[发明专利]磷酸锰锂纳米颗粒及其制造方法、碳覆盖磷酸锰锂纳米颗粒、碳覆盖磷酸锰锂纳米颗粒造粒体、锂离子电池

说明书

本发明将磷酸锰锂用作锂离子二次电池的活性物质时表现出高容量。本发明是磷酸锰锂纳米颗粒，其特征在于，通过X射线衍射而得到的20°处的峰强度与29°处的峰强度之比I₂₀/I₂₉为0.88以上且1.05以下，由X射线衍射求出的晶粒尺寸为10nm以上且50nm以下。

技术领域

本发明涉及磷酸锰锂纳米颗粒及其制造方法、碳覆盖磷酸锰锂纳米颗粒、碳覆盖磷酸锰锂纳米颗粒造粒体、锂离子电池。

背景技术

锂离子二次电池与以往的镍镉电池、镍氢电池相比，作为能够得到高电压・高能量密度的电池而广泛用于移动电话、笔记本电脑等信息相关的移动通信电子设备。今后，作为解决环境问题的一个手段，期待在搭载于电动汽车・混合动力汽车等的车载用途或者电动工具等工业用途中推进扩大利用。

对于锂离子二次电池而言，起到决定容量和输出的重要作用的是正极活性物质和负极活性物质。以往的锂离子二次电池中，作为正极活性物质大多使用钴酸锂(LiCoO₂)，作为负极活性物质大多使用碳。但是，随着近年来的混合动力汽车、电动汽车之类的锂离子电池的用途扩大，不仅对电池要求容量的提高，逐渐还一并要求在短时间内能够获取多大的容量这一输出的改进。为了实现电池的高输出、即由电池高效地获取大电流，需要在提高电子传导性的同时，还提高锂离子的离子传导性。

另一方面，针对锂离子二次电池的高容量化和高输出化，还积极地进行了下一代活性物质的探索。正极活性物质中，橄榄石系材料、即磷酸铁锂(LiFePO₄)、磷酸锰锂(LiMnPO₄)之类的活性物质作为下一代活性物质而受到关注。磷酸铁锂、磷酸锰锂的容量相对于钴酸锂仅增加两成左右，因此在高容量化方面的效果有限，但由于不含作为稀有金属的钴，因此在稳定供给的方面具有显著的优点。进一步，橄榄石系活性物质中，氧与磷共价键合，因此不易释放出氧，还兼具安全性高的特征。其中，关于磷酸锰锂，在用作锂离子二次电池的正极活性物质时，由于放电电位高，因此期待还有助于高输出化。然而，橄榄石系的正极活性物质与钴酸锂(LiCoO₂)等不同，伴随充放电的晶格的变化大，并且电子传导性、离子传导性低，因此存在的课题在于难以获取活性物质原本的容量、即理论容量。

因此，通过使橄榄石系正极材料的晶粒尺寸微粒化至200nm左右，进一步将碳覆盖于颗粒表面，从而实现降低与晶格尺寸的变化相伴的形变的影响、以及提高离子传导和电子传导。然而，尽管对于磷酸铁锂而言通过该方法而表现出近似于理论容量，但是对于磷酸锰锂，仅通过该方法难以实现高容量化，因此，报告了为了表现出理论容量的各种尝试。

针对磷酸锰锂的高容量化，熟知的是，颗粒形状是重要的。对于离子传导性和电子传导性极低的磷酸锰锂而言，要求与磷酸铁锂的情况相比更小的粒径，不仅如此，还要求提高Li离子传导性、降低与充放电反应相伴的形变的影响那样的形状。

为了实现这样的形状，提出了沿着b轴方向取向的板状颗粒。其构想在于，在磷酸锰锂中，锂离子仅能够沿着b轴方向移动，因此尽可能缩短锂离子在颗粒内的移动距离，且使锂离子发生嵌入脱嵌的面变宽。例如，通过专利文献1和非专利文献1中公开的制造方法，在二乙二醇水溶液中得到了沿着b轴取向的厚度为20~30nm左右的磷酸锰锂。此外，专利文献2中也公开了沿着b轴方向取向的磷酸锰锂的效果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许5174803号说明书

专利文献2：日本特开2012-204015号公报

非专利文献

非专利文献1：Journal of Power Sources 189 (2009) 624-628。

发明内容

发明要解决的问题