[发明专利]锂离子二次电池、正极活性物质、正极、以及电动工具

说明书

技术领域

本发明涉及包含复合氧化物的正极活性物质、使用所述正极活性物质的正极和锂离子二次电池、使用所述锂离子二次电池的电动工具和电动车辆以及电力存储系统，所述复合氧化物包含锂和过渡金属作为构成元素。

背景技术

近年来，由便携式终端装置等代表的小尺寸电子设备变得普遍，并且强烈要求尺寸和重量的进一步下降以及长的使用寿命。伴随此，促进了作为电源的电池，特别是二次电池的开发，所述二次电池尺寸小且重量轻，并且可以获得高能量密度。近年来，已经考察了这种二次电池用于大尺寸电子设备如车辆的应用，而不限于用于小尺寸电子设备的应用。

作为二次电池，已经提出了使用各种充放电原理的二次电池，但是其中，使用锂离子的吸留(嵌入)和放出(脱嵌)的锂离子二次电池引起了关注。这是因为，可以获得比铅蓄电池、镍镉电池等中更高的能量密度。

锂离子二次电池包括正极、负极和电解液，并且所述正极和负极包括分别吸留和放出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，广泛使用包含锂和过渡金属作为构成元素的复合氧化物。直接涉及充放电反应的正极活性物质对电池性能具有较大的影响，使得已经对于复合氧化物的种类和组成等进行了各种研究。

具体地，提出了其中将与LiCoO₂相比具有更低的电位和更高的容量密度的含锂化合物与LiCoO₂一起使用以防止由于锂进入到负极中而造成的容量下降的方法(例如，参考日本未审查专利申请公开号06-342673)。这种含锂化合物包含Li₂NiO₂等，其由通式Li_xMO_y(在此，M表示过渡金属如Mo，且x/y≥0.5)表示。

另外，提出了其中将锂铜复合氧化物用于防止由于充放电引起的充放电容量下降的方法(例如，参考日本未审查专利申请公开号2006-127911)。这种锂铜复合氧化物包含Li₂(Cu_0.8Al_0.1Zr_0.1)O₂等，其由通式Li₂(Cu_1-x-yM_xD_y)O₂(M是选自第13族元素等的一种或多种元素，D是选自Ti等的一种或多种元素，0＜x＜0.5，0＜y＜0.5且x+y＜0.5)表示。

另外，提出了其中将锂锌铜复合氧化物用于提高充放电容量的方法(例如，参考日本未审查专利申请公开号2000-348721)。这种锂锌铜复合氧化物包含Li_1.98Zn_0.01CuO₂等，其由通式Li_2-2xZn_xCuO₂(0.01≤x≤0.49)表示。

另外，提出了其中将锂镍复合氧化物用于实现大容量的方法(例如，参考日本未审查专利申请公开号09-241027和09-241026)。这种锂镍复合氧化物包含Li₂NiO_2.2等，其由通式Li₂NiO_2+y(0＜y＜0.3)表示，或者Li_2.05Ni_0.95O₂等，其由通式Li_2+xNi_1-xO₂(0＜y＜1/7)表示。

另外，提出了以下方法：其中将第一锂层状化合物和第二锂层状化合物用于提高电池容量和循环特性，在所述第一锂层状化合物中，在4.5V至3V的条件下，锂离子的再插入量相对于锂离子的初始收回量(初始提取量，initial withdrawal amount)为80％以上，并且在所述第二锂层状化合物中，该比率为15％以下(例如，参考日本未审查专利申请公开号2010-009806)。所述第一锂层状化合物包含LiCoO₂等，其包含选自Co和Ni的至少一种。所述第二锂层状化合物包含Li_1.29(Ni_0.33Fe_0.33Mn_0.33)_0.71O₂等，其包含选自Fe、Mn和Ni的至少一种。