[发明专利]正极活性物质复合体

说明书

本发明提供一种能适当用于制造内阻小且充放电特性优异的锂离子二次电池的正极活性物质复合体，其特征在于，具有含有过渡金属元素并形成粒状的正极活性物质及与该正极活性物质的表面接触而设置的离子传导体，所述离子传导体由包含Li、Zr、M的材料构成，M为选自由Nb、Sb及Ta构成的组中的至少一种元素，所述过渡金属元素的一部分扩散至所述离子传导体中，通过特征X射线求得的所述离子传导体中的所述过渡金属元素的含有率以物质量基准计达到所述正极活性物质与所述离子传导体的界面处的所述过渡金属元素的含有率的12％的点为止的所述过渡金属元素的含有率的平均减少率在从所述界面起每1nm厚度上为0.5％以上且6.1％以下。

技术领域

本发明涉及一种正极活性物质复合体。

背景技术

在广泛的行业中，锂离子二次电池作为高能量的电源，重要性不断增加，特别是将电解质更换为固体电解质的全固态电池，它作为实现安全性及高速充放电的技术备受关注。

全固态电池由于材料及结构方面的特性，它的内阻容易升高，多数不能在室温左右的温度、例如10℃以上且35℃以下充分运转，但是，近年来在室温左右的温度下也要求与现有的锂离子二次电池相当的充电特性，在室温左右的温度下运转时由内阻所导致的充放电容量的急剧降低成为问题。

因此，进行了降低全固态电池的构成部件中由包含活性物质的材料构成的部分的电阻、或由包含固体电解质的材料构成的部分的离子传导电阻等所谓的内阻的尝试，我们知道，特别是，包含正极活性物质及固体电解质的正极复合材料的部分在全固态电池的内阻中占据了很大的比例。

然而，缺乏能够在室温左右的温度下减小固体电解质与正极活性物质之间的电荷转移电阻的界面形成技术，因此难以降低正极复合材料的内阻，全固态电池在室温左右的温度下的充放电特性尚未到达现有的锂离子二次电池的水平。

因而，为了不依赖于界面形成技术而降低正极复合材料的内阻，尝试了较薄地成型正极复合材料从而降低电阻值的方法、以及在导电助剂中采用碳纳米管的方法、用氮置换构成正极活性物质的氧的一部分，从而提高正极活性物质自身的电子传导性的方法等。

然而，在锂离子进出正极活性物质与固体电解质之间时所产生的电荷转移的过程中，若界面形成不充分，则界面附近缺乏锂离子，电荷转移反应不再进行，因此，即使通过电气设计方式降低内阻，对于形成能够耐受实用的全固态电池也具有界限。

因而，近年来，通过配置对产生正极活性物质与固体电解质的电荷转移的界面的电学状态起作用的材料来降低电荷转移电阻，并防止高速率充放电时的离子缺乏的尝试受到关注。

例如，专利文献1中公开了为了提高固体电解质与活性物质的密合性，使用由相互键合的锂离子传导性无机固体电解质粒子与导电剂粒子构成的层来包覆活性物质粒子的技术。

另外，在专利文献2中，为了牢固地连接离子传导体与正极活性物质，进行了将诸如SiO₂的低熔点的物质或非晶质混合并在高温下烧结的尝试。

然而，在专利文献1所记载的构成中，固体电解质内容易产生无数孔隙，另外，界面容易形成点接触，因此，容易产生界面附近的锂离子的缺乏，实现在室温左右的温度下充分的全固态电池的技术并不充分。

另外，在专利文献2所记载的构成中，将离子传导体与锂离子浓度不同的介质混合，充放电时在两者的界面处形成电容电阻，因此，存在正极复合材料的净内阻反而增加的问题。

本发明是为了解决上述课题而完成的，能够作为以下的应用例而实现。

专利文献1：日本特开2003-59492号公报

专利文献2：日本特开2014-93260号公报

发明内容