[发明专利]非水电解质二次电池用活性物质及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及非水电解质二次电池用活性物质，尤其涉及含有含锂过渡金属氧化物的活性物质，该含锂过渡金属氧化物含有镍及锰，且具有氧的最密填充结构。 

背景技术

非水电解质二次电池、尤其是锂离子二次电池一直被广泛用于便携式电话、笔记本电脑。非水电解质二次电池在当今的无所不在的网络社会是不可缺的，迫切希望其高容量化。此外，非水电解质二次电池还被用作动力工具用电源，作为将来的混合动力汽车用电源也肩负着大的期待。 

从1991年锂离子二次电池开始批量生产后，10年间一直进行着电池结构的改进，高密度填充技术提高到接近界限。从而，使电池的能量密度从280Wh/L增加到580Wh/L，增加了一倍。但是，作为正极活性物质采用LiCoO₂、作为负极活性物质采用石墨的基本的构成没有变更。因此，一直希望开发可满足高容量、高性能及高安全性的新型材料。 

在如此的背景下，作为有望取代LiCoO₂的材料，一直在积极开发以Li_xNi_0.5Mn_0.5O₂(1≤x)为代表的含镍及锰的含锂过渡金属氧化物(以下称为镍锰系氧化物)。可是，由于镍锰系氧化物难以合成，因此研究者们正在用各种方法合成具有各种电化学特性的镍锰系氧化物。但Li_xNi_0.5Mn_0.5O₂的正确的结构还未确定。 

另一方面，含Co的LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂比较容易合成，结构也大致确定。采用此材料的锂离子二次电池作为笔记本电脑用圆筒电池(18650尺寸)、便携式电话用方型电池、动力工具用圆筒电池(26650尺寸)，已开始批量生产。 

期待着Li_xNi_0.5Mn_0.5O₂具有与LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂同等以上的高容量，安全性也能飞跃地改进。另外，由于Li_xNi_0.5Mn_0.5O₂不含高价的Co，因此 成本低。可是，由于合成的困难性带来的问题，还不能得到比LiCo_1/3Ni_1/3Mn_1/3O₂优良的Li_xNi_0.5Mn_0.5O₂。因此，为了兼顾高安全性和高容量，提出了以下的提案。 

镍及钴具有类似的化学特性。因而，LiCoO₂和LiNiO₂能够在x(0＜x＜1)的整个区域中形成以LiNi_1-xCo_xO₂表示的固溶体。另一方面，镍及锰具有相互不同的化学特性。因而，利用以往的方法，即利用烧成的固相扩散反应，难以合成镍和锰以原子水平分散的含锂过渡金属氧化物。 

因此，提出了下述的活性物质的制造方法：通过使相同摩尔数的镍和锰共沉淀而合成Ni_0.5Mn_0.5(OH)₂，将得到的氢氧化物和LiOH·H₂O混合，在大气中用1000℃的高温对混合物进行烧成(参照非专利文献1)。由此，本来在LiNi_0.5Mn_0.5O₂中处于3+的氧化状态的Ni离子及Mn离子被分成Ni²⁺和Mn⁴⁺，相互不分离地进行分散。其结果是，可得到具有大约150mAh/g的高容量的活性物质。该活性物质在充放电曲线中显示出接近LiCoO₂的高电位。也就是说，可得到以LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)为代表的、与低电位且绘出S形曲线的以往的镍基材料不同的活性物质。