[发明专利]锂离子二次电池活性物质、二次电池电极、以及二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及能够吸藏(store)和释放(release)锂离子的锂离子二次电池活性物质、用于使用活性物质的锂离子二次电池的电极、使用电极的锂离子二次电池、电子装置、电动工具(electric power tool)、电动车辆(electric vehicle)、以及使用二次电池的电力储存系统。

背景技术

对于更小、更轻的和更长寿命的诸如移动电话的电子装置和便携式信息终端装置有强烈的需求，其在过去的几年期间已经变得普遍深入。在这方面，小的和轻的和能够提供高能量密度的电池，特别是二次电池，已发展作为电源。除了应用这些电子装置之外，已经研究了二次电池在各种其他领域中的应用，包括诸如电钻的电动工具、诸如电车的电动车辆和诸如家用电力服务器(home power server)的电力储存系统。

在各种充电和放电原理下操作的各种各样的二次电池之中，通过利用锂离子的吸藏和释放提供电池容量的锂离子二次电池是非常有希望的，因为它们与其他电池诸如铅蓄电池和镍镉电池相比提供更高的能量密度的能力。

锂离子二次电池包括正极、负极和电解液。正极和负极包含能够吸藏和释放锂离子的活性物质。通常，Li复合氧化物用作正极的活性物质(正极活性物质)。Li复合氧化物的典型的实例包括具有层状岩盐结构的化合物(诸如LiCoO₂)、具有尖晶石结构的化合物(诸如LiMn₂O₄)、以及具有橄榄石结构的化合物(诸如LiFePO₄)。负极的活性物质(负极活性物质)的典型的实例包括碳材料诸如石墨、金属材料诸如Si和Sn、以及Li复合氧化物诸如Li₄Ti₅O₁₂。根据如锂离子二次电池的预期用途这样的因素适当地选择活性物质。

关于这些活性物质的组成和构造，已经通过各种途径对这些活性物质进行了研究，因为活性物质的类型大大地影响电池性能，诸如电池容量和循环特性。具体地，因为当使用橄榄石结构的Li复合氧化物作为正极活性物质时，锂离子的吸藏和释放与当使用层状岩盐结构的Li复合氧化物时相比倾向于更慢，已有许多提议涉及改善锂离子的吸藏和释放。

例如，JP-A-2001-110414提议在锂铁磷酸盐(lithium iron phosphate)材料的粉末表面上负载导电微粒以改善充电和放电容量用于大电流的充电和放电。锂铁磷酸盐材料由Li_zFe_1-yX_yPO₄(X是Mg等，0≤y≤0.3，0＜z≤1)表示。与锂铁磷酸盐材料相比，导电微粒具有更高的氧化还原电位。

例如，JP-A-2003-036889提议将锂过渡金属复合氧化物颗粒和碳物质微粒结合以获得不依赖充电状态的极好的输入和输出密度。锂过渡金属复合氧化物由LiMePO₄(Me是一种或多种二价过渡金属)表示。

例如，JP-A-2002-110162提议将LiFe复合磷酸盐和碳材料结合，并且向复合物提供10.3m²/g以上的比表面积，以便获得极好的电导率。LiFe复合磷酸盐由Li_xFePO₄(0＜x≤1)表示，并且该复合物的一次粒径是3.1μm以下。

例如，JP-A-2004-259470提议使用喷雾-热解技术生产具有35nm以下的晶粒尺寸的锂复合金属磷酸盐以获得高的放电容量。锂复合金属磷酸盐由Li_xA_yPO₄(A是Fe等，0＜x＜2，0＜y≤1)表示。

例如，JP-A-2009-263222提议使用锂原料、磷原料和铁原料(例如，具有5nm至300nm的平均一次粒径的氧化铁)生产锂铁磷酸盐颗粒，以便即使在电流负荷条件下获得高容量。生产方法包括混合原料、将混合物的团聚体粒径调整到0.3μm至5μm、以及在例如还原性气体气氛下煅烧团聚体颗粒。

发明内容

改善活性物质的锂离子输入-输出特性被认为是对确保锂离子二次电池的电池容量和循环特性至关重要的。然而，尝试在使用橄榄石结构的Li复合氧化物作为正极活性物质的情况下改善锂离子输入-输出特性不能说是足够的。这不仅是当使用橄榄石结构的Li复合氧化物作为正极活性物质时的问题，而且也是当使用其他具有层状岩盐结构或者尖晶石结构的Li复合氧化物、或者使用Li复合氧化物作为负极活性物质时的问题。