[发明专利]由含有Mg的钛酸锂构成的锂离子电池用活性物质和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及由含有Mg的钛酸锂构成的锂离子电池用活性物质和使用该锂离子电池用活性物质的锂离子电池。

背景技术

近年来，随着手机、电子机器的小型化、高性能化，作为它们的电源，显示出高能量密度且是高电压的锂二次电池，锂离子电池等非水电解电池倍受瞩目，被广泛使用。

并且，已知在这种锂二次电池，锂离子电池中，以往在负极上使用钛酸锂作为活性物质(参照专利文献1)。而且，已知将此钛酸锂的元素的一部分用Fe取代(参照专利文献2)、用Cu取代(参照专利文献3)、用其他过渡金属等取代(参照专利文献4～6)。

专利文献1：日本特开平6-275263号公报

专利文献2：日本特开2001-185141号公报

专利文献3：日本特开2001-250554号公报

专利文献4：日本特开2004-235144号公报

专利文献5：日本特开平10-251020号公报

专利文献6：日本特开2000-156229号公报

特别是在专利文献4中，记载了“非水电解质二次电池用负极活性物质，其为，具有由含有碱金属和/或碱土金属的尖晶石结构构成的锂过渡金属复合氧化物。”(权利要求1)的发明，但正如所记载的那样，即“认为通过含有碱金属和/或碱土金属，使含有尖晶石结构的锂过渡金属复合氧化物的结晶结构稳定化，从而提高循环特性。”(段落0022)、“通过用通式Li_aTi_bM_dO_4+c表示的钛酸锂，提高循环特性、稳定性和可靠性(式中，M表示从由钛以外的一种以上的过渡金属、周期表的2族、13族和14族的元素、卤元素以及硫构成的组中选出的至少1种元素、a+d表示满足0.8≤a+d≤1.5的数，b表示满足1.5≤b≤2.2的数，d表示满足0≤d≤0.1的数，c表示满足-0.5≤c≤0.5的数)。”(段落0029)，专利文献4中记载的发明的课题是通过使钛酸锂含有0.1摩尔以下的Mg等碱土金属，来彻底提高循环特性等，并不是以减小放电中的电压变化(提高电压平坦性)为课题。并且，作为满足上述通式的钛酸锂，例示了Ti含量多、Mg含量少的组成为Li_1.26Ti_1.72Mg_0.02O₄(Li和Mg为上述量时，Ti为+4价状态的量是1.675，所以，当是1.72时，一定有一部分是+3价状态)的负极活性物质(参照实施例1)，但这个含有Mg的钛酸锂正如后面所述，在电化学的容量方面是差的。

在专利文献5中，记载了“一种金属取代钛酸锂，其为，用通式Li_XM_YTi_ZO₄(其中，M是具有2以上原子价的金属，0.5≤(X+Y)/Z≤2)表示，其特征在于，钛酸锂的锂成分的一部分用具有2以上原子价的金属取代。”(权利要求1)的发明，作为具有2以上原子价的金属例示了镁(权利要求2)，但正如所记载的那样，即“通过用具有2以上原子价的金属取代锂成分的一部分，使锂离子的嵌入、脱嵌变得容易，用作锂电池用电极时，能够改善电池容量等特性”(段落0006)，用镁取代的只是锂成分的一部分，钛成分并没有被取代，而且，并不是以减小放电中的电压变化(提高电压平坦性)作为课题。

进而，也已知使用用Li_4-xMg_xTi₅O₁₂(0≤x≤1)的组成式表示的尖晶石化合物作为锂电池的负极(参照非专利文献1)。

非专利文献1：Jourmal of The Electrochemical Society，148(1)A102-A104(2001)

非专利文献1的尖晶石化合物是只将Li₄Ti₅O₁₂(钛酸锂)的Li的一部分用Mg来取代的化合物，通过使用这种含有Mg的钛酸锂，显示出导电性和高速放电特性的提高，但并未显示出减小了放电中的电压变化(提高电压平坦性)。而且，在上述组成式中，Mg是+2价的典型元素，只将+1价的Li成分的一部分用同等摩尔数的Mg来取代时，因为没用Mg来取代+4价的Ti成分，所以Ti的一部分为+3价状态。