[发明专利]电极材料和电极以及锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及电极材料和电极以及锂离子电池。

本申请主张基于2013年4月17日于日本申请的日本特愿2013-091117号的优先权，并将其内容援引于本说明书中。

背景技术

近年来，作为小型、轻量、高容量的电池，提出了锂离子电池等非水电解液系的二次电池并供于实际使用。锂离子电池由具有能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的性质的正极和负极以及非水系电解质构成。

锂离子电池与以往的铅电池、镍镉电池、镍氢电池等二次电池相比，轻量且小型，并且具有高能量。因此，锂离子电池作为移动电话、笔记本式个人计算机、便携式信息终端等便携式电子设备的电源使用。另外，近年来，锂离子电池还作为电动汽车、混合动力汽车、电动工具等的高输出电源而进行了研究。对于用作这些高输出电源的电池的电极活性物质，要求高速的充放电特性。

另外，还研究了发电负荷的平滑化以及在固定用电源、备用电源等大型电池中的应用，与长期的安全性、可靠性一同，无资源量的问题也受到重视。

锂离子电池的正极由包含具有能够可逆地嵌入和脱嵌被称作正极活性物质的锂离子的性质的含锂金属氧化物、导电助剂及粘合剂的电极材料构成。另外，锂离子电池的正极通过将该电极材料涂布到被称作集流体的金属箔的表面上来形成。作为锂离子电池的正极活性物质，通常使用钴酸锂(LiCoO₂)。另外，作为锂离子电池的正极活性物质，还使用镍酸锂(LiNiO₂)、锰酸锂(LiMn₂O₄)、磷酸铁锂(LiFePO₄)等锂(Li)化合物。在这些物质中，钴酸锂和镍酸锂除了元素的毒性、资源量的问题之外，还存在充电状态的不稳定性等问题。另外，锰酸锂被指出在高温下溶解于电解液中的问题。

因此，近年来，作为长期的安全性、可靠性优良的电极材料，以磷酸铁锂为代表的具有橄榄石结构的磷酸盐系电极材料受到关注。

但是，磷酸盐系电极材料的电子传导性并不充分。因此，为了进行大电流的充放电，需要采取粒子的微细化、与导电性物质的复合化等各种措施，迄今为止，已作了大量努力。因此，作为提高磷酸盐系电极材料的电子传导性的方法，例如提出了添加第二、第三元素并使其固溶的方法(例如，参考专利文献1)。

另外，已知电极材料中包含的铬、镍之类的元素在充放电时溶解于电解液中，并在负极上再析出、生长。已知这种元素的再析出和生长不仅使负极的活性降低，最终还会在正极与负极之间形成导电路径而引起短路，对安全性产生严重的影响。如此，很难说向电极材料导入多余的异种元素一定是用于提高电极材料的电子导电性的有效方法。因此，还进行了大量用于得到纯度更高的电极材料的研究。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-263222号公报

发明内容

发明所要解决的问题

电极材料中使用的锰、铁、钴之类元素的性质与作为元素周期表的同一周期(第4周期)元素的铬、镍之类的元素相似。因此，铬、镍之类的元素容易从原料、环境混入电极材料中。混入到电极材料中的铬、镍之类的元素在晶体结构中产生缺陷，容易成为前述的溶解的起点。其结果，不仅引起溶解所导致的负极损伤或短路所导致的安全性的降低，还存在使电极活性物质中的活性种的量降低而使锂离子电池的容量下降的问题。

本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供电子传导性、负荷特性及循环特性优良的电极材料及电极以及锂离子电池。

用于解决问题的方法

本发明人为了解决上述问题而进行了深入研究，结果发现，由于氧化还原电位高，因此，通过在锰、铁、钴之类的元素的反应电位范围内添加微量的惰性镍，能够实现电子传导性及负荷特性优良的良好的磷酸盐系电极材料，从而完成了本发明。

即，本发明的电极材料为：

[1]一种电极材料，其以由Li_xFe_yA_zBO₄(其中，A为选自由Mn及Co组成的组中的一种或两种以上，B为选自由P、Si及S组成的组中的一种或两种以上，0≤x＜4，0＜y＜1.5，0≤z＜1.5)表示的电极活性物质作为主要成分并含有镍，其特征在于，所述电极活性物质的粒子表面被碳质膜包覆，并且所述镍的含量为1ppm以上且100ppm以下。

[2]本发明的电极材料为[1]所述的电极材料，其特征在于，所述锰的含量为5000ppm以下。