[发明专利]锂离子电池用正极、其制造方法以及使用了所述正极的锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子电池，详细而言，涉及锂离子电池中的正极的改良。

背景技术

锂离子电池具备正极、负极、在正极和负极之间配置的隔膜、非水电解质。作为正极中所包含的正极活性物质，广为周知有Li_wCoO₂(w为根据电池的充放电而发生变动的值，以下相同)等含锂的钴氧化物。含锂的钴氧化物相对于锂的电位高，可靠性优良，合成比较容易。

另一方面，近年来，从实现锂离子电池的进一步高容量化的观点出发，研究了将Li_wCoO₂等含锂的镍氧化物作为正极活性物质使用，且正在实用化中。期待将使用了含锂的镍氧化物的锂离子电池应用于电动汽车、混合动力车、电动工具、电力存储用电源等用途中。因此，为了得到耐久性以及可靠性优良、输入输出特性高的电池，进行了以下提案。

在专利文献1中，公开了含有Co、Al、Mn等异种元素的含锂的镍氧化物。根据专利文献1，这样的含锂的镍氧化物与非水电解质的反应性低，通过作为正极活性物质使用，能够使锂离子电池的内部电阻降低。

在专利文献2中，公开了在正极中含有镍钴锰酸锂和平均粒径为5～30μm的碳酸锂的锂离子电池。根据专利文献2，通过将平均粒径为5～30μm的碳酸锂与镍钴锰酸锂混合，能够使二者均匀地混合，其结果是，能够使过充电时的可靠性提高。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2006-127955号公报

专利文献2：日本特开2008-181830号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，含锂的镍氧化物通过与大气中的水分反应而生成氢氧化锂，进而通过所生成的氢氧化锂与大气中的二氧化碳反应而生成碳酸锂，或者与大气中的二氧化碳直接反应而生成碳酸锂。因此，在表面上容易附着碳酸锂。这样的碳酸锂向表面的附着也同样产生在专利文献1中记载的含锂的镍氧化物中。在正极中包含在表面上附着有碳酸锂的含锂的镍氧化物的锂离子电池不仅在其处于过充电状态时，即使在高温环境下保存时，也有可能由于碳酸锂的分解而在电池内部产生气体。这样的气体的产生也同样产生在专利文献2所公开的锂离子电池中。另外，从提高锂离子电池的耐久性以及可靠性的观点出发，优选抑制这样的气体的产生。

为了抑制由碳酸锂的分解而引起的气体产生，例如可以考虑以下方法：对含锂的镍氧化物进行清洗，从而去除附着在表面上的碳酸锂。但是，虽然理由尚未确定，但与使用了碳酸锂的附着量多的含锂的镍氧化物时相比，使用了实施清洗后的含锂的镍氧化物作为正极活性物质的锂离子电池的输入输出特性降低。

本发明的目的在于解决上述问题，提供包含含锂的镍氧化物作为正极活性物质、输入输出特性、耐久性及可靠性优良的正极，以及提供使用了该正极的锂离子电池。

用于解决问题的手段

本发明的一个方面为锂离子电池用正极，具备：正极集电体、和形成在正极集电体的表面上的正极活性物质层，正极活性物质层包含由通式(1)：Li_xNi_1-(p+q+r)Co_pAl_qM_rO_2+y(M为选自于由过渡元素(除Ni以及Co以外)、Mg、Ca、Zn以及Bi构成的组中的至少一种元素，0.8≤x≤1.4，-0.1≤y≤0.1、0＜(p+q+r)≤0.7)表示的含锂的镍氧化物、碳酸锂，正极活性物质层具备碳酸锂的浓度高的高浓度区域、碳酸锂的浓度低的低浓度区域，高浓度区域从正极活性物质层的表面起占总厚度的2～80％的范围，低浓度区域占正极活性物质层的正极集电体侧的剩余的范围。

如上所述，在正极活性物质层的表面侧的碳酸锂的浓度比在正极集电体侧的碳酸锂的浓度高时，锂离子电池的输入输出特性提高。电池充放电时的正极以及负极之间的极化主要产生在电极的表面部分，根据上述正极，在正极活性物质层的表面侧，碳酸锂的浓度高，因此，能够抑制在正极的表面部分产生极化。另外，上述正极由于在正极活性物质层的表面侧和正极集电体侧对碳酸锂的浓度设定差异，因此，能够边提高正极活性物质层的表面侧的碳酸锂的浓度边降低整个正极活性物质层中的碳酸锂的浓度。因此，与整个正极活性物质层碳酸锂的浓度高时相比，使用了上述正极的锂离子电池能够抑制由碳酸锂的分解而引起的气体产生，从而提高耐久性以及可靠性。