[发明专利]电极活性材料和锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有优良充放电特性的非晶电极活性材料，和使用该非 晶电极活性材料的锂二次电池。

背景技术

随着个人电脑、摄像机、移动电话和其它此类设备小型化，锂二次电 池由于其高能量密度在通讯设备和信息相关设备领域中已被广泛用作电 源。此外，在机动车领域，由于环境和资源问题，也迫切要求快速开发电 动汽车，并且正考虑将锂二次电池用作驱动这些电动汽车的电源。

目前将非晶电极活性材料用作锂二次电池的电极活性材料是已知 的。例如，日本专利申请公报No.2005-135866(JP-A-2005-135866)描述 了主要为由通式M_2-2xB_2xO₃表示的非晶金属络合物的电极活性材料。日 本专利申请公报No.8-78002(JP-A-8-78002)也描述了一种正电极活性 材料，其由7A族过渡金属的氧化物或8A族过渡金属的氧化物或者这 二者制成，其中一部分过渡金属氧化物具有非晶结构。另外，日本专利 申请公报No.10-74515(JP-A-10-74515)描述了一种正电极活性材料，其 中，将7A族过渡金属或8A族过渡金属或者这二者设为Me，具有 LiMeO₂结构的材料的一部分或全部是由非晶金属氧化物构成的。

非晶电极活性材料的优点是，与结晶电极活性材料相比，可以自由地 设定组成。另外，尽管非晶电极活性材料表现出作为高容量电极活性材料 的前景，但是其实际容量目前仍然是低的，因此存在对高容量非晶电极活 性材料的需求。附带提一下，日本专利申请公报No.10-134813 (JP-A-10-134813)和日本专利申请公报No.9-22695(JP-A-9-22695)都描述 了并不是非晶的、但主要由铁络合物FeBO₃等组成的电极活性材料等。

发明内容

本发明提供具有优良充放电特性的非晶电极活性材料。

本发明人发现，由通式Li_xFeM_yO_z(其中M为一种或两种或更多种玻 璃形成体元素)表示的非晶电极活性材料中Fe的氧化电位和M的平均电 负性之间存在相关关系。更具体而言，本发明人发现，当M的平均电负性 降低时Fe的氧化电位下降，并且不仅Fe的二价-三价氧化还原，而且Fe 的三价-四价氧化还原也可以得到实际利用。通常，从三价铁到四价铁的氧 化电位高于电解质溶液的分解电位(下文中也称作“电解质分解电位”)，因 此如果电势增加，电解质溶液首先开始分解，由此阻止了三价-四价氧化还 原得到实际利用。然而，本发明人发现，通过控制M的平均电负性，可以 降低从三价铁到四价铁的氧化电位，结果，可以有效地利用Fe的三价-四 价氧化还原。

本发明的第一方面涉及电极活性材料，该电极活性材料具有电解质分 解电位为Ve的电解质溶液。该电极活性材料是非晶的并且由通式 Li_xFeM_yO_z表示，式中x和y的值分别独立地满足1＜x≤2.5和0＜y≤3， 并且z＝(x+(Fe的化合价)+(M的化合价)×y)/2以满足化学计量，M代 表一种或两种或更多种玻璃形成体元素，并且M的平均电负性小于(Ve+ 6.74)/5.41。

根据该第一方面，通过考虑电解质分解电位Ve设定M的平均电负性， 可以降低从三价铁到四价铁的氧化电位，使其低于电解质分解电位。结果， 可以利用三价-四价氧化还原，由此能够获得高容量电极活性材料。

另外，M的平均电负性可以等于或小于2.07。这样，能够获得更实用 的电极活性材料。

此外，M可以为B(硼)。这样，可以将电负性保持在适当的范围内， 从而可以获得高容量电极活性材料。