[发明专利]活性物质的制造方法、活性物质、使用该活性物质的电极以及具备该电极的锂离子二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及活性物质的制造方法、活性物质、使用该活性物质的电极以及具备该电极的锂离子二次电池。

背景技术

从电池工作中的安全性的观点出发，作为锂离子二次电池的正极活性物质材料的一种，专门研究探讨了LiFePO₄。然而，LiFePO₄例如在电子传导性以及离子传导性方面却比不上LiCoO₂。因此，将LiFePO₄作为正极活性物质来使用的锂离子二次电池在高放电电流密度中难以获得足够的放电容量。

在日本特表2005-530676号公报中公开了制作用碳覆盖表面的LiFePO₄粉末的方法。根据专利文献1(上述专利文献)所记载的方法，将多元醇和多聚羧酸的混合溶液与Li盐、Fe盐以及磷酸盐相混合，并由脱水缩合来聚合多元醇和多聚羧酸，再进一步通过对所得到的聚合物进行热处理，从而制造出上述电极活性物质。

然而，由上述的方法获得的LiFePO₄粉末依然在电子传导性以及离子传导性方面不够充分，并且在高放电电流密度中无法得到具有足够的放电容量的电极活性物质。

发明内容

因此，本发明以提供一种在高放电电流密度中能够获得足够的放电容量的活性物质的制造方法、活性物质、使用该活性物质的电极以及具备该电极的锂离子二次电池为目的。

本发明所涉及的活性物质的制造方法具备下述工序：通过使包含Fe离子、Li离子、PO₄离子、羟酸以及多元醇、且多元醇的含量相对于羟酸的含量的比通过摩尔换算为1.3～16的混合物聚合，从而获得聚合物的工序；以及通过对聚合物进行热处理，从而获得含有以LiFePO₄为主要成分的活性物质颗粒和碳的活性物质的热处理工序。

在含有Fe离子、Li离子、PO₄离子、羟酸以及多元醇的混合物中，通过羟酸配位于Fe离子、Li离子或者PO₄离子从而形成这些物质的络化物，并能够使Fe离子、Li离子以及PO₄离子分散于多元醇中。然后，使多元醇的含量相对于羟酸的含量的比通过摩尔换算为1.3～16的上述混合物聚合，并通过对所获得的聚合物进行热处理，从而能够获得含有以LiFePO₄作为主要成分的活性物质颗粒以及碳的活性物质。所获得的活性物质与含有以LiFePO₄作为主要成分的活性物质颗粒以及碳的现有的活性物质相比较，成为在高放电电流密度中具有足够的放电容量的活性物质。

在此，Fe离子源优选为硝酸铁，Li离子源优选为氯化锂，PO₄离子源优选为磷酸氢铵。

硝酸铁、氯化锂以及磷酸氢铵作为Fe离子、Li离子以及PO₄离子的供给源是适宜的。

另外，本发明所涉及的活性物质由凝集活性物质颗粒而成的活性物质颗粒群、以及被担载于活性物质颗粒的表面的碳颗粒所形成，该活性物质颗粒在(020)面上具有取向性，晶粒尺寸为30～99nm，且以LiFePO₄作为主要成分。

在(020)面上具有取向性，即在由粉末X射线衍射测定而获得的全部的衍射峰值中、被归属于(020)面的峰值表示最强的峰值强度，所以，以本发明所涉及的LiFePO₄作为主要成分的活性物质颗粒在垂直于b轴的面上具有取向性。LiFePO₄的结晶构造中的Li离子的扩散通道仅为b轴方向，所以，电解液中的Li离子能够容易地扩散到处于垂直于b轴的面上具有取向性的趋势的活性物质颗粒的结晶构造内。另外，因为通过将晶粒尺寸减小到30～99nm，从而易于进行锂离子向LiFePO₄的结晶晶格内的扩散，所以认为易于进行锂离子的插入脱离。再有，通过使碳颗粒担载于活性物质颗粒的表面，从而还会提高电子传导性。由通过这样的活性物质颗粒发生凝集而成的活性物质颗粒群、以及被担载于活性物质颗粒的表面的碳颗粒所形成的活性物质，会成为在高放电电流密度中具有足够的放电容量的活性物质。

另外，本发明所涉及的电极具备集电体、包含上述的活性物质并被配设于集电体上的活性物质层。由此，能够获得大放电容量的电极。

本发明的锂离子二次电池具备上述的电极。由此，能够获得大放电容量的锂离子二次电池。

根据本发明，能够提供一种在高放电电流密度中具有足够的放电容量的活性物质的制造方法、使用该活性物质的电极、以及具备该电极的锂离子二次电池。

附图说明