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非水電解質(zhì)二次電池用正極和非水電解質(zhì)二次電池的制作方法_2

文檔序號:8270060閱讀:來源:國知局
. 0,且得到層狀巖鹽相作為穩(wěn)定相,優(yōu)選降低燒結(jié)溫度、Li以一定程度過剩地 添加。
[0030] 金屬元素 M從材料成本、安全性等的觀點出發(fā),優(yōu)選包含錳(Μη)。另外,也可以包 含除Mn以外的其他金屬元素。作為其他金屬元素,可以舉出鎂(Mg)、鋯(Zr)、鉬(Mo)、鎢 (W)、鋁(Al)、鉻(Cr)、釩(V)、鈰(Ce)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、鉀(K)、鎵(Ga)、銦(In)。金屬元 素 M在Mn的基礎(chǔ)上,優(yōu)選包含選自這些其他金屬元素中的至少1種,從熱穩(wěn)定性等的觀點 出發(fā),特別優(yōu)選包含Al。Al相對于Ni、Co和金屬元素 M的總重量優(yōu)選包含3質(zhì)量%左右。
[0031] 上述含鋰過渡金屬氧化物例如可以將含鈉過渡金屬氧化物的Na離子交換為Li來 制作。作為該離子交換的方法,可以舉出以下方法:在含鈉過渡金屬氧化物中加入選自由硝 酸鋰、硫酸鋰、氯化鋰、碳酸鋰、氫氧化鋰、碘化鋰、溴化鋰和氯化鋰組成的組中的至少1種 鋰鹽的熔融鹽床。此外,還可以舉出:在包含這些至少1種鋰鹽的溶液中浸漬含鈉過渡金屬 氧化物的方法。
[0032] 正極活性物質(zhì)顆粒32例如為由上述含鋰過渡金屬氧化物構(gòu)成的一次顆粒凝集而 形成的二次顆粒。一次顆粒是指,看作單晶體的最大的集合即微晶,二次顆粒是指,微晶集 合而成的顆粒。
[0033] 正極活性物質(zhì)顆粒32的硬度可以根據(jù)顆粒1個的壓縮破壞強度來評價。正極活性 物質(zhì)顆粒32的硬度是指構(gòu)成顆粒的微晶之間的密接程度。壓縮破壞強度(St)利用"日本礦 業(yè)雜質(zhì)"81卷、932號1965年12月期、1024?1030頁中記載的數(shù)學式St = 2. 8P/π d2 (式 中,P表示壓縮破壞時對顆粒施加的負荷、d表示粒徑)算出。由于壓縮破壞強度(St)除以 粒徑的2次方,所以粒徑的依賴度越高、顆粒越小,變?yōu)閴嚎s破壞強度(St)越大的結(jié)果。因 此,壓縮破壞強度(St)優(yōu)選作為規(guī)定的粒徑時的壓縮破壞強度(St)限定。需要說明的是, 負荷P可以使用壓縮試驗機(例如島津制微小壓縮試驗機MCT-W201)來測定。
[0034] 顆粒1個的壓縮破壞強度為200MPa以上,優(yōu)選為300MPa以上。另外,優(yōu)選為 500MPa以下。如果正極活性物質(zhì)顆粒32的壓縮破壞強度在該范圍內(nèi),則可以高度地抑制正 極活性物質(zhì)顆粒32的裂紋,可以得到更良好的循環(huán)特性。正極活性物質(zhì)顆粒32在正極活 性物質(zhì)層31的壓延工序中不會產(chǎn)生裂紋,陷入柔軟性高的正極集電體30。
[0035] 上述導電劑是為了提高正極活性物質(zhì)層的電導性而使用的。導電劑可以舉出炭 黑、乙炔黑、科琴黑、石墨等碳材料。它們可以單獨使用,也可以組合2種以上來使用。上述 粘結(jié)劑是為了維持正極活性物質(zhì)和導電劑之間的良好的接觸狀態(tài)、且提高正極活性物質(zhì)等 對于正極集電體表面的粘結(jié)性而使用的。粘結(jié)劑例如可以使用聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二 氟乙烯(PVdF)、或它們的改性體等。粘結(jié)劑可以與羧甲基纖維素(CMC)、聚環(huán)氧乙烷(PEO) 等增稠劑組合使用。
[0036] 正極12的充電終止電位從高容量化的觀點出發(fā),優(yōu)選為4. 25V(vs. Li/Li+)以上、 更優(yōu)選為4. 40V(vs. Li/Li+)以上。對正極12的充電終止電位的上限沒有特別限定,從抑 制非水電解質(zhì)的分解等的觀點出發(fā),優(yōu)選為4. 8V(vs. Li/Li+)以下。
[0037] 〔負極 13〕
[0038] 負極13具有負極集電體40、和形成于該集電體上的負極活性物質(zhì)層41。負極活 性物質(zhì)層41形成于負極集電體40的兩面是適當?shù)?。負極集電體40的厚度例如為5 μπι? 20μπι左右。負極活性物質(zhì)層41的厚度例如為20μπι?ΙΟΟμ??。
[0039] 負極集電體40可以使用具有導電性的薄膜片、特別是在負極13的電位范圍內(nèi)穩(wěn) 定的金屬箔、合金箔、具有金屬表層的薄膜等。構(gòu)成負極集電體40的金屬優(yōu)選以銅作為主 要成分的金屬。
[0040] 負極活性物質(zhì)層41例如除能夠吸藏·脫離鋰離子的負極活性物質(zhì)之外優(yōu)選還包 含粘結(jié)劑。作為負極活性物質(zhì),可以舉出天然石墨、人造石墨、鋰、硅、碳、錫、鍺、鋁、鉛、銦、 鎵、鈦酸鋰、和它們的合金以及混合物。作為粘結(jié)劑,與正極的情況同樣地可以使用PTFE 等,優(yōu)選使用苯乙烯-丁二烯共聚物(SBR)或其改性體等。粘結(jié)劑可以與CMC等增稠劑組 合使用。
[0041] 〔分隔件 14〕
[0042] 分隔件14可以使用具有離子透過性和絕緣性的多孔性片材。作為多孔性片材的 具體例,可以舉出微多孔薄膜、織布、無紡布等。作為分隔件14的材質(zhì),纖維素、或聚乙烯、 聚丙烯等烯烴系樹脂是適當?shù)摹7指艏?4的厚度例如為10 ym?40 μπι。
[0043] 〔非水電解質(zhì)〕
[0044] 非水電解質(zhì)包含非水溶劑、和溶解于非水溶劑的電解質(zhì)鹽。非水電解質(zhì)不限定于 液體電解質(zhì)(非水電解液),可以為使用了凝膠狀聚合物等的固體電解質(zhì)。非水溶劑可以使 用例如酯類、醚類、乙腈等腈類、二甲基甲酰胺等酰胺類、和它們的2種以上的混合溶劑等。 非水溶劑也可以含有這些各種溶劑的氫用氟等鹵原子取代了的鹵素取代物。作為鹵素取代 物,優(yōu)選氟化環(huán)狀碳酸酯、氟化鏈狀碳酸酯,更優(yōu)選將兩者混合來使用。
[0045] 作為上述酯類的例子,可以舉出:碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸亞丁酯等環(huán)狀碳 酸酯,碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸甲基異丙酯等 鏈狀碳酸酯,乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁內(nèi)酯等羧酸酯類 等。
[0046] 作為上述醚類的例子,可以舉出:1,3-二氧戊環(huán)、4-甲基-1,3-二氧戊環(huán)、四氫呋 喃、2-甲基四氫呋喃、環(huán)氧丙烷、1,2-環(huán)氧丁烷、1,3-二氧雜環(huán)己烷、1,4-二氧雜環(huán)己烷、 1,3, 5-三氧雜環(huán)己烷、呋喃、2-甲基呋喃、1,8-桉油醇、冠醚等環(huán)狀醚,1,2-二甲氧基乙烷、 二乙基醚、二丙基醚、二異丙基醚、二丁基醚、二己基醚、乙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚、甲基 苯基醚、乙基苯基醚、丁基苯基醚、戊基苯基醚、甲氧基甲苯、芐基乙基醚、二苯基醚、二芐基 醚、鄰-二甲氧基苯、1,2-二乙氧基乙烷、1,2-二丁氧基乙烷、二乙二醇二甲基醚、二乙二 醇二乙基醚、二乙二醇二丁基醚、1,1-二甲氧基甲烷、1,1-二乙氧基乙烷、三乙二醇二甲基 醚、四乙二醇二甲基醚等鏈狀醚類等。
[0047] 上述電解質(zhì)鹽優(yōu)選為鋰鹽。作為鋰鹽的例子,可以舉出:LiPF6、LiBF 4、LiAsF6、 LiC104、LiCF3S03、LiN(FS02) 2、LiN(C1F2wSO2) (C1J^lrtSO2) (1、m 為 1 以上的整數(shù))、 LiC(CPF2p+1S02) (CqF2(1+1S02) (CrF2r+1S02) (p、q、r 為 I 以上的整數(shù))、Li [B(C2O4)2](雙(草酸) 硼酸鋰(LiBOB) )、Li [B (C2O4)F2]、Li [P (C2O4)F4]、Li [P (C2O4)2F2]、和它們的 2 種以上的混合 物等。
[0048] 實施例
[0049] 以下,根據(jù)實施例更詳細地說明本發(fā)明,但本發(fā)明不限定于這些實施例。
[0050] 〈實施例1 >
[0051] [正極的制作]
[0052] 為 了得到 Naa ^ia5Coa2Mntl. 302 (投料組成),將硝酸鈉(NaNO3)、氧化鎳(II) (NiO)、 氧化鈷(II、m) (Co3O4)、和氧化錳(III) (Mn2O3)混合。之后,將該混合物在900°C下保持 10小時,從而得到含鈉過渡金屬氧化物。
[0053] 對于上述含鈉過渡金屬氧化物5g加入5倍當量(25g)的熔融鹽床,所述熔融鹽床 是將硝酸鋰(LiNO 3)和氫氧化鋰(LiOH)以摩爾%計為61:39的比例的方式混合而成的。之 后,將該混合物在200°C下保持10小時,從而將含鈉過渡金屬氧化物的鈉的一部分離子交 換為鋰。進而,將離子交換后的物質(zhì)水洗,得到含鋰過渡金屬氧化物。將該含
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