[发明专利]锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子二次电池及其制造方法。

背景技术

近年来，对锂离子二次电池进行了研究开发。因为具有橄榄石结构的含锂复合氧化物的高热稳定性，所以诸如LiFePO₄、LiMnPO₄、LiCoPO₄、LiNiPO₄被期待用作锂离子二次电池的正极活性物质。

为了增高锂离子二次电池的放电容量及能量密度，已经试图包括在与作为载流子的离子的嵌入及脱嵌有关的活性物质层中的活性物质的粒径以及粒度变化（参见专利文献1）。

[专利文献1]PCT国际公布第08/077447号小册子

发明内容

然而，包含在锂离子二次电池中的含锂复合氧化物具有高电阻，因此放电容量及能量密度的增高受到限制。

鉴于上述问题，本发明的一个方式的目的是提供一种具有较高放电容量及较高能量密度的锂离子二次电池以及制造这种锂离子二次电池的方法。

本发明的一个方式是一种包括正极、负极及设置在正极和负极之间的电解质的锂离子二次电池。正极包括正极集电体及设置在正极集电体上的正极活性物质层。该正极活性物质层含有石墨烯及含锂复合氧化物。特别地，在正极活性物质层中，多个含锂复合氧化物设置在不同石墨烯之间。含锂复合氧化物以通式LiMPO₄（M为Fe(II)、Mn(II)、Co(II)、Ni(II)中的一种以上）表示。含锂复合氧化物是扁状单晶粒，其中b轴方向上的长度比a轴方向及c轴方向上的长度短。典型地，b轴方向上的长度为5nm以上且50nm以下。此外，含锂复合氧化物以单晶粒的b轴与正极集电体的表面交叉的方式设置在正极集电体上。典型地，单晶粒的b轴以60度至90度的角度与正极集电体的表面交叉。

另外，含锂复合氧化物都具有橄榄石结构。含锂复合氧化物都具有正交晶体结构并属于空间群Pnma（62）。在含锂复合氧化物的单晶粒的每一个中，a轴方向及c轴方向上的长度都比b轴方向上的长度长。含锂复合氧化物可以层叠在不同的石墨烯之间。

石墨烯是指大约1原子层的碳分子至10原子层的碳分子的一个薄片，在该原子层中，共价键的碳原子形成重复单位的六元环。

在根据本发明的一个方式的锂离子二次电池的正极中，正极活性物质层含有扁状单晶粒的橄榄石型含锂复合氧化物，该单晶粒的b轴方向上的长度比a轴方向及c轴方向上的长度短。而且，b轴与正极集电体的表面交叉。因此，锂离子容易在集电体与电解质之间扩散。使用石墨烯作为导电助剂可以增高正极活性物质层中的正极活性物质的比例并可以降低正极活性物质层的电阻。当正极包括具有这种结构的正极活性物质层时，可以降低锂离子二次电池的内阻，使其具有高功率而能够高速地进行充放电。此外，锂离子二次电池可以具有高达理论放电容量的放电容量。

根据本发明的一个方式，能够增大锂离子二次电池的放电容量，而且锂离子二次电池可以具有高功率并高速地进行充放电。此外，能够制造具有高放电容量及高功率，并可以高速地进行充放电的锂离子二次电池。

附图说明

图1A至1C说明锂离子二次电池的正极；

图2说明橄榄石型LiFePO₄的结晶结构；

图3A至3E说明锂离子二次电池的正极的形成方法；

图4说明锂离子二次电池的正极和电解质；

图5A至5E说明锂离子二次电池的制造方法；

图6说明锂离子二次电池；

图7A和7B说明锂离子二次电池的应用方式；

图8说明无线供电系统的结构例子；

图9说明无线供电系统的结构例子。

具体实施方式

使用附图说明本发明的实施方式和例子。注意，本发明不局限于下面的说明，所属技术领域的普通技术人员可以很容易地理解一个事实就是其方式及详细内容可以被变换为各种各样的形式而不脱离本发明的宗旨及其范围。因此，本发明不应该被解释为仅限定在下面所示的实施方式和例子所记载的内容中。在参照附图的说明中，有时在不同的附图中也共同使用相同的附图标记来表示相同的部分。此外，当表示相同的部分时有时使用相同的阴影线，而不特别附加附图标记。

实施方式1

在本实施方式中，使用图1A至1C、图2以及图3A至3E说明本发明的一个方式的锂离子二次电池的正极及其制造方法。

图1A和1B都为锂离子二次电池的正极的截面图。