正极活性物质的制造方法、正极以及蓄电设备技术

本发明专利技术提供一种正极活性物质的制造方法，其不添加过量的碳，就可以制造具有充分导电性的LiVPO4F。另外，通过使用该LiVPO4F，提供一种高容量的正极以及高能量密度的蓄电设备。正极活性物质的制造方法，其具有：前驱体合成工序，该工序由作为原料的五氧化钒和磷酸盐化合物以及作为添加物的碳材料，合成包含有含碳的VPO4的前驱体；LiVPO4F合成工序，该工序由前述前驱体和LiF，合成含碳的LiVPO4F，其特征在于，作为前述添加物的碳材料是比表面积700～1500m2／g的导电性炭黑，在前述前驱体合成工序中，前述导电性炭黑的添加量相对于1摩尔五氧化钒而小于2摩尔。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种正极活性物质的制造方法、正极以及蓄电设备，特别地，涉及一种以LiVPO4F作为主要成分的正极活性物质的制造方法、利用该制造方法制造的正极、以及使用该正极制造的蓄电设备。
技术介绍
近年来，在汽车或移动型信息通信相关设备等多方面领域，使用锂离子二次电池等锂离子蓄电设备。在该锂离子蓄电设备中，作为正极活性物质中使用的材料，使用具有LiVPO4F型的结晶构造的组成物。在专利文献I中，公开了制造LiVPO4F方法的一个例子。特别地，在该专利文献I中公开了 LiVPO4F的合成方法，即，在第I阶段合成作为LiVPO4F的前驱体的VPO4，在第2阶 段使用已合成的VPO4和LiF合成活性物质LiVPO4F15在该方法中，公开了一种碳热法，即，第I阶段以及第2阶段分别按照以下的式I以及式II，向原料物质V2O5和NH4H2PO4中添加碳然后进行烧结，将产生的VPO4再次进行烧结然后得到LiVPO4F15式1:0. 5V205 + NH4H2PO4 + C — VPO4 + NH3 +1. 5H20 + CO式II LiF + VPO4 — LiVPO4F并且，在非专利文献I 3公开了一种按照下述的式III以及式IV将原料物质制造成LiVPO4F的制造方法。式 III V2O5 + 2 (NH4) 2HP04 + xC — 2VPO4 / {(x — 2) } / 2} C + 4NH3 +3H20 + 2C0式IV LiF + VPO4 / {(x — 2) } / 2}C — LiVPO4F / {(x — 2) } / 2}C在上述的非专利文献中的第I阶段的反应式中，碳C的系数部分的X的意思是，添加的碳相对于V2O5的摩尔比。该碳的添加量X是比2大的值。即，相对于I摩尔的原料V2O5添加大于2摩尔的碳。专利文献1:日本特开2009-18989号公报非专利文献1:Journal of Power Sources 146 (2005) 516-520非专利文献2 :Journal of The Electrochemical Society 151(10)A1670-A1677(2004)非专利文献3 :Electrochimica Acta 56 (2011) 1344-135
技术实现思路
在专利文献I的第I阶段中，如根据反应式所理解，在理论上通过相对于0. 5摩尔的V2O5而添加I摩尔的碳，该反应可以成立。但是，参照专利文献I的实施例2等发现，实际上，相对于O. 5摩尔的V2O5而添加1.1摩尔的碳。另外，在非专科文献中，也是相对于I摩尔的V2O5而添加大于2摩尔的碳。这是因为，虽然LiVPO4F具有高容量，但也具有高电阻，为了实现蓄电设备的功能，必须减小该电阻。另外，电阻也与放电维持率存在相关关系，一般来说，减小电阻可以提高放电维持率。因此,从还原V2O5的观点来看,理论上碳的添加量相对于V2O5是2倍摩尔比即可，但是为了提高作为活性物质的LiVPO4F的导电性，还要添加多余的碳。但是，单纯增加碳的添加量，会降低正极材料中的活性物质的比例，S卩，作为结晶的LiVPO4F的比例，其结果，降低正极的容量。降低正极的容量，使得蓄电设备的能量密度降低。本专利技术鉴于上述情况，目的是提供一种LiVPO4F的制造方法，即，该方法不添加过量的碳，就可以得到具有充分导电性的LiVP04F。另外，通过使用LiVPO4F，提供一种具有高 容量以及高能量密度的蓄电设备。为了实现上述目的，本专利技术涉及一种正极活性物质的制造方法，该正极活性物质具有含碳的LiVPO4F型的结晶构造，其特征在于，包含下述工序前驱体合成工序，该工序由作为原料的五氧化钒和磷酸盐化合物、以及作为添加物的碳材料，合成包含有含碳的VPO4的前驱体；以及LiVPO4F合成工序，该工序由前述前驱体和LiF，合成含碳的LiVPO4F,作为前述添加物的碳材料，是比表面积为700 1500m2 / g的导电性炭黑，在前述前驱体合成工序中，相对于I摩尔五氧化钒，使前述导电性炭黑的添加量小于2摩尔。另外，一种正极活性物质的制造方法，该正极活性物质具有含碳的LiVPO4F型的结晶构造，其特征在于，包含下述工序前驱体合成工序，该工序由作为原料的五氧化钒和磷酸盐化合物、以及作为添加物的碳材料，合成包含有含碳的VPO4的前驱体；以及LiVPO4F合成工序，该工序由前述前驱体和LiF，合成含碳的LiVPO4F，作为前述添加物的碳材料，是比表面积700 1500m2 / g的导电性炭黑，在前述前驱体合成工序中添加导电性炭黑，以使得在前述LiVPO4F合成工序中，在LiVPO4F中含有的碳量相对于LiVPO4F小于或等于5质量％。根据本专利技术，在前驱体合成工序中添加到原料物质中的碳材料，作为比表面积700 1500m2 / g的导电线炭黑而使用科琴黑，从而与添加炭黑等其它的碳材料的情况相比，可以给以LiVPO4F作为主要成分的正极活性物质提供必要的充分导电性，以使该物质作为电极材料使用。本专利技术中涉及的前驱体优选使用在蓄电设备用电极或者使用该电极的蓄电设备中。专利技术的效果根据本专利技术，在前驱体合成工序中添加到原料物质中的碳材料，作为比表面积700 1500m2 / g的导电性炭黑而使用科琴黑，从而与添加炭黑等其它的碳材料的情况相比较，即使该添加量较少也可以向正极活性物质LiVPO4F提供充分的导电性。因此，防止正极活性物质LiVPO4F中含碳量的增加导致正极容量的降低，进而促进蓄电设备的能量密度的提闻。附图说明图1是说明本实施方式涉及的各工序的流程的流程图。图2是示意地表示本实施方式涉及的蓄电设备内部的剖面图。图3是表示使用科琴黑作为碳材料，在其添加量变化的情况下的对应的各VPO4的XRD测定结果。图4是表示使用炭黑作为碳材料，在其添加量变化的情况下的对应的各VPO4的XRD测定结果。图5是表示使用科琴黑作为碳材料，在其添加量变化的情况下的对应的各LiVPO4F的XRD测定结果。图6是表示使用炭黑作为碳材料，在其添加量变化的情况下的对应的各LiVPO4F的XRD测定结果。 具体实施例方式下面，对于本专利技术的实施方式涉及的制造方法进行说明。图1是表示本实施方式涉及的正极活性物质的制造方法的流程的流程图。如图所示，在本实施方式的制造方法中，首先，进行前驱体合成工序。在前驱体合成工序中，将作为原料的五氧化钒和磷酸盐化合物以及作为添加物的碳材料的科琴黑(以下，记作KB)进行混合。具体地说，将作为原料物质的五氧化钒和磷酸盐化合物，使用含有亲水性醇(碳数小于或等于3)、例如2-丙醇的混合溶剂，进行湿法混合。然后，通过对得到的混合物进行烧结，使其发生固相反应而合成含有VPO4的前驱体。此外，在上述烧结中包含临时烧结工序，该工序是在非活性气氛中，利用200 400°C之间的温度进行热处理；以及主处理工序，该工序是在非活性气氛中，利用800°C 900°C之间的温度进行热处理。所谓非活性气氛，是指例如氦、氩等惰性气体或氮等非活性气体流。临时烧结中的热处理，优选例如以约300°C的温度进行2 6小时，主烧结中的热处理，优选例如以约800°C温度进行约16小时。经过上述混合工序以及烧结工序，得到以VP本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种正极活性物质的制造方法，该正极活性物质具有含碳的LiVPO4F型的结晶构造，其特征在于，包含下述工序：前驱体合成工序，该工序中，由作为原料的五氧化钒和磷酸盐化合物、以及作为添加物的碳材料，合成包含有含碳的VPO4的前驱体；以及LiVPO4F合成工序，该工序中，由前述前驱体和LiF，合成含碳的LiVPO4F，作为前述添加物的碳材料，是比表面积为700～1500m2／g的导电性炭黑，在前述前驱体合成工序中，相对于1摩尔五氧化钒，使前述导电性炭黑的添加量小于2摩尔。

【技术特征摘要】
2011.09.21 JP 2011-2056051.一种正极活性物质的制造方法，该正极活性物质具有含碳的LiVPO/型的结晶构造， 其特征在于，包含下述工序 前驱体合成工序，该工序中，由作为原料的五氧化钒和磷酸盐化合物、以及作为添加物的碳材料，合成包含有含碳的VPO4的前驱体；以及 LiVPO4F合成工序，该工序中，由前述前驱体和LiF，合成含碳的LiVPO4F, 作为前述添加物的碳材料，是比表面积为700 1500m2 / g的导电性炭黑， 在前述前驱体合成工序中，相对于I摩尔五氧化钒，使前述导电性炭黑的添加量小于2摩尔。2.一种正极活性物质的制造方法，该正极...

【专利技术属性】
技术研发人员：向中野侑哉，石井力太郎，盐崎龙二，
申请(专利权)人：富士重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：