[发明专利]正极活性材料、正极、二次电池、电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具、以及电子设备

说明书

技术领域

本技术涉及作为含锂化合物的正极活性材料、使用正极活性材料的正极和二次电池、以及使用二次电池的电池组、电动车辆、电力存储系统、电动工具和电子设备。

背景技术

近年来，已经广泛使用诸如移动电话和个人数字助理(PDA)等各种电子设备，并且希望进一步减少电子设备的尺寸和重量并且实现其长期的使用寿命。因此，已经开发了能够提供高能量密度的电池(尤其是小型轻量级二次电池)作为电源。最近，已经考虑不仅将该二次电池应用于上述电子设备，而且还应用于各种其他应用。这些其他应用的代表性实例可包括可附接和可拆卸地安装在电子设备等上的电池组，诸如电动汽车等电动车辆、诸如家用电力服务器等电力存储系统、以及诸如电钻等电动工具。

已经提出了利用各种充电-放电原理来获得电池容量的二次电池。具体地，已经开始关注利用电极反应物的嵌入(insertion)和脱嵌(extraction)的二次电池或者利用电极反应物的沉淀和溶解的二次电池，因为该二次电池提供比铅电池、镍-镉电池等更高的能量密度。

二次电池包括正极、负极、以及电解液。正极包含参与充电-放电反应的正极活性材料。作为正极活性材料，通常，广泛使用诸如LiCoO₂和LiNiO₂等含锂化合物。因为与充电-放电反应直接有关的正极活性材料影响电池性能，所以已经就正极活性材料的组分等开始进行各种研究。

具体地，为了改善充电-放电循环特性，金属氧化物的涂层形成在包含由通式Li_xNi_1-yCo_yO_z表示的复合氧化物的正极的表面上(例如，见专利文献1)。在式中，x等满足0<x<1.3、0≤y≤1、并且1.8<z<2.2。金属氧化物可以是BeO、MgO等。

为了改善正极活性材料的结构稳定性和热稳定性，由通式LiA_1-x-yB_xC_yO₂表示的复合氧化物的表面涂敷有金属氧化物(例如，见专利文献2)。在式中，A表示Co等，B表示Ni等，C表示Al等，并且x等满足0<x≤0.3和0≤y≤0.01。金属氧化物可以是Mg氧化物、Al氧化物等。

为了改善循环寿命和初始容量，由通式Li_aMn_bMcO₄表示的尖晶石型复合氧化物的表面涂敷有金属氧化物(例如，见专利文献3)。在式中，M表示Mg等，并且a等满足1.0≤a≤1.15、1.8≤b≤1.94、0.01≤c≤0.10、并且a+b+c＝3。金属氧化物可以是Al氧化物、Co氧化物等。金属元素在该氧化物中与Li_aMn_bMcO₄形成固溶体。

为了改善容量特性、寿命特性以及热稳定性，在包括内主体部(bulk)和外主体部的正极活性材料中，从内主体部和外主体部之间的界面朝向活性材料的表面金属复合物以连续的浓度梯度存在(例如，见专利文献4)。内主体部可以是由通式Li_aNi_1-x-y-zCo_xMn_yM_zO_2-δX_δ表示的LiNi_0.8Co_0.13Mn_0.07O₂等。在式中，M表示Mg等，X表示F等，并且a等满足0.95≤a≤1.2、0.01≤x≤0.5、0.01≤y≤0.5、0.005≤z≤0.3、并且0.05≤x+y+z≤0.4。外主体部可以是由通式Li_aNi_1-x-y-zCo_xMn_yM_zO_2-δX_δ表示的LiNi_0.4Co_0.4Mn_0.2O₂等。在式中，M表示Mg等，X表示F等，并且a等满足0.95≤a≤1.2、0.01≤x≤0.4、0.01≤y≤0.5、0.002≤z≤0.2、并且0.4<x+y+z≤0.95。