[发明专利]锂二次电池用正极活性物质

说明书

技术领域

本发明涉及正极活性物质。更详细地说，涉及在高电位下充放电时的容量劣化得到抑制的锂二次电池用正极活性物质。

背景技术

通过锂离子在正极和负极之间穿梭来进行充电和放电的锂二次电池(典型的是锂离子电池)，由于重量轻且可以得到高输出，所以可以预见到，其作为车辆搭载用电源或笔记本电脑、便携终端的电源，今后需求不断增加。在这些用途中，需要电池的小型化和轻量化，提高电池的能量密度已经成为重要的技术课题。为了提高能量密度，提高电池的工作电压是有效的手段。目前，作为能够构成4V级锂二次电池的正极活性物质，已经考虑使用层状结构的锂钴复合氧化物(LiCoO₂)，层状结构的锂镍复合氧化物(LiNiO₂)，尖晶石结构的锂锰复合氧化物(LiMn₂O₄)等，但如果能开发更高电位的正极活性物质，就能够更高能量化。

出于该目的，目前研究了将LiMn₂O₄的锰的一部分用镍置换而成尖晶石结构含镍的锂锰复合氧化物正极活性物质。该复合氧化物，具有例如LiMn_1.5Ni_0.5O₄的组成，通过含有镍，能够实现4.5V以上的电压工作区域，作为可以得到高容量且高能量密度的正极活性物质备受期待。但通常使用尖晶石结构的锂锰复合氧化物的正极，当在高温进行充放电时，存在Mn溶出的问题。Mn一溶出，溶出的Mn会使负极活性物质和电解液劣化，引发电池容量降低。因此，正极使用这样的尖晶石结构的锂锰复合氧化物的电池，在高温下进行充放电时，存在容量马上劣化，循环特性恶化的问题。

出于改善上述循环特性的目的，已经提出了在尖晶石结构的锂锰复合氧化物中混合层状结构的锂镍复合氧化物。例如，专利文献1中记载了，在(Li_xMn_yM_z)₃O_4＋δ所示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物中混合使用LiNi_1-xM_xO₂所示的层状结构的锂镍复合氧化物。根据同一公报，通过混合LiNi_1-xM_xO₂，Mn的溶出等得到抑制，可以得到高温下无容量劣化的锂二次电池。作为涉及这种镍系正极材料的混合的现有技术，还可以列举出专利文献2和3。

现有技术文献

专利文献

专利文献1:日本专利申请公开2005－251713号公报

专利文献2:日本专利申请公开2000－251892号公报

专利文献3:日本专利申请公开2002－208441号公报

发明内容

但专利文献1~3所公开的锂二次电池，都使用了4V级尖晶石结构的锂锰复合氧化物，没有显示在4.5V以上的工作电压下使用。LiNiO₂之类的层状结构的锂镍复合氧化物，在提高充放电电位而使用时，会造成作为化合物的稳定性降低，结晶结构会崩塌。因此，在出于改善循环特性的目的、而将上述层状结构的锂镍复合氧化物混合在5V级尖晶石结构的锂锰复合氧化物中，在提高充放电电位而使用时，层状结构的锂镍复合氧化物的构造崩塌也可能会发生，结果不能改善循环特性。实际上，本发明人在LiNi_0.5Mn_1.5O₄中混合LiNi_0.8Co_0.14Al_0.05O₂，在4.9V下充放电，结果没有得到实用上的循环特性。

本发明鉴于上述问题而完成，其主要目的是提供在高电位下充放电时的容量劣化得到抑制的锂二次电池用正极活性物质。

通常以LiNiO₂表示的层状结构的锂镍复合氧化物，当在提高充放电电位而使用时，会引起作为化合物的稳定性降低，结晶结构崩塌。面对此问题，本发明人，将上述LiNiO₂的镍的一部分用铝和/或镁置换，结果发现，结晶结构稳定化，即使在高电位下使用，化合物也可以稳定存在。