[发明专利]碱金属硅酸盐、包含过渡金属的碱金属硅酸盐及硅酸盐的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含过渡金属的碱金属硅酸盐的合成方法、以及通过该合成方法制造的包含过渡金属的碱金属硅酸盐。 

另外，本发明涉及将包含过渡金属的碱金属硅酸盐用作正极活性物质的正极、以及其制造方法。此外，本发明涉及具备该正极的蓄电装置、以及该蓄电装置的制造方法。注意，在本说明书中，蓄电装置是指具有蓄电功能的所有元件以及装置。 

背景技术

近年来，对锂二次电池及锂离子电容器等的蓄电装置进行了开发。 

特别是，当制造锂二次电池等的蓄电装置的正极活性物质的包含过渡金属的硅酸锂盐时，硅酸锂等碱金属硅酸盐可以用作其前体(参照专利文献1)。 

例如，已经提出了将包含过渡金属M的碱金属盐的锂磷酸盐(LiMPO₄)及锂硅酸盐(Li₂MSiO₄)用作下一代的正极活性物质。另外，作为该过渡金属M，例如有铁(Fe)、锰(Mn)、镍(Ni)或钴(Co)等。 

与一般使用的如用作正极活性物质的LiCoO₂那样的氧化物相比，上述LiMPO₄及上述Li₂MSiO₄的热稳定性高，因此即使锂二次电池的温度异常上升，也可以抑制氧气体的发生，从而可以抑制引火性电解质的氧化发热反应。 

在上述LiMPO₄中，以1个电子反应进行锂离子的插入和脱离，因此LiMPO₄的理论容量为170mAh/g左右。另一方面，在上述Li₂MSiO₄中，以2个电子反应进行锂离子的插入和脱离，因此Li₂MSiO₄的理论容量为高容量，即330mAh/g左右。由此，已知通过将Li₂MSiO₄用作正极活性物质，可以制造高容量的正极。 

作为常规的Li₂MSiO₄的合成方法，一般使用固相反应。典型的固相反应法包括：使用球磨机将成为各构成元素的供应源的化合物长时间地混合的工序；以及，在650℃以上，优选超过1000℃的温度下多次进行半日以上的加热处理的工序(参照专利文献2)。 

而且，在使用通过固相反应合成的正极活性物质来制造正极的情况下，目前采用将合成后的正极活性物质粉碎并使用该粉碎后的正极活性物质来制造正极的方法(参照专利文献1)。 

专利文献1日本专利申请公开2009-104794号公报 

专利文献2日本专利申请公开2007-335325号公报 

然而，目前的现状是，在作为正极活性物质使用Li₂MSiO₄时，通常很难获得达到Li₂MSiO₄的理论容量的充分容量。这是因为Li₂MSiO₄的锂离子扩散性欠佳的缘故。虽然通过使正极活性物质微粒子化，可以缩短锂离子的扩散距离，并可以提高锂离子的扩散性，但是，作为Li₂MSiO₄的合成方法一般采用上述固相反应，因此不容易实现微粒子化。 

而且，由于现有的固相反应需要进行长时间的加热处理，所以合成后的正极活性物质的粒子尺寸增大的问题。当使用这样的粒子尺寸增大的正极活性物质而制造正极时，每正极重量的容量降低，因此很难制造出高容量的锂二次电池。 

为此，通常进行将通过固相反应合成的正极活性物质机械粉碎，而减小粒子尺寸的处理(微粒子化)，并使用该微粒子化了的正极活性物质制造正极。然而，当进行机械粉碎时，粒子尺寸的减小程度有限度。并且，虽然当采用机械粉碎时，只要进行长时间的处理也可以使粒子尺寸均匀，但是在短时间内使粒子尺寸均匀是很困难的。 

发明内容

由此，本发明的一个方式的目的在于提供用作蓄电装置的正极活性物质且容易实现微粒子化的包含过渡金属的碱金属硅酸盐的合成方法。 

此外，本发明的一个方式的目的在于提供使用上述合成方法而制造的包含过渡金属的碱金属硅酸盐。 

另外，本发明的一个方式的目的还在于提供作为上述包含过渡金属的碱金属硅酸盐的前体的碱金属硅酸盐的合成方法、以及使用该合成方法而制造的碱金属硅酸盐。