鋰離子二次電池的制作方法
【專利摘要】提供一種具有高放電容量、高能級(jí)密度的鋰離子二次電池以及其制造方法。鋰離子二次電池包括正極、負(fù)極以及設(shè)置在正極和負(fù)極之間的電解質(zhì)。正極包括正極集電體及設(shè)置正極集電體上的正極活性物質(zhì)層。在正極活性物質(zhì)層中，交替設(shè)置有石墨烯和含鋰復(fù)合氧化物。含鋰復(fù)合氧化物為扁狀單晶粒，其中b軸方向上的長度比a軸方向的長度及c軸方向上的長度短。此外，含鋰復(fù)合氧化物以單晶粒的b軸與正極集電體的表面交叉的方式設(shè)置在正極集電體上。
【專利說明】鋰離子二次電池
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種鋰離子二次電池及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，對(duì)鋰離子二次電池進(jìn)行了研究開發(fā)。因?yàn)榫哂虚蠙焓Y(jié)構(gòu)的含鋰復(fù)合氧化物的高熱穩(wěn)定性，所以諸如LiFeP04、LiMnP04、LiCoP04、LiNiPO4被期待用作鋰離子二次電池的正極活性物質(zhì)。
[0003]為了增高鋰離子二次電池的放電容量及能量密度，已經(jīng)試圖包括在與作為載流子的離子的嵌入及脫嵌有關(guān)的活性物質(zhì)層中的活性物質(zhì)的粒徑以及粒度變化(參見專利文獻(xiàn)I)。
[0004][專利文獻(xiàn)I]PCT國際公布第08/077447號(hào)小冊(cè)子
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]然而，包含在鋰離子二次電池中的含鋰復(fù)合氧化物具有高電阻，因此放電容量及能量密度的增高受到限制。
[0006]鑒于上述問題，本發(fā)明的一個(gè)方式的目的是提供一種具有較高放電容量及較高能量密度的鋰離子二次電池以及制造這種鋰離子二次電池的方法。
[0007]本發(fā)明的一個(gè)方式是一種包括正極、負(fù)極及設(shè)置在正極和負(fù)極之間的電解質(zhì)的鋰離子二次電池。正極包括正極集電體及設(shè)置在正極集電體上的正極活性物質(zhì)層。該正極活性物質(zhì)層含有石墨烯及含鋰復(fù)合氧化物。特別地，在正極活性物質(zhì)層中，多個(gè)含鋰復(fù)合氧化物設(shè)置在不同石墨烯之間。含鋰復(fù)合氧化物以通式LiMPO4 (M為Fe(II)、Mn(II)、C0(II)、Ni(II)中的一種以上)表示。含鋰復(fù)合氧化物是扁狀單晶粒，其中b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短。典型地，b軸方向上的長度為5nm以上且50nm以下。此外，含鋰復(fù)合氧化物以單晶粒的b軸與正極集電體的表面交叉的方式設(shè)置在正極集電體上。典型地，單晶粒的b軸以60度至90度的角度與正極集電體的表面交叉。
[0008]另外，含鋰復(fù)合氧化物都具有橄欖石結(jié)構(gòu)。含鋰復(fù)合氧化物都具有正交晶體結(jié)構(gòu)并屬于空間群Pnma (62 )。在含鋰復(fù)合氧化物的單晶粒的每一個(gè)中，a軸方向及c軸方向上的長度都比b軸方向上的長度長。含鋰復(fù)合氧化物可以層疊在不同的石墨烯之間。
[0009]石墨烯是指大約I原子層的碳分子至10原子層的碳分子的一個(gè)薄片，在該原子層中，共價(jià)鍵的碳原子形成重復(fù)單位的六元環(huán)。
[0010]在根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池的正極中，正極活性物質(zhì)層含有扁狀單晶粒的橄欖石型含鋰復(fù)合氧化物，該單晶粒的b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短。而且，b軸與正極集電體的表面交叉。因此，鋰離子容易在集電體與電解質(zhì)之間擴(kuò)散。使用石墨烯作為導(dǎo)電助劑可以增高正極活性物質(zhì)層中的正極活性物質(zhì)的比例并可以降低正極活性物質(zhì)層的電阻。當(dāng)正極包括具有這種結(jié)構(gòu)的正極活性物質(zhì)層時(shí)，可以降低鋰離子二次電池的內(nèi)阻，使其具有高功率而能夠高速地進(jìn)行充放電。此外，鋰離子二次電池可以具有高達(dá)理論放電容量的放電容量。
[0011]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式，能夠增大鋰離子二次電池的放電容量，而且鋰離子二次電池可以具有聞功率并聞速地進(jìn)行充放電。此外，能夠制造具有聞放電容量及聞功率，并可以高速地進(jìn)行充放電的鋰離子二次電池。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1A至IC說明鋰離子二次電池的正極；
圖2說明橄欖石型LiFePO4的結(jié)晶結(jié)構(gòu)；
圖3A至3E說明鋰離子二次電池的正極的形成方法；
圖4說明鋰離子二次電池的正極和電解質(zhì)；
圖5A至5E說明鋰離子二次電池的制造方法；
圖6說明鋰離子二次電池；
圖7A和7B說明鋰離子二次電池的應(yīng)用方式；
圖8說明無線供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子；
圖9說明無線供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)例子。
【具體實(shí)施方式】
[0013]使用【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實(shí)施方式和例子。注意，本發(fā)明不局限于下面的說明，所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員可以很容易地理解一個(gè)事實(shí)就是其方式及詳細(xì)內(nèi)容可以被變換為各種各樣的形式而不脫離本發(fā)明的宗旨及其范圍。因此，本發(fā)明不應(yīng)該被解釋為僅限定在下面所示的實(shí)施方式和例子所記載的內(nèi)容中。在參照附圖的說明中，有時(shí)在不同的附圖中也共同使用相同的附圖標(biāo)記來表示相同的部分。此外，當(dāng)表示相同的部分時(shí)有時(shí)使用相同的陰影線，而不特別附加附圖標(biāo)記。
實(shí)施方式I
[0014]在本實(shí)施方式中，使用圖1A至1C、圖2以及圖3A至3E說明本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池的正極及其制造方法。
[0015]圖1A和IB都為鋰離子二次電池的正極的截面圖。
[0016]如圖1A所示，用作導(dǎo)電助材的石墨烯103設(shè)置在正極集電體101上。正極活性物質(zhì)的含鋰復(fù)合氧化物105設(shè)置在石墨烯103上。用作導(dǎo)電助材的石墨烯113設(shè)置在含鋰復(fù)合氧化物105上。作為正極活性物質(zhì)的含鋰復(fù)合氧化物115設(shè)置在石墨烯113上。就是說，石墨烯與含鋰復(fù)合氧化物交替層疊。石墨烯103之間的間隔、石墨烯113之間的間隔、含鋰復(fù)合氧化物105之間的間隔以及含鋰復(fù)合氧化物115之間的間隔由粘合劑127填補(bǔ)。注意，粘合劑127是多孔狀且纖維狀，并具有空隙，因此，當(dāng)在鋰離子二次電池中電解質(zhì)為液體電解質(zhì)時(shí)，石墨烯103之間的空隙和正極活性物質(zhì)的含鋰復(fù)合氧化物105之間的間隔由電解質(zhì)填補(bǔ)。
[0017]注意，本說明書中的電解質(zhì)是指包括鋰離子穩(wěn)定地存在于其中的材料的、并能夠傳輸作為載流子離子的鋰離子的電解質(zhì)。例如，電解質(zhì)包括將鋰離子穩(wěn)定地存在于其中的材料(溶質(zhì))溶解于液體溶劑中的電解液以及含有鋰離子穩(wěn)定地存在于其中的材料(溶質(zhì))的固體電解質(zhì)。[0018]注意，正極活性物質(zhì)是指有關(guān)作為載流子的離子的嵌入及脫嵌的物質(zhì)。因此，含鋰復(fù)合氧化物是正極活性物質(zhì)，而石墨烯、粘合劑以及溶劑等不是活性物質(zhì)。
[0019]作為正極集電體101，可以使用具有高導(dǎo)電性材料諸如鉬、鋁、銅、鈦或不銹鋼。正極集電體101可以適當(dāng)?shù)夭捎貌瓲?、板狀、網(wǎng)狀等形狀。
[0020]石墨烯103是指大約1原子層的碳分子至10原子層的碳分子的一個(gè)薄片，在該原子層中，共價(jià)鍵的碳原子形成重復(fù)單位的六元環(huán)。因此，石墨烯103是具有蜂窩結(jié)構(gòu)的偽二維薄片。在石墨烯103中，碳原子具有Sp2鍵合。
[0021]由于石墨烯103在室溫下具有非常高的載流子遷移率，所以可以用作在正極活性物質(zhì)層中的導(dǎo)電助劑。因?yàn)樵诖耸?03是指大約I原子層的碳分子至10原子層的碳分子的薄片，所以其體積極低，因此可以降低包含在正極活性物質(zhì)層121中的導(dǎo)電助劑的比例，由此可以提高正極活性物質(zhì)層中的活性物質(zhì)的比例。
[0022]在20μm至100 μ m的范圍內(nèi)決定所希望的正極活性物質(zhì)層121的厚度。優(yōu)選的是，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)正極活性物質(zhì)層121的厚度，以避免裂紋和剝離的發(fā)生。
[0023]包含在正極活性物質(zhì)層121中的含鋰復(fù)合氧化物105是具有橄欖石結(jié)構(gòu)的單晶粒。橄欖石型含鋰復(fù)合氧化物(通式為LiMPO4 (M為Fe (I I)、Mn (I I)、Co (I I)、Ni (I I)中的一種以上))的典型例子是 LiFeP04、LiNiPO4, LiCoPO4, LiMnPO4, LiFeaNibPO4, LiFeaCobPO4,LiFeaMnbPO4, LiNiaCobPO4, LiNiaMnbPO4 (a+b≤1,O < a < I,O < b < I)、LiFecNidCoePO4,LiFecNidMnePO4, LiNicCodMnePO4 (c+d+e≤ I，O < c < I，O < d < 1，O < e < 1)、LiFefNigCohMniPO4 (f+g+h+i≤1，O < f < 1，O < g < 1，O < h < 1，O < i < 1)。
[0024]這里，使用圖1C說明在本實(shí)施方式中使用的含鋰復(fù)合氧化物的形狀。
[0025]含鋰復(fù)合氧化物105具有正交晶體結(jié)構(gòu)并屬于空間群Pnma (62)。含鋰復(fù)合氧化物105是其b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短的扁狀晶粒。因?yàn)樵陂蠙焓Y(jié)構(gòu)中鋰離子在b軸方向上擴(kuò)散，所以優(yōu)選將b軸方向上的長度設(shè)定為5nm以上且50nm以下，更優(yōu)選設(shè)定為5nm以上且20nm以下，因此鋰離子容易擴(kuò)散。此外，優(yōu)選將a軸方向及c軸方向上的長度的比例設(shè)定為0.5以上且1.5以下，更優(yōu)選為0.8以上且1.2以下，即優(yōu)選b面為正方形或略正方形，這是因?yàn)槟軌驅(qū)⒑噺?fù)合氧化物105緊密地布置在正極集電體101上。
[0026]作為含鋰復(fù)合氧化物，a軸方向上的邊、c軸方向上的邊以及包括a軸方向上的邊和c軸方向上的邊的平面，即b面中的一個(gè)以上與石墨烯103接觸，并且單晶粒的b軸與正極集電體101的表面交叉。典型地，含鋰復(fù)合氧化物的b軸以60度至且90度的角度與正極集電體101的表面交叉。因?yàn)樵陂蠙焓Y(jié)構(gòu)中鋰離子在b軸方向上擴(kuò)散，所以優(yōu)選b軸以60度至90度的角度與正極集電體101的表面交叉以擴(kuò)散更多鋰離子。注意，“b軸與正極集電體101的表面交叉”意味著b軸與正極集電體101的表面具有交點(diǎn)。另一方面，“b軸不與正極集電體101的表面交叉”意味著b軸與正極集電體101的表面平行。
[0027]注意，能夠使用掃描電鏡(SEM)、掃描透射電鏡(STEM)、透射電鏡(TEM)以及X線衍射(XRD)中的多個(gè)判斷出含鋰復(fù)合氧化物105是b軸方向上的邊的長度比a軸方向及c軸方向上的邊的長度短的扁狀晶體。例如，能夠通過使用X線衍射(XRD)進(jìn)行測量判斷出含鋰復(fù)合氧化物105的單晶粒的b軸與正極集電體101的表面交叉。此外，含鋰復(fù)合氧化物105被判斷為單晶粒，這是因?yàn)橛赏干潆婄R(TEM)觀察的暗場像中的對(duì)比度均勻，并且在暗場像中沒有確認(rèn)到晶界。
[0028]這里，說明橄欖石結(jié)構(gòu)。圖2示出作為橄欖石型含鋰復(fù)合氧化物的一個(gè)例子的磷酸鐵鋰(LiFePO4)的單位晶格301。橄欖石型磷酸鐵鋰具有正交晶體結(jié)構(gòu)，并在其單位晶格中含有四個(gè)式單位的磷酸鐵鋰(LiFePO4)。橄欖石結(jié)構(gòu)的基本骨架為氧化物離子的六方最緊密堆積結(jié)構(gòu)，其中鋰、鐵及磷位于最緊密堆積結(jié)構(gòu)的空隙。
[0029]此外,橄欖石型磷酸鐵鋰(LiFePO4)具有四面體位置(tetrahedral site)及兩種八面體位置(octahedral site)。四面體位置在頂部有四個(gè)氧原子。八面體位置在頂部有六個(gè)氧原子。磷307位于四面體位置的中心，并且鋰303或鐵305位于八面體位置的中心。將在其中心布置有鋰303的八面體位置稱為Ml位置，并且將在其中心布置有鐵305的八面體位置稱為M2位置。Ml位置以一維方式排列在b軸方向上。也就是說，鋰303以一維方式排列在〈010〉方向上。注意，為了方便起見，沒有用線示出鋰303與其他離子或原子的鍵。
[0030]此外，鄰近的M2位置的鐵305以夾著氧309的方式以之字形鍵合。此外，在鄰近的M2位置的鐵305之間鍵合的氧309還與四面體位置的磷307鍵合。因此，鐵-氧-磷的鍵連續(xù)下去。
[0031]注意，橄欖石型磷酸鐵鋰也可以是歪曲的。此外，關(guān)于磷酸鐵鋰，鋰、鐵、磷及氧的組成比不局限于并且，作為磷酸過渡金屬鋰(LiMPO4)的過渡金屬(M)，也可以使用如錳、鈷或鎳等具有比鋰離子大的離子半徑的過渡金屬。
[0032]當(dāng)鋰從圖2所示的橄欖石型磷酸鐵鋰脫嵌時(shí)，鐵鋰脫離，并且該鐵鋰具有穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)所有鋰離子的嵌入及脫嵌。此外，橄欖石型磷酸鐵鋰具有熱穩(wěn)定性。在橄欖石型磷酸鐵鋰中，鋰離子在b軸方向上以一維方式排列，并在b軸方向上擴(kuò)散。由此，當(dāng)單晶粒的b軸方向上的邊的長度較短時(shí)，可以使鋰離子容易擴(kuò)散。
[0033]在根據(jù)本實(shí)施方式的正極中，正極活性物質(zhì)層含有作為其b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短的扁狀單晶粒的橄欖石型含鋰復(fù)合氧化物。此外，a軸方向上的邊、c軸方向上的邊以及包括a軸方向上的邊、c軸方向上的邊的平面，即b面中的一個(gè)以上與具有高導(dǎo)電性的石墨烯接觸，并且橄欖石結(jié)構(gòu)中的成為鋰離子的擴(kuò)散方向的b軸與正極集電體的表面交叉。因此，可以在集電體和電解質(zhì)之間擴(kuò)散更多鋰離子。
[0034]使用石墨烯作為導(dǎo)電助劑，可以降低正極活性物質(zhì)層中的導(dǎo)電助劑的比例并可以降低正極活性物質(zhì)層的電阻。另外，作為導(dǎo)電助劑的膜狀石墨烯與含鋰復(fù)合氧化物交替層疊，并且含鋰復(fù)合氧化物都具有扁狀，因此可以增高正極活性物質(zhì)層中的含鋰復(fù)合氧化物的填充率。就是說，正極活性物質(zhì)層中的正極活性物質(zhì)的比例得到增高，并且正極活性物質(zhì)層的電阻得到降低。因此，當(dāng)將在本實(shí)施方式中說明的正極活性物質(zhì)層用于正極時(shí)，可以降低鋰離子二次電池的內(nèi)阻，使其具有高功率而能夠高速地進(jìn)行充放電。此外，鋰離子二次電池可以具有高達(dá)理論放電容量的放電容量。
[0035]如圖1B所示，多個(gè)含鋰復(fù)合氧化物也可以層疊在正極物質(zhì)層141中。具體地說，石墨烯123設(shè)置在正極集電體101上，并且多個(gè)含鋰復(fù)合氧化物125層疊在石墨烯123上。此外，石墨烯133設(shè)置在含鋰復(fù)合氧化物125上，并且多個(gè)含鋰復(fù)合氧化物135層疊在石墨烯133上。使用圖1B中的正極，與使用圖1A中的正極的情況相比，鋰離子二次電池的放電
容量進(jìn)一步增高。
[0036]注意，在圖1A和IB中，石墨烯也可以設(shè)置在含鋰復(fù)合氧化物115及135的表面上。石墨烯103及123不需要設(shè)置在正極集電體101上，并且含鋰復(fù)合氧化物105及125可以與正極集電體101接觸。
[0037]接著，使用圖3A至3E說明如圖1A所示的鋰離子二次電池的正極的形成方法。
[0038]如圖3A所示，石墨烯103作為導(dǎo)電助劑設(shè)置在正極集電體101上。石墨烯103可以使用在過渡金屬的箔或薄膜上的外延生長、涂敷法、化學(xué)剝離法等形成。
[0039]過渡金屬的箔或薄膜上的外延生長的工序?yàn)槿缦?。用作觸媒的鎳或鐵等過渡金屬的箔形成在襯底上，該襯底被放在處理室中并被加熱到600度以上且1100度以下，并且將包含甲烷、乙烷等碳化氫的氣體導(dǎo)入到處理室中，由此石墨烯形成在襯底上。然后，使用酸性溶液等對(duì)過渡金屬的箔進(jìn)行蝕刻，來獲得石墨烯。注意，也可以使用過渡金屬的薄膜代替配置有過渡金屬的箔的襯底。
[0040]涂敷法為如下。將過錳酸鉀的硫酸溶液、過氧化氫水等混合到單晶石墨粉末中，以產(chǎn)生氧化反應(yīng)，由此，得到氧化石墨烯水溶液。之后，將氧化石墨烯水溶液涂在設(shè)置有剝離層的適當(dāng)?shù)囊r底上且進(jìn)行干燥。作為剝離層，可以使用具有Inm至IOOnm的厚度并能夠溶解于酸中的金屬膜。之后，通過在真空中以高溫加熱，添加酰肼等還原劑等，使氧化石墨烯還原，來形成石墨烯。然后，使用酸性溶液等對(duì)剝離層進(jìn)行蝕刻，來獲得石墨烯。
[0041]擋制造方法中使用還原劑時(shí)，還原反應(yīng)從表面進(jìn)行，因此通過控制反應(yīng)時(shí)間可以使還原反應(yīng)在適當(dāng)?shù)纳疃韧Ｖ?。在該狀態(tài)下，在表面上獲得被還原的石墨烯，然而氧化石墨烯殘留在未反應(yīng)的部分中。因?yàn)檠趸┤芙庥谒?，?dāng)使襯底浸潰在水中時(shí)，可以獲得不溶解于水的石墨烯。溶解于水的氧化石墨烯被收集并被涂在其他襯底上。
[0042]化學(xué)剝離法是石墨烯在化學(xué)上從石墨剝離的方法。典型的是，將石墨放在極性溶劑中，諸如氯仿、N, N-dimethyIformamide (N, N- 二甲基甲酰胺)(DMF)或N-methylpyrrolidone (N-甲基卩比咯燒酮)(NMP),并且通過超聲振動(dòng)破壞石墨中的石墨層之間的鍵，可以得到石墨烯。
[0043]接著，如圖3B所示，將含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料109涂在正極集電體101及石墨烯103上。之后，優(yōu)選使用刮板、刮刀等使含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料109的厚度均勻或大致均勻。并且，也可以使?jié){料109的溶劑干燥來增高漿料109的粘性。在該工序中，如圖3B所示，含鋰復(fù)合氧化物105無規(guī)則地涂在正極集電體101或石墨烯103上，含鋰復(fù)合氧化物105的a軸、b軸和c軸與正極集電體101的表面交叉。含鋰復(fù)合氧化物105是其b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短的扁狀單晶粒。由此，當(dāng)含鋰復(fù)合氧化物105分散在正極集電體101上而含鋰復(fù)合氧化物105的a軸或c軸與正極集電體101或石墨烯103的表面交叉，即含鋰復(fù)合氧化物105的a面或c面與正極集電體101或石墨烯103接觸時(shí)，含鋰復(fù)合氧化物以如含鋰復(fù)合氧化物105a所示那樣的高度分散。
[0044]含有含鋰復(fù)合氧化物的漿料109還包括粘合劑以及溶劑等。
[0045]可以適當(dāng)?shù)夭捎霉滔喾?、水熱法、噴霧熱分解法等作為含鋰復(fù)合氧化物的形成方法。注意，優(yōu)選采用水熱法作為具有小粒徑及較少粒子尺寸的變化的扁狀單晶粒的制造方法，在該單晶粒中b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短。
[0046]作為粘合劑，有淀粉、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、再生纖維素、二乙酰纖維素等多糖類；聚氯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚乙烯醇、EPDM (Ethylene Propylene Diene Monomer:乙烯丙烯二烯單體)橡膠、橫化 EPDM 橡膠、丁苯橡膠、丁二稀橡膠、氟化橡膠等乙烯基聚合物；聚氧化乙烯等聚醚；等。
[0047]注意，為了將含鋰復(fù)合氧化物、粘合劑分散或溶解于漿料中，可以適當(dāng)?shù)厥褂萌軇?br> [0048]粒徑小的含鋰復(fù)合氧化物容易凝聚而不容易均勻地分散在漿料中。因此，優(yōu)選適當(dāng)?shù)厥褂梅稚┘胺稚⒔橘|(zhì)以將含鋰復(fù)合氧化物均勻地分散在漿料中。
[0049]作為分散劑，有高分子分散劑、表面活性劑型分散劑(低分子分散劑)、無機(jī)分散劑等。作為分散介質(zhì)，有乙醇、水等。注意，分散劑及分散介質(zhì)可以根據(jù)含鋰復(fù)合氧化物適當(dāng)?shù)剡x擇。
[0050]接著，對(duì)含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料109施加物理壓力。作為對(duì)含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料109施加物理壓力的方法，有使用輥、刮板、刮刀等在含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料109上移動(dòng)的方法。此外，也可以對(duì)含有含鋰復(fù)合氧化物的漿料施加超聲波振動(dòng)代替對(duì)漿料施加物理壓力。其結(jié)果是，在含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料109中，其a軸或c軸與正極集電體101的表面交叉的含鋰復(fù)合氧化物105，即a面或c面與石墨烯103接觸的含鋰復(fù)合氧化物105a傾倒，因此含鋰復(fù)合氧化物105處于其b軸與正極集電體101的表面交叉的狀態(tài)。并且，含鋰復(fù)合氧化物105的a軸方向上的邊、c軸方向上的邊以及b面中的一個(gè)以上可以與石墨烯103接觸。就是說，能夠增加石墨烯103的與含鋰復(fù)合氧化物105接觸的區(qū)域的面積。
[0051]之后，加熱含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料109以去除溶劑，并以使用粘合劑107固定含鋰復(fù)合氧化物105 (參見圖3C)。由于通過加熱粘合劑成為多孔狀、纖維狀而包括空隙108，所以在該空隙中，含鋰復(fù)合氧化物露出。
[0052]或者，將在其上形成有石墨烯103的正極集電體101浸潰在含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料109中然后將其逐漸取出。之后，加熱漿料109以去除溶劑，并以使用粘合劑107固定含鋰復(fù)合氧化物105。其結(jié)果是，如圖3C所示，含鋰復(fù)合氧化物105可以處于其b軸與正極集電體101的表面交叉的狀態(tài)。在這種情況下，在控制漿料109與正極集電體101或石墨烯103之間的表面張力以使?jié){料109的彎液面成凹形之后，將正極集電體101逐漸取出。如圖3C所示，彎液面的端部處的毛細(xì)管作用能夠?qū)崿F(xiàn)含鋰復(fù)合氧化物105的b軸與正極集電體101的表面交叉的狀態(tài)。
[0053]接著，如圖3D所示，通過與圖3A的方法相同的方法在含鋰復(fù)合氧化物105上形成石墨烯113。
[0054]之后，通過進(jìn)行圖3B及3C中的步驟，如圖3E所示，含鋰復(fù)合氧化物115及粘合劑117形成在石墨烯113上。
[0055]通過上述步驟，可以制造鋰離子二次電池的正極，在該鋰離子二次電池的正極中，交替層疊有含鋰復(fù)合氧化物105及115與石墨烯103及113的正極活性物質(zhì)層121設(shè)置在正極集電體101上。注意，在正極活性物質(zhì)層121中，粘合劑107及117統(tǒng)被稱為粘合劑127。
[0056]雖然圖3A至3E示出圖1A中的在石墨烯103和113之間設(shè)置有一層含鋰復(fù)合氧化物的鋰離子二次電池的正極的制造方法，但是當(dāng)在石墨烯之間設(shè)置有多個(gè)含鋰復(fù)合氧化物的層時(shí)，可以制造圖1B所示的在石墨烯123和133之間層疊有含鋰復(fù)合氧化物125的正極活性物質(zhì)層141。[0057]在根據(jù)本實(shí)施方式的正極中，正極活性物質(zhì)層含有作為其b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短的扁狀單晶粒的橄欖石型含鋰復(fù)合氧化物。此外，a軸方向上的邊、c軸方向上的邊以及包括a軸中的邊、c軸中的邊的平面，即b面中的一個(gè)以上與石墨烯接觸，并且成為鋰離子的擴(kuò)散方向的b軸與正極集電體的表面交叉。因此，在集電體和電解質(zhì)之間可以擴(kuò)散更多鋰離子。另外，使用石墨烯作為導(dǎo)電助劑，可以降低正極活性物質(zhì)層中的導(dǎo)電助劑的比例并可以降低正極活性物質(zhì)層的電阻。就是說，正極活性物質(zhì)層中的正極活性物質(zhì)的比例得到增高，并且正極活性物質(zhì)層的電阻得到降低。因此，當(dāng)將在本實(shí)施方式中說明的正極用于鋰離子二次電池時(shí)，可以降低鋰離子二次電池的內(nèi)阻，使其具有高功率而能夠高速地進(jìn)行充放電。此外，鋰離子二次電池可以具有高達(dá)理論放電容量的放電容量。
實(shí)施方式2
[0058]在本實(shí)施方式中，說明在正極集電體上形成包括其空隙由固體電解質(zhì)填補(bǔ)的包括正極活性物質(zhì)層的正極的方法。
[0059]在本實(shí)施方式中，在實(shí)施方式I所示的正極活性物質(zhì)層中，粘合劑含有鋰離子二次電池的電解質(zhì)的溶質(zhì)。
[0060]圖4示出根據(jù)本實(shí)施方式的正極。
[0061]如圖4所示，石墨烯103與含鋰復(fù)合氧化物105依次層疊在正極集電體101上。此夕卜，石墨烯113設(shè)置在含鋰復(fù)合氧化物105上，并且含鋰復(fù)合氧化物115層疊在石墨烯113上。而且包含電解質(zhì)的溶質(zhì)并用作鋰離子二次電池的固體電解質(zhì)的粘合劑187設(shè)置在石墨烯103之間的空隙、石墨烯113之間的空隙、含鋰復(fù)合氧化物105之間的空隙以及含鋰復(fù)合氧化物115之間的空隙中。層疊有石墨烯103及113與含鋰復(fù)合氧化物105及115的區(qū)域用作正極活性物質(zhì)層161。
[0062]作為電解質(zhì)的溶質(zhì)，使用其中作為載流子離子的鋰離子能夠遷移并穩(wěn)定地存在的材料。電解質(zhì)的溶質(zhì)的典型例子包括LiC104、LiAsF6, LiBF4, LiPF6, Li (C2F5SO2)2N等鋰鹽。
[0063]注意，也可以適當(dāng)?shù)厥褂萌軇┮詫㈦娊赓|(zhì)的溶質(zhì)分散或溶解于漿料中。
[0064]接著，參照?qǐng)D5A至5E說明形成圖4所示的正極和電解質(zhì)的方法。
[0065]以與實(shí)施方式I類似的方法將含有含鋰復(fù)合氧化物105、粘合劑以及電解質(zhì)的溶質(zhì)的漿料149涂在形成于正極集電體101上的石墨烯103上。之后，可以將漿料149的形成厚度均勻，并且干燥漿料149的溶劑。
[0066]接著，以與實(shí)施方式I類似的方法對(duì)含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料149施加物理壓力?；蛘?，也可以對(duì)含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料149施加超聲波振動(dòng)?；蛘?，也可以在被浸潰在含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料149中之后，逐漸取出其上形成有石墨烯103的正極集電體101。其結(jié)果是，如圖5A所示，含鋰復(fù)合氧化物105可以處于其b軸與正極集電體101的表面交叉的狀態(tài)。并且，含鋰復(fù)合氧化物105的a軸方向上的邊、c軸方向上的邊以及b面中的一個(gè)以上可以與石墨烯103接觸。
[0067]之后，以與實(shí)施方式I類似的方法加熱含有含鋰復(fù)合氧化物105的漿料149以去除溶劑并以使用包含電解質(zhì)的粘合劑147固定含鋰復(fù)合氧化物105 (參照?qǐng)D5B)。
[0068]接著，如圖5C所示，以與實(shí)施方式I類似的方法在含鋰復(fù)合氧化物105上形成石墨稀113。[0069]之后，通過進(jìn)行圖5A及5B中的步驟，如圖所示，含鋰復(fù)合氧化物115及粘合劑157形成在石墨烯113上。由于加熱處理，空隙118形成在粘合劑157中，因此，含鋰復(fù)合氧化物115被暴露在空隙118中。
[0070]通過上述步驟，在正極集電體101上可以制造交替層疊有含鋰復(fù)合氧化物105及115與石墨烯103及113的正極活性物質(zhì)層161。
[0071]雖然圖5A至5E示出在石墨烯103與113之間設(shè)置一層含鋰復(fù)合氧化物的正極的制造方法，但是也可以適當(dāng)?shù)卦谑?03與113之間設(shè)置多層含鋰復(fù)合氧化物。石墨烯103不一定設(shè)置在正極集電體101上，并且含鋰復(fù)合氧化物105也可以與正極集電體101接觸。
[0072]之后，也可以在正極活性物質(zhì)層161上設(shè)置包含鋰離子二次電池的電解質(zhì)的溶質(zhì)的粘合劑167 (參見圖5E)。通過上述步驟，可以形成其空隙由固體電解質(zhì)填補(bǔ)的正極活性物質(zhì)層161。注意，在圖5E中，包含鋰離子二次電池的電解質(zhì)的溶質(zhì)的粘合劑147、157和167被統(tǒng)稱為包含鋰離子二次電池的電解質(zhì)的溶質(zhì)的粘合劑187。
[0073]根據(jù)本實(shí)施方式可以形成在正極集電體上設(shè)置有填充有固體電解質(zhì)的正極活性物質(zhì)層的正極，因此能夠降低電極與電解質(zhì)之間的界面的電阻。因此，通過使用本實(shí)施方式所示的正極，鋰離子二次電池的內(nèi)阻進(jìn)一步下降，鋰離子二次電池可以有高功率并可以高速地進(jìn)行充放電，可以具有高達(dá)理論放電容量的放電容量。
實(shí)施方式3
[0074]在本實(shí)施方式中，說明鋰離子二次電池及其制造方法。
[0075]使用圖6說明根據(jù)本實(shí)施方式的鋰離子二次電池。這里，說明鋰離子二次電池的截面結(jié)構(gòu)。
[0076]圖6為鋰離子二次電池的截面圖。
[0077]鋰離子二次電池400包括包含負(fù)極集電體407及負(fù)極活性物質(zhì)層409的負(fù)極411、包含正極集電體401及正極活性物質(zhì)層403的正極405以及設(shè)置在負(fù)極411和正極405之間的隔離體413。注意，隔離體413充滿有電解質(zhì)。負(fù)極集電體407與外部端子419連接，并且正極集電體401與外部端子417連接。外部端子419的端部埋入墊片421中。就是說，外部端子417和外部端子419由墊片421彼此絕緣。
[0078]對(duì)負(fù)極集電體407，可以使用銅、不銹鋼、鐵、鎳等具有高導(dǎo)電性的材料。負(fù)極集電體407可以適當(dāng)?shù)鼐哂胁瓲?、板狀、網(wǎng)狀等形狀。
[0079]使用能夠吸留并脫離鋰離子的材料形成負(fù)極活性物質(zhì)層409。典型地使用鋰、鋁、石墨、硅、錫、鍺等。注意，也可以省略負(fù)極集電體407而將負(fù)極活性物質(zhì)層409單體用于負(fù)極。鍺、娃、鋰、招的理論鋰吸留容量(theoretical lithium occlusion capacity)比石墨大。當(dāng)吸留容量大時(shí)，即使在小面積中也能夠充分地進(jìn)行充放電并且能夠獲得作為負(fù)極的功能，從而可以實(shí)現(xiàn)鋰離子二次電池的成本及尺寸的縮減。但是，當(dāng)使用硅等時(shí)，由于鋰的吸留而體積增大到4倍左右，因此，需要注意材料本身變得脆弱的可能性。
[0080]注意，也可以對(duì)負(fù)極活性物質(zhì)層409預(yù)摻雜鋰。可以以利用濺射法在負(fù)極活性物質(zhì)層409的表面上形成鋰層的方法進(jìn)行鋰的預(yù)摻雜?；蛘?，通過在負(fù)極活性物質(zhì)層409的表面上設(shè)置鋰箔，可以對(duì)負(fù)極活性物質(zhì)層409預(yù)摻雜鋰。
[0081]在20μπι至ΙΟΟμπι的范圍內(nèi)決定所希望的負(fù)極活性物質(zhì)層409的厚度。[0082]注意，負(fù)極活性物質(zhì)層409也可以包含粘合劑、導(dǎo)電助劑。作為粘合劑及導(dǎo)電助齊U，可以適當(dāng)?shù)厥褂冒趯?shí)施方式I所示的正極活性物質(zhì)層中的粘合劑及導(dǎo)電助劑。
[0083]作為正極集電體401及正極活性物質(zhì)層403，可以適當(dāng)?shù)厥褂脤?shí)施方式I所示的正極集電體101及正極活性物質(zhì)層121或141。
[0084]作為隔離體413，使用絕緣多孔材料。隔離體413的典型例子包括纖維素(紙)、聚乙烯、聚丙烯等。
[0085]作為電解質(zhì)的溶質(zhì)，適當(dāng)?shù)厥褂萌鐚?shí)施方式2所示其中作為載流子離子的鋰離子能夠遷移并穩(wěn)定地存在的材料。
[0086]此外，作為電解質(zhì)的溶質(zhì)，使用其中作為載流子離子的鋰離子能夠遷移并穩(wěn)定地存在的材料。作為電解質(zhì)的溶劑，使用其中鋰離子能夠遷移的材料。作為電解質(zhì)的溶劑，優(yōu)選使用非質(zhì)子有機(jī)溶劑。非質(zhì)子有機(jī)溶劑的典型例子包括碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、Y - 丁內(nèi)酯、乙腈、乙二醇二甲醚、四氫呋喃等，并且可以使用這種物質(zhì)中的一種或多種。當(dāng)作為電解質(zhì)的溶劑使用凝膠化的高分子材料時(shí)，對(duì)漏液性等的安全性得到提高。并且，鋰離子二次電池400能夠?qū)崿F(xiàn)薄型化及輕量化。凝膠化的高分子材料的典型例子包括硅膠、丙烯酸膠、丙烯腈膠、聚氧化乙烯、聚氧化丙烯、氟類聚合物等。
[0087]作為電解質(zhì)，可以使用Li3PO4等的固體電解質(zhì)。注意，在作為電解質(zhì)使用這種固體電解質(zhì)的情況下，不需要隔離體413。
[0088]代替正極及電解質(zhì)，可以使用包含正極活性物質(zhì)的固體電解質(zhì),該固體電解質(zhì)如實(shí)施方式2所示那樣地形成在正極集電體上。
[0089]作為外部端子417、419，可以適當(dāng)?shù)厥褂貌讳P鋼板或鋁板金屬構(gòu)件。
[0090]注意，在本實(shí)施方式中，作為鋰離子二次電池400示出硬幣型鋰離子二次電池，但是，可以使用各種形狀的鋰離子二次電池中的任一個(gè)，諸如密封型鋰離子二次電池、圓筒型鋰離子二次電池、方型鋰離子二次電池。此外，也可以采用多個(gè)正極、多個(gè)負(fù)極、多個(gè)隔離體層疊并卷繞的結(jié)構(gòu)。
[0091]鋰離子二次電池具有高能量密度、大容量以及高輸出電壓，這能夠減小尺寸和重量。此外，鋰離子二次電池不容易因重復(fù)充放電而劣化，而可以長時(shí)間使用，因此可以降低成本。當(dāng)其b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短的扁狀單晶粒的橄欖石型含鋰復(fù)合氧化物與具有高導(dǎo)電性的石墨烯交替層疊在正極活性物質(zhì)層中時(shí)，鋰離子二次電池可以有高放電容量和高功率,并高速地進(jìn)行充放電。
[0092]接著，說明根據(jù)本實(shí)施方式的鋰離子二次電池400的制造方法。
[0093]首先，說明負(fù)極411的形成方法。
[0094]在負(fù)極集電體407上利用涂敷法、濺射法、蒸鍍法等形成負(fù)極活性物質(zhì)層409，由此可以制造負(fù)極411。或者，作為負(fù)極411，可以使用鋰、鋁、石墨或硅的箔、板或網(wǎng)。這里，石墨被預(yù)摻雜鋰以制造負(fù)極。
[0095]接著，適當(dāng)?shù)夭捎脤?shí)施方式I所示的正極的形成方法以形成正極405。
[0096]接著，將負(fù)極411、隔離體413及正極405浸潰在電解質(zhì)中。然后，在外部端子417上依次層疊正極405、隔離體413、墊片421、負(fù)極411及外部端子419，并且使用“硬幣單元壓合器(coin cell crimper)”使外部端子417與外部端子419嵌合。由此，可以制造硬幣型鋰離子二次電池。[0097]注意，間隔物及墊圈也可以設(shè)置在外部端子417和正極405之間或在外部端子419和負(fù)極411之間，因此外部端子417和正極405的連接性或外部端子419和負(fù)極411的連接性得到提高。
實(shí)施方式4
[0098]在本實(shí)施方式中，使用圖7A及7B說明實(shí)施方式3所說明的鋰離子二次電池的應(yīng)用形式。
[0099]實(shí)施方式3所示的鋰離子二次電池可以設(shè)置在電子設(shè)備中，例如數(shù)碼相機(jī)或數(shù)碼攝像機(jī)等相機(jī)、數(shù)碼相框、移動(dòng)電話機(jī)(也稱為移動(dòng)電話、移動(dòng)電話裝置)、便攜式游戲機(jī)、移動(dòng)信息終端以及聲音再現(xiàn)裝置等。此外，鋰離子二次電池可以設(shè)置在電力牽引車輛中，諸如電動(dòng)車、混合動(dòng)力車、電力鐵道車輛、服務(wù)車、手推車、電輪椅。這里，說明電力牽引車輛的例子。
[0100]圖7A示出四輪汽車500的結(jié)構(gòu)作為電力牽引車輛的例子。汽車500為電動(dòng)車或混合動(dòng)力車。這里示出汽車500在其底部設(shè)置有鋰離子二次電池502的例子。為了明確顯示汽車500中的鋰離子二次電池502的位置，圖7B示出汽車500的輪廓及設(shè)置在汽車500底部的鋰離子二次電池502。可以實(shí)施方式3所示的鋰離子二次電池用作鋰離子二次電池502。能夠通過利用插件技術(shù)或無線供電系統(tǒng)從外部供給電力，對(duì)鋰離子二次電池502進(jìn)行充電。
實(shí)施方式5
[0101]在本實(shí)施方式中，使用圖8及圖9的框圖說明在無線供電系統(tǒng)(以下，稱為RF供電系統(tǒng))中使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池的例子。在各個(gè)框圖中，方框獨(dú)立地示出構(gòu)成要素，該受電裝置及供電裝置的構(gòu)成要素根據(jù)其功能被分類。但是，實(shí)際上難以根據(jù)其功能將構(gòu)成要素完全分類，在有些情況下，一個(gè)構(gòu)成要素有可能包括多個(gè)功能。
[0102]首先，使用圖8說明RF供電系統(tǒng)。
[0103]受電裝置600是利用從供電裝置700供給的電力而驅(qū)動(dòng)的電子設(shè)備或電力牽引車輛，并可以適當(dāng)?shù)貞?yīng)用于利用電力驅(qū)動(dòng)的其他裝置。電子設(shè)備的典型例子包括數(shù)碼相機(jī)及攝像機(jī)等相機(jī)、數(shù)碼像框、移動(dòng)電話機(jī)、便攜式游戲機(jī)、移動(dòng)信息終端、聲音再現(xiàn)裝置、顯示裝置以及計(jì)算機(jī)等。電力牽引車輛的典型例子包括電動(dòng)車、混合動(dòng)力車、電力鐵道車輛、月艮務(wù)車、手推車以及電輪椅等。此外，供電裝置700具有向受電裝置600供給電力的功能。
[0104]在圖8中，受電裝置600包括受電裝置部601及電源負(fù)荷部610。受電裝置部601至少包括受電裝置用天線電路602、信號(hào)處理電路603及鋰離子二次電池604。此外，供電裝置700至少包括供電裝置用天線電路701及信號(hào)處理電路702。
[0105]受電裝置用天線電路602具有接收供電裝置用天線電路701所發(fā)送的信號(hào)以及對(duì)供電裝置用天線電路701發(fā)送信號(hào)的功能。信號(hào)處理電路603對(duì)受電裝置用天線電路602所接收的信號(hào)進(jìn)行處理，并控制鋰離子二次電池604的充電及從鋰離子二次電池604供給到電源負(fù)荷部610的電力。此外，信號(hào)處理電路603控制受電裝置用天線電路602的工作。也就是說，信號(hào)處理電路603能夠控制受電裝置用天線電路602所發(fā)送的信號(hào)的強(qiáng)度、頻率等。電源負(fù)荷部610是從鋰離子二次電池604接受電力并驅(qū)動(dòng)受電裝置600的驅(qū)動(dòng)部。電源負(fù)荷部610的典型例子包括電動(dòng)機(jī)、驅(qū)動(dòng)電路等。也可以適當(dāng)?shù)厥褂媒邮茈娏ΣⅡ?qū)動(dòng)受電裝置的其他裝置作為電源負(fù)荷部610。供電裝置用天線電路701具有對(duì)受電裝置用天線電路602發(fā)送信號(hào)以及接收來自受電裝置用天線電路602的信號(hào)的功能。信號(hào)處理電路702對(duì)供電裝置用天線電路701所接收的信號(hào)進(jìn)行處理。此外，信號(hào)處理電路702控制供電裝置用天線電路701的工作。也就是說，信號(hào)處理電路702能夠控制供電裝置用天線電路701所發(fā)送的信號(hào)的強(qiáng)度、頻率等。
[0106]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池用作圖8所示出的RF供電系統(tǒng)中的受電裝置600所包括的鋰離子二次電池604。
[0107]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池用于RF供電系統(tǒng)時(shí)，與使用現(xiàn)有的鋰離子二次電池相比，能夠增加放電容量或充電容量(也稱為蓄電量)。因此，無線供電和下一個(gè)無線供電之間的時(shí)間間隔可以變長(可以使供電不太頻繁)。
[0108]此外，通過在RF供電系統(tǒng)中使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池，如果能夠驅(qū)動(dòng)電源負(fù)荷部610的放電容量或充電容量與現(xiàn)有的二次電池相同，則受電裝置600能夠?qū)崿F(xiàn)小型化及輕量化。由此，能夠縮減總成本。
[0109]接著，使用圖9說明RF供電系統(tǒng)的其他例子。
[0110]在圖9中，受電裝置600包括受電裝置部601及電源負(fù)荷部610。受電裝置部601至少包括受電裝置用天線電路602、信號(hào)處理電路603、鋰離子二次電池604、整流電路605、調(diào)制電路606及電源電路607。此外，供電裝置700至少包括供電裝置用天線電路701、信號(hào)處理電路702、整流電路703、調(diào)制電路704、解調(diào)電路705及振蕩電路706。
[0111]受電裝置用天線電路602具有接收供電裝置用天線電路701所發(fā)送的信號(hào)以及對(duì)供電裝置用天線電路701發(fā)送信號(hào)的功能。當(dāng)受電裝置用天線電路602接收供電裝置用天線電路701所發(fā)送的信號(hào)時(shí)，整流電路605從受電裝置用天線電路602所接受的信號(hào)產(chǎn)生DC電壓。信號(hào)處理電路603具有對(duì)受電裝置用天線電路602所接收的信號(hào)進(jìn)行處理以及控制鋰離子二次電池604的充電并控制從鋰離子二次電池604供給到電源電路607的電力的功能。電源電路607具有將鋰離子二次電池604所儲(chǔ)蓄的電壓轉(zhuǎn)換為電源負(fù)荷部610所需的電壓的功能。當(dāng)從受電裝置600向供電裝置700發(fā)送某種應(yīng)答時(shí)使用調(diào)制電路606。
[0112]通過電源電路607，能夠控制供給到電源負(fù)荷部610的電力。因此，能夠降低過電壓被施加到電源負(fù)荷部610，由此可以降低受電裝置600的劣化或損壞。
[0113]此外，通過提供調(diào)制電路606能夠?qū)崿F(xiàn)從受電裝置600向供電裝置700發(fā)送信號(hào)。由此，當(dāng)判斷受電裝置600所儲(chǔ)蓄的充電量進(jìn)行了一定量的充電時(shí)，從受電裝置600向供電裝置700發(fā)送信號(hào)，由此可以停止從供電裝置700對(duì)受電裝置600的供電。其結(jié)果是，通過不使鋰離子二次電池604充分地被充電，可以增加鋰離子二次電池604的充電次數(shù)。
[0114]供電裝置用天線電路701具有向受電裝置用天線電路602發(fā)送信號(hào)以及從受電裝置用天線電路602接收信號(hào)的功能。當(dāng)向受電裝置用天線電路602發(fā)送信號(hào)時(shí)，信號(hào)處理電路702生成向受電裝置發(fā)送的信號(hào)。振蕩電路706是生成一定頻率的信號(hào)的電路。調(diào)制電路704具有根據(jù)信號(hào)處理電路702所生成的信號(hào)及振蕩電路706所生成的一定頻率的信號(hào)對(duì)供電裝置用天線電路701施加電壓的功能。由此，信號(hào)從供電裝置用天線電路701被輸出。另一方面，當(dāng)從受電裝置用天線電路602接收信號(hào)時(shí)，整流電路703對(duì)所接收的信號(hào)進(jìn)行整流。解調(diào)電路705從整流電路703所整流的信號(hào)中抽出受電裝置600向供電裝置700所發(fā)送的信號(hào)。信號(hào)處理電路702具有對(duì)解調(diào)電路705所抽出的信號(hào)進(jìn)行分析的功能。
[0115]注意，只要能夠進(jìn)行RF供電，就可以在各電路之間設(shè)置任何電路。例如，在受電裝置600接收信號(hào)并且整流電路605生成DC電壓之后，設(shè)置在后級(jí)的DC-DC轉(zhuǎn)換器或調(diào)整器等電路生成恒壓。由此，能夠抑制過電壓被施加到受電裝置600內(nèi)部。
[0116]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池被用作圖9所示出的RF供電系統(tǒng)中的受電裝置600所具有的鋰離子二次電池604。
[0117]當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池用于RF供電系統(tǒng)時(shí)，與使用現(xiàn)有的二次電池相比，能夠增加放電容量或充電容量，所以和下一個(gè)無線供電之間的時(shí)間間隔可以變長(可以使供電不太頻繁)。
[0118]此外，通過在RF供電系統(tǒng)中使用根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池，如果能夠驅(qū)動(dòng)電源負(fù)荷部610的放電容量或充電容量與現(xiàn)有的二次電池相同，則能夠?qū)崿F(xiàn)受電裝置600的小型化及輕量化。由此，能夠縮減總成本。
[0119]注意，當(dāng)將根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方式的鋰離子二次電池用于RF供電系統(tǒng)并且受電裝置用天線電路602和鋰離子二次電池604彼此重疊時(shí)，優(yōu)選受電裝置用天線電路602的阻抗不因?yàn)殇囯x子二次電池604的充放電所導(dǎo)致的鋰離子二次電池604的變形以及上述變形所導(dǎo)致的天線的變形而發(fā)生變化。如果天線的阻抗發(fā)生變化，在有些情況下，則不能充分地供給電力。例如，將鋰離子二次電池604裝在由金屬或陶瓷制造的電池組中即可。注意，在此情況下，受電裝置用天線電路602和電池組優(yōu)選彼此分開幾十μ m以上。
[0120]在本實(shí)施方式中，充電用信號(hào)在其頻率不受限制，并也可以具有能夠傳送電力的頻率的任何帶域的頻率。例如，充電用信號(hào)可以具有135kHz的LF帶(長波)、13.56MHz的HF帶(短波)、900MHz至IGHz的UHF帶(超高頻波)和2.45GHz的微波帶中的任一個(gè)。
[0121]信號(hào)的傳送方式可以適當(dāng)?shù)貜陌姶篷詈戏绞健㈦姶鸥袘?yīng)方式、共振方式、微波方式等各種方法中選擇。為了抑制雨、泥等的含水異物所引起的能量損失，優(yōu)選使用利用低頻帶的電磁感應(yīng)方式或共振方式，具體而言，短波的3MHz至30MHz的頻率、中波的300kHz至3MHz的頻率、長波的30kHz至300kHz的頻率及超長波的3kHz至30kHz的頻率。
[0122]本實(shí)施方式可以與上述實(shí)施方式組合來實(shí)施。
附圖標(biāo)記說明
[0123]101:正極集電體；103:石墨烯；105:含鋰復(fù)合氧化物；105a:含鋰復(fù)合氧化物；107:粘合劑；108:空隙；109:漿料；113石墨烯；115:含鋰復(fù)合氧化物；117:粘合劑；118:空隙；121:正極活性物質(zhì)層；123:石墨烯；125:含鋰復(fù)合氧化物；127:粘合劑；133:石墨烯；135:含鋰復(fù)合氧化物；141:正極活性物質(zhì)層；147:粘合劑；149:漿料；157:粘合劑；161:正極活性物質(zhì)層；167:粘合劑；187:粘合劑；301:單位晶格；303:鋰；305:鐵；307:磷；309:氧；400:鋰離子二次電池；401:正極集電體；403:正極活性物質(zhì)層；405:正極；407:負(fù)極集電體；409:負(fù)極活性物質(zhì)層；411:負(fù)極；413:隔離體；415:電解質(zhì)；417:外部端子；419:外部端子；421:墊片；500:汽車；502:鋰離子二次電池；600:受電裝置；601:受電裝置部；602:受電裝置用天線電路；603:信號(hào)處理電路；604:鋰離子二次電池；605:整流電路；606:調(diào)制電路；607:電源電路；610:電源負(fù)荷部；700:供電裝置；701:供電裝置用天線電路；702:信號(hào)處理電路；703:整流電路；704:調(diào)制電路；705:解調(diào)電路；706:振蕩電路；
本申請(qǐng)基于2011年3月25日提交到日本專利局的日本專利申請(qǐng)N0.2011-068599，通過引用將其完整內(nèi)容并入在此。
【權(quán)利要求】
1.一種鋰離子二次電池，包括: 正極，包括: 正極集電體；以及 包括與包含多個(gè)單晶粒的層彼此重疊的石墨烯層的正極活性物質(zhì)層，該正極活性物質(zhì)層設(shè)置在所述正極集電體上， 負(fù)極；以及 所述正極與所述負(fù)極之間的電解質(zhì)， 其中，所述多個(gè)單晶粒都含有含鋰復(fù)合氧化物， 在所述多個(gè)單晶粒中，b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短， 并且，所述多個(gè)單晶粒的每一個(gè)以所述單晶粒的b軸與所述正極集電體的表面交叉的方式設(shè)置在所述正極集電體上。
2.一種鋰離子二次電池，包括: 正極，包括: 正極集電體； 所述正極集電體上的正極活性物質(zhì)層，該正極活性物質(zhì)層包括: 第一石墨烯層；. 所述第一石墨烯層上的包含多個(gè)單晶粒的層；以及 所述包含多個(gè)單晶粒的層上的第二石墨烯層， 負(fù)極；以及 所述正極和所述負(fù)極之間的電解質(zhì)， 其中，所述多個(gè)單晶粒都含有含鋰復(fù)合氧化物， 在所述多個(gè)單晶粒中，b軸方向上的長度比a軸方向及c軸方向上的長度短， 并且，所述多個(gè)單晶粒的每一個(gè)以所述單晶粒的b軸與所述正極集電體的表面交叉的方式設(shè)置在所述正極集電體上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池， 其中所述單晶粒的b軸方向上的長度為5nm以上且50nm以下。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子二次電池， 其中所述單晶粒的b軸方向上的長度為5nm以上且50nm以下。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池， 其中所述單晶粒的b軸以60度至90度的角度與所述正極集電體的表面交叉。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子二次電池， 其中所述單晶粒的b軸以60度至90度的角度與所述正極集電體的表面交叉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池， 其中所述含鋰復(fù)合氧化物具有橄欖石結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子二次電池， 其中所述含鋰復(fù)合氧化物具有橄欖石結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池， 其中所述含鋰復(fù)合氧化物以通式LiMPO4表示，M為Fe (II)、Mn (II)、Co (II)和Ni(II)中的一種以上。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池， 其中所述含鋰復(fù)合氧化物以通式LiMPO4表示，M為Fe (II)、Mn (II)、Co (II)和Ni(II)中的一種以上。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的鋰離子二次電池， 其中所述石墨烯層之間的空隙以及所述多個(gè)單晶粒之間的空隙由粘合劑填補(bǔ)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鋰離子二次電池， 其中所述第一和第二石墨烯層之間的空隙以及所述多個(gè)單晶粒之間的空隙由粘合劑填補(bǔ) 。
【文檔編號(hào)】H01M4/62GK103443971SQ201280014987
【公開日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日:2011年3月25日
【發(fā)明者】山崎舜平, 二村智哉, 森若圭惠 申請(qǐng)人:株式會(huì)社半導(dǎo)體能源研究所