[发明专利]高性能锂离子电池用正极活性物质及其制造方法

说明书

本发明提供一种低碱且循环特性优异的锂镍金属复合氧化物粉体、包含该锂镍金属复合氧化物粉体的锂离子电池正极活性物质、使用所述活性物质的锂离子电池正极、具有该正极的锂离子电池。通过控制种锂镍金属复合氧化物粉末的晶体粒径及组成比，从而成功制造出循环特性优异且低碱的锂镍金属复合氧化物。

技术领域

本发明涉及一种低碱且循环特性优异的锂镍金属复合氧化物粉体、包含该锂镍金属复合氧化物粉体的锂离子电池正极活性物质、使用该活性物质的锂离子电池正极、具有该正极的锂离子电池及该锂镍金属复合氧化物粉体的制造方法。

背景技术

随着智能手机、平板型电脑等小型电子设备的普及，作为电源的电池要求是耐于长时间使用的高容量的电池。用于该等移动设备类的电源专门使用锂离子电池，因此近年来锂离子电池的性能提高令人吃惊。另一方面，由智能手机、平板型电脑等小型电子设备的进一步的高功能化、高性能化所引起的消耗电力的增大是不可避免的。因此，对电池的高性能化的要求逐渐提高。

并且，近年来随着对能量供给的危机意识和环境观念的提高，风力发电、大规模太阳能发电、家用太阳能发电等与现有的集中型发电站不同的独立分散型发电设备的设置有所增加。但是，与已知的发电施设相比，利用风力发电、太阳能发电等自然能量的发电设备的电力供给的稳定性差的问题还未得到解决。2011年3月11日发生的东日本大地震及之后所产生的核电的站停止所导致的供电状况的变差以来，广泛认识到发生地震等灾害时企业和家庭单位的电力确保非常重要。因此，以消耗地点为单位确保电源的固定式蓄电池受到瞩目。但是，根据当前的技术，为了通过这种固定式蓄电池来确保电容，则需要非常大的蓄电设备，在日本的住宅环境下这种蓄电设备目前看来缺乏实用性。

另一方面，在汽车产业内，超出内燃机的能量效率的只有电动汽车，因此在活跃地开发电动汽车、混合动力汽车、插电式混合动力(plug-in hybrid)汽车、燃料电池车等电动汽车。但是，仅将电池作为动力源的电动汽车的一般的行驶距离比内燃机汽车的行驶距离短，而且还存在市区内的充电设备不足的公共设备上的问题，在2016年现在，仅以电能移动的电动汽车不如混合动力汽车那样普及。

支持如上所述的电子设备、电力确保、电动汽车等产业的共通的产品是电池，进而，现在具有能够满足该等要求的可能性的产品，只有锂离子电池。但是，在该锂离子电池中，也没有性能能够足以令人满意的，尤其每单位体积的放电容量还不足以应用于汽车。进一步剖析其原因，无非就是因为锂离子电池的正极活性物质的每单位体积的放电容量小。

作为历史性的原由，锂离子电池的正极活性物质中一直使用以钴酸锂(LCO)为代表的钴系正极活性物质。为了应对高电压，通过对活性物质的涂布、电解液的改善、充放电管理系统的调节等的研究，将钴酸锂用作高性能的正极活性物质，但钴本身是稀有金属且成本高，这方面几乎没有改善的余地。

另一方面，具有高容量的优点的镍系复合氧化物也在活跃地研究中，一部分已被应用于笔记本电脑和电动汽车。镍与钴不同，不属于稀有金属，在成本方面没有根本的问题。就初始容量而言，作为镍系复合氧化物的代表的LNCAO的每单位重量的放电容量也大于钴系正极活性物质，超过190mAh/g。虽然是具有如此大的初始放电容量的镍系复合氧化物，但与钴酸锂和锰酸锂等现有的正极活性物质相比存在循环特性差的问题。其主要原因已知有如下：由于反覆进行充放电而惰性物质堆积在活性物质表面从而隔断离子的扩散路径(pass)、切断导电路径所导致的劣化；由于经充电的正极置于强烈的氧化环境中而电解液成分被氧化分解所导致的劣化；由于活性物质反覆进行膨胀收缩而与粘合剂等构成正极的其他成分剥离而孤立所导致的劣化；以及膨胀收缩使得活性物质粒子产生应变而对活性物质粒子带来机械性破坏的劣化等。

而且，包含镍系复合氧化物的正极活性物质中，当制备活性物质及制作电池时，如下所述，尤其期望抑制阳离子混合(cation mixing)和凝胶化。