型储电装置、摩托车、电动车、混合动力电动车等的电源。但是,用途没有特别的限定。

Claims (10)

1.一种锂离子二次电池,其具有可充放电的正极、可充放电的负极以及非水电解液,其中,所述正极包含活性物质粒子,所述活性物质粒子包含锂复合氧化物,所述锂复合氧化物用通式(1):LixM1-yLyO2表示,所述通式(1)满足0.85≤x≤1.25以及0≤y≤0.50,元素M是选自由Ni以及Co组成的组中的至少一种,元素L是选自由碱土类元素、过渡金属元素、稀土类元素、IIIb族元素以及IVb族元素组成的组中的至少一种,所述活性物质粒子的表层部包含元素Le,其为选自由Al、Mn、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W以及Y组成的组中的至少一种,所述活性物质粒子被用偶联剂进行了表面处理。
2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,在所述通式(1)中,0<y,所述元素L包含选自由Al、Mn、Ti、Mg、Zr、Nb、Mo、W以及Y组成的组中的至少一种作为必需元素。
3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,元素L和元素Le构成不同的晶体结构。
4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,元素Le构成具有与所述锂复合氧化物不同的晶体结构的氧化物。
5.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,相对于所述活性物质粒子100重量份,所述偶联剂的量为2重量份以下。
6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,所述偶联剂为硅烷偶联剂。
7.根据权利要求6所述的锂离子二次电池,其中,所述硅烷偶联剂具有选自由烷氧基以及氯基组成的组中的至少一种,且具有选自由巯基、烷基以及氟基组成的组中的至少一种。
8.根据权利要求6所述的锂离子二次电池,其中,所述硅烷偶联剂形成了通过Si-O键与所述活性物质粒子的表面键合的硅化合物。
9.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,所述活性物质粒子的平均粒子直径为10μm以上。
10.根据权利要求1所述的锂离子二次电池,其中,所述非水电解液包含选自由碳酸亚乙烯酯、碳酸乙烯亚乙酯、磷腈以及氟苯组成的组中的至少一种。
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