[发明专利]锂离子二次电池用负极活性物质及使用其的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池用负极活性物质及使用其的锂离子二次电池。

背景技术

近年来，电子设备的便携化、无绳化急速发展。因此，作为它们的驱动用电源，对小型并且轻量、具有高能量密度的二次电池的需求也在升高。另外，对于小型民用电力存储用和电动汽车这样的需要长期耐久性和安全性的大型二次电池的技术开发也在加速进行中。

从这样的观点出发，由于非水电解质二次电池、特别是锂离子二次电池为高电压，并且具有高能量密度，因此，期待其能够作为电子设备用、电力存储用或者电动汽车的电源。

锂离子二次电池具备正极、负极以及介于它们之间的隔膜，隔膜主要使用聚烯烃制的微多孔膜。非水电解质使用在非质子性有机溶剂中溶解有LiBF₄、LiPF₆等锂盐的液状锂(非水电解液)。另外，以相对于锂的电位高、安全性优良、比较容易合成的锂钴氧化物(例如LiCoO₂)作为正极活性物质、并且以石墨等各种碳材料作为负极活性物质的锂离子二次电池正在实用化中。

已知在现有的以碳材料作为负极活性物质的锂离子二次电池中，碳材料的氧化还原电位与锂金属的析出电位接近，因此，由于高倍率充电或电极内轻微的充电不均匀等，容易在负极表面上析出锂金属，从而导致寿命劣化(特别是低温)和安全性降低。

对于要求长期耐久性和更高安全性的电力存储用和电动汽车等、面向环境能量领域的大型锂离子二次电池的开发来说，这样的锂金属的析出是特别重大的课题。

因此，提出了在不接近锂金属的析出电位的高电位下进行氧化还原的负极活性物质。

例如可以列举出：以Li为对极基准计工作电位为1.5V的Li₄Ti₅O₁₂(参照专利文献1)、和报道了在0～1V的范围内工作的钙钛矿型氧化物负极(参照专利文献2)等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平6-275263号公报

专利文献2：日本特开平6-275269号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，由于专利文献1中所提出的Li₄Ti₅O₁₂的工作电位为以锂金属基准计为1.5V的过高值，因此，失去了锂离子二次电池的高能量密度的优点。

另外，如果考虑到应用于环境能量用途，则从低成本和资源埋藏量的观点出发，专利文献2中所提出的钙钛矿型氧化物负极的构成元素限定于锰、铁、以及碱土类。此时，由于可以成为氧化还原中心的锰和铁的形式氧化数为3.4～4价，因此，以锂金属基准计的工作电压为约1V，而无法得到充分高的能量密度。

因此，本发明的目的在于提供能够以低成本制造、并且具有高能量密度的负极活性物质以及使用了这样的负极活性物质的锂离子二次电池。

用于解决问题的手段

为了解决上述问题，本发明的锂离子二次电池用负极活性物质的特征在于，其由式A_2±xB_2±yO_5±z(1)表示的金属复合氧化物形成，式中，0≤x≤0.1、0≤y≤0.1、0≤z≤0.3，A中包含选自由锶、钡或镁组成的群中的一种且不包含锰和钙，B中至少包含铁且不包含锰，A的形式氧化数为+2，B的形式氧化数为+2.5以上且+3.3以下。

在此，形式氧化数是指，A为碱土类金属时，将氧设为-2、将碱土类金属设为+2、在式(1)中电中性条件成立的前提基础上求出的价数。A为过渡金属时，形式氧化数是指，将氧设为-2、由用XENES分析定比组成的A₂B₂O₅而得到的结果导出的价数。

本发明的锂离子二次电池具备：负极板、正极板、配置在该负极板与正极板之间的隔膜、非水电解质和电池壳，在所述电池壳内封入由所述负极板、所述正极板和所述隔膜形成的极板组以及所述非水电解质，所述负极板具有含有上述负极活性物质的构成。

发明的效果

根据本发明，可以提供廉价、且兼具高能量密度和高可靠性的负极活性物质以及锂离子二次电池。

附图说明

图1是实施方式所涉及的圆筒型的锂离子二次电池的纵向剖视图。

具体实施方式