[发明专利]镍锰复合氢氧化物粒子及其制造方法、非水系电解质二次电池用正极活性物质及其制造方法、以及非水系电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种镍锰复合氢氧化物粒子及其制造方法、将该镍锰复合氢氧化物粒子作为原料的非水系电解质二次电池用正极活性物质及其制造方法、以及将该非水系电解质二次电池用正极活性物质作为正极材料使用的非水系电解质二次电池。

背景技术

近年来，伴随着便携电话、笔记本式个人计算机等便携电子设备的普及，对具有高能量密度的小型且分量轻的非水系电解质二次电池的开发寄予了热切期待。另外，作为发动机驱动用电源、特别是作为输送设备用电源的电池，高输出功率的二次电池的开发被寄予了热切期待。

作为满足上述要求的二次电池，有锂离子二次电池。锂离子二次电池由负极、正极、电解液等构成，并且作为负极和正极的活性物质使用可脱出和嵌入锂的材料。

对锂离子二次电池而言，目前的研究开发正在盛行。其中，在正极材料中使用了层状或尖晶石型的锂金属复合氧化物的锂离子二次电池，能够获得4V级别的高电压，因此，作为具有高能量密度的电池正在实用化上发展。

作为上述锂离子二次电池的正极材料，当前有人提出了比较容易合成的锂钴复合氧化物（LiCoO₂）、使用了比钴廉价的镍的锂镍复合氧化物（LiNiO₂）、锂镍钴锰复合氧化物（LiNi_1/3Co_1/3Mn_1/3O₂）、使用了锰的锂锰复合氧化物（LiMn₂O₄）、锂镍锰复合氧化物（LiNi_0.5Mn_0.5O₂）等的锂复合氧化物。

在这些正极活性物质中，近年来，作为不使用储藏量少的钴且热稳定性优良且容量高的锂镍锰复合氧化物（LiNi_0.5Mn_0.5O₂）正受到人们的关注。锂镍锰复合氧化物（LiNi_0.5Mn_0.5O₂），与锂钴复合氧化物、锂镍复合氧化物等相同，也是层状化合物，在过渡金属的位点中基本上是以组成比为1:1的比例含有镍和锰（参照非专利文献1）。

作为锂离子二次电池获得良好性能（高循环特性、低电阻和高输出）的条件，要求正极材料由均匀且具有适度粒径的粒子来构成。

该要求的原因在于：若使用粒径大且比表面积小的正极材料，则无法充分确保与电解液的反应面积，从而使反应电阻增大而无法获得高输出的电池。另外，其原因还在于：若使用粒度分布宽的正极材料，则在电极内施加给粒子的电压会变得不均匀，由此，造成在反复充放电时微粒子有选择性地发生劣化，导致容量降低。

为了实现锂离子二次电池的高输出功率化，缩短锂离子的正极和负极之间的移动距离是有效的，因此，希望将正极板制造成薄板，从该观点看，使用小粒径的正极材料也是有效的。

因此，为了提高正极材料的性能，重要的是将作为正极活性物质的锂镍锰复合氧化物制造成粒径小且粒径均匀的粒子。

通常，由复合氢氧化物来制造锂镍锰复合氧化物，因此，为了将锂镍锰复合氧化物制造成小粒径且粒径均匀的粒子，重要的是作为其原料的复合氢氧化物使用小粒径且粒径均匀的复合氢氧化物。

即，为了提高正极材料的性能从而制造出作为最终产品的高性能锂离子二次电池，作为形成正极材料的锂镍锰复合氧化物原料的复合氢氧化物，必须使用由小粒径且具有窄的粒度分布的粒子构成的复合氢氧化物。

作为用作锂镍锰复合氧化物原料的镍锰复合氢氧化物，例如，在专利文献1中，提出了一种锰镍复合氢氧化物粒子，其是实质上锰：镍为1：1的复合氢氧化物粒子，其特征在于，其平均粒径为5～15μm、振实密度为0.6～1.4g／mL、堆积密度( bulk density )为0.4～1.0g／mL、比表面积为20～55m²／g、硫酸根含量为0.25～0.45质量%，并且，在X射线衍射中，15≤2θ≤25的峰值最大強度（I₀）与30≤2θ≤40的峰值最大強度（I₁）之比（I₀／I₁）为1～6。另外，其二次粒子表面和内部的结构，通过由一次粒子引起的褶状壁形成为网状，并且由该褶状壁包围的空间比较大。