[发明专利]正极活性物质、正极以及非水电解质电池

说明书

相关申请的参考

本申请包含于2009年7月24日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-172968的所披露的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及正极和非水电解质二次电池，具体地，涉及能够确保高容量和优异的充电放电循环特性、并且在高温环境下使用过程中的性能几乎不会劣化的非水电解质电池、正极活性物质和正极。

背景技术

由于近年来移动电子技术的显著进步，已经认识到诸如移动电话和笔记本型电脑的电子装置成为用于制成先进的信息化社会的基础技术。另外，已经努力地致力于改善这些电子装置的功能的研究和开发，因此也不断地提高了由每一种电子装置造成的电力消耗。另一方面，这些电子装置需要能够驱动一段较长的时间，并且必须期望作为用于其的驱动电源的二次电池和电池表现出提高的能量密度。此外，考虑到环境因素，还需要该二次电池和电池具有延长的循环寿命。

从电子装置中使用的电池或电池的体积、质量等的角度考虑，电池或电池的更高的能量密度是更加期望的。目前，锂离子二次电池或电池由于其优异的能量密度已经用于大多数这些电子装置。

通常，在锂离子二次电池中，钴酸锂用于正极，而碳材料用于负极，并且操作电压设定为4.2V至4.5V的范围。电池的端子电压可升高至4.2V的事实，很大程度上是由于电池中所使用的非水电解质物质、隔膜等的优异的电化学稳定性。

锂离子二次电池与其他的电池体系相比较具有高的充电电压，然而，锂离子二次电池存在这样的问题，即，在将电池以充电状态放置一段较长时间的使用模式下，其容量会劣化，造成了电池的寿命缩短。此外，当在高温环境下使用锂离子二次电池时，会出现内部电阻的增大，可能会使其不能取得足够的容量。

为了解决上述问题，日本专利第3197763号(下文中称为专利文献1)描述了向正极中加入金属盐或氢氧化物。此外，日本专利公开第Hei 5-47383号(下文称为专利文献2)描述了用磷涂覆钴酸锂(LiCoO₂)的表面。此外，日本专利第3172388号(下文称为专利文献3)示出了用金属氧化物涂覆正极活性物质或正极的表面。

日本专利公开第Hei 7-235292号(下文称为专利文献4)描述了将锂-过渡金属复合氧化物均匀设置在颗粒的表面或从表面扩散至颗粒内部的方法。日本专利公开第2001-253979号(下文称为专利文献5)描述了金属氧化物的块沉积在金属氧化物层上的正极活性物质。日本专利公开第2002-164053号(下文称为专利文献6)描述了将含有至少两种涂覆元素的至少一个表面处理层设置在含有锂化合物的颗粒的表面上的正极活性物质层。日本专利公开第2003-221235号(下文称为专利文献9)描述了规定用XPS(X射线光电子能谱法)测量的颗粒表面上的氟的能量值的方法。

日本专利第3157413号和第3141858号(下文称为专利文献7和8)公开了将含有金属氟化物的涂层形成在颗粒表面上的正极活性物质，以及利用结晶的金属氟化物涂覆颗粒。

发明内容

然而，根据专利文献1的方法存在这样的问题，即，会增大电极的电阻，使得其难以获得足够的容量。专利文献2所教导的方案在实际应用中无法令人满意，因为由于涂层大而导致了容量的降低。仅仅采用专利文献3中披露的涂层元素、涂覆方法以及涂覆形式对于提高高温环境下的电池性能是不够的。其还存在一个问题，即，当增加涂层量以获得所需效果时，锂离子的扩散受到阻碍，从而很难在实际使用范围内的充电和放电电流值下获得足够的容量。

在专利文献4中披露的技术使其能够维持高容量，但是对于提高循环特性或对于限制高温使用中的电阻的增大却是不够的。专利文献5的教导存在这样的问题，即，很难获得令人满意的充电和放电效率，且会减小容量。根据专利文献6的方法对于电阻的增大并没有产生可察觉的效果，尤其是在高温使用中。

根据专利文献7和8，仅仅采用了利用具有低的电子传导性和锂离子传导性的金属氟化物的简单涂覆，使得显著降低了充电/放电性能，并且对于在高温使用时的充电-放电特性可获得的效果是不够的。专利文献9的教导对高温存储特性产生了效果，但是该效果受限于颗粒的表面，且对于实际应用的性能是不够的。

因此，需要解决上述问题。具体地，需要能够确保高容量和优异的充电放电循环特性、并且在高温环境下使用过程中的性能几乎不会劣化的非水电解质电池、正极活性物质和正极。