DE-102025140305-A1 - Aktives Material für positive Elektroden, Elektrode und Batterie

Abstract

Ein aktives Material für ein positive Elektrode umfasst Sekundärpartikel (2). Jedes der Sekundärpartikel (2) umfasst Primärpartikel. Jedes der Primärpartikel umfasst eine Phosphatverbindung vom Olivintyp. Ein Querschnitt des Sekundärpartikels (2) besteht aus einem zentralen Bereich (2a) und einem äußeren Randbereich (2b). Die Beziehung „0,8<_cp2/cp1“ ist erfüllt. „φ1“ steht für die Porosität des zentralen Bereichs (2a). „φ2“ steht für die Porosität des äußeren Randbereichs (2b).

Inventors

• Takanori Mahara
• Tatsuya Eguchi
• Takeshi KIMIJIMA

Assignees

• TOYOTA JIDOSHA KABUSHIKI KAISHA

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251002

Priority Date

20241101

Claims (9)

1. Ein aktives Material für eine positive Elektrode, umfassend: Sekundärpartikel (2), wobei jedes der Sekundärpartikel (2) Primärpartikel umfasst, jedes der Primärpartikel eine Phosphatverbindung vom Olivintyp umfasst, ein Querschnitt des Sekundärpartikels (2) aus einem zentralen Bereich (2a) und einem äußeren Randbereich (2b) besteht und eine Beziehung von: 0,8 ≤ φ 2 / φ 1 erfüllt ist, wobei φ1 die Porosität des zentralen Bereichs (2a) darstellt und φ2 die Porosität des äußeren Randbereichs (2b) darstellt.
2. Aktives Material für die positive Elektrode nach Anspruch 1 , wobei eine Beziehung von: 1 ≤ φ 2 / φ 1 < 2 erfüllt ist.
3. Aktives Material für die positive Elektrode nach Anspruch 2 , wobei eine Beziehung von: 1,2 ≤ φ 2 / φ 1 ≤ 1,5 erfüllt ist.
4. Aktives Material für die positive Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei eine Beziehung von: 20 % < φ 1 < 30 % erfüllt ist, wobei jede Porosität einen Anteil einer Gesamtfläche eines Hohlraums in einem Messzielbereich darstellt, der innerhalb eines Querschnittsbildes des Sekundärpartikels (2) festgelegt ist, relativ zu einer Fläche des Messzielbereichs, und jede Porosität auf der Grundlage der Prämisse berechnet wird, dass ein Bereich mit einer Leuchtdichte von 1/3 oder weniger des Mittelwerts der Leuchtdichte des gesamten Querschnittsbildes als Hohlraum und ein Bereich mit einer Leuchtdichte von mehr als 1/3 als Nicht-Hohlraum betrachtet wird.
5. Aktives Material für die positive Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei ein kleinster Umkreis des Querschnitts des Sekundärpartikels (2) einen Radius D aufweist und der zentrale Bereich einen Mittelpunkt des kleinsten Umkreises umfasst und ein Kreis mit einem Radius von 0,5D ist.
6. Aktives Material für die positive Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei die Phosphatverbindung vom Olivintyp mindestens eine Verbindung aus der Gruppe umfasst, bestehend aus Lithiumeisenphosphat, Lithiummanganphosphat und Lithiummanganeisenphosphat.
7. Elektrode, umfassend: eine positive Elektrodenschicht (11), wobei die positive Elektrodenschicht (11) das aktive Material für die positive Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 3 aufweist.
8. Batterie, die die Elektrode (10) nach Anspruch 7 aufweist.
9. Batterie nach Anspruch 8 , die eine bipolare Struktur aufweist.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN Diese nicht vorläufige Anmeldung basiert auf der japanischen Patentanmeldung Nr. 2024-192960, die am 1. November 2024 beim japanischen Patentamt eingereicht wurde und deren gesamter Inhalt hiermit durch Verweis aufgenommen wird. HINTERGRUND Gebiet Die vorliegende Offenbarung betrifft ein aktives Material einer positiven Elektrode bzw. für eine positive Elektrode, eine Elektrode und eine Batterie. Beschreibung des Standes der Technik Die japanische Patentanmeldung Nr. 2015-056223 offenbart ein aktives Material für eine positive Elektrode, bei dem die Porosität der Sekundärpartikel zwischen 33 Vol.-% und 48 Vol.-% liegt. ZUSAMMENFASSUNG Als aktives Material für eine positive Elektrode wurden Phosphatverbindungen vom Olivintyp entwickelt. Phosphatverbindungen vom Olivintyp neigen dazu, unzureichende Leistungseigenschaften aufzuweisen. Bisher wurden Vorschläge zur Verbesserung der elektronischen Leitfähigkeit gemacht, beispielsweise durch die Nanogröße der Primärpartikel der Sekundärpartikel (Granulate) und die Beschichtung der Primärpartikel mit Kohlenstoff. Allerdings gibt es noch Verbesserungspotenzial hinsichtlich der Leistungs- bzw. Rateneigenschaften von Batterien. Ziel der vorliegenden Offenbarung ist es, die Leistungseigenschaften zu verbessern. Im Folgenden werden die technische Konfiguration und die Wirkungen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist zu beachten, dass der Wirkungsmechanismus Vermutungen enthält. Der Wirkungsmechanismus schränkt den technischen Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht ein.1. Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein aktives Material einer positiven Elektrode bzw. für eine positive Elektrode. Das aktive Material für die positive Elektrode umfasst Sekundärpartikel. Jedes der Sekundärpartikel umfasst Primärpartikel. Jedes der Primärpartikel umfasst eine Phosphatverbindung vom Olivintyp. Ein Querschnitt des Sekundärpartikels besteht aus einem zentralen Bereich bzw. Abschnitt und einem äußeren Randbereich bzw. Randabschnitt. Eine Beziehung von „0,8 ≤ φ2/φ1“ ist erfüllt. „φ1“ steht für eine Porosität des zentralen Bereichs. „φ2“ steht für eine Porosität des äußeren Randbereichs. Herkömmlicherweise ist in einem Sekundärpartikel einer Phosphatverbindung vom Olivintyp die Porosität des zentralen Bereichs tendenziell relativ hoch. Obwohl die Details des Mechanismus unbekannt sind, kann eine solche Tendenz durch die Nanogröße der Primärpartikel, die Kohlenstoffbedeckung und/oder dergleichen verursacht werden. Daher beträgt das Verhältnis der Porosität des äußeren Randbereichs zur Porosität des zentralen Bereichs (d. h. das Porositätsverhältnis „φ2/φ1“) herkömmlicherweise beispielsweise 0,5 oder weniger. Die vorliegende Offenbarung hat nun gezeigt, dass sich die Leistungseigenschaften verbessern, wenn das Porositätsverhältnis „φ2/φ1“ 0,8 oder mehr beträgt. Es ist denkbar, dass aufgrund des relativ hohen Porositätsverhältnisses „φ2/φ1“ die Diffusion der Elektrolytlösung vom äußeren Randbereich des Sekundärpartikels zum zentralen Bereich tendenziell erleichtert wird. Dies könnte die Ursache für die Verbesserung der Leistungseigenschaften sein. 2. Das aktive Material der positiven Elektrode gemäß vorstehendem Punkt „1“ kann beispielsweise die folgende Konfiguration aufweisen. Eine Beziehung von „1 <_cp2/cp1 <2“ ist erfüllt. Wenn die Porosität des äußeren Randbereichs der Porosität des zentralen Bereichs entspricht oder diese übersteigt, ist mit einer weiteren Verbesserung der Leistungseigenschaften zu rechnen. 3. Das aktive Material der positiven Elektrode gemäß vorstehendem Punkt „1“ oder „2“ kann beispielsweise die folgende Konfiguration aufweisen. Eine Beziehung von „1,2<_cp2/cp1<_1,5“ wird erfüllt. Wenn die Porosität des äußeren Randbereichs größer ist als die Porosität des zentralen Bereichs, ist mit einer weiteren Verbesserung der Leistungs- bzw. Rateneigenschaften zu rechnen. 4. Das aktive Material der positiven Elektrode gemäß einem der vorstehenden Punkte „1“ bis „3“ kann beispielsweise die folgende Konfiguration aufweisen. Eine Beziehung von „20 %<1<30 %“ ist erfüllt. Jede Porosität stellt einen Anteil bzw. Bruchteil der Gesamtfläche des Hohlraums in einem Messzielbereich dar, der innerhalb eines Querschnittsbildes des Sekundärpartikels festgelegt ist, relativ zu einer Fläche des Messzielbereichs. Ein Teil mit einer Leuchtdichte von 1/3 oder weniger des Mittelwerts der Leuchtdichte des gesamten Querschnittsbildes wird als Hohlraum betrachtet. Darüber hinaus wird ein Bereich mit einer Leuchtdichte von mehr als 1/3 als Nicht-Hohlraum betrachtet, und auf der Grundlage dieser Prämissen wird jede Porosität berechnet. Es gibt noch einen weiteren Aspekt: Mit zunehmender Porosität eines Sekundärpartikels nimmt die Energiedichte ab. Wenn die Beziehung „20 % < φ1 < 30 %“ erfüllt ist, sind die Leistungseigenschaften und die Energiedichte in der Regel gut ausbalanciert. 5. Das aktive Material der positiven Elektrode gemäß einem der vorste