[发明专利]锂电池用正极板及锂电池

说明书

本发明涉及锂电池用正极板及锂电池。

现有电子仪器的电源，作为一次电池，使用二氧化锰·锌电池，另外，作为二次电池，使用镍-镉电池、镍-锌电池、镍-氢化物电池的镍系电池及铅电池。对于这些电池的电解液，可使用氢氧化钾等碱性水溶液和硫酸等的水溶液。

近年，随着电子仪器的发展，期待研究出新的高性能电池，代替上述的水溶液系电池，正在开发使用非水系电解液的更高能密度的电池。作为其代表物，有在负极上使用锂及碳材料的锂电池。

对于锂电池，作为一次电池，有二氧化锰-锂电池、氟化碳-锂电池，作为二次电池，有二氧化锰-锂电池、氧化钒-锂电池等。

在负极上使用金属锂的二次电池，由于充电时析出的金属锂的枝晶，容易引起短路，存在有寿命短的缺点。另外，存在着由于金属锂的反应性高，难以确保安全性的问题。因此，正在研究在负极上使用石墨和碳等，通过锂与其形成层状化合物，防止析出枝晶，在正极上使用钴酸锂的所谓锂离子电池，作为高能密度电池使用。

可是，由于钴酸锂的价格高，作为其替代物，提出含锂的锰复合氧化物或镍酸锂。对于含该锂的锰复合氧化物，存在理论容量密度低，而且随着充放电周期的进行，容量减少变大的问题。

另一方面，镍酸锂与钴酸锂结晶结构相同，但反复充放电时，有容量降低的缺点。最近，如特愿平7-129663号公开的那样，也试图使硝酸锂与含钴的氢氧化正镍合成显示均匀充放电反应的镍酸锂，但无论怎样，由于使用镍酸锂作为正极板，所以需要将合成后的粗大粒子粉碎成微细粒子，与导电剂的碳等混合，和聚氟偏乙烯等粘结剂一起，涂敷在铝和镍等的金属集电体上的工序。为此，制造工序复杂，同时，存在有依照碳粉末和粘结剂量不同，较大影响性能的问题。

进而，试图使用与上述活性物质完全不同的氢氧化正镍，作为锂电池用正极板。例如，在特开昭63-19760号公开了使用含有20～75％钴的氢氧化正镍，在特开昭63-19761号公开了在氢氧化锂水溶液中，将氢氧化镍充电，作为活性物质使用，但哪一种在性能上都不理想，至今仍未实用化。

如上所述，氢氧化正镍是与实用化的钴酸锂相同的层状结构，但尽管在特开昭63-19760号公开，至今仍未实用化。从电极反应观点看其原因，可认为伴随着充放电反应，锂离子向正极活性物质扩散，即锂离子向氢氧化正镍中的锂离子的夹杂，而不能均质地进行的缘故。另外，其活性物质和集电体的最佳电极结构未确立，也是其原因之一。

目前，锂电池的正极板所使用的集电休材质主要是铝。对于镍·镉电池和镍·氢化物电池的氢氧化镍正极板，作为活性物质保持体是使用兼作集电体的烧结式镍基体和三维镍多孔体，但几乎还未研究用镍作为非水溶液电池的锂电池用正极板材料。其理由是担心不仅镍可溶于电解液中，而且在负极上析出，引起电池短路的缘故。另外，作为锂电池使用的正极活性物质，一般的LiCoO₂、LiNiO₂、V₂O₅、LiMn₂O₄等被称作固相法，通常在500℃以上烧成制造的20μm左右的粒子，所以事实上不可能用于具有10μm左右平均孔径的烧结式镍基板上。

本发明的目的在于发现将未实用化的钾电池的新活性物质的氢氧化正镍充填在导电性三维多孔体和烧结式镍基体上，提高其性能。特别是在材质是镍时，可防止以往认为的镍可溶于电解液中，且不发生短路。

按照本发明，可提供集电体的铝、镍、碳或不锈钢等基体和活性物质或活性物质之间的接触状态良好，电极反应均匀进行的高性能锂电池用正极板及锂电池。

为了实现上述目的，本发明进行的第一个发明，其特征是将氢氧化正镍，保持在导电性三维多孔体上。

与第一发明有关的第二发明，其特征是保持含钴的氢氧化正镍。在这种场合下，钴的含量为2～50mol％较佳。

与第一或第二发明有关的第三发明，其特征是氢氧化正镍的导电性多孔体的材质是铝、镍、碳或不锈钢。

本发明的第五发明，其特征是将氢氧化正镍保持在烧结式镍基体上。

与第五发明有关的第六发明，具特征是将氧化镍或氢氧化正镍形成在烧结式镍基体表面上。

与第一、二、三、四、五或六发明有关的第七发明，其特征是含有由氢氧化正钴、金属钴、氧化钴、四氧化三钴、钴酸锂及含质子的钴酸锂组成群组选出至少一种的锂电池用正极板。

与第一、二、三、四、五、六或第七有关的第八发明，其特征是具有由第一、二、三、四、五、六或第七发明得到的正极板的电池。