[發明專利]鋰二次電池用正極活性物質及其利用

有效

• 申請號: 200980161237.5
• 申請日: 2009-09-04
• 公開（公告）號: CN102576871A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 永井裕喜;后藤哲;平塚秀和
• 申請（專利權）人: 豐田自動車株式會社
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M4/50
• 代理公司: 北京市中咨律師事務所 11247
• 代理人: 段承恩;田欣

技術領域

本發明涉及被用于鋰二次電池的正極活性物質，詳細地講，涉及由鋰復合氧化物構成的正極活性物質及其制造方法。并且，涉及具備具有該正極活性物質的正極材料的鋰二次電池及其利用。

背景技術

近年來，鋰二次電池(典型的是鋰離子電池)、鎳氫電池等的二次電池，作為車輛搭載用電源或個人計算機和便攜終端的電源重要性正在提高。特別是重量輕且可得到高能量密度的鋰二次電池可期待作為被優選用作車輛搭載用高輸出功率電源的電池。

作為構成鋰二次電池的正極的正極活性物質，一般使用鋰復合氧化物。作為這種復合氧化物，已知例如含有鋰、鎳、鈷、錳作為構成金屬元素的復合氧化物(以下，稱為「鋰鎳鈷錳復合氧化物」)。一般作為由Li(Ni_1/3Co_1/3Mn_1/3)O₂表示的層狀巖鹽型結構的鋰鎳鈷錳復合氧化物，是具有在固相中二價的鎳、三價的鈷、四價的錳規則地配置的晶格結構，且結構穩定性和熱穩定性高的正極活性物質。

作為與該鋰鎳鈷錳復合氧化物相關的現有技術的例子可舉出專利文獻1和2。這些專利文獻曾記載了用于改善作為鋰二次電池的正極活性物質使用的鋰鎳鈷錳復合氧化物的特性的各種努力。例如，這些專利文獻曾記載了，通過使用將鋰、鎳、錳、鈷的原子比率限定在規定的范圍的鋰鎳鈷錳復合氧化物作為正極活性物質，來謀求輸出特性等的電池性能的提高。

現有技術文獻

專利文獻1：日本國專利公開第2006-253119號公報

專利文獻2：日本國專利公開第2007-220475號公報

發明內容

但是，上述專利文獻所述的技術研討尚不能說充分，例如關于鋰和其他的金屬元素的摩爾組成比，特別是鋰和鎳的摩爾組成比和在化合物全體中的含有比率等還有研討的余地。

因此，本發明是鑒于由鋰鎳鈷錳復合氧化物構成的鋰二次電池用正極活性物質的開發的現狀而創立的，本發明的一個目的是提供適合于作為鋰二次電池的正極活性物質使用的比以往性能高的鋰鎳鈷錳復合氧化物及其制造方法。另外，另一目的是提供以這樣的鋰鎳鈷錳復合氧化物為主體的鋰二次電池用正極活性物質及其制造方法。另外，另一目的是提供具備以這樣的鋰鎳鈷錳復合氧化物為主體的正極活性物質的鋰二次電池用的正極和具備該正極的鋰二次電池。

通過本發明可提供以下的構成的鋰二次電池用的正極活性物質。即，在此公開的一種正極活性物質，是由具有鋰、鎳、鈷和錳作為必需構成元素的層狀結構的鋰鎳鈷錳復合氧化物實質地構成的鋰二次電池用正極活性物質，其特征在于，構成上述復合氧化物的鎳原子之中，2價的鎳原子(Ni^Ⅱ)和3價的鎳原子(Ni^Ⅲ)的摩爾組成比(Ni^Ⅲ/Ni^Ⅱ)為0.15≤(Ni^Ⅲ/Ni^Ⅱ)≤0.95。優選0.2≤(Ni^Ⅲ/Ni^Ⅱ)≤0.95，特別優選0.25≤(Ni^Ⅲ/Ni^Ⅱ)≤0.95。

一般作為構成鋰鎳鈷錳復合氧化物的鎳原子(鎳離子)，化合價(原子價)為2價的鎳原子(Ni^Ⅱ)最穩定，本發明者發現：如由上述摩爾組成比(Ni^Ⅲ/Ni^Ⅱ)所示那樣，通過以比較高的含有率使3價鎳原子(3價鎳離子)和2價鎳原子(2價鎳離子)共存，電子傳導性提高，由此可以在含有該正極活性物質的電池中會降低電池電阻。

另外，本發明者發現：在制造具有鋰、鎳、鈷和錳作為必需構成元素的層狀結構的鋰鎳鈷錳復合氧化物時，通過將鋰和其他的構成金屬元素(這是所說的構成金屬元素中可以包含硼等的半金屬(semimetal)元素)的混合摩爾比調整為規定的范圍，并且適當調整燒成溫度區域，可以效率良好地制造提高了3價鎳原子的存在比率的上述復合氧化物。

即，在此公開的鋰二次電池用正極活性物質，作為主構成要素的上述層狀結構的鋰鎳鈷錳復合氧化物中的鎳原子之中，2價的鎳原子(Ni^Ⅱ)和3價的鎳原子(Ni^Ⅲ)的摩爾組成比(Ni^Ⅲ/Ni^Ⅱ)優選為0.15以上，更優選為0.2以上，特別優選為0.25以上，典型的是以成為0.25≤(Ni^Ⅲ/Ni^Ⅱ)≤0.95的比率含有3價的鎳原子(鎳離子)。