[发明专利]锂离子电池用正极活性物质的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种蓄电装置用正极活性物质的制造方法及一种蓄电装置。

背景技术

由于对环境问题的关心的提高，用于混合动力汽车用电源等的二次电池及双电层电容器等蓄电装置的开发日益深入。尤其是能量性能高的锂离子电池及锂离子电容器受到瞩目。小型而能够储蓄大容量的电力的锂二次电池已被搭载于移动电话或笔记本个人电脑等便携式信息终端，并实现了产品的小型化。

二次电池及双电层电容器具有在正极与负极之间设置有电解质的结构。已知正极及负极都具有集电体及设置为接触于集电体的活性物质。例如，在锂离子电池中，将能够包藏及释放锂离子的化合物用作电极的活性物质，并将电解质设置于电极之间。

已采用多种方式以提高锂离子电池的特性。例如，有对锂离子电池用正极活性物质的研讨。

作为锂离子电池的正极活性物质，已知含有锂及氧的化合物等（参照专利文件1）。

尤其是作为正极活性物质，磷酸铁锂（LiFePO₄）受到瞩目。磷酸铁锂有价廉的优点。将含有Fe²⁺/Fe³⁺氧化还原的化合物用作正极活性物质的锂离子电池具有如下优点：呈现高电压（大约为3.5V）；具有良好的循环特性；其理论容量大约为170mAhg^-1，因此与将钴酸锂（LiCoO₂）或镍酸锂（LiNiO₂）等化合物用作正极活性物质的锂离子电池相比能量密度更高；等。

但是，当将磷酸铁锂用作锂离子电池的正极活性物质时，由于磷酸铁锂的锂扩散慢且电子导电性低，磷酸铁锂具有难以实现高输出的问题。为了通过增大磷酸铁锂与电解液的接触面积来获得高输出的锂离子电池，现已有通过使磷酸铁锂结晶微粒化来增大比表面积的方法的报告。

例如，在非专利文件1中有如下报告：在氮气氛下利用水热法合成的磷酸铁锂结晶粒子的粒径大约为300nm至500nm。

[专利文件1]日本专利申请公开2008-257894号公报

[非专利文件1]Kuwahara et al.,“Hydrothermal synthesis of LiFePO₄with small particle size and its electrochemical properties”,Journal of Electroceramics,2010,Vol.24,pp.69-75

发明内容

本发明的目的之一在于制造一种具有大比表面积并包含含有锂及氧的化合物的正极活性物质。另外，本发明的另一个目的之一在于制造一种正极活性物质与电解液的接触面积大的高输出锂离子电池。

水溶液A、水溶液B及水溶液C中的至少一个包含氧化石墨烯，通过将水溶液A滴入水溶液C来制备包含沉淀物D的混合液E。通过将混合液E滴入水溶液B来制备包含沉淀物F的混合液G。在加压气氛下对混合液G进行加热处理来制备混合液H，并且对混合液H进行过滤。由此，获得含有锂及氧的化合物的粒子。注意，有时将含有锂及氧的化合物称为含有锂的氧化物。

在此，水溶液A包含锂，水溶液B包含铁、锰、钴或镍，并且水溶液C包含磷酸。

此外，优选对所获得的含有锂及氧的化合物的粒子进行洗涤处理来去除杂质，然后进行干燥处理。

由于氧化石墨烯的作用，上述制造的含有锂及氧的化合物的粒子的粒径小。这是因为氧化石墨烯为薄膜状且氧化石墨烯在水中带负电荷的缘故。注意，含有锂及氧的化合物的粒子在水中带正电荷。

由于带正电荷的含有锂及氧的化合物的粒子与带负电荷的氧化石墨烯在电性上彼此吸引，在该粒子接触氧化石墨烯的状态下发生含有锂及氧的化合物的粒子的结晶生长。由于氧化石墨烯具有阻止含有锂及氧的化合物的粒子的结晶生长的作用，因此含有锂及氧的化合物的粒子的粒径不容易增大。

另外，通过对混合液H进行过滤而得到的残渣中除了目的物的含有锂及氧的化合物之外，还包含氧化石墨烯。可以通过洗涤处理或分离处理去除该氧化石墨烯，或者也可以残留该氧化石墨烯。

通过使用氧化石墨烯及含有锂及氧的化合物，能够制造在含有锂及氧的化合物的粒子之间含有氧化石墨烯的正极活性物质层。根据氧浓度呈现导电性的氧化石墨烯具有导电助剂的功能。另外，氧化石墨烯也可以具有粘结剂的功能。也就是说，通过使用包含在残渣中的氧化石墨烯及含有锂及氧的化合物制造正极活性物质层，能够缩短制造工序，因此能够提高包含该正极活性物质层的正极的生产率。另外，能够提高使用该正极的锂离子电池的生产率。