电极材料、电极及锂离子电池制造技术

本发明专利技术涉及电极材料、电极及锂离子电池。本发明专利技术的课题在于提供电极材料、使用该电极材料的充放电特性优良的电极以及锂离子电池，该电极材料包含在表面形成有碳质被膜的电极活性物质粒子，即使进行粉碎处理也能够确保碳质被膜的包覆性，并且不会使充放电中的速率特性等下降。一种电极材料，其具有在表面形成有碳质被膜的电极活性物质粒子，并且基于脉冲NMR的与N-甲基-2-吡咯烷酮的亲和性值为5000以上且20000以下。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电极材料、电极及锂离子电池。
技术介绍
近年来，作为期待小型化、轻量化、高容量化的电池，提出了锂离子电池等非水电 解液类的二次电池，并供于实际使用。锂离子电池由具有能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的 性质的正极和负极、以及非水系电解质构成。 作为锂离子电池的负极材料，通常使用碳类材料或钛酸锂（Li4Ti5O 12)等具有能够 可逆地嵌入和脱嵌锂离子的性质的含Li金属氧化物作为负极活性物质。 另一方面，作为锂离子电池的正极材料，使用磷酸铁锂（LiFePO4)等具有能够可逆 地嵌入和脱嵌锂离子的性质的含Li金属氧化物或包含粘合剂等的电极材料合剂作为正极 活性物质。而且，通过将该电极材料合剂涂布于被称作集流体的金属箱的表面上，形成锂离 子电池的正极。 这种锂离子电池与现有的铅电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池相比，轻量且小 型，并且具有高能量。因此，锂离子电池不仅用作移动电话、笔记本式个人电脑等便携式电 子设备中使用的小型电源，还用作固定式的紧急用大型电源。 另外，近年来，锂离子电池还作为插电式混合动力汽车、混合动力汽车、电动工具 等的高输出电源而进行了研究。用作这些高输出电源的电池要求高速的充放电特性。 这种锂离子电池例如存在如下问题：包含能够具有可逆地嵌入和脱嵌锂离子的性 质的含Li金属氧化物等电极活性物质的电极材料的电子传导性低。因此，为了提高电极材 料的电子传导性，提出了如下的电极材料：将电极活性物质粒子的表面用作为碳源的有机 化合物覆盖，然后进行煅烧，由此，将该有机化合物碳化而在电极活性物质粒子的表面形成 碳质被膜，使该碳质被膜的碳作为电子传导性物质而存在（专利文献1)。另外，提出了如下 技术：对正极活性物质粒子进行微粒化来提高锂离子的嵌入和脱嵌反应，由此，能够实现在 要求高输出的用途中的应用（专利文献2)。 专利文献1 :日本特开2001-15111号公报 专利文献2 :日本专利第4190912号说明书 然而，在利用例如喷磨机等粉碎电极材料的情况下，若粉碎强度过强，则会对电极 材料、特别是材料表面的碳质被膜带来损伤，导致碳剥落等，碳质被膜变得不均匀，其结果， 存在电极材料中的电子传导性的下降及充放电末期的锂离子的嵌入和脱嵌反应中的电阻 的增加这样的问题。另一方面，存在如下问题：没有评价电极材料的粉碎状态的方法，除了 对实际粉碎后的电极材料测定充放电特性来进行判定以外，无法确定最佳的粉碎条件。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供电极材料、使用该电极材 料的充放电特性优良的电极以及锂离子电池，关于包含在表面形成有碳质被膜的电极活性 物质粒子的电极材料，即使进行粉碎处理也能够确保碳质被膜的包覆性，并且不会使充放 电中的速率特性等下降。 本专利技术人发现，关于在表面形成有碳质被膜的电极活性物质粒子，对通过将多个 一次粒子结合而成的凝聚粒子等粉碎而得到的电极材料测定基于脉冲NMR的与特定溶剂 的亲和性值，由此，能够得到粉碎处理条件的指标，从而完成了本专利技术。 即，本专利技术提供以下的电极材料、电极及锂离子电池。 -种电极材料，其具有使在电极活性物质粒子的表面形成有碳质被膜的一次 粒子多个凝聚而形成的凝聚粒子，并且基于脉冲NMR的与N-甲基-2-吡咯烷酮的亲和性值 为5000以上且20000以下。 根据所述的电极材料，其平均粒径为0.3 μπι以上且5.0 μπι以下。 根据或所述的电极材料，其利用粉碎机将凝聚粒子集合后的造粒体破 碎而得到，所述凝聚粒子通过使在电极活性物质粒子的表面形成有碳质被膜的一次粒子多 个凝聚而形成。 根据~中任一项所述的电极材料，其中，所述电极活性物质粒子为由 LiFePO4S LiFexM1 ΧΡ04(其中，M为选自Co、Mn及Ni的组中的一种或两种以上，0<χ< 1) 构成的粒子。 -种电极，其含有~中任一项所述的电极材料。 -种锂离子电池，其具备由所述的电极构成的正极。 专利技术效果 根据本专利技术，能够提供电极材料、使用该电极材料的充放电特性优良的电极以及 锂离子电池，该电极材料包含在表面形成有碳质被膜的电极活性物质粒子的凝聚粒子，即 使进行粉碎处理也能够确保碳质被膜的包覆性，并且不会使充放电中的速率特性等下降。【具体实施方式】 以下，对本专利技术进行详细说明。 <电极材料> 本专利技术的电极材料具有在表面形成有碳质被膜的电极活性物质粒子，并且基于脉 冲NMR(脉冲核磁共振）的与N-甲基-2-吡咯烷酮的亲和性值为5000以上且20000以下。 脉冲NMR法为观测对象物的自旋（磁性）状态的方法，其对从刚施加能量之后（激 发状态）至恢复到稳态为止的时间（自旋-自旋弛豫时间）进行测定。在对象物为溶剂的 情况下，测定溶剂分子（氢原子核）的弛豫时间，但在粒子分散液中，弛豫时间根据溶剂中 的粒子状态而发生变化。这是因为，弛豫时间受到与粒子接触的溶剂分子的量的影响。在 此认为，与粒子接触的溶剂分子的量受到粒子的表面积、溶剂-粒子之间的润湿性的影响 而发生变化。因此，通过利用脉冲NMR对分散有特定粒子的分散液中的溶剂的弛豫时间进 行测定，能够获得溶剂-粒子间的界面状态，由此能够根据溶剂分子的弛豫时间来分析粒 子表面的细微的状态变化。 本专利技术中，将用粒子的比表面积、分散液中的粒子浓度对弛豫时间进行标准化而 得到的值作为与所使用的溶剂的"亲和性值"，并作为溶剂-粒子间的界面状态、即粒子表 面的细微的状态变化的指标。 在此，上述亲和性值A由下述式（1)表示。 上述中，Rsp为相当于粒子表面吸附液的弛豫时间的值，S tot为总比表面积。另外， Rsp及Stot分别由式（2)及式（3)表示，因此，亲和性值A最终由式（4)表示。 另外，上述中，Rav及Rb分别是样品及空白的弛豫时间的倒数，P wt、Ps及P b分别 是样品、粒子及空白的密度。另外，SBET、Ψρ分别是基于BET法的比表面积、粒子的体积浓 度。 对于电极材料中包含的碳质包覆电极活性物质粒子而言，表面被碳质被膜覆盖， 因此，与有机溶剂的亲和性与没有碳质包覆的电极材料表面大不相同。用于脉冲NMR测定 的溶剂优选为可使碳质包覆电极活性物质粒子分散的溶剂且为不含金属离子的介质，但本 专利技术人对各种溶剂进行研究的结果了解到，在使用N-甲基-2-吡咯烷酮（以下称为"ΝΜΡ"） 作为溶剂的情况下，形成有碳质被膜的凝聚粒子的分散性良好，而且，对于利用喷磨机等将 凝聚粒子集合后的造粒体粉碎而得到的电极材料，粉碎条件越强，亲和性值越上升。认为这 是因为，颗粒由于粉碎而崩裂，由此使与NMP的接触面积变大，并且电极活性物质表面的碳 质被膜剥落而使电极活性物质露出面的面积变大。因此发现，通过对粉碎后的电极材料测 定基于脉冲NMR的与NMP的亲和性值，能够得到粉碎处理条件的指标。 本专利技术中，将溶剂设定为N-甲基-2-吡咯烷酮时的基于脉冲NMR的电极材料的亲 和性值为5000以上且20000以下。若亲和性值小于5000,则粉碎不充分，电极材料的粒径 大，因此无法提高速率特性。另一方面，若亲和性值超过20000,则电极材料中的碳质被膜的 剥落变大，充放电特性变差。 上述与NMP的亲和性值优选为5500以上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极材料，其具有在表面形成有碳质被膜的电极活性物质粒子，并且基于脉冲NMR的与N‑甲基‑2‑吡咯烷酮的亲和性值为5000以上且20000以下。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：大石健太，北川高郎，
申请(专利权)人：住友大阪水泥股份有限公司，
类型：发明
国别省市：日本;JP