[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

技术领域

本发明涉及能够提高负荷特性等电池特性的正极活性物质、正极活性物质的制造方法、以及使用正极活性物质的非水电解质二次电池。

背景技术

近年来，移动电话、笔记本电脑、个人数字助理(PDA)等移动信息终端的小型和轻量化正急速发展，对作为其驱动电源的电池要求更高的容量。通过锂离子随着充放电而在正、负极之间移动来进行充放电的非水电解质二次电池，由于具有高能量密度、高容量，因此被广泛用作上述那样的移动信息终端的驱动电源。

这里，上述移动信息终端随着动画再生功能、游戏功能之类的功能的充实，存在消耗电力进一步增高的趋势，为了对作为其驱动电源的非水电解质二次电池进行长时间再生和改善输出功率等，强烈希望进一步的高容量化和高性能化。而且，非水电解质二次电池不仅是上述用途，还期待用途扩展至电动工具、助力自行车、以及HEV等用途中，为了与这种新用途相对应，也强烈希望进一步的高容量化和高性能化。

这里，为了实现上述非水电解质二次电池的高容量化，正极的高容量化是必须的。作为正极材料，提出了化学式为Li_1+xMn_1-x-yM_yO₂(M为除锰以外的至少1种过渡金属)的高锂含量过渡金属复合氧化物，已知该材料显示出最大270mAh/g的高放电容量。(参照下述非专利文献1)。然而，上述氧化物由于负荷特性、循环特性、和初期充放电效率等较差，因而存在实用中用途受到限制的问题。另外，已知上述负荷特性通常会受到块体(bulk)内的锂扩散速度和颗粒表面上的锂的插入、脱离的顺利性的影响。因此，认为通过减小正极活性物质的粒径，减小颗粒内的扩散距离，可以提高负荷特性。然而，若减小粒径，则会产生正极活性物质的填充密度减少、能量密度降低这种新的问题。

考虑到这些问题，提出了以下所示的方案。

方案(1)用Al₂O₃或LiNiPO₄包覆高锂含量过渡金属复合氧化物的表面后，将其作为正极活性物质使用(参照下述非专利文献1、2)。

方案(2)用LiMn₂O₄等具有尖晶石结构的正极活性物质包覆具有层状结构的正极活性物质的表面(参照下述专利文献1)。

方案(3)为了对正极活性物质的表面进行改性，使用HNO₃等酸对高锂含量过渡金属复合氧化物进行酸处理，以从活性物质除去多余的锂(参照下述非专利文献3)。

方案(4)在将镍系的正极活性物质和(NH₄)₂SO₄干式混合后，在700℃下进行热处理(参照下述专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-129721号公报

专利文献2：日本特开2009-146739号公报

非专利文献

非专利文献1：Electrochemical and Solid-State Letters 9(5)A221-A224(2006)

非专利文献2：Electrochemistry Communications 11(2009)748-751.

非专利文献3：Journal of The Electrochemical Society 153(6)A 1186-A1192(2006).

发明内容

发明要解决的课题

方案(1)的问题

方案(1)中，虽然能在某种程度上提高循环特性，但由于表面不存在尖晶石结构的正极活性物质，因而负荷特性降低，或即便提高也无法实现飞跃性地提高。

方案(2)的问题

方案(2)中，中心部所配置的层状结构的正极活性物质与表面部所配置的尖晶石结构的正极活性物质的结构不同，而且，不仅结构不同，这些正极活性物质的组成也不同。因此，在中心部所配置的正极活性物质与表面部所配置的正极活性物质之间产生边界，由于该边界，正极活性物质颗粒内的锂的扩散受到限制。因此，无法飞跃性地提高负荷特性。

方案(3)的问题

方案(3)中，通过正极活性物质的表面改性效果，能够提高初期充放电效率，但由于酸会损伤正极活性物质的表面，循环特性降低。

方案(4)的问题