[发明专利]非水系二次电池用活性物质及非水系二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂离子二次电池等非水系二次电池，特别涉及非水系二次电池用活性物质。

背景技术

由于锂离子二次电池等二次电池为小型且容量大，所以可应用于手机和笔记本电脑等广泛领域。锂离子二次电池在正极和负极分别具有可嵌入和脱嵌锂(Li)的活性物质。并且，通过Li离子在设置于两极间的电解液内移动而工作。

二次电池的性能受构成二次电池的正极、负极和电解质的材料所支配。尤其是形成活性物质的活性物质材料的研究开发正如火如荼地进行。正极活性物质大多使用过渡金属的氧化物或复合氧化物，将氧的一部分替换成氟(F)等来进行以高电位化等为目标的正极活性物质的研究。例如，专利文献1中公开了以含有过渡金属(M)的Li_aM₂O_4-bF_b表示的正极活性物质。另外，像专利文献2和专利文献3中公开的那样，最近，使用FeF₃等过渡金属卤化物作为正极活性物质的二次电池正在受到关注。

专利文献1：日本特开2006-190556号公报

专利文献2：日本特开平9-22698号公报

专利文献3：日本特开平9-55201号公报

例如，人们认为如果Li离子嵌入到作为过渡金属卤化物的FeF₃中，则经由LiFeF₃通过更进一步地嵌入Li进行反应直至分解成Fe和LiF的转化区域。但是，像专利文献2的[0007]段落中记载的那样，可推测对FeF₃而言，由于Fe和F之间的结合力很强，所以难以引起直至转化区域的反应。另外，一直以来从转化区域再生原料FeF₃很困难，认为是由于如果使反应进行直至转化区域则导致电池性能降低。因此，在专利文献2和专利文献3中，作为充放电的电压范围，仅以不使反应进行到转化区域的电压范围(锂离子二次电池在从4.5V到2V的范围)进行充放电。在该电压范围的充放电过程中，FeF₃将锂嵌入·脱嵌，只进行FeF₃+yLi→Li_yFeF₃和Li_yFeF₃→FeF₃+yLi(均为0＜y≤1)的可逆反应，并保持Fe和F之间的结合。换言之，放电时进行从Fe³⁺到Fe²⁺的还原，充电时进行从Fe²⁺到Fe³⁺的氧化。

另一方面，如果使反应进行到转化区域，则FeF₃经分解从Fe³⁺被电解还原为Fe⁰，所以期待如之后详细说明的二次电池的大幅度的高容量化。但是，目前为止并没有FeF₃可容易地分解并且分解后的FeF₃能可逆地再生这样的见解，从电池性能的观点来看，只好回避直至转化区域的反应。另外，FeF₃因使用到转化区域为止而显示出高容量，但是由于活性物质中不含锂，所以必须使用金属锂作为配极或者预先在活性物质中掺杂锂。

发明内容

本发明鉴于上述问题，目的在于提供由新型材料的组合形成的非水系二次电池用活性物质。并且，目的在于提供使用该活性物质作为正极活性物质的非水系二次电池。

本发明人等想到将存在于转化区域的LiF和Fe，即，将碱金属盐和过渡金属进行组合来构成新型的非水系二次电池的活性物质。目前为止，还没有通过盐和金属的组合来得到非水系二次电池的活性物质的见解。但是，如果使碱金属盐和过渡金属的混合物处于高电位状态，则过渡金属被氧化(被夺去电子)，发生阴离子的交换而从混合物生成化合物。另外，新发现了碱金属盐所含有的碱金属离子(阳离子)移动从而从已生成的化合物放电。

即，本发明的非水系二次电池用活性物质，特征在于，由碱金属盐和过渡金属的混合物构成，通过充放电进行下面的可逆氧化还原，即，从该碱金属盐和该过渡金属反应而成的化合物脱嵌碱金属，由嵌入了碱金属的该化合物再生出该碱金属盐和该过渡金属。

另外，本发明的非水系二次电池具有含正极活性物质的正极和含负极活性物质的负极，所述正极活性物质由上述本发明的非水系二次电池用活性物质构成，所述负极活性物质由能嵌入·脱嵌碱金属的材料构成。