[发明专利]活性物质、电极、二次电池、电池组以及电动车辆

说明书

技术领域

本发明涉及包括锂和一种或两种以上过渡金属作为构成元素的活性物质、各自使用该活性物质的电极和二次电池、各自使用该二次电池的电池组、电动车辆、电力存储系统（电能存储系统）、电动工具和电子装置。

背景技术

近年来，已经广泛使用了如移动电话和个人数字助理（PDA）的各种电子装置，并且强烈期望电子装置的进一步尺寸和重量减小以及更长的寿命。因此，作为用于电子装置的电源，已经开发了电池，特别是能够获得高能量密度的小型且轻量化的二次电池。最近，除了上述电子装置之外，已经研究了二次电池的其他各种应用。这些应用包括可移除地安装在电子装置等中的电池组、电动车辆如电动车、电力存储系统如家用能量服务器、和电钻。

已经广泛地提出了利用各种充放电原理的二次电池，特别地，利用电极反应物的插入（嵌入）和提取（脱嵌）的二次电池保持很大的前景，因为与铅酸电池或镍镉电池相比，该二次电池获得了更高的能量密度。

二次电池包括正极、负极和电解液，并且正极包含能够插入和提取电极反应物的正极活性物质。作为典型的正极活性物质，使用了具有层状盐晶体结构的锂过渡金属复合氧化物（如LiCoO₂和LiNiO₂）；然而，充电状态的稳定性等是令人担忧的。因此，作为电化学稳定的正极活性物质，还使用了具有橄榄石晶体结构的锂过渡金属复合磷酸盐（如LiFePO₄）（例如，参见日本未审查专利申请公开号H09-134725）。

然而，锂过渡金属复合磷酸盐具有比锂过渡金属复合氧化物更低的放电电位，由此具有较低的能量密度。因此，当使用锂过渡金属复合磷酸盐的二次电池被用于高电压应用时很难获得充分的电池容量。因此，已经对正极活性物质的组成等进行各种研究。

首先，已经研究了锂过渡金属复合磷酸盐的组成等的改善。更具体地，用Mn替换LiFePO₄中的一部分Fe以增加放电电位（例如，参见J.Electrochem.Soc,144,1188（1997））。将满足预定的氧化-还原电位条件的导电微粒负载在基于锂铁磷酸盐的材料颗粒上从而在大电流充放电期间改善充放电容量（例如，参见日本未审查专利申请公开号2001-110414）。橄榄石型锂铁复合氧化物颗粒（其基本组成为LiFePO₄）具有1μm以下的平均粒径从而甚至在循环之后也能保持活性物质的放电容量（例如，参见日本未审查专利申请公开号2009-087946）。将碳导电通路嵌入在橄榄石型锂磷酸盐颗粒中从而改善高倍率放电特性（例如，参见日本未审查专利申请公开号2003-203628）。使用包含Ti作为构成元素的橄榄石型锂铁磷酸盐化合物来获得用于高速充放电的良好的电池特性（例如，参见日本未审查专利申请公开号2009-029670）。

而且，已经研究了混合两种正极活性物质。更具体地，将两种具有层状盐晶体结构的锂过渡金属复合氧化物进行混合从而甚至在大电流放电期间也获得足够的放电容量（例如，参见日本未审查专利申请公开号2003-173776、2004-022239、2004-031165、和2004-134207）。在这种情况下，具有不同粒径（D50）的两种锂过渡金属复合氧化物用来获得良好的循环特性（例如，参见日本未审查专利申请公开号2007-335318）。将具有层状盐晶体结构的锂过渡金属复合氧化物（如LiCoO₂）和具有橄榄石晶体结构的锂过渡金属复合磷酸盐（如LiFePO₄）混合从而甚至在重复充放电循环之后也能获得良好的高倍率放电特性（例如，参见日本未审查专利申请公开号2008-034218和2007-335245）。将具有尖晶石晶体结构的锂过渡金属复合氧化物（如LiMn₂O₄）和具有橄榄石晶体结构的锂过渡金属复合磷酸盐（如LiFePO₄）进行混合以提高循环特性和高温特性（例如，参见日本未审查专利申请公开号2006-278256）。

发明内容

近年来，随着包括二次电池的电子装置等具有更高的性能和更多的功能，由于电子装置等的电力消耗增加，二次电池倾向于被频繁充放电。因此，期望电池特性的进一步改善。然而，在相关领域的二次电池中，仍未获得充分的电池特性。

期望提供各自能够获得良好的电池特性的活性物质、电极、二次电池、电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和电子装置。