[发明专利]制造氮化的Li-Ti复合氧化物的方法、氮化的Li-Ti复合氧化物和锂离子电池

说明书

技术领域

本发明涉及制造例如适用作负极活性材料的氮化的Li-Ti复合氧化物的方法、氮化的Li-Ti复合氧化物和锂离子电池。

背景技术

锂离子电池具有高的电动势和高的能量密度，并已广泛地在信息相关设备和通讯设备领域中实施。同时，在汽车领域内，在环境问题和资源问题方面，开发电动车辆和混合动力车辆是紧迫的事情，并且作为这些车辆的电源，正在对锂离子电池进行研究。所述锂离子电池典型地具有含有正极活性材料的正极活性材料层、含有负极活性材料的负极活性材料层及在所述正极活性材料层和所述负极活性材料层之间形成的电解质层。

已知以Li₄Ti₅O₁₂为代表的Li-Ti复合氧化物用作锂离子电池的负极活性材料。例如，WO/2006/082846描述，通过引入氧的射频磁控管溅射将由锂钛氧化物(Li₄Ti₅O₁₂)制成的烧结靶用于形成Li₄Ti₅O₁₂膜，并将形成的膜用作负极活性材料。同时，日本专利申请公布2008-41402(JP-A-2008-41402)号描述，将粉末Li₄Ti₅O₁₂用作负极活性材料。

同时，可以利用使用氨对Li-Ti复合氧化物进行氮化的方法。日本专利申请公布2006-32321(JP-A-2006-32321)号描述了如下制造活性材料的方法，其中在还原气氛中对电阻率为1×10⁴Ωcm以上的氧化物进行加热之后，氧化物与氨气反应而得到由组成式Li_xTiO_yN_z表示的氮化的氧化物，其中0≤x≤2、0.1＜y＜2.2、0＜z＜1.4。同时，也可利用使用脲对氧化物进行氮化的方法，尽管其不是制造负极活性材料的方法。日本专利申请公布2002-154823(JP-A-2002-154823)号描述了通过如下操作制造具有光催化活性的无机含氧氮化物的方法：对具有特定比表面积的氧化物(例如二氧化钛)和在室温下被所述氧化物吸附的氮化合物(例如脲)的混合物进行加热。

使用Li₄Ti₅O₁₂作为锂离子电池的负极活性材料是有利的，其比使用常规碳材料的情况更安全，因为可以防止Li金属树晶的出现。这是因为Li₄Ti₅O₁₂的还原电位(相对于Li/Li⁺大约为1.5V)比碳材料的还原电位(相对于Li/Li⁺大约为0.2V)高。然而，尽管安全性更高，但是在使用Li₄Ti₅O₁₂时，正极活性材料和负极活性材料之间的电位差降低，因此与使用碳材料的情况相比，电池电压降低。

发明内容

考虑到上述问题而完成了本发明，本发明的目的是提供一种制造氮化的Li-Ti复合氧化物的方法，通过所述方法可以获得还原电位低的氮化的Li-Ti复合氧化物。

本发明的第一方面为制造氮化的Li-Ti复合氧化物的方法，所述方法包括：制备原料组合物，所述原料组合物具有含锂、钛和氧的原料及由如下通式(1)表示并且在室温(25℃)下为固体或液体的氮化剂；及通过焙烧所述原料组合物而将所述原料氮化，从而合成所述氮化的Li-Ti复合氧化物，

在所述通式(1)中，R₁、R₂和R₃彼此独立并且各自为具有碳(C)、氢(H)、氧(O)和氮(N)中的至少一种的官能团。

根据本发明的第一方面，使用含有在室温下为固体或液体的氮化剂的原料组合物，并对所述原料组合物进行焙烧，由此得到还原电位低的氮化的Li-Ti复合氧化物。因而，在将氮化的Li-Ti复合氧化物用作例如负极活性材料时，正极活性材料和负极活性材料之间的电位差(电池电压)增大。

在所述第一方面中，所述原料优选为Li-Ti复合氧化物。这是因为在使用原料化合物(Li-Ti复合氧化物)而不是原料混合物时，容易地获得氮化的Li-Ti复合氧化物。