[发明专利]锂离子二次电池、正极活性物质、正极、电动工具、电动车辆及电力储存系统

说明书

技术领域

本发明涉及包含包括锂和过渡金属作为构成元素的复合氧化物的正极活性物质、使用该正极活性物质的正极和锂离子二次电池、使用该锂离子二次电池的电动工具和电动车辆，以及电力储存系统。

背景技术

近年来，以便携式终端装置等为代表的小型电子设备已普及，并且强烈要求进一步减小尺寸和重量、以及长操作寿命。为此，在作为电源的电池，尤其是体积小、重量轻和能够获得高能量密度的二次电池的开发方面已取得进步。近年来，已综述了这种二次电池用于大型电子设备如车辆，而不限于小型电子设备的应用。

作为二次电池，已广泛提出了利用各种充放电原理的二次电池，但这之中，利用锂离子的嵌入和脱嵌的锂离子二次电池已引起关注。这是因为可以获得比铅电池组、镍镉电池等更高的能量密度。

锂离子二次电池包括正极、负极和电解液，并且正极和负极分别包括嵌入和脱嵌锂离子的正极活性物质和负极活性物质。作为正极活性物质，广泛使用了LiCoO₂或LiNiO₂，其是包括锂和过渡金属作为构成元素的复合氧化物，以获得高电池容量。然而，近年来，为了改善各种电池性能(不仅包括电池容量而且包括循环特性等)，已综述了其中使用具有不同组成的复合氧化物代替LiCoO₂等的方法，或其中它们一起使用的方法。

具体地，为了充分利用Si类或Sn类的负极活性物质的高容量特性，提出了这样的一种方法，其中一起使用作为主要成分的第一含Li过渡金属复合氧化物和作为辅助成分的第二含Li过渡金属复合氧化物(Li(Li_xMn_2xCo_1-3x)O₂：0＜x＜1/3)(例如，参考日本未审查专利申请公开No.2009-158320)。该第一含Li过渡金属复合氧化物包括LiCoO₂、Li(Co_aMn_bNi_cO₂：a、b和c均是整数并且a+b+c＝1)等，而第二含Li过渡金属复合氧化物包括Li(Li_0.2Mn_0.4Co_0.4)O₂等。

另外，为了同样的目的，提出了一种方法，其中使用富锂复合氧化物(Li_hMn_iCo_jN_ikO₂)(参考日本未审查专利申请公开No.2009-158415)。其中，h＝[3(1+x)+4a]/3(1+a)、i＝[3α(1+x)+2a]/3(1+a)、j＝β(1-x)/(1+a)、k＝γ(1-x)/(1+a)、0＜a＜1、α＞0、β＞0、γ＞0、α+β+γ＝1、0≤x＜1/3。这种复合氧化物是由Li_1+x(MnαCoβNiγ)_1-xO₂·aLi_4/3Mn_2/3O₂表示的固溶体。

为了在高电压下获得优异的充放电特性，提出了一种方法，其中使用了富锂锂复合氧化物(Li_1+a[Mn_bCo_cNi_1-b-c]_1-aO_2-d：0＜a＜0.25、0.5≤b＜0.7、0≤c＜1-b、-0.1≤d≤0.2)(参考日本未审查专利申请公开No.2007-220630)。这种锂复合氧化物包括Li_1.05[Mn_0.6Co_0.2Ni_0.2]_0.95O₂等。

发明内容

为了即使在重复充放电时也获得高电池容量，必需补偿在第一次(第一循环)的充放电期间在负极发生的不可逆容量，以及在第一次后(自第二循环)的充放电期间可靠地获得高能量密度。然而，在相关领域的锂离子二次电池中，对于补偿在第一次的充放电期间的不可逆容量和确保在第一次以后的充放电期间的高能量密度彼此兼容是很困难的。