[发明专利]非水电解质二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具备含有可插入/脱离锂离子的正极活性物质的正极、含有可插入/脱离锂离子的负极活性物质的负极、隔离这些正极和负极的隔板以及非水电解质的非水电解质二次电池。

背景技术

近年来，作为小型录象机、便携式电话、个人笔记本电脑等便携式电子/通信机器等中使用的电池，将可插入/脱离锂离子的合金或碳材料等作为负极活性物质，将钴酸锂(LiCoO₂)、镍酸锂(LiNiO₂)和锰酸锂(LiMn₂O₄)等含锂复合氧化物作为正极材料的锂离子电池所代表的非水电解质二次电池，作为小型轻量且可高容量充放电的电池已经实用化。

在上述非水电解质二次电池的正极材料中使用的含锂复合氧化物中，对于镍酸锂(LiNiO₂)，具有高容量的特征，但另一方面，具有安全性低且放电工作电压低的缺点，所以存在比钴酸锂(LiCoO₂)差的问题。另外，对于锰酸锂(LiMn₂O₄)，具有资源丰富、价格低、安全性好的特征，但另一方面，具有能量密度低、高温下锰自身溶解的缺点，所以存在比钴酸锂(LiCoO₂)差的问题。因此，目前，作为含锂复合氧化物，使用钴酸锂(LiCoO₂)成为主流。

另外，在最近，对橄榄石型LiMPO₄(M＝Fe、Co等)或5V级LiNi_0.5Mn_1.5O₄等新型的正极活性物质材料进行了研究，作为下一代的非水电解质二次电池用的正极活性物质，引起人们的关注。然而，由于这些正极活性物质的放电工作电压高至4～5V，因而超过现在的非水电解质二次电池中使用的有机电解液的耐电位(分解电位)。因此，伴随充放电的循环劣化增大，所以需要使有机电解液等其它电池构成材料最适化，达到实用化还需要很长时间，这成为问题。

另一方面，与此相对，提出了具有3V级的层状结构的锂—锰复合氧化物，具有该层状结构的锂—锰复合氧化物的放电容量大，但另一方面，存在放电工作电压在4V区域和3V区域2段化的倾向，并且也存在循环劣化大的问题。另外，由于主要成为在3V区域放电，所以存在难以直接替代将目前已实用化的使用4V区域的钴酸锂作为正极活性物质使用的非水电解质二次电池用途的问题。

在这种背景下，提出了具有层状结构的锂—镍—锰复合氧化物(LiNi_0.5Mn_0.5O₂)。具有该层状结构的锂—镍—锰复合氧化物(LiNi_0.5Mn_0.5O₂)在4V区域具有平台，同时单位质量的放电容量也比较高，达到140～150mAh/g，作为新型正极活性物质材料，具有优异的特性，所以有希望成为新型非水电解质二次电池用的正极活性物质材料之一。

可是，对于这样的正极活性物质材料(LiNi_0.5Mn_0.5O₂)来说，由于初期的充放电效率低至80～90％，并且象镍酸锂那样放电工作电压稍低，与钴酸锂相比，循环特性差等问题，严重继承了以镍为主体的含锂复合氧化物的特性，产生需要进行更多的特性改善的问题。

另一方面，通过在具有3V级的层状结构的锂—锰复合氧化物(LiMnO₂)中，用Al、Fe、Co、Ni、Mg、Cr等置换LiMnO₂的一部分，制成Li_XMn_YM_1-YO₂(其中，0＜X≤1.1、0.5≤Y≤1.0)，由此改善了高温特性的锂二次电池在特开2001-23617号公报中被提出。对于在该特开2001-23617号公报中提出的锂二次电池来说，由于作为正极活性物质材料使用的Li_XMn_YM_1-YO₂的放电电压低，所以存在难以直接替代将使用4V区域的钴酸锂作为正极活性物质使用的锂二次电池用途的问题。

发明内容

因此，本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种正极活性物质材料，其在与钴酸锂近乎同等的4V区域具有平台的电位，并且放电容量大，由此得到循环特性及高温特性等电池特性优良的非水电解质二次电池。