[發明專利]尖晶石型鋰金屬復合氧化物

在審

• 申請號: 201480063528.1
• 申請日: 2014-11-21
• 公開（公告）號: CN105745174A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 井手仁彥;鷲田大輔;星裕二;畑祥巳
• 申請（專利權）人: 三井金屬礦業株式會社
• 主分類號: C01G45/00
• 分類號: C01G45/00;C01G51/00;C01G53/00;H01M4/485;H01M4/505;H01M4/525
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 龐東成

技術領域

本發明涉及具有尖晶石結構(Fd-3m)的尖晶石型鋰金屬復合氧化物，該復合氧化物能夠用作鋰電池的正極活性物質，特別是能夠適當用作搭載在電動汽車(EV：ElectricVehicle)、混合動力電動汽車(HEV：HybridElectricVehicle)等的電池的正極活性物質。

背景技術

鋰電池、特別是鋰二次電池具有能量密度大、壽命長等特點，因此廣泛用作攝像機等家電制品、筆記本型個人電腦、移動電話機等便攜型電子機器、電力工具等電動工具等的電源，最近還應用于搭載在電動汽車(EV)、混合動力電動汽車(HEV)等的大型電池。

鋰二次電池為下述結構的二次電池：在充電時，鋰以離子形式從正極溶出，移動至負極而被吸藏，相反在放電時，鋰離子從負極返回至正極，已知其高能量密度的原因在于正極活性物質的電勢。

作為這種鋰二次電池的正極活性物質，已知有具有層結構的LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂等鋰金屬復合氧化物，除此之外，還有LiMn₂O₄、LiNi_0.5Mn_1.5O₄等錳系的具有尖晶石結構(Fd-3m)的鋰金屬復合氧化物(在本發明中也稱為“LMO”)。

其中，錳系的尖晶石型鋰金屬復合氧化物(LMO)的原料價格便宜、無毒性且安全，并且在過度充電方面具有較強的性質，因此作為電動汽車(EV)、混合動力電動汽車(HEV)等的大型電池用的下一代正極活性物質而受到關注。此外，與具有層結構的LiCoO₂等鋰金屬復合氧化物相比，可立體地進行Li離子的插入、脫離的尖晶石型鋰金屬復合氧化物(LMO)的輸出特性優異，因此期待用于EV用電池、HEV用電池等那樣要求優異的輸出特性的用途。

關于尖晶石型鋰金屬復合氧化物(LMO)，以往例如在專利文獻1中作為在非水電解液二次電池中具有優異的高溫循環特性、高溫保存特性的正極活性物質，公開了一種非水電解液二次電池用正極活性物質，其為具有以Li_1+xMnMg_1yAl_2zO₄(x≥0、y、z>0)表示的尖晶石狀晶體結構的鋰錳氧化物。

專利文獻2中公開了一種非水電解液二次電池正極材料，該非水電解液二次電池正極材料的特征在于，其為將組成式LiMn₂O₄表示的尖晶石結構中的Mn的一部分用選自Li、Na、K、Co、Al中的至少一種以上、選自Mg、Ti、Cr、Fe、Cu中的一種以上置換，進一步將O(氧)的一部分用F(氟)置換而成，其特征在于，晶格常數為比表面積為0.8m²/g以下，Mn的平均價數為3.7以下。

專利文獻3中公開了一種鋰二次電池用正極材料，其為將組成式LiMn₂O₄表示的尖晶石結構中的陽離子的一部分用選自Na、K、Co、Al、Mg、Ti、Cr、Fe、Cu、Ni中的至少一種以上置換而成的Li-Mn系的尖晶石結構的復合氧化物，其特征在于，由組成、晶格常數、密度求出的單位晶格中的陽離子的占位度(gc)或由組成、晶格常數、密度求出的單位晶格中的陰離子的占位度(ga)的任一者或二者為0.985以下。

專利文獻4中，作為可兼具輸出特性和高溫循環壽命特性的尖晶石型鋰金屬復合氧化物(LMO)，公開了一種尖晶石型鋰金屬復合氧化物，其為在以通式Li_1+xM_2-xO₄(其中，式中的M為包含Mn、Al和Mg的過渡金屬，x為0.01～0.08)表示的鋰金屬復合氧化物中，將利用使用基本測定法的里德伯爾德(Rietveld)法測定的Li-O的原子間距離規定為而成的。

專利文獻5中，作為能夠提高填充密度、能夠提高輸出特性、進而高溫充電保存時的電壓降低少的鋰電池用正極活性物質材料，公開了一種鋰電池用正極活性物質材料，其為含有以通式Li_1+xM_2-xO_4-δ(其中，式中的M為包含Mn、Al和Mg的過渡金屬，x為0.01～0.08，0≤δ)表示的尖晶石型(Fd-3m)鋰金屬復合氧化物和硼化合物的鋰電池用正極活性物質材料，其中，尖晶石型鋰金屬復合氧化物的Li-O的原子間距離為對于鋰電池用正極活性物質材料進行測定的磁著物量為600ppb以下。

現有技術文獻

專利文獻