[發(fā)明專利]鋰二次電池用正極活性物質(zhì)及其利用

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200980162914.5
• 申請(qǐng)日: 2009-12-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102656724A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-09-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 永井裕喜;平冢秀和
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 豐田自動(dòng)車株式會(huì)社
• 主分類號(hào): H01M4/525
• 分類號(hào): H01M4/525;H01M4/505
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 段承恩;楊光軍

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及被用于鋰二次電池的正極活性物質(zhì)，詳細(xì)地講，涉及由鋰復(fù)合氧化物構(gòu)成的正極活性物質(zhì)及其制造方法。另外，涉及具備具有該正極活性物質(zhì)的正極材料的鋰二次電池及其利用。

背景技術(shù)

近年來(lái)，鋰二次電池（典型的是鋰離子電池）、鎳氫電池等的二次電池，作為以電為驅(qū)動(dòng)源的車輛搭載用電源或者個(gè)人計(jì)算機(jī)和便攜終端等的電氣制品等中所搭載的電源重要性不斷提高。特別是重量輕且可得到高能量密度的鋰二次電池，可期待作為被很好地用作車輛搭載用高輸出功率電源的電池。

鋰二次電池具備在導(dǎo)電性構(gòu)件（電極集電體）上保持有能夠可逆地吸藏和釋放成為電荷載體的鋰離子的材料（電極活性物質(zhì)）的結(jié)構(gòu)的電極，為了能夠?qū)崿F(xiàn)更高的能量密度化和高輸出功率化，正在進(jìn)行電極活性物質(zhì)材料的研討。例如，作為構(gòu)成鋰二次電池的正極的正極活性物質(zhì)，已知具有層狀巖鹽型結(jié)構(gòu)的鋰鈷復(fù)合氧化物（LiCoO₂）、鋰鎳酸復(fù)合氧化物（LiNiO₂）、鋰錳酸復(fù)合氧化物（LiMn₂O₄）等的鋰復(fù)合氧化物。另外，在上述晶體結(jié)構(gòu)的鋰以外的金屬格點(diǎn)配置了鎳、鈷、錳的各原子的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物，作為熱穩(wěn)定性優(yōu)異、可得到高能量密度的物質(zhì)受到關(guān)注。

作為上述鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物的一般的合成方法之一，可舉出以成為規(guī)定的組成的方式稱量成為原料的粉末狀的各化合物并混合后，燒成該混合物（即起始原料）的方法。作為與該鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物相關(guān)的現(xiàn)有技術(shù)的例子，專利文獻(xiàn)1公開(kāi)了在500℃燒成原料混合物（起始原料）后，升溫到700℃~1000℃進(jìn)行燒成的合成方法。另外，專利文獻(xiàn)2公開(kāi)了通過(guò)作為鋰鎳鈷錳以外的其他金屬元素添加Zr和Nb，來(lái)合成輸出和再生特性優(yōu)異的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物的方法。

現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)

專利文獻(xiàn)1：日本國(guó)專利公開(kāi)第2006-107845號(hào)公報(bào)

專利文獻(xiàn)2：日本國(guó)專利公開(kāi)第2007-273448號(hào)公報(bào)

發(fā)明內(nèi)容

然而，鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物，鋰離子的比例（Li的位占有率）越高（富有），則作為具有層狀巖鹽型結(jié)構(gòu)的正極活性物質(zhì)，就發(fā)揮越優(yōu)異的電池特性（電池容量、循環(huán)特性或者高速率特性），但與提高了Li位占有率的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物的合成方法相關(guān)的技術(shù)性研討尚不能說(shuō)是充分的。例如，關(guān)于鋰和其他金屬元素的摩爾組成比、在化合物整體中的含有比率等還存在研討的余地。特別是對(duì)于在鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物中所包含的化合物之中鎳（Ni）的摩爾組成比比較高的化合物，難以發(fā)生鋰離子的固體內(nèi)擴(kuò)散，希望提高Li位占有率。

因此，本發(fā)明是鑒于包含鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物的鋰二次電池用正極活性物質(zhì)的開(kāi)發(fā)的現(xiàn)狀而創(chuàng)造出的，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種適合于作為鋰二次電池的正極活性物質(zhì)使用的、具有優(yōu)異的電池特性（電池容量、循環(huán)特性或者高速率特性）的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物及其制造方法。另外，另一目的是提供一種以這樣的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物為主體的鋰二次電池用正極活性物質(zhì)及其制造方法。另外，再一目的是提供一種具備以這樣的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物為主體的正極活性物質(zhì)的鋰二次電池用的正極以及具備該正極的鋰二次電池。

根據(jù)本發(fā)明可提供一種制造鋰二次電池用正極活性物質(zhì)的方法。即，本發(fā)明的制造方法是制造鋰二次電池用正極活性物質(zhì)的方法，上述鋰二次電池用正極活性物質(zhì)包含具有鋰（Li）、鎳（Ni）、鈷（Co）和錳（Mn）作為必需構(gòu)成元素的層狀結(jié)構(gòu)的鋰鎳鈷錳復(fù)合氧化物。

具體地講，在此公開(kāi)的正極活性物質(zhì)制造方法，包括以下的工序：

（1）準(zhǔn)備包含鋰供給源、鎳供給源、鈷供給源和錳供給源的復(fù)合氧化物制造用的起始原料的工序；（2）在假燒溫度下加熱上述起始原料進(jìn)行假燒的工序，上述假燒溫度設(shè)定為低于800℃、且超過(guò)上述鋰供給源的熔融溫度的溫度；和（3）將在上述假燒工序中得到的假燒物升溫到超過(guò)上述假燒溫度的溫度區(qū)域進(jìn)行燒成的工序（即正式燒成工序）。

再者，在本說(shuō)明書(shū)中所謂「鋰二次電池」，是指利用鋰離子作為電解質(zhì)離子，通過(guò)與正負(fù)極間的鋰離子相伴的電荷的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)充放電的二次電池。一般被稱為鋰離子電池的二次電池是包含在本說(shuō)明書(shū)中的鋰二次電池中的典型例。

再者，在本說(shuō)明書(shū)中所謂「正極活性物質(zhì)」，是指在二次電池中能夠可逆地吸藏和釋放（典型的是插入和脫離）成為電荷載體的化學(xué)種（例如鋰離子）的正極側(cè)的活性物質(zhì)。