[发明专利]正极活性物质、其制造方法以及非水电解质二次电池

说明书

相关申请的交叉引用

本发明包含2007年6月25日向日本专利局提交的日本专利申请JP 2007-166594涉及的主题，其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种用于非水电解质二次电池的正极活性物质，一种制造该正极活性物质及非水电解质二次电池的方法，例如，涉及一种用于非水电解质二次电池的正极活性物质(其包括一种含有锂Li和钴Co的复合氧化物)，一种制造该正极活性物质及使用该用于非水电解质二次电池的正极活性物质的非水电解质二次电池的方法。

背景技术

近年来，随着便携式装置，诸如摄像机和膝上型个人计算机的普及，增加了对小尺寸且高容量的二次电池的需求。目前所使用的二次电池包括使用碱性电解液的镍-镉电池。然而，镍镉电池的电压低至约1.2V，因此很难改进其能量密度。由于这个原因，已经进行了关于使用锂金属的锂金属二次电池的研究，锂金属具有0.534的比重，这在固体元素中是最低的，且具有很低的充电电位，且在金属负极物质中每单位重量具有最大的电流容量。

然而，在使用锂金属作负极的二次电池中，当电池进行充电时，一种树枝状结晶(dendrite)，即树枝状锂，沉淀在负极的表面上，并在充电-放电循环时生长。该树枝状晶体的生长产生了，例如二次电池在循环特性方面劣化的问题，以及还有树枝状晶体穿透了为避免正极与负极接触而设置的隔离膜(隔膜)、引起了内部短路的发生的问题。

鉴于对此的考虑，如在日本专利申请公开号(JP-A)No.62-90863中所描述的，提出一种二次电池，该二次电池使用诸如焦炭的碳质材料作为负极，并通过嵌入及脱嵌碱金属离子而重复进行充电和放电。已经发现，可以避免关于在重复充电-放电操作时负极劣化的问题。

关于正极活性物质，另一方面，已知含有碱金属的无机化合物(过渡金属氧化物、或过渡金属硫化物(transition metal chalcogen))能够获得约4V的电压。从高电位、稳定、及长寿命的角度来看，在这些无机化合物中，诸如钴酸锂和镍酸锂的锂复合氧化物是最有前途的物质。

特别地，主要包括钴酸锂的正极活性物质是具有高电位的，因此，希望这些正极活性物质通过提高充电电位来增大能量密度。然而，充电电压的增大造成了关于循环特性的恶化的问题。由于这个原因，在当前使用的方法中，少量使用LiMn_1/3Co_1/3Ni_1/3O₂或利用其他的物质将该正极活性物质进行包覆，从而改良该正极活性物质。

同时，用其他物质将该正极活性物质进行包覆，从而改良该正极活性物质的上述技术，涉及到关于高的可包覆性的实现的问题。为解决这个问题，提出了各种方法。已经确认的是，例如，利用金属氢氧化物包覆该正极活性物质的方法在可包覆性方面是有优势的。例如，JP-A No.9-265985披露了通过利用这些金属的氢氧化物包覆表面的处理，用钴Co和Mn对镍酸锂LiNiO₂颗粒的表面进行包覆。还有，例如JP-A No.11-71114披露了通过利用非锰金属的氢氧化物来包覆表面的处理，用非锰金属来对锂-锰复合氧化物进行包覆。

发明内容

然而，如果在用金属氢氧化物包覆复合氧化物颗粒之后进行加热处理，那么颗粒之间的烧结(baking)将易于进行，造成了颗粒很容易在颗粒之间结合的问题。结果，当在制造正极时这些复合氧化物颗粒与导电剂混合的时候，结合的部分和颗粒将断裂或破裂，结果包覆层被剥落，并暴露出颗粒断裂的表面。这样一种断裂的表面比在烧结过程中形成的表面具有高得多的活性，且倾向于进行电解质与正极活性物质之间的劣化反应。

因此，希望提供一种用于非水电解质二次电池的正极活性物质，该非水电解质二次电池能够通过限制其间的颗粒的结合来进一步改进化学稳定性；一种制造该正极活性物质以及使用该正极活性物质、具有高容量并且在充电-放电循环特性方面优异的非水电解质二次电池的方法。

根据本发明的一种具体实施方式，提供了一种用于非水电解质二次电池的正极活性物质，该正极活性物质包括：至少含有锂Li和钴Co的复合氧化物颗粒；设置于上述复合氧化物颗粒的至少一部分表面上的包覆层，其包括含有锂Li的氧化物以及选自镍Ni和锰Mn的至少一种包覆元素；设置于至少一部分包覆层上的表面层，其包括含有选自镧系元素的至少一种元素的氧化物。