[发明专利]正极活性物质及其制造方法、以及使用该正极活性物质的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及正极活性物质及其制造方法、以及使用该活性物质的锂二次电池。

背景技术

可充放电的所谓二次电池，作为车辆搭载用电源或个人计算机和便携终端的电源近年来重要性日益提高。特别是重量轻且可得到高能量密度的锂二次电池（典型的是锂离子二次电池），作为可很好地用作车辆搭载用大型电源的电池受到期待。这种锂二次电池，通过锂（Li）离子在作为该电池构成材料的正极和负极之间往来进行充电和放电，但在决定电池性能方面最重要的构件是正极材料（正极活性物质）。例如，以正极活性物质能够多大程度地吸藏和释放Li离子来决定放电容量。

因此，期待可实现更高放电容量的正极活性物质被进行了各种研讨（例如专利文献1）。作为那样的正极活性物质的一例，可举出Li₂NiTiO₄、Li₂MnTiO₄等的钛复合氧化物。例如，以Li₂NiTiO₄表示的钛复合氧化物，理论容量在一电子反应下为150mAh/g左右，但有二电子反应的可能性，该情况下，作为能够达成约300mAh/g左右的高容量的正极活性物质受到期待。

在先技术文献

专利文献1：日本国专利申请公开第平10-251020号公报

发明内容

但是，Li₂NiTiO₄等的钛复合氧化物，采取属于空间群Fm-3m的岩盐型晶体结构，因此在结构上，不适合于Li离子的扩散，并且材料自身的电子传导性也极低。因此，不能充分地取出钛复合氧化物中的锂，在高容量化方面存在极限。另外，其晶体结构不稳定，有伴随充放电时的Li离子的出入晶体结构损坏、容易发生循环劣化的问题。

因此，本发明的目的在于提供一种正极具备Li₂NiTiO₄等的钛复合氧化物，高容量且循环劣化少的锂二次电池。另外，另一目的在于提供一种很好地制造具有那样的性能的锂二次电池的方法。

本申请发明者，为达成上述目的进行了认真研讨的结果，发现通过在Li₂NiTiO₄等的钛复合氧化物中，固溶层状岩盐型结构的锂过渡金属复合氧化物，Li离子扩散性和电子传导性格外提高，由此能够更多地取出该钛复合氧化物中的锂，从而完成了本发明。

即，根据本发明提供的锂二次电池，具备正极和负极，上述正极具有用以下的式（1）表示的氧化物、和用以下的式（2）表示的氧化物的固溶体：

Li₂M1TiO₄...（1）

（其中，M1是选自Mn、Fe、Co和Ni中的至少一种金属元素）；

LiM2O₂...（2）

（其中，M2是选自Mn、Co和Ni中的至少一种金属元素）。

上述固溶体，是在Li₂M1TiO₄的钛复合氧化物中使层状岩盐型结构的LiM2O₂固溶的固溶体。由此，在Li₂M1TiO₄的本来的结构内导入使Li离子扩散的路径，进而赋予电子传导性。因此，与没有固溶LiM2O₂的情况相比，变得能够更多地取出Li₂M1TiO₄中的锂，增大充放电中可利用的锂量。另外，通过使LiM2O₂固溶，晶体结构变得稳定，充放电时的Li离子的出入造成的变形被缓和。因此，与充放电相伴的性能劣化变少。如果使用该正极活性物质，则可以构建高容量且循环劣化少的高性能的锂二次电池。