[发明专利]正极活性物质，正极活性物质的制造方法和电池

说明书

本申请是对应于2006年05月11日提交的国际申请号为PCT/JP2006/309493、发明名称为正极活性物质，正极活性物质的制造方法和电池的PCT申请进入中国国家阶段的中国申请号为200680026228.1的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及包括锂复合氧化物的正极活性物质、该正极活性物质的制造方法和电池。

背景技术

近年来，随着便携式设备如笔记本电脑和手机愈加精细和多功能化，所述设备的能耗日益增加，并要求作为所述设备电源的电池的容量进一步提高。其中，就成本效益以及减小尺寸和减轻重量而言，对具有较高容量的二次电池的需求巨大。作为满足这种要求的电池，列举例如锂二次电池。

目前常用的锂二次电池采用锂钴氧化物作为正极、碳材料作为负极，其工作电压在4.2V～2.5V范围内。当锂二次电池在最大值4.2V下工作时，锂二次电池仅使用了正极所用正极活性物质如锂钴氧化物理论容量的约60％。因而，当进一步提高充电电压时，原则上可使用剩余容量，事实上，已知当充电电压为4.25V或以上时，实现了较高的能量密度(参考专利文献1)。

然而，当充电电压增大时，正极电势提高，因而增强了正极附近的氧化气氛，从而电解质易于通过氧化分解而劣化。因此，出现例如充放电效率下降和循环特性下降等问题。另外，这种反应在高温下更加剧烈，因而存在高温下操作或存放二次电池时电解质明显劣化的问题。另外，在一些情况下，二次电池在低温环境例如寒冷气候下使用，因而需要二次电池在高温和低温下均具有优异的特性。

为改进特性，在锂复合氧化物如锂钴氧化物中形成例如铝(Al)、镁(Mg)或钛(Ti))等元素的固溶体的方法是已公知的。另外，作为改善正极活性物质稳定性或低温特性的技术，列举在活性物质表面上由稳定材料形成包覆膜的方法。例如，专利文献2描述了利用氧化铝(A1₂O₃)包覆(coating)锂钴氧化物的表面，专利文献3描述了在镍钴复合氧化物的表面上形成含铝层。此外，专利文献4描述了利用钛酸锂(LiTiO₂)包覆锂钴氧化物的表面，专利文献5和6描述了化合物MXO_K(M表示金属，X表示能够与氧形成双键的元素，k＝2～4)制成的表面层的形成方法。另外，专利文献7描述了锂氧化物表面上的锰(Mn)浓度高于锂氧化物内部的锰浓度，专利文献8描述了用硫酸盐包覆锂钴氧化物粒子表面。

专利文献1：国际公开No.WOO3/0197131

专利文献2：特开第2001-143703号公报

专利文献3：特开第2001-143708号公报

专利文献4：特开第2004-103566号公报

专利文献5：特开第2003-7299号公报

专利文献6：特开第2003-331846号公报

专利文献7：特开第2004-348981号公报

专利文献8：特开第2003-20229号公报

发明内容

然而，在锂复合氧化物中形成例如铝等元素固溶体的技术中，当固溶体的量过小时，不能够充分改善高温或高充电电压时的循环特性，当固溶体的量过大时，充放电容量下降，因而提高电池电压是没有意义的。另外，仅通过在表面形成氧化物制成的包覆膜不能够充分改善特性，因而需要进一步的改善。

出于上述考虑，本发明的目的是提供能够获得高容量并能够改善稳定性或低温特性的正极活性物质，所述正极活性物质的制造方法以及电池。

本发明的正极活性物质包含：锂复合氧化物，其包括锂(Li)和选自钴(Co)、镍(Ni)和锰(Mn)中的至少一种；磷(P)和选自镍、钴、锰、铁(Fe)、铝(Al)、镁(Mg)和锌(Zn)中的至少一种，作为所述锂复合氧化物表面上的包覆元素。

本发明的正极活性物质制造方法包括以下步骤：利用包括磷和选自镍、钴、锰、铁、铝、镁和锌中至少一种的化合物对锂复合氧化物微粒表面进行包覆，所述锂复合氧化物包含锂和选自钴、镍和锰中的至少一种；并对它们进行烧结。

本发明的电池包括：正极；负极；和电解质，其中正极包括包含锂复合氧化物的正极活性物质，所述锂复合氧化物包括锂和选自钴、镍和锰中的至少一种，正极活性物质包含磷和选自镍、钴、锰、铁、铝、镁和锌中的至少一种作为其表面上的包覆元素。