[发明专利]锂离子二次电池

说明书

锂离子二次电池。提供一种具有高放电容量、高能级密度的锂离子二次电池以及其制造方法。锂离子二次电池包括正极、负极以及设置在正极和负极之间的电解质。正极包括正极集电体及设置正极集电体上的正极活性物质层。在正极活性物质层中，交替设置有石墨烯和含锂复合氧化物。含锂复合氧化物为扁状单晶粒，其中b轴方向上的长度比a轴方向的长度及c轴方向上的长度短。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。

本申请是申请日为2012年3月19日、申请号为“201280014987.1”、发明名称为“锂离子二次电池”的发明专利申请的分案申请。

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；