[发明专利]正极活性材料和电池

说明书

相关申请交叉参考

本申请包括与2006年5月26日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2006-147442有关的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种包含锂钴复合氧化物(该复合氧化物中含有锂Li和钴Co)的正极活性材料，还涉及一种使用该正极活性材料的电池。

背景技术

近年来，已研发了许多便携式电子设备，并且二次电池作为这种设备的电源占据着重要的位置。尤其是，近年来要求实现二次电池的高容量和轻重量。作为满足这种需求的二次电池，使用锂作为电极反应物质的锂二次电池已投入实际应用。

钴酸锂LiCoO₂广泛用作锂二次电池的正极活性材料。这是因为钴酸锂具有有利于使锂离子扩散的层状结构，即使对于锂离子的嵌入(doping)和脱出(dedoping)，该结构也是稳定的，并且可以获得出色的特性。然而，近年来，还要求更宽温度范围内的使用和大电流下的使用，并且对于特性的要求变得更为严格。

因此，通过用另一种元素替代钴酸锂中的钴或通过加入另一种元素而已做出许多尝试来改进特性。例如，在专利文献1(JP-A-2001-319652)中，已公开了一种正极活性材料，通过用从包括铝Al、铬Cr、钒V、锰Mn、和铁Fe的组中选择的至少一种的第一元素和从包括镁Mg和钙Ca的组中选择的至少一种的第二元素替代一部分钴，可以改进该正极活性材料在高温下的稳定性。在专利文献2(JP-A-2004-311408)中，已公开了一种正极活性材料，其中当合成钴酸锂时，锆化合物被一同沉淀，并且使得锆Zr存在于钴酸锂的颗粒表面上，从而可以改进负荷特性、低温特性、以及热稳定性。

发明内容

然而，根据专利文献1中公开的正极活性材料，尽管可以改进高温特性，但是对于负荷特性和低温特性来说难以获得令人满意的特性。还要求进一步改进循环特性。根据专利文献2中公开的正极活性材料，尽管可以改进热稳定性，但是难以获得与近年来所要求的特性相接近的特性。

因此，期望提供一种正极活性材料以及电池，其中可以改进负荷特性、低温特性、以及高温下的循环特性。

根据本发明的实施例，提供了一种正极活性材料，其包括：

锂钴复合氧化物，其包含锂Li、钴Co、第一元素、及第二元素；

第一副组分元素(sub-component element)；以及

第二副组分元素，

其中，第一元素是选自包括铝Al、铬Cr、钒V、锰Mn、和铁Fe的组中的至少一种，

第二元素是选自包括镁Mg和钙Ca的组中的至少一种，

第一副组分元素是选自包括钛Ti、锆Zr、和铪Hf的组中的至少一种，

第二副组分元素是选自包括硅Si、锗Ge、和锡Sn的组中的至少一种，

当钴的组成(composition)表示为a、第一元素的组成表示为b、以及第二元素的组成表示为c时，则锂钴复合氧化物中钴、第一元素、和第二元素的摩尔比分别落在0.9≤a＜1、0.001≤b≤0.05、和0.001≤c≤0.05的范围内，

作为第一副组分元素与锂钴复合氧化物中钴的比率，第一副组分元素的含量落在等于或大于0.01mol％至等于或小于10mol％的范围内，以及

作为第二副组分元素与锂钴复合氧化物中钴的比率，第二副组分元素的含量落在等于或大于0.01mol％至等于或小于10mol％的范围内。

根据本发明的另一实施例，提供了一种电池，其包括正极、负极、和电解质，其中，

正极包含正极活性材料，

该正极活性材料包含：

锂钴复合氧化物，其包含锂Li、钴Co、第一元素、及第二元素；

第一副组分元素；以及

第二副组分元素，

第一元素是选自包括铝Al、铬Cr、钒V、锰Mn、和铁Fe的组中的至少一种，

第二元素是选自包括镁Mg和钙Ca的组中的至少一种，

第一副组分元素是选自包括钛Ti、锆Zr、和铪Hf的组中的至少一种，

第二副组分元素是选自包括硅Si、锗Ge、和锡Sn的组中的至少一种，

当钴的组成表示为a、第一元素的组成表示为b、以及第二元素的组成表示为c时，则锂钴复合氧化物中钴、第一元素、和第二元素的摩尔比分别落在0.9≤a＜1、0.001≤b≤0.05、和0.001≤c≤0.05的范围内，

作为第一副组分元素与锂钴复合氧化物中钴的比率，第一副组分元素的含量落在等于或大于0.01mol％至等于或小于10mol％的范围内，以及