非水二次电池制造技术

非水二次电池包含正极复合材料层(10b)。在正极复合材料层(10b)的厚度方向上的横截面中，正极复合材料层(10b)包括包含在与厚度方向(TD)交叉的方向上的一个末端部分的第一区域(R1)，包含另一末端部分的第二区域(R2)，和位于第一区域(R1)与第二区域(R2)之间的第三区域(R3)。第一区域(R1)由含有磷酸锂铁(1)和锂镍钴锰复合氧化物(2)的第一复合材料组成，第二区域(R2)由含有磷酸锂铁(1)和锂镍钴锰复合氧化物(2)的第二复合材料组成。第三区域(R3)由含有锂镍钴锰复合氧化物(2)的第三复合材料组成。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】非水二次电池
本专利技术涉及非水二次电池。
技术介绍
进行了各种研究以便在非水二次电池的低充电状态(下文中表示为SOC)下增强输出特性。例如，日本专利公开2008-235150(PTL1)推荐其中正极活性材料包含含有至少Co和LibFePO4(其中b满足条件0≤b<1)的含锂金属氧化物的非水电解质二次电池。引用目录专利文献日本专利公开No.2008-235150专利技术概述技术问题根据PTL1，通过在正极活性材料如LiNi0.80Co0.15Al0.05O2中混入10质量％或更少的磷酸锂铁，与最终放电状态下(即在低SOC下)正极活性材料电阻的急剧提高相比，可抑制操作电位的降低，并且可经宽SOC得到高输出。然而，考虑过充电时的行为，该技术中还保持进一步改进空间。例如，在安装在汽车上的大电池中，在电池过充电的情况下，可采用压力操作类型的电流中断装置(下文中表示为CID)，其在过充电时电池的内部压力超过指定压力(也称为“操作压力”)时物理地中断传导路径。在这种情况下，要求正极具有通过在过充电时与电解质中的气体发生剂(也称为“过充电添加剂”)反应而产生气体而将CID迅速活化的功能。在PTL1中，作为操作电位低的正极活性材料采用的磷酸锂铁的导电率是非常低的，因此其导电率通过将颗粒表面用碳涂覆而补偿。为进一步确保指定电池输出，还应提高磷酸锂铁混入其中的正极复合材料中的导电材料的比。由于磷酸锂铁的单位体积容量也是低的，正极的单位体积容量根据混入的磷酸锂铁的量也降低。因此，为保持电池的容量，正极复合材料层的填充因子，即复合材料的密度应根据混入的磷酸锂铁的量提高。然而，较高密度的复合材料导致层中较少的空隙以及可保留在正极复合材料层中的电解质的量的降低。因此，正极活性材料与电解质中所含气体发生剂之间的接触因子降低并且过充电时气体的产生量也降低。此外，产生的气体的排放路径也减少，并且不利地，内部压力不能有效地提高。本专利技术鉴于上述问题作出。因此，本专利技术的目的是提供在低SOC下的输出高且过充电时的气体生成量大的非水二次电池。问题的解决方法非水二次电池包含正极复合材料层。在正极复合材料层的厚度方向上的横截面中，正极复合材料层包括包含在与厚度方向交叉的方向上的一个末端部分的第一区域，包含另一末端部分的第二区域，和位于第一区域与第二区域之间的第三区域。第一区域由含有磷酸锂铁和锂镍钴锰复合氧化物的第一复合材料组成，第二区域由含有磷酸锂铁和锂镍钴锰复合氧化物的第二复合材料组成。第三区域由含有锂镍钴锰复合氧化物的第三复合材料组成。在包含以上特征的非水二次电池中，甚至在低SOC下得到高输出，另外，在过充电时产生大量气体，使得CID迅速活化。其机制详细描述于下文中。在以下描述中，磷酸锂铁和锂镍钴锰复合氧化物可分别缩写为“LFP”和“LNCM”。图4为显示非水二次电池中正极与负极之间的相对位置关系的示意性截面图。正极复合材料层10b、负极复合材料层20b和隔片40在图4中都在深度方向上延伸。正极复合材料层10b在与厚度方向TD交叉的方向上的各自两端部分中包括含有颗粒LFP1和颗粒LNCM2的第一区域R1和第二区域R2，并且在位于第一区域R1与第二区域R2之间的中心部分中包括含有颗粒LNCM2的第三区域R3。此处，经混入LFP1，第一区域R1和第二区域R2在复合材料密度方面比第三区域R3更高。正极复合材料层10b与负极复合材料层20b相对，隔片40位于其间。负极复合材料层20b在宽度方向上的两端部分各自中包括不与正极复合材料层10b相对的非相对部分NF。这是因为，当正极复合材料层10b延伸离开负极复合材料层20b时，金属锂(Li)在充电期间可能沉淀，因此将平面图中负极复合材料层20b的面积设置为高于正极复合材料层10b的面积。图4以点划线示意性地显示充电期间锂离子(Li+)的迁移。由正极复合材料层10b发射的Li+迁移至相对负极复合材料层20b并与负极活性材料(例如石墨)反应。此处，Li+没有直接从正极复合材料层10b迁移至非相对部分NF。然而，根据本专利技术人进行的研究，发现在负极复合材料层20b中，Li+从与非相对部分NF相邻的部分扩散到非相对部分NF。随着Li+扩散到非相对部分NF中，与第三区域R3中相比，在与非相对部分NF接近的第一区域R1或第二区域R2中应将更多的Li+供入负极，因此，正极电位在第一区域R1和第二区域R2中局部地提高。因此，以上非水二次电池在正极复合材料层10b的两个部分(第一区域R1和第二区域R2)中包含LFP1，在那里，正极电位倾向于局部地提高。如先前所述，LFP1为导电率低，即电阻高的正极活性材料。因此，认为第一区域R1和第二区域R2中的局部电位提高在过充电时加速，气体发生剂与正极活性材料之间的反应变得活化以抑制该电位提高，并且这些区域中的气体生成量明显提高。然而，在明确不含LFP1的第三区域R3中，不需要提高复合材料密度且该区域中的气体生成量不降低。因此，在以上非水二次电池中，即使第一区域R1和第二区域R2中的复合材料密度经混入LFP1而稍微更高，也可确保足够的气体生成量。即，可提高过充电时的气体生成量，同时通过混入LFP1而提高低SOC下的输出。优选，正极复合材料层中正极活性材料总质量中的磷酸锂铁的比不低于3质量％且不高于30质量％。这是因为，通过因此限制LFP的比，可进一步提高低SOC下的输出。优选，正极复合材料层在平面图中为矩形的，且第一区域、第二区域和第三区域沿着正极复合材料层的纵向延伸。这是因为，由于形成各个区域以沿着正极复合材料层的纵向延伸，可确保第一区域和第二区域的面积，改进低SOC下的输出并提高过充电时的气体生成量。此处，“平面图”意指在正极复合材料层的主表面的法线方向上的视场(参见例如图5)。优选满足关系0.2≤(W1+W2)/W0≤0.4)，其中W0表示正极复合材料层的短侧方向上正极复合材料层的宽度，W1表示第一区域的宽度，且W2表示第二区域的宽度。通过因此限制包含LFP的区域的宽度，可进一步提高过充电时的气体生成量。本专利技术的有利效果根据上文，提供低SOC下的输出高且过充电时的气体生成量大的非水二次电池。附图简述[图1]图1为显示根据本专利技术一个实施方案的非水二次电池结构的一个实例的示意性透视图。[图2]图2为沿着图1中的线II-II的示意性截面图。[图3]图3为显示根据本专利技术一个实施方案的电极组结构的一个实例的示意图。[图4]图4为沿着图3中的线IV-IV的示意性截面图。[图5]图5为显示根据本专利技术一个实施方案的正极结构的一个实例的示意性平面图。[图6]图6为沿着图5中的线VI-VI的示意性截面图。[图7]图7为显示根据本专利技术一个实施方案的负极结构的一个实例的示意性平面图。[图8]图8为显示电极组的改进的示意图。[图9]图9为沿着图8中的线IX-IX的正极示意性截面图。实施方案描述尽管下文详细描述本专利技术的一个实施方案(下文中表示为“本专利技术实施方案”)，本专利技术实施方案不限于此。在以下描述中，除非另外说明，中值直径(下文中表示为“d50”)表示用激光衍射扩散方法测量的值。<非水二次电池>图1为显示根据本专利技术实施方案的非水二次电池结构的一个实例的示意性透视图。参考图1，电池1本文档来自技高网...

【技术保护点】
非水二次电池，其包含正极复合材料层，在所述正极复合材料层的厚度方向上的横截面中，所述正极复合材料层包括包含在与厚度方向交叉的方向上的一个末端部分的第一区域，包含另一末端部分的第二区域，和位于所述第一区域与所述第二区域之间的第三区域，所述第一区域由含有磷酸锂铁和锂镍钴锰复合氧化物的第一复合材料组成，所述第二区域由含有磷酸锂铁和锂镍钴锰复合氧化物的第二复合材料组成，且所述第三区域由含有锂镍钴锰复合氧化物的第三复合材料组成。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.07.10 JP 2014-1421391.非水二次电池，其包含正极复合材料层，在所述正极复合材料层的厚度方向上的横截面中，所述正极复合材料层包括包含在与厚度方向交叉的方向上的一个末端部分的第一区域，包含另一末端部分的第二区域，和位于所述第一区域与所述第二区域之间的第三区域，所述第一区域由含有磷酸锂铁和锂镍钴锰复合氧化物的第一复合材料组成，所述第二区域由含有磷酸锂铁和锂镍钴锰复合氧化物的第二复合材料组成，且所述第三区域由含有锂镍钴锰复合氧化物的...

【专利技术属性】
技术研发人员：坂秀之，高桥庆一，藤田秀明，桥本达也，
申请(专利权)人：丰田自动车株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP