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CN105140512B - 电力储存装置 - Google Patents

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CN105140512B
CN105140512B CN201510407642.8A CN201510407642A CN105140512B CN 105140512 B CN105140512 B CN 105140512B CN 201510407642 A CN201510407642 A CN 201510407642A CN 105140512 B CN105140512 B CN 105140512B
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Semiconductor Energy Laboratory Co Ltd
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Abstract

提供了一种电力储存装置，包括正电极和负电极，在正电极中，正电极活性材料形成在正电极集流器上，负电极面对正电极，电解质插入在它们之间。正电极活性材料包括第一区域和第二区域，第一区域包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物，第二区域覆盖第一区域并包括含有锂和铁的化合物。由于正电极活性材料的浅表部分包括含铁的第二区域，所以可以减小向正电极活性材料的表面中插入锂和从其提取锂时的能垒。

Description

电力储存装置
本申请是申请日为2011年5月6日、申请号为201180026610.3、发明名称为“电力储存装置”的中国发明专利申请的分案申请。
技术领域
所公开的发明的一实施例涉及电力储存装置。
背景技术
诸如个人计算机和蜂窝电话等的便携式电子设备领域已经取得显著进展。便携式电子设备需要小巧、轻质且可靠的高能量密度可充电电力储存装置。作为这样的电力储存装置，例如，已知有锂离子二次电池。此外，由于日益意识到环境问题和能源问题，安装二次电池的电推进车辆的开发也获得迅速发展。
在锂离子二次电池中，作为正电极活性材料，已知有磷酸盐化合物，其具有橄榄石结构，包含锂(Li)和铁(Fe)、锰(Mn)、钴(Co)、或镍(Ni)，例如磷酸锂铁(LiFePO4)、磷酸锂锰(LiMnPO4)、磷酸锂钴(LiCoPO4)或磷酸锂镍(LiNiPO4)(参见专利文献1、非专利文献1和非专利文献2)。
磷酸锂铁由成分式LiFePO4表示，从LiFePO4完全提取锂所形成的FePO4也是稳定的；于是，可以利用磷酸锂铁安全地实现大容量。
[参考文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本公开专利申请No.H11-25983
[非专利文献]
[非专利文献1]Byoungwoo Kang,Gerbrand Ceder,"Nature",(United Kingdomof Great Britain and Northern Ireland),2009,March,Vol.458,pp.190-193
[非专利文献2]F.Zhou et al.,"Electrochemistry Communications",(Kingdomof the Netherlands),2004,November,Vol.6,No.11,pp.1144-1148
发明内容
一种包括上述具有橄榄石结构并含有锂和锰的磷酸盐化合物的正电极活性材料与包括具有橄榄石结构并含有锂和铁的磷酸盐化合物的正电极活性材料相比实现了高放电电势。具有橄榄石结构且含有锂和锰的磷酸盐化合物(例如，通式：LiMnPO4)的理论容量与具有橄榄石结构并含有锂和铁的磷酸盐化合物(例如，通式：LiFePO4)的理论容量几乎相同。因此，预期包括具有橄榄石结构并含有锂和锰的磷酸盐化合物的正电极活性材料具有高的能量密度。
然而，即使在使用包括具有橄榄石结构且含有锂和锰的磷酸盐化合物的正电极活性材料时，也未获得预期的容量。这种情况的一个原因据认为是向活性材料的表面中插入锂以及从其提取锂时存在能垒。
考虑到以上问题，所公开的发明的一实施例的目的是提供一种具有大容量、高放电电压和高能量密度的电力储存装置。
本发明的一实施例是一种电力储存装置，包括：正电极，其中在正电极集流器上形成正电极活性材料；以及负电极，其面对正电极，电解质插入在它们之间。正电极活性材料包括第一区域和第二区域，第一区域包括含有锰(Mn)、钴(Co)和镍(Ni)中的一种或多种以及锂(Li)的化合物，第二区域覆盖第一区域并包括含有锂(Li)和铁(Fe)的化合物。
本发明的一实施例是一种电力储存装置的正电极活性材料，包括：第一区域，包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物；以及第二区域，覆盖所述第一区域并包括含有锂和铁的化合物。
正电极活性材料是颗粒形式的，稍后描述的正电极活性材料层可以包括多个颗粒。
第一区域和第二区域是膜形式的，稍后描述的正电极活性材料层可以包括膜形式的正电极活性材料。
在颗粒形式的正电极活性材料或膜形式的正电极活性材料中，第一区域可以包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物。此外，第二区域可以包括含有锂和铁的磷酸盐化合物。作为磷酸盐化合物的典型示例，给出具有橄榄石结构的磷酸盐化合物。形成第一区域的包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。形成第二区域的包含锂和铁的磷酸盐化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。此外，具有橄榄石结构的磷酸盐化合物可以包括在第一区域和第二区域二者中。第一区域的结构可以是单晶结构、多晶结构、微晶结构或非晶结构。第二区域的结构可以是单晶结构、多晶结构、微晶结构或非晶结构。
在颗粒形式的正电极活性材料或膜形式的正电极活性材料中，第二区域是膜形式的，第二区域应覆盖第一区域的至少一部分。优选第二区域覆盖第一区域的表面的30％或更高，更优选覆盖第一区域的表面的100％。
含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物可包括由通式Li1- x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)表示的物质。含有锂和铁的磷酸盐化合物可包括由通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)表示的物质。M是Mn、Co和Ni中的一种或多种元素，此外，Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种元素。在M和Me是Mn、Co和Ni中的两种或更多种元素的情况下，对组成元素的比率没有特别限制。
下面描述这样的情况：在由通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)表示的物质中，M是一种或多种元素。
在M是Mn、Co和Ni中的一种元素的情况下，第一区域中包括的物质由通式Li1-x1Fea(M1)bPO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M1是Mn、Co和Ni中的一种；a+b＝1，a大于或等于0且小于1，b大于0且小于或等于1)表示。
在M是Mn、Co和Ni中的两种元素的情况下，第一区域中包括的物质由通式Li1-x1Fea(M1)b(M2)cPO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M1≠M2，M1和M2每个是Mn、Co和Ni中的一种；a+b+c＝1，a大于或等于0且小于1，b大于0且小于1，c大于0且小于1)表示。
在M是Mn、Co和Ni中的三种元素的情况下，第一区域中包括的物质由通式Li1-x1Fea(M1)b(M2)c(M3)dPO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M1≠M2，M1≠M3，M1、M2和M3每个是Mn、Co和Ni中的一种；a+b+c+d＝1，a大于或等于0且小于1，b大于0且小于1，c大于0且小于1，d大于0且小于1)表示。
下面描述这样的情况：在由通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)表示的物质中，Me是一种或多种元素。
在Me是Mn、Co和Ni中的一种元素的情况下，第二区域中包括的物质由通式Li1-x2Fea(Me1)bPO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me1是Mn、Co和Ni中的一种；a+b＝1，a大于0且小于或等于1，b大于或等于0且小于1)表示。
在Me是Mn、Co和Ni中的两种元素的情况下，第二区域中包括的物质由通式Li1-x2Fea(Me1)b(Me2)cPO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me1≠Me2，Me1和Me2每个是Mn、Co和Ni中的一种；a+b+c＝1，a大于0且小于1，b大于0且小于1，c大于0且小于1)表示。
在Me是Mn、Co和Ni中的三种元素的情况下，第二区域中包括的物质由通式Li1-x2Fea(Me1)b(Me2)c(Me3)dPO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me1≠Me2，Me1≠Me3，Me1、Me2和Me3每个是Mn、Co和Ni中的一种；a+b+c+d＝1，a大于0且小于1，b大于0且小于1，c大于0且小于1，d大于0且小于1)表示。
由通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)表示的物质可以具有橄榄石结构。
由通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)表示的物质可以具有橄榄石结构。
由于第一区域和第二区域的晶格的轴方向相同，所以锂扩散的路径(通道)不弯曲，锂一维地扩散；于是，容易进行充电和放电。注意，在本说明书中，“相同”这一表述还用于表示第一区域和第二区域的晶格的轴方向之间的差异在10度之内且它们基本相同的情况。
第一区域和第二区域优选具有过渡金属的浓度梯度，以连续改变第一区域和第二区域的晶格常数。在晶格常数连续改变时，减小了应力或畸变；于是，容易进行锂扩散。
在颗粒形式的正电极活性材料的情况下，颗粒的粒径优选大于或等于10nm且小于或等于200nm，更优选大于或等于20nm且小于或等于80nm。在正电极活性材料的颗粒的粒径在以上范围内时，正电极活性材料的颗粒是小的；因此，容易插入和提取锂离子。于是，改善了二次电池的速率特性，可以在短时间内执行充电和放电。
此外，在颗粒形式的正电极活性材料的第二区域是膜形式的情况下，即使在正电极活性材料的颗粒小时，也能够形成薄的覆盖膜。利用薄覆盖膜，可以使第二区域的比例是小的，从而可以抑制能量密度的减小。
在第二区域的厚度优选1nm到8nm时，在颗粒形式的正电极活性材料或膜形式的正电极活性材料中，正电极活性材料的第二区域的比例是小的，可以抑制单位重量能量密度的减小。
本发明的一实施例是一种颗粒形式的正电极活性材料，其包括含有锰(Mn)、钴(Co)和镍(Ni)中的一种或多种以及锂(Li)、铁(Fe)的化合物，其中正电极活性材料的浅表部分比正电极活性材料的中心部分具有更高的铁浓度。
本发明的一实施例是一种颗粒形式的正电极活性材料，其包括含有锰、钴和镍中一种或多种以及锂、铁的化合物，其中正电极活性材料的第二区域比正电极活性材料的第一区域具有更高的铁浓度，且其中第一区域比第二区域更接近中心。
正电极活性材料是颗粒形式的，下文描述的正电极活性材料层可以包括多个颗粒。
本发明的一实施例是一种电力储存装置，包括：正电极，其中在正电极集流器上形成正电极活性材料；以及面对正电极的负电极，电解质插入在它们之间。正电极活性材料是膜形式的且包括含有锰(Mn)、钴(Co)和镍(Ni)的一种或多种以及锂(Li)、铁(Fe)的化合物。正电极活性材料的浅表部分比正电极活性材料的接近正电极集流器的部分具有更高的铁浓度。
本发明的一实施例是一种电力储存装置，包括：正电极，其中在正电极集流器上形成正电极活性材料；以及面对正电极的负电极，电解质插入在它们之间。正电极活性材料是膜形式的且包括含有锰、钴和镍中一种或多种以及锂、铁的化合物。正电极活性材料的第二部分比正电极活性材料的第一部分具有更高的铁浓度，第二部分比第一部分更接近表面。
稍后描述的正电极活性材料层可以包括膜形式的正电极活性材料。
在颗粒形式的正电极活性材料或膜形式的正电极活性材料中，含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的化合物可以是磷酸盐化合物。作为磷酸盐化合物的典型示例，可以给出具有橄榄石结构的磷酸盐化合物。含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的磷酸盐化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的磷酸盐化合物的结构可以是单晶结构、多晶结构、微晶结构或非晶结构。
含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的磷酸盐化合物可以包括由通式Li1- xFeyM1-yPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y大于0且小于1)表示的物质。M是Mn、Co和Ni中的一种或多种元素。在M是Mn、Co和Ni中的两种或更多种元素的情况下，对组成元素的比率没有特别限制。
下面描述这样的情况：在由通式Li1-xFeyM1-yPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y大于0且小于1)表示的物质中，M是一种或多种元素。
在M是Mn、Co和Ni中的一种元素的情况下，正电极活性材料中包括的物质由通式Li1-xFea(M1)bPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M1是Mn、Co和Ni中的一种；a+b＝1，a大于0且小于1，b大于0且小于1)表示。
在M是Mn、Co和Ni中的两种元素的情况下，正电极活性材料中包括的物质由通式Li1-xFea(M1)b(M2)cPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M1≠M2，M1和M2均是Mn、Co和Ni中的一种；a+b+c＝1，a大于0且小于1，b大于0且小于1，c大于0且小于1)表示。
在M是Mn、Co和Ni中的三种元素的情况下，正电极活性材料中包括的物质由通式Li1-xFea(M1)b(M2)c(M3)dPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M1≠M2，M1≠M3，M1、M2和M3均是Mn、Co和Ni中的一种；a+b+c+d＝1，a大于0且小于1，b大于0且小于1，c大于0且小于1，d大于0且小于1)表示。
由通式Li1-xFeyM1-yPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y大于0且小于1)表示的物质可以具有橄榄石结构。
根据所公开发明的一实施例，可以获得具有大容量、高放电电压和高能量密度的电力储存装置。
附图说明
图1是(颗粒形式的)正电极活性材料的截面图示例。
图2是(颗粒形式的)正电极活性材料的截面图示例。
图3是电力储存装置的截面图示例。
图4是包括正电极活性材料的正电极的截面图示例。
图5是包括正电极活性材料的正电极的截面图示例。
图6是包括正电极活性材料的正电极的截面图示例。
图7是包括正电极活性材料的正电极的截面图示例。
图8是包括正电极活性材料的正电极的截面图示例。
图9A到9C是示出形成包括正电极活性材料的正电极的方法示例的图。
图10A和10B均是示出电力储存装置的应用示例的图。
图11是示出电力储存装置的应用示例的透视图。
图12是示出电力储存装置的应用示例的图。
图13是示出无线馈电系统的配置示例的图。
图14是示出无线馈电系统的配置示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。注意，本发明不限于以下描述。可以通过各种不同方式实施本发明，本领域技术人员将容易理解的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，各种变化和修改都是可行的。因此，不应将本发明理解为受限于以下对实施例的描述。注意，表示相同部分的附图标记在不同附图中被共同使用。
注意，在一些情况下为了简单起见，夸大了实施例中的每个图示结构等的尺寸、层厚和区域等。因此，每个结构的比例尺未必限于图中所示。
注意，在本说明书中使用序号例如“第一”、“第二”和“第三”以识别部分，这些术语并不从数字上对部件进行限制。
(实施例1)
在该实施例中，将参考图1描述作为本发明一实施例的颗粒形式的正电极活性材料的结构。
图1是作为本发明一实施例的颗粒形式的正电极活性材料的示意截面图。
如图1所示，在该实施例中，正电极活性材料100包括：第一区域，其包括含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物(在下文中将该区域称为第一区域102)；以及第二区域，其覆盖第一区域102的表面并包括含锂和铁的化合物(在下文中将该区域称为第二区域104)。
正电极活性材料是颗粒形式的，可以利用正电极活性材料的多个颗粒形成下文描述的正电极活性材料层。
亦即，利用正电极活性材料的颗粒形成正电极活性材料100，其包括位于中心侧并包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的第一区域102，以及覆盖第一区域102的表面并包括含有锂和铁的化合物的第二区域104。第二区域104是膜形式的，第二区域104应覆盖第一区域102的至少一部分。优选第二区域104覆盖第一区域102的表面的30％或更高，更优选覆盖第一区域102的表面的100％。由于正电极活性材料颗粒的浅表部分包括膜形式的含铁的第二区域104，所以可以减小向正电极活性材料的表面插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料100使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
可以利用包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物形成第一区域102。作为磷酸盐化合物的典型示例，可以给出具有橄榄石结构的磷酸盐化合物。形成第一区域102的包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。
在利用包括具有橄榄石结构的区域的磷酸盐化合物形成第一区域102的情况下，第一区域102包括锂、过渡金属和磷酸(PO4)。作为第一区域102的过渡金属，可以给出包含铁、锰、钴和镍中的一种或多种以及锰、钴和镍中的一种或多种的过渡金属。在第一区域102包含具有高氧化还原电势的锰、钴和镍中的一种或多种时，实现了高放电电势。此外，正电极活性材料中锰、钴和镍中的一种或多种的比例越高，由于锰、钴和镍中的一种或多种的氧化还原导致的放电容量的比例越高，因此可以实现高能量密度。
形成第一区域102的包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物可以包括由通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)表示的物质。由以上通式表示的物质可以具有橄榄石结构。在使y1大于或等于0且小于1，优选小于或等于0.1，更优选为0时，可以实现更高的能量密度。
可以利用包含锂和铁的磷酸盐化合物形成第二区域104。作为磷酸盐化合物的典型示例，可以给出具有橄榄石结构的磷酸盐化合物。形成第二区域104的包含锂和铁的磷酸盐化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。
在利用包括具有橄榄石结构的区域的磷酸盐化合物形成第二区域104的情况下，第二区域104包括锂、过渡金属和磷酸(PO4)。作为第二区域104的过渡金属，可以给出包含铁、锰、钴和镍中的一种或多种和铁的过渡金属。
形成第二区域104的包含锂和铁的磷酸盐化合物可以包括由通式Li1-x2Fey2Me1- y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)表示的物质。由以上通式表示的物质可以具有橄榄石结构。
优选利用充当对充放电有贡献的正电极活性材料的化合物形成第二区域104，以免导致容量减小。在将具有橄榄石结构的磷酸盐化合物用于第二区域104的情况下，可以在充电和放电中实现大容量。
另一方面，第二区域104包含铁；于是，降低了放电电势并降低了能量密度。因此，第二区域104的厚度d与正电极活性材料100的颗粒的粒径r之比c(c＝d/r)越小越好。比值c优选大于或等于0.005且小于或等于0.25，更优选大于或等于0.01且小于或等于0.1。具体而言，第二区域的厚度优选约为1nm到8nm。此外，在改变比值c时，可以形成具有期望能量密度的正电极活性材料。在通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种)中，使y2大于0且小于或等于1，优选大于或等于0.15且小于或等于0.5，更优选大于或等于0.2且小于或等于0.3，由此可以实现更高的能量密度。
在充电和放电期间从第一区域102和第二区域104中的化合物提取锂和向其中插入锂。因此，在通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)中，且在通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)中，x1和x2均是0到1范围中的给定值。在一些情况下，第一区域102和第二区域104均具有锂浓度梯度。
在第一区域102中，化合物中包含的过渡金属的浓度未必恒定。在第二区域104中，化合物中包含的过渡金属的浓度也未必恒定。
对于第一区域102和第二区域104中的化合物，可以代替锂使用碱金属(例如钠(Na)或钾(K))、碱土金属(例如钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba))、铍(Be)或镁(Mg)。或者，对于第一区域102和第二区域104中的化合物，可以使用包含碱金属和碱土金属中的一种或多种以及锂的化合物。
在膜形式的第二区域104的情况下，即使在正电极活性材料100的颗粒小时，也可以形成薄的覆盖膜。利用薄的覆盖膜，可以使第二区域104的比例小，从而可以抑制能量密度减小。在第二区域104是膜形式时，与第一区域102的界面对第二区域104的体积之比是高的；于是，可以提高第二区域104的覆盖而不增大第二区域104的体积。
利用正电极活性材料的颗粒形成本实施例中描述的正电极活性材料100，其包括位于中心侧并包括含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的第一区域102，以及覆盖第一区域102的表面并包括含锂和铁的化合物的第二区域104。第二区域104是膜形式的，第二区域104应覆盖第一区域102的至少一部分。优选第二区域104覆盖第一区域102的表面的30％或更高，更优选覆盖第一区域102的表面的100％。由于正电极活性材料的颗粒的浅表部分包括膜形式的含铁第二区域104，所以可以减小向正电极活性材料表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料100使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
(实施例2)
在本实施例中，将描述比实施例1中的正电极活性材料具有更高放电容量和更高能量密度的正电极活性材料。
在本实施例中，描述了第一区域102和第二区域104都包括含有具有橄榄石结构的磷酸盐化合物的正电极活性材料的情况。
第一区域102中包括的物质具有橄榄石结构，且包括锂、过渡金属和磷酸(PO4)。第一区域102的过渡金属包含铁、锰、钴和镍中的一种或多种以及锰、钴和镍中的一种或多种。第一区域102中包括的物质由通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)表示。
第二区域104中包括的物质具有橄榄石结构，且包括锂、过渡金属和磷酸(PO4)。第二区域104的过渡金属包含铁、锰、钴和镍中的一种或多种以及铁。第二区域104中包括的物质由通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)表示。
在充电和放电期间从第一区域102和第二区域104中的化合物提取锂和向其中插入锂。因此，在通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)中，且在通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)中，x1和x2均是0到1范围中的给定值。在一些情况下，第一区域102和第二区域104均具有锂浓度梯度。
在橄榄石结构中，锂的扩散路径(通道)是沿<010>方向一维的。在第一区域102和第二区域104每个都包括具有橄榄石结构的磷酸盐化合物的情况下，当第一区域102和第二区域104的晶格轴向相同时，第一区域102和第二区域104的锂扩散路径(通道)不弯曲且彼此对准；因此，容易进行充电和放电。优选第一区域102和第二区域104的晶格轴向之间的差异在10度之内且它们基本相同。
由于第一区域102和第二区域104包括不同组成元素或具有不同的组成元素比例，所以第一区域102和第二区域104中的晶体的晶格常数彼此不同。在具有不同晶格常数的区域彼此接触时，有可能在边界处产生应力、晶格畸变或晶格失配，从而抑制锂扩散。因此，第一区域102和第二区域104优选具有过渡金属的浓度梯度，以便连续改变第一区域102和第二区域104的晶格常数。在晶格常数连续改变时，减小了应力或畸变；于是，容易进行锂的扩散。
由于在本实施例中描述的正电极活性材料中，第一区域102和第二区域104都包括具有橄榄石结构的磷酸盐化合物，所以可以减小向正电极活性材料表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料100使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
(实施例3)
在本实施例中，将参考图2描述作为本发明一实施例的正电极活性材料的结构。
图2是作为本发明一实施例的颗粒形式正电极活性材料的示意性截面图。
如图2所示，在本实施例中，颗粒形式的正电极活性材料包括含锂(Li)、铁(Fe)和过渡金属(锰(Mn)、钴(Co)和镍(Ni)中的一种或多种)的化合物，正电极活性材料的浅表部分比正电极活性材料的中心部分具有更高的铁浓度(在下文中，将这种正电极活性材料称为正电极活性材料106)。或者，颗粒形式的正电极活性材料包括含有锂、铁和过渡金属(锰、钴和镍中的一种或多种)的化合物，正电极活性材料的第二区域比正电极活性材料的第一区域具有更高的铁浓度，第一区域比第二区域更靠近中心。由于正电极活性材料颗粒的浅表部分包括含铁的化合物，所以可以减小向正电极活性材料表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料106使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
正电极活性材料是颗粒形式的，下文描述的正电极活性材料层包括多个颗粒。
可以利用包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的磷酸盐化合物形成正电极活性材料106。作为磷酸盐化合物的典型示例，可以给出具有橄榄石结构的磷酸盐化合物。包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的磷酸盐化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。
在利用包括具有橄榄石结构的区域的磷酸盐化合物形成正电极活性材料106的情况下，正电极活性材料106包括锂、过渡金属和磷酸(PO4)。作为过渡金属，可以给出包含锰、钴和镍中的一种或多种和铁以及包含铁、锰、钴和镍中的一种或多种的过渡金属。在正电极活性材料106包含具有高氧化还原电势的锰、钴和镍中的一种或多种时，实现了高放电电势。此外，正电极活性材料中锰、钴和镍中的一种或多种的比例越高，由于锰、钴和镍中的一种或多种的氧化还原导致的放电容量的比例越高，因此可以实现高能量密度。
形成正电极活性材料106的包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的磷酸盐化合物可以包含由通式Li1-xFeyM1-yPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y大于0且小于1)表示的物质。由以上通式表示的物质可以具有橄榄石结构。在表面上，使y大于0且小于1，优选大于或等于0.15且小于或等于0.5，更优选大于或等于0.2且小于或等于0.3，由此可以实现更高的能量密度。
在充电和放电期间从形成正电极活性材料106的化合物提取锂和向其中插入锂。在通式Li1-xFeyM1-yPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y大于0且小于1)中，x是0到1范围内的给定值。在一些情况下，正电极活性材料106具有锂浓度梯度。
对于正电极活性材料106中的化合物，可以代替锂使用碱金属(例如钠(Na)或钾(K))，碱土金属(例如钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba))、铍(Be)或镁(Mg)。或者，对于正电极活性材料106中的化合物，可以使用包含碱金属和碱土金属中的一种或多种以及锂的化合物。
由于在本实施例中描述的正电极活性材料106中，正电极活性材料颗粒的浅表部分包括含铁的化合物，所以可以减小向正电极活性材料表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料106使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
(实施例4)
在本实施例中，将描述作为本发明一实施例的形成正电极活性材料的方法。
首先，形成第一区域102。
根据实施例1和2所描述的含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物通式的化学计量比称重可以获得期望摩尔比的材料量。例如，在具有橄榄石结构的以上磷酸盐化合物的情况下，将参考实施例1和2中描述的通式。根据锂:铁:M:磷酸基团＝1:y1:(1-y1):1(注意y1大于或等于0且小于1，优选小于或等于0.1，更优选为0)的摩尔比,精确称重材料重量。
作为含锂材料，可以给出碳酸锂(LiCO3)、氢氧化锂(Li(OH))、氢氧化锂水合物(Li(OH)·H2O)、硝酸锂(LiNO3)等。作为含铁材料，可以给出草酸铁(II)二水合物(Fe(COO)2·2H2O)、铁氯化物(FeCl2)等。作为含磷酸盐的材料，可以给出磷酸氢二铵((NH4)2HPO4)、磷酸二氢铵(NH4H2PO4)、五氧化二磷(P2O5)等。
作为含锰材料，可以给出碳酸锰(MnCO3)、氯化锰四氯化物(MnCl2·4H2O)等。作为含镍材料，可以给出氧化镍(NiO)、氢氧化镍(Ni(OH)2)等。作为含钴材料，可以给出碳酸钴(CoCO3)、氯化钴(CoCl2)等。
含有诸如锂、铁、锰、镍和钴的任意金属的材料不限于相应以上材料，可以使用其他氧化物、碳酸盐、草酸盐、氯化物、硫酸氢盐等。
包含磷酸盐的材料不限于以上材料，可以使用其他包含磷酸盐的材料。
将所称重的材料放入碾磨机中研磨，直到材料变为精细粉末(第一研磨步骤)。此时，最好使用由防止其他金属进入材料的物质(例如玛瑙)制成的碾磨机。在此时添加少量丙酮、乙醇等时，材料容易聚在一起；于是，可以防止材料作为粉末飞散。
之后，粉末经历施加第一压力的步骤，于是被模制成丸(pellet)状。将丸放入焙烤炉中并加热。通过这种方式执行第一烘焙步骤。在这个步骤中基本执行材料的各种脱气和热分解。通过这个步骤，形成包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物。例如，形成具有橄榄石结构且包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的磷酸盐化合物。
之后，将丸与诸如丙酮的溶剂一起引入碾磨机中，再次研磨(第二研磨步骤)。通过以上步骤，形成第一区域102。
接下来，形成膜形式的第二区域104。
根据实施例1和2所描述的含有锂和铁的化合物的通式的化学计量比称重可以获得期望摩尔比的材料量。例如，在具有橄榄石结构的磷酸盐化合物的情况下，可以参考以上通式。根据锂:铁:Me:磷酸基团＝1:y2:(1-y2):1(注意，y2大于0且小于或等于1，优选大于或等于0.15且小于或等于0.5，更优选大于或等于0.2且小于或等于0.3)的摩尔比精确称重材料重量。
将所称重的材料放入碾磨机中研磨，直到材料变为精细粉末(第三研磨步骤)。此时，最好使用防止其他金属进入材料的物质(例如玛瑙)制成的碾磨机。在此时添加少量的丙酮、乙醇等时，材料容易聚在一起；于是，可以防止材料象粉末那样飞散。
之后，将通过第二研磨步骤获得的粉末(要成为第一区域102的部分)和通过第三研磨步骤获得的粉末(形成第二区域104的材料)彼此充分混合，经历施加第二压力的步骤，并模制成丸状。将丸放入焙烤炉中并加热。通过这种方式执行第二烘焙步骤。在这个步骤中基本执行含锂和铁的化合物材料的各种脱气和热分解。通过这个步骤，形成了正电极活性材料100，其包括第一区域102和第二区域104，第一区域102包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物，第二区域104覆盖第一区域102的表面并包括含有锂和铁的化合物。例如，形成正电极活性材料100，其包括第一区域102和第二区域104，第一区域102包括具有橄榄石结构且含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物，第二区域104覆盖第一区域102的表面并包括具有橄榄石结构且含有锂和铁的磷酸盐化合物。
之后，将丸与诸如丙酮的溶剂一起引入碾磨机中(第四研磨步骤)。接下来，将精细粉末再次模制成丸状，并在焙烤炉中执行第三烘焙步骤。通过第三烘焙步骤，可以形成正电极活性材料100的多个颗粒，其包括第一区域102和第二区域104，第一区域102包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物，第二区域104覆盖第一区域102的表面并包括含有锂和铁的化合物。例如，可以形成正电极活性材料100的多个颗粒，其包括第一区域102和第二区域104，第一区域102包括具有橄榄石结构且含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的高结晶度磷酸盐化合物，第二区域104覆盖第一区域102的表面并包括具有橄榄石结构且含有锂和铁的高结晶度磷酸盐化合物。
通过调节第三烘焙步骤的条件，将第一区域102中包括的元素和第二区域104中包括的元素扩散到第一区域102和第二区域104中，第一区域102和第二区域104之间的边界变得不清楚，从而可以形成实施例3中所述的结构(正电极活性材料106)。
注意，在第三烘焙步骤中，可以添加诸如葡萄糖的有机化合物。在添加葡萄糖之后执行后续步骤时，从葡萄糖供应的碳被支承在正电极活性材料的表面上。
注意，在本说明书中，正电极活性材料的表面支承有碳材料的状态也意味着铁磷酸盐化合物被碳涂覆。
所支承的碳(碳层)的厚度大于0nm且小于或等于100nm，优选大于或等于2nm且小于或等于10nm。
通过在正电极活性材料的表面上支承碳，可以提高正电极活性材料的表面的导电性。此外，在正电极活性材料通过表面上支承的碳彼此接触时，正电极活性材料彼此电连接；于是，可以进一步提高所述正电极活性材料的导电性。
注意，尽管在本实施例中使用葡萄糖作为碳供应源，因为葡萄糖容易与磷酸基团起反应，但是可以使用环形单糖、直链单糖或与磷酸基团良好反应的多糖代替葡萄糖。
通过第三烘焙步骤获得的正电极活性材料100的颗粒粒径大于或等于10nm且小于或等于100nm，优选大于或等于20nm且小于或等于60nm。在正电极活性材料的颗粒粒径在以上范围内时，正电极活性材料的颗粒是小的；因此，容易插入和提取锂离子。于是，改善了二次电池的速率特性，可以在短时间内执行充电和放电。
作为第一区域的形成方法，可以使用溶胶凝胶法、水热法、共沉淀法、喷射干燥法等代替本实施例中描述的方法。此外，作为膜形式的第二区域的形成方法，可以使用溅镀法、CVD法、溶胶凝胶法、水热法、共沉淀法等代替本实施例中描述的方法。
根据本实施例，可以减小向正电极活性材料的表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，可以形成这样的正电极活性材料，其使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
(实施例5)
下文将描述一种锂离子二次电池，作为包括通过以上步骤获得的正电极活性材料的电力储存装置的示例。图3示出锂离子二次电池的示意结构。
在图3所示的锂离子二次电池中，在与外部隔离的外壳220中设置正电极202、负电极207和隔板210，在外壳220中填充电解质溶液211。此外，隔板210设置在正电极202和负电极207之间。
形成与正电极集流器200接触的正电极活性材料层201。正电极活性材料层201包括实施例1、2和4中描述的正电极活性材料100。正电极活性材料100包括：包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的第一区域102；以及覆盖第一区域102的表面并包括含有锂和铁的化合物的第二区域104。或者，正电极活性材料层201包括实施例3和4所述的颗粒形式的正电极活性材料106。正电极活性材料106包括含有锂、铁和过渡金属(锰、钴和镍中的一种或多种)的化合物，正电极活性材料的浅表部分比正电极活性材料的中心部分具有更高的铁浓度。再或者，正电极活性材料层201包括颗粒形式的正电极活性材料106，其包括含有锂、铁和过渡金属(锰、钴和镍中的一种或多种)的化合物，其中正电极活性材料的第二区域比正电极活性材料的第一区域具有更高的铁浓度，且其中第一区域比第二区域更接近中心。在本说明书中，将正电极活性材料层201和其上形成正电极活性材料层201的正电极集流器200统称为正电极202。
另一方面，负电极活性材料层206形成为与负电极集流器205接触。在本说明书中，将负电极活性材料层206和其上形成负电极活性材料层206的负电极集流器205统称为负电极207。
第一电极221和第二电极222分别连接到正电极集流器200和负电极集流器205，通过第一电极221和第二电极222进行充电和放电。
此外，在正电极活性材料层201和隔板210之间以及在负电极活性材料层206和隔板210之间有一定间隙。不过，结构不特别局限于此；正电极活性材料层201可以与隔板210接触，负电极活性材料层206可以与隔板210接触。此外，可以将锂离子二次电池卷成圆柱形，隔板210设置在正电极202和负电极207之间。
注意，“活性材料”是指涉及充当载流子的离子的插入和提取的材料,不包括含葡萄糖等的碳层。在通过下文所述的涂布法形成正电极202时，将包括碳层的活性材料与诸如传导助剂、胶合剂或溶剂等的另一种材料混合并形成为正电极集流器200上的正电极活性材料层201。因此，活性材料和正电极活性材料层201区分开。
作为正电极集流器200，可以使用具有高电导率的材料，例如铝或不锈钢。电极集流器200能够具有箔形、板形、网状、薄膜形状，其适当时形成于诸如玻璃衬底等的绝缘衬底上。
作为正电极活性材料，使用正电极活性材料100。正电极活性材料100包括：包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的第一区域102；以及覆盖第一区域102的表面并包括含有锂和铁的化合物的第二区域104。例如，使用正电极活性材料100，其包括第一区域102和第二区域104，第一区域102包括具有橄榄石结构并由通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)表示的物质，第二区域104覆盖第一区域102并包括具有橄榄石结构且由通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)表示的物质。
或者，作为正电极活性材料，使用颗粒形式的正电极活性材料106，其包括含有锂、铁和过渡金属(锰、钴和镍中的一种或多种)的化合物，其中正电极活性材料的浅表部分比正电极活性材料的中心部分具有更高的铁浓度；或者使用颗粒形式的正电极活性材料106，其包括含有锂、铁和过渡金属(锰、钴和镍中的一种或多种)的化合物，其中正电极活性材料的第二部分比正电极活性材料的第一部分具有更高的铁浓度，且其中第一部分比第二部分更接近中心。例如，使用正电极活性材料106，其具有橄榄石结构并包括由通式Li1-xFeyM1- yPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y大于0且小于1)表示的物质。
在实施例4中所述的第三烘焙步骤之后，利用碾磨机再次研磨所获得的正电极活性材料(第五研磨步骤)；于是获得精细颗粒。将所获得的精细颗粒用作正电极活性材料，向其添加传导助剂、胶合剂或溶剂以获得膏体。
作为传导助剂，可以使用自身是电子导体且不会导致与电池装置中其他材料起化学反应的材料。例如，可以给出碳基材料，例如石墨、碳纤维、炭黑、乙炔黑和VGCF(注册商标)；金属材料，例如铜、镍、铝和银；以及它们的混合物的粉末、纤维等。传导助剂是辅助活性材料之间的传导性的材料：它密封于分开的活性材料之间并在活性材料之间进行传导。
作为胶合剂，可以给出多糖，例如淀粉、聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟基丙基纤维素、再生纤维素或双乙酰纤维素；热塑性树脂，例如聚氯乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、特氟隆、聚偏二氟乙烯、聚乙烯或聚丙烯；或具有橡胶弹性的聚合物，例如乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、磺化EPDM、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚丁橡胶、氟橡胶或聚环氧乙烷。
分别以80wt％到96wt％、2wt％到10％wt以及2wt％到10wt％混合的活性材料、传导助剂和胶合剂，总共为100wt％。此外，在其中混合有机溶剂并处理成料浆状态，有机溶剂的体积与活性材料、传导助剂和胶合剂的混合物的体积大致相同。注意，将通过把活性材料、传导助剂、胶合剂和有机溶剂的混合物处理成料浆状态而获得的对象称为料浆。作为溶剂，可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮、乳酸酯等。优选按以下方式适当调节活性材料、传导助剂和胶合剂的比例，例如，在形成膜时活性材料和传导助剂黏着性低时，增加胶合剂的量，在活性材料的电阻高时，增加传导助剂的量。
这里，将铝箔用作正电极集流器200，在其上滴下料浆并通过浇铸方法将其薄地摊开。然后，在由辊压机进一步延展料浆使其厚度均匀之后，通过真空干燥(在小于或等于10Pa的压强下)或加热干燥(在150℃到280℃的温度下)在正电极集流器200上形成正电极活性材料层201。作为正电极活性材料层201的厚度，从20μm到100μm的范围选择期望厚度。优选适当调节正电极活性材料层201的厚度，从而不发生裂缝和分离。此外，优选不仅在正电极集流器平直时，而且在正电极集流器卷成圆筒形时都使得正电极活性材料层201上不发生裂缝和分离，尽管这取决于锂离子二次电池的形式。
作为负电极集流器205，可以使用具有高电导率的材料，例如铜、不锈钢、铁或镍。
作为负电极活性材料层206，使用锂、铝、石墨、硅、锗等。可以通过涂敷法、溅镀法、蒸镀法等在负电极集流器205上形成负电极活性材料层206。注意，可以省略负电极集流器205，单独使用材料中的任意一种作为负电极活性材料层206。在锗、硅、锂和铝每种中的理论锂插入容量都比石墨中大。当插入容量大时，即使在小面积中也可以充分进行充电和放电，可以获得作为负电极的功能；因此，可以实现二次电池的成本降低和小型化。不过，需要有针对劣化的对策，因为有以下问题：在硅等的情况下，体积增大为插入锂之前体积的大约四倍那么大，使得材料自身变得易受坏，并且由于重复充电和放电而导致的充放电容量减小(即周期劣化)变得显著。
电解质溶液包含作为载流子离子的碱金属离子或碱土金属离子，这些离子负责导电。作为碱金属离子的示例，例如给出锂离子、钠离子和钾离子。作为碱土金属离子的示例，例如给出铍离子、镁离子、钙离子、锶离子和钡离子。
电解质溶液211例如包括溶剂和溶解在溶剂中的锂盐或钠盐。锂盐的示例包括氯化锂(LiCl)、氟化锂(LiF)、高氯酸锂(LiClO4)、四氟硼酸锂(LiBF4)、LiAsF6、LiPF6、Li(C2F5SO2)2N等。钠盐的示例包括氯化钠(NaCl)、氟化钠(NaF)、高氯酸钠(NaClO4)和四氟硼酸钠(NaBF4)。
用于电解质溶液211的溶剂示例包括环状碳酸酯(例如，碳酸乙烯酯(下文缩写为EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)和碳酸亚乙烯酯(VC))；非环状碳酸酯(例如，碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙甲酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸甲异丁酯(MIBC)和碳酸二丙酯(DPC))；脂族羧酸酯(例如，甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯和丙酸乙酯)；非环状醚(例如，1,2-乙二醇二甲醚(DME)、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷(EME)和γ-内酯，例如γ-丁内酯)；环醚(例如，四氢呋喃和2-甲基四氢呋喃)；环砜(例如环丁砜)；磷酸烷基酯(例如，二甲亚砜和1,3-二氧戊环和磷酸三甲酯、磷酸三乙酯和磷酸三辛酯)；以及它们的氟化物。所有以上溶剂可以单独或组合用作电解质溶液211。
作为隔板210，可以使用纸、无纺织物、玻璃纤维、诸如尼龙(聚酰胺)、维尼纶(也称为维纳纶)(聚乙烯醇类纤维)、聚酯、亚克力、聚烯烃或聚氨酯等的合成纤维。不过，应选择不溶于上述电解质溶液211中的材料。
用于隔板210的材料的更具体示例是基于氟类聚合物的高分子化合物，诸如聚环氧乙烷和聚环氧丙烷的聚醚，诸如聚乙烯和聚丙烯的聚烯烃，聚丙烯腈、聚偏氯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸酯、聚乙烯醇、聚甲基丙烯腈、聚醋酸乙烯酯、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯亚胺、聚丁二烯、聚苯乙烯、聚异戊二烯和聚氨酯、它们的衍生物、纤维素、纸和无纺织物，所有这些可以单独或组合使用。
在执行上述锂离子二次电池的充电时，正电极端子连接到第一电极221，负电极端子连接到第二电极222。通过第一电极221从正电极202取走电子并通过第二电极222转移到负电极207。此外，从正电极的正电极活性材料层201中的正电极活性材料流出锂离子，通过隔板210到达负电极207，并被负电极活性材料层206中的负电极活性材料获取。同时，在正电极活性材料层201中，从正电极活性材料向外释放电子，正电极活性材料中包含的过渡金属(铁、锰、钴和镍中的一种或多种)发生氧化反应。
在放电时，在负电极207中，负电极活性材料层206释放作为离子的锂，电子被转移到第二电极222。锂离子通过隔板210，到达正电极活性材料层201，并被正电极活性材料层201中的正电极活性材料获取。此时，来自负电极207的电子也到达正电极202，正电极活性材料中包含的过渡金属(铁、锰、钴和镍中的一种或多种)发生还原反应。
第二区域104的厚度d与正电极活性材料100的颗粒的粒径r之比c(c＝d/r)越小，本实施例中获得的能量密度就越大。比值c优选大于或等于0.005且小于或等于0.25，更优选大于或等于0.01且小于或等于0.1。具体而言，第二区域的厚度优选约为1nm到8nm。此外，在改变比值c时，可以形成具有期望能量密度的正电极活性材料。
按以上方式制造的锂离子二次电池包括含有锰、钴和镍中的一种或多种的化合物作为正电极活性材料的第一区域102或作为正电极活性材料106。由于锰、钴和镍中的一种或多种包含在正电极活性材料中，所以实现了高放电电势。例如，在具有橄榄石结构且包含不同过渡金属的正电极活性材料间有差异；不过，不论包含何种过渡金属，活性材料的每单位重量理论容量几乎相同。因此，放电电势越高，越可能获得高能量密度。
不过，即使在使用包括具有橄榄石结构且含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物的正电极活性材料时，也未获得预期容量。这种情况的一个原因据认为是向活性材料的表面中插入锂以及从其提取锂时存在能垒。
另一方面，可以利用在本实施例中获得的任何以下材料减小向正电极活性材料的表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒：包括第一区域102和第二区域104的正电极活性材料100，第一区域102包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物，第二区域104覆盖第一区域102的表面且包括含有锂和铁的化合物；颗粒形式的正电极活性材料106，其包括含有锂、铁和过渡金属(锰、钴和镍中的一种或多种)的化合物，其中正电极活性材料的浅表部分比正电极活性材料的中心部分f具有更高的铁浓度；以及颗粒形式的正电极活性材料106，其包括含有锂、铁和过渡金属(锰、钴和镍中的一种或多种)的化合物，其中正电极活性材料的第二部分比正电极活性材料的第一部分具有更高的铁浓度，且其中第一部分比第二部分更接近中心。结果，正电极活性材料100或正电极活性材料106使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
(实施例6)
可以利用膜形式的正电极活性材料形成实施例5所述的正电极活性材料层201。在本实施例中描述利用膜形式的正电极活性材料形成正电极活性材料层201的情况。
如图4所示，在本实施例中，正电极活性材料层201包括膜形式的第一区域和膜形式的第二区域，第一区域包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物(在下文中，将这个区域称为第一区域112)，第二区域包括含有锂和铁的化合物(在下文中将这个区域称为第二区域114)。利用第二区域114覆盖第一区域112。
换言之，利用包括含有锂和铁的化合物的膜形式的第二区域114覆盖包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的膜形式的第一区域112的顶表面或顶表面和侧表面。由于正电极活性材料层201的浅表部分包括含铁的第二区域114，所以可以减小向正电极活性材料的表面中插入锂并从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料层201使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
将正电极活性材料形成为具有膜的形式，从而可以提高正电极活性材料层中正电极活性材料的比例。由于正电极活性材料层201仅利用膜形式的第一区域112和膜形式的第二区域114形成，所以正电极活性材料层201中的正电极活性材料的比例可以理想地是100％。因此，可以提高单位面积的能量密度。
可以利用含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物形成第一区域112。作为磷酸盐化合物的典型示例，可以给出具有橄榄石结构的磷酸盐化合物。形成第一区域112的包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。此外，第一区域112的结构可以是单晶结构、多晶结构、微晶结构或非晶结构。
在利用包括具有橄榄石结构的区域的磷酸盐化合物形成第一区域112的情况下，第一区域112包括锂、过渡金属和磷酸(PO4)。作为过渡金属，可以给出包含铁、锰、钴和镍中的一种或多种以及锰、钴和镍中的一种或多种的过渡金属。在第一区域112包含具有高氧化还原电势的锰、钴和镍中的一种或多种时，实现了高放电电势。此外，正电极活性材料中锰、钴和镍中的一种或多种的比例越高，由于锰、钴和镍中的一种或多种的氧化还原导致的放电容量的比例越高，因此可以实现高能量密度。
形成第一区域112的包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的磷酸盐化合物可以包括由通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)表示的物质。由以上通式表示的物质可以具有橄榄石结构。在使y1大于或等于0且小于1，优选小于或等于0.1，更优选为0时，可以实现更高的能量密度。
可以利用含锂和铁的磷酸盐化合物形成第二区域114。作为磷酸盐化合物的典型示例，可以给出具有橄榄石结构的磷酸盐化合物。形成第二区域114的包含锂和铁的磷酸盐化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。此外，第二区域114的结构可以是单晶结构、多晶结构、微晶结构或非晶结构。
在利用包括具有橄榄石结构的区域的磷酸盐化合物形成第二区域114的情况下，第二区域114包括锂、过渡金属和磷酸(PO4)。作为过渡金属，可以给出包含铁、锰、钴和镍中的一种或多种以及铁的过渡金属。
形成第二区域114的包含锂和铁的磷酸盐化合物可以包括由通式Li1-x2Fey2Me1- y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)表示的物质。由以上通式表示的物质可以具有橄榄石结构。
优选利用充当对充电和放电有贡献的正电极活性材料的化合物形成第二区域114，以免导致容量减少。在将包括具有橄榄石结构的区域的磷酸盐化合物用于第二区域114时，在充电和放电方面可以实现大容量。
另一方面，第二区域114包括铁；于是，放电电势降低，能量密度降低。因此，第二区域114厚度df与正电极活性材料层201厚度rf之比cf(cf＝df/rf)越小越好。比值cf优选大于或等于0.005且小于或等于0.25，更优选大于或等于0.01且小于或等于0.1。具体而言，第二区域的厚度优选约为1nm到8nm。此外，在比例cf改变时，可形成具有期望能量密度的正电极活性材料。在通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种)中，使y2大于0且小于或等于1，优选大于或等于0.15且小于或等于0.5，更优选大于或等于0.2且小于或等于0.3，由此可以实现更高的能量密度。
在充电和放电期间，从第一区域112和第二区域114中的化合物提取锂并向其中插入锂。因此，在通式Li1-x1Fey1M1-y1PO4(x1大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)中，且在通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)中，x1和x2均是0到1范围中的给定值。在一些情况下，第一区域112和第二区域114均具有锂浓度梯度。
在第一区域112中，化合物中含有的过渡金属的浓度未必恒定。在第二区域114中，化合物中含有的过渡金属的浓度也未必恒定。
对于第一区域112和第二区域114中的化合物，可以使用碱金属(例如钠(Na)或钾(K))、碱土金属(例如钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba))、铍(Be)或镁(Mg)代替锂。或者，对于第一区域112和第二区域114中的化合物，可以使用包含碱金属和碱土金属中一种或多种以及锂的化合物。
在本实施例描述的正电极活性材料层201中，利用包括含有锂和铁的化合物的膜形式第二区域114覆盖包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的膜形式第一区域112的顶表面或顶表面和侧表面。由于正电极活性材料层201的浅表部分包括含铁的第二区域114，所以可以减小向正电极活性材料的表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料层201使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
(实施例7)
在本实施例中，将参考图5、图6和图7描述作为本发明一实施例的电力储存装置中包括的正电极的结构示例，其与图4中的不同。
图5、图6和图7均是作为本发明一实施例的电力储存装置中包括的正电极的示意性截面图。
如图5所示，在本实施例中，正电极活性材料层201包括第一区域112和第二区域114，第一区域112为膜形式，包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物，第二区域114为膜形式，包括含有锂和铁的化合物。利用第二区域114覆盖第一区域112。利用第二区域114覆盖第一区域112的顶表面或顶表面和侧表面，在第一区域112和正电极集流器200之间有第二区域114。
图6和图7均示出提供多个第一区域112的情况，而图4和图5均示出提供一个第一区域112的情况。
其他结构可以类似于实施例6的那些。
(实施例8)
在本实施例中，将参考图8描述作为本发明一实施例的电力储存装置中包括的正电极的结构。
图8是作为本发明一实施例的电力储存装置中包括的正电极的示意性截面图。
如图8所示，在本实施例中，正电极活性材料层包括含有锂(Li)、铁(Fe)和过渡金属(锰(Mn)、钴(Co)和镍(Ni)中的一种或多种)的化合物，正电极活性材料的浅表部分比正电极活性材料的接近正电极集流器的部分具有更高的铁浓度(在下文中，将这种正电极活性材料层称为正电极活性材料层203)。或者，正电极活性材料层203包括含有锂、铁和过渡金属(锰、钴和镍中的一种或多种)的化合物，正电极活性材料的第二部分比正电极活性材料的第一部分具有更高的铁浓度，第二部分比第一部分更接近表面。
由于正电极活性材料层203的浅表部分包括含铁的化合物，所以可以减小向正电极活性材料表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料层203使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
将正电极活性材料形成具有膜的形式，从而可以提高正电极活性材料层中正电极活性材料的比例。由于正电极活性材料层203是利用膜形式的正电极活性材料形成的，所以正电极活性材料层203中的正电极活性材料比例可以理想地是100％。因此，可以提高单位面积的能量密度。
含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的化合物可以是磷酸盐化合物。作为磷酸盐化合物的典型示例，可以给出具有橄榄石结构的磷酸盐化合物。含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的化合物可以包括具有橄榄石结构的区域。
在利用包括具有橄榄石结构的区域的磷酸盐化合物形成正电极活性材料层203的情况下，正电极活性材料层203包括锂、过渡金属和磷酸(PO4)。作为过渡金属，可以给出包含铁、锰、钴和镍中的一种或多种且包含锰、钴和镍中的一种或多种以及铁的过渡金属。在正电极活性材料层203包含具有高氧化还原电势的锰、钴和镍中的一种或多种时，实现了高放电电势。此外，正电极活性材料中锰、钴和镍中的一种或多种的比例越高，由于锰、钴和镍中的一种或多种的氧化还原导致的放电容量的比例越高，因此可以实现高能量密度。
形成正电极活性材料层203的包含锰、钴和镍中的一种或多种以及锂、铁的磷酸盐化合物可以包括由通式Li1-xFeyM1-yPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种)表示的物质。由以上通式表示的物质可以具有橄榄石结构。在表面上，使y大于0且小于1，优选大于或等于0.15且小于或等于0.5，更优选大于或等于0.2且小于或等于0.3，由此可以实现更高的能量密度。
在充电和放电期间从形成正电极活性材料层203的化合物提取锂和向其中插入锂。在通式Li1-xFeyM1-yPO4(x大于或等于0且小于或等于1；M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y大于0且小于1)中，x是0到1范围内的给定值。在一些情况下，正电极活性材料层203具有锂浓度梯度。
对于正电极活性材料层203中的化合物，可以使用碱金属(例如钠(Na)或钾(K))、碱土金属(例如钙(Ca)、锶(Sr)或钡(Ba))、铍(Be)或镁(Mg)取代锂。或者，对于正电极活性材料层203中的化合物，可以使用包含碱金属和碱土金属中的一种或多种以及锂的化合物。
由于在本实施例所述的正电极活性材料层203中，正电极活性材料的浅表部分包括含铁的化合物，所以可以减小向正电极活性材料的表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，正电极活性材料层203使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
(实施例9)
在这一实施例中，将描述形成作为本发明一实施例的电力储存装置中包括的正电极的方法。
首先，制备正电极集流器200(图9A)。
对于用于正电极集流器200的材料没有特别限制；不过，可以使用具有高电导率的材料，例如铂、铝、铜或钛。在这一实施例中，使用钛。
接下来，在正电极集流器200上形成包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的第一区域112(图9B)。
作为形成包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的第一区域112的方法，可以使用干式工艺，例如PVD方法(例如溅镀法)、真空蒸镀法或CVD法(例如等离子体CVD法、热CVD法或LPCVD法)。利用干式工艺，形成包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的第一区域112，由此可以使包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物的第一区域112均匀且薄。因此，可以使正电极的充电和放电特性稳定。
在这一实施例中，通过溅镀方法形成包括例如磷酸盐化合物的第一区域112。例如，利用包括由通式LiFey1M1-y1PO4(M是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y1大于或等于0且小于1)表示的物质的靶，形成厚度为10nm到3μm的磷酸盐化合物膜。
注意，可以在形成第一区域112之后进行热处理。例如，热处理能够使第一区域112结晶或能够提高结晶度。
热处理的温度优选设置成高于或等于450℃且低于或等于700℃。此外，可以将热处理执行大于或等于30分钟且小于或等于40小时，优选大于或等于2小时且小于或等于10小时。此外，热处理的气氛优选为稀有气体气氛、氮气氛等。例如，可以在氮气氛中在600℃执行4小时的热处理。
通过以上步骤，形成第一区域112。
接下来，在其上形成第一区域112的正电极集流器200上方形成包括含有锂和铁的化合物的第二区域114(图9C)。
作为形成包括含有锂和铁的化合物的第二区域114的方法，可以使用干式工艺，例如PVD方法(例如溅镀法)、真空蒸镀法或CVD法(例如等离子体CVD法、热CVD法或LPCVD法)。利用干式工艺，形成包括含有锂和铁的化合物的第二区域114，由此可以使包括含有锂和铁的化合物的第二区域114均匀且薄。因此，可以使正电极的充电和放电特性稳定。
在这一实施例中，通过溅镀方法形成包括例如磷酸盐化合物的第二区域114。例如，利用包括由通式LiFey2Me1-y2PO4(Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种；y2大于0且小于或等于1)表示的物质的靶，形成厚度为1nm到3μm的磷酸盐化合物膜。
优选利用充当对充电和放电有贡献的正电极活性材料的化合物形成第二区域114，以免导致容量减少。在将包括具有橄榄石结构的区域的磷酸盐化合物用于第二区域114时，在充电和放电方面可以实现大容量。
另一方面，第二区域114包括铁；于是，放电电势降低，能量密度降低。因此，第二区域114的厚度df与正电极活性材料层201的厚度rf之比cf(cf＝df/rf)越小越好。比值cf优选大于或等于0.005且小于或等于0.25，更优选大于或等于0.01且小于或等于0.1。具体而言，第二区域的厚度优选约为1nm到8nm。此外，在比例cf改变时可形成具有期望能量密度的正电极活性材料。在通式Li1-x2Fey2Me1-y2PO4(x2大于或等于0且小于或等于1；Me是Mn、Co和Ni中的一种或多种)中，使y2大于0且小于或等于1，优选大于或等于0.15且小于或等于0.5，更优选大于或等于0.2且小于或等于0.3，由此可以实现更高的能量密度。
在本说明书中，将第一区域112和第二区域114统称为正电极活性材料层201。此外，将正电极活性材料层201以及正电极活性材料层201形成于其上的正电极集流器200统称为正电极202。
注意，可以在形成第二区域114之后进行热处理。例如，热处理能够使包括第一区域112和第二区域114的正电极活性材料层201结晶或能够提高结晶度。
热处理的温度优选设置成高于或等于450℃且低于或等于700℃。此外，可以将热处理执行大于或等于30分钟且小于或等于40小时，优选大于或等于2小时且小于或等于10小时。此外，热处理的气氛优选为稀有气体气氛、氮气氛等。例如，可以在氮气氛中在600℃下执行4小时的热处理。
通过在形成第二区域114之后调节热处理条件，使第一区域112中包括的元素和第二区域114中包括的元素扩散到第一区域112和第二区域114中，第一区域112和第二区域114之间的边界变得不清楚，从而能够形成实施例6所述的结构(正电极活性材料层203)。
可以利用碳等在正电极活性材料层201的表面上形成覆盖膜。可以使用干式工艺，例如PVD方法(例如溅镀法)、真空蒸镀法或CVD法(例如，等离子体CVD法、热CVD法或LPCVD法)。或者，可以使用湿式工艺，例如涂敷法。可以在形成覆盖膜(未示出)之后执行热处理。
注意，“活性材料”是指涉及充当载流子的离子的插入和提取的材料并且不包括含碳等的覆盖层。
通过以上步骤，形成了包括正电极活性材料层201的正电极202。
通过这个实施例，可以减小向正电极活性材料表面中插入锂以及从其提取锂时的能垒。结果，能够形成正电极202，其使得能够使可用容量接近理论容量并利用锰、钴和镍中的一种或多种的高放电电势。
(实施例10)
在这一实施例中，描述实施例5所述的电力储存装置的应用示例。
实施例5所述的电力储存装置可以用于电子装置中，例如摄像机，诸如数字摄像机或视频摄像机、数字相框、移动电话(也称为蜂窝电话或蜂窝电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端或音频再现装置。此外，可以将电力储存装置用于电力牵引车辆中，例如电车、混合电动车、火车、维修服务车、拖车、轮椅或自行车。
图10A示出移动电话的示例。在移动电话410中，显示部分412包括在外壳411中。外壳411具有操作按钮413、操作按钮417、外部连接端口414、扬声器415、麦克风416等。此外，电力储存装置418设置于外壳411中，可以通过外部连接端口414对电力储存装置418进行充电。实施例5所述的电力储存装置可以用作移动电话410的电力储存装置418。
图10B示出电子书终端的示例。电子书终端430包括两个外壳，第一外壳431和第二外壳433，其用铰链432彼此结合。可以用铰链432为轴打开和闭合第一和第二外壳431和433。将第一显示部分435和第二显示部分437分别包括在第一外壳431和第二外壳433中。此外，第二外壳433具有操作按钮439、电源开关443、扬声器441等。此外，电力储存装置444包括在第二外壳433中，可以利用电源开关443对电力储存装置444进行充电。实施例5所述的电力储存装置可以用作电子书终端430的电力储存装置444。
图11是电动轮椅501的透视图。电动轮椅501包括用户所坐的座椅503、座椅503后方提供的靠背505、座椅503前下方提供的踏脚板507、座椅503左右设置的扶手509、以及靠背505后上方提供的把手511。为扶手509之一提供控制器513，用于控制轮椅的操作。通过座椅503下方设置的框架515在座椅503前下方设置一对前轮517，在座椅503后下方设置一对后轮519。后轮519连接到具有电动机、制动器、齿轮等的驱动部分521。在座椅503下方提供控制部分523，包括电池、功率控制器、控制装置等。控制部分523连接到控制器513和驱动部分521。利用用户对控制器513的操作，驱动部分521通过控制部分523进行驱动，控制部分523控制电动轮椅501的前进、后退、转向等操作和速度。
实施例5所述的电力储存装置可以用于控制部分523的电池中。可以利用插接系统由电源从外部为控制部分523的电池进行充电。
图12示出电动车辆的示例。电动车辆650装备有电力储存装置651。电力储存装置651的电力输出受到控制电路653的控制，电力被供应给驱动装置657。控制电路653受到计算机655的控制。
驱动装置657包括单独或与内燃机结合的DC电动机或AC电动机。计算机655基于输入数据向控制电路653输出控制信号，输入数据例如是驾驶员操作数据(例如加速、减速或停止)或电动车辆650驾驶期间的数据(例如，加档或减档的数据或驱动轮上的负载的数据)。控制电路653根据计算机655的控制信号调节从电力储存装置651供应的电能，以控制驱动装置657的输出。在安装AC电动机的情况下，还包括将直流转换成交流的逆变器。
实施例5所述的电力储存装置可以用于电力储存装置651的电池中。可以通过插接系统从外部供电来进行电力储存装置651的充电。
注意，在电力牵引车辆是火车的情况下，可以通过来自架空电缆或导电轨的电力供应为火车进行充电。
可以适当地将本实施例与任何其他实施例进行组合。
(实施例11)
在本实施例中，将参考图13和图14中的框图描述将根据本发明一实施例的电力储存装置用于无线馈电系统(以下称为RF馈电系统)中的示例。在每个框图中，独立框示出电力接收装置和电力馈送装置内的元件，它们是按照其功能进行分类的。不过，在实践中，可能难以完全按照其功能将元件分开；在一些情况下，一个元件可能涉及多个功能。
首先，参考图13描述RF馈电系统。
电力接收装置800是由从电力馈送装置900供应的电力驱动的电子装置或电力牵引车辆，可以适当地应用于由电力驱动的另一装置。电子装置的典型示例包括摄像机，例如数字摄像机或视频摄像机、数字相框、移动电话(也称为蜂窝电话或蜂窝电话装置)、便携式游戏机、便携式信息终端、音频再现装置、显示装置、计算机等。电力牵引车辆的典型示例包括电动车辆、混合式电动车辆、火车、维修服务车、拖车、轮椅等。此外，电力馈送装置900具有向电力接收装置800供应电力的功能。
在图13中，电力接收装置800包括电力接收装置部分801和电力负载部分810。电力接收装置部分801至少包括电力接收装置天线电路802、信号处理电路803和电力储存装置804。电力馈送装置900包括电力馈送装置天线电路901和信号处理电路902。
电力接收装置天线电路802具有接收电力馈送装置天线电路901发射的信号或向电力馈送装置天线电路901发射的信号的功能。信号处理电路803处理由电力接收装置天线电路802接收的信号并控制电力储存装置804的充电和从电力储存装置804向电力负载部分810的供电。电力负载部分810是从电力储存装置804接收电力并驱动电力接收装置800的驱动部分。电力负载部分810的典型示例包括电动机、驱动电路等。适当时可以将另一电力负载部分用作电力负载部分810。电力馈送装置天线电路901具有向电力接收装置天线电路802发射信号或从电力接收装置天线电路802接收信号的功能。信号处理电路902控制电力馈送装置天线电路901的操作。亦即，信号处理电路902能够控制电力馈送装置天线电路901发射的信号的强度、频率等。
将根据本发明一实施例的电力储存装置用作RF馈电系统中的电力接收装置800中包括的电力储存装置804。
将根据本发明一实施例的电力储存装置用在RF馈电系统中，电力储存量可以比常规电力储存装置中更大。因此，无线电力馈送的时间间隔可能更长(可以省去频繁的馈电)。
此外，借助于将根据本发明一实施例的电力储存装置用在RF馈电系统中，如果可以驱动电力负载部分810的电力储存量与常规电力储存装置中的相同的话，可以将电力接收装置800形成得紧凑且轻质。因此，可以减少总成本。
接下来，参考图14描述RF馈电系统的另一示例。
在图14中，电力接收装置800包括电力接收装置部分801和电力负载部分810。电力接收装置部分801至少包括电力接收装置天线电路802、信号处理电路803、电力储存装置804、整流器电路805、调制电路806和电源电路807。此外，电力馈送装置900至少包括电力馈送装置天线电路901、信号处理电路902、整流器电路903、调制电路904、解调电路905和振荡器电路906。
电力接收装置天线电路802具有接收电力馈送装置天线电路901发射的信号或向电力馈送装置天线电路901发射信号的功能。在电力接收装置天线电路802接收电力馈送装置天线电路901发射的信号时，整流器电路805具有从电力接收装置天线电路802接收的信号产生直流电压的功能。信号处理电路803具有处理由电力接收装置天线电路802接收的信号并控制电力储存装置804的充电以及从电力储存装置804向电源电路807的电力供应的功能。电源电路807具有将电力储存装置804储存的电压转换成电力负载部分810所需电压的功能。在从电力接收装置800向电力馈送装置900发射特定响应时，使用调制电路806。
利用电源电路807可以控制向电力负载部分810供应的电力。于是，可以抑制向电力负载部分810施加过电压，并可以减少电力接收装置800的劣化或击穿。
此外，利用调制电路806，可以从电力接收装置800向电力馈送装置900发射信号。因此，在判断电力接收装置800中的充电量并且充了一定量的电力时，从电力接收装置800向电力馈送装置900发射信号，从而能够停止从电力馈送装置900向电力接收装置800馈送电力。结果，能够不对电力储存装置804完全充电，从而可以减少由于过量充电导致的电力储存装置804的劣化或击穿，并可以增加电力储存装置804的充电次数。
电力馈送装置天线电路901具有向电力接收装置天线电路802发射信号或从电力接收装置天线电路802接收信号的功能。在向电力接收装置天线电路802发射信号时，信号处理电路902产生被发射到电力接收装置800的信号。振荡器电路906是产生恒定频率信号的电路。调制电路904具有根据信号处理电路902产生的信号和振荡器电路906产生的恒定频率信号向电力馈送装置天线电路901施加电压的功能。于是，从电力馈送装置天线电路901输出信号。另一方面，在接收来自电力接收装置天线电路802的信号时，整流器电路903具有对所接收的信号进行整流的功能。从整流器电路903整流的信号，解调电路905提取出从电力接收装置800向电力馈送装置900发射的信号。信号处理电路902具有分析解调电路905提取的信号的功能。
注意，可以在电路之间提供任何电路，只要可以进行RF馈电即可。例如，在电力接收装置800接收电磁波且整流器电路805产生直流电压之后，诸如直流-直流变换器或调节器(regulator)的电路可以产生恒定电压。于是，可以抑制向电力接收装置800内部施加过电压。
将根据本发明一实施例的电力储存装置用作RF馈电系统中的电力接收装置800中包括的电力储存装置804。
将根据本发明一实施例的电力储存装置用在RF馈电系统中，电力储存量可以比常规电力储存装置中的更大。因此，无线电力馈送的时间间隔可以更长(可以省去频繁的馈电)。
此外，借助于将根据本发明一实施例的电力储存装置用在RF馈电系统中，如果可以驱动电力负载部分810的电力储存量与常规电力储存装置中的相同的话，则可以将电力接收装置800形成得紧凑且轻质。因此，可以减少总成本。
注意，在将根据本发明一实施例的电力储存装置用于RF馈电系统中且电力接收装置天线电路802和电力储存装置804彼此交迭时，优选电力接收装置天线电路802的阻抗不被电力储存装置804充放电导致的电力储存装置804的变形和以上变形导致的天线变形所改变。当天线的阻抗改变时，在一些情况下，电力供应不充分。例如，可以将电力储存装置804放在利用金属或陶瓷形成的电池堆中。注意，在那种情况下，电力接收装置天线电路802和电池堆优选彼此分开数十微米或更多。
在本实施例中，充电信号没有频率限制，可以具有任何频带，只要可以传输电力即可。例如，充电信号可以具有135kHz的LF频带(长波)、13.56MHz的HF频带、900MHz到1GHz的UHF频带和2.45GHz的微波频带中的任意频带。
可以从各种方法适当选择信号传输方法，包括电磁耦合方法、电磁感应方法、谐振方法和微波方法。为了防止由于包含水分的外物诸如雨水和泥浆导致的能量损耗，优选在本实施例中使用利用低频带的电磁感应方法或谐振方法，具体而言是3MHz到30MHz的短波频率、300kHz到3MHz的中波频率、30kHz到300kHz的长波频率或3kHz到30kHz的超长波频率。
可以结合任意以上实施例实施本实施例。
本申请基于2010年6月2日向日本专利局提交的日本专利申请No.2010-127236和2010年6月11日向日本专利局提交的日本专利申请No.2010-134107，其整体内容通过引用合并于此。

Claims (12)

1.一种电力储存装置，包括：
正电极，包括：
正电极集流器；以及
在所述正电极集流器上的正电极活性材料；以及
面对所述正电极的负电极，电解质插入在所述正电极和所述负电极之间，
其中，所述正电极活性材料包括：
包含铁的第一部分；以及
覆盖所述第一部分的至少一部分的第二部分，
其中，所述第二部分具有比所述第一部分更高的铁浓度，
并且所述第一部分和所述第二部分都包括磷酸盐化合物。
2.一种电力储存装置，包括：
正电极，包括：
正电极集流器；以及
在所述正电极集流器上的正电极活性材料；以及
面对所述正电极的负电极，电解质插入在所述正电极和所述负电极之间，
其中，所述正电极活性材料包括：
第一部分，包括含有锰、钴和镍中的一种或多种、锂、磷以及铁的磷酸盐化合物；以及
第二部分，覆盖所述第一部分且包括含有锂和铁的磷酸盐化合物，并且
其中，所述第二部分具有比所述第一部分更高的铁浓度。
3.一种电力储存装置，包括：
正电极，包括：
正电极集流器；以及
在所述正电极集流器上的正电极活性材料；以及
面对所述正电极的负电极，电解质插入在所述正电极和所述负电极之间，
其中，所述正电极活性材料是颗粒形式，
其中，所述正电极活性材料包括含有锰、钴和镍中的一种或多种、锂以及铁的磷酸盐化合物，
其中，所述正电极活性材料包括：
包含铁的第一部分；以及
覆盖所述第一部分的至少一部分的第二部分，并且
其中，所述第二部分具有比所述第一部分更高的铁浓度，
并且所述第一部分和所述第二部分都包括磷酸盐化合物。
4.一种电力储存装置，包括：
正电极，包括：
正电极集流器；以及
在所述正电极集流器上的正电极活性材料；以及
面对所述正电极的负电极，电解质插入在所述正电极和所述负电极之间，
其中，所述正电极活性材料是膜形式，
其中，所述正电极活性材料包括含有锰、钴和镍中的一种或多种、锂以及铁的磷酸盐化合物，
其中，所述正电极活性材料包括：
包含铁的第一部分；以及
所述第一部分上的覆盖所述第一部分的至少一部分的第二部分，并且
其中，所述第二部分具有比所述第一部分更高的铁浓度，
并且所述第一部分和所述第二部分都包括磷酸盐化合物。
5.根据权利要求3或4所述的电力储存装置，其中，所述含有锰、钴和镍中的一种或多种、锂以及铁的磷酸盐化合物包括具有橄榄石结构的区域。
6.根据权利要求1、2和4中任一项所述的电力储存装置，其中，所述第一部分和所述第二部分为膜的形式。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的电力储存装置，
其中，所述第一部分和所述第二部分具有过渡金属的浓度梯度，并且
其中，所述过渡金属是铁。
8.根据权利要求1-4中任一项所述的电力储存装置，
其中，铁浓度从所述第一部分到所述第二部分连续增加。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的电力储存装置，
其中，所述第一部分和所述第二部分的晶格常数连续改变。
10.根据权利要求1-4中任一项所述的电力储存装置，
其中，所述第二部分覆盖所述第一部分的表面的30％或更多。
11.根据权利要求1-4中任一项所述的电力储存装置，
其中，所述正电极活性材料还包括第三部分，
其中，所述第三部分包括含有锰、钴和镍中的一种或多种以及锂的化合物，并且
其中，所述第二部分覆盖所述第三部分。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的电力储存装置，
其中，所述第二部分的厚度为1nm至8nm。
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