[发明专利]锂离子二次电池用正极活性物质以及锂离子二次电池

说明书

本发明的课题是提供在用于锂离子二次电池时进一步降低正极电阻且能够表现出更优异的输出特性且具有较高的机械强度的正极活性物质。本发明的解决手段是二次粒子具有3.0μm以上且7.0μm以下的d50、2.0～5.0m²/g以下的BET比表面积、1.0g/cm³～2.0g/cm³以下的振实密度以及30～60mL/100g以下的吸油量。具有0.1～1.0μm的一次粒径的复数个一次粒子各自的添加元素M的浓度的变动系数为1.5以下。根据一次粒子之间的连结部的总体积和构成二次粒子的一次粒子的个数而得到的每个所述一次粒子的连结部的体积为5×10⁵nm³～9×10⁷nm³。

技术领域

本发明涉及由含锂过渡金属的复合氧化物构成的锂离子二次电池用正极活性物质以及使用该锂离子二次电池用正极活性物质作为正极材料的锂离子二次电池。

背景技术

近年来，伴随着智能手机、平板电脑终端、数码相机、笔记本型计算机等便携式电子设备的普及，强烈期望开发具有高能量密度的小型且轻量的二次电池。另外，强烈期望开发作为混合动力电动汽车、插电式混合动力电动汽车、电池式电动汽车等电动汽车用的电源的高容量且高输出的二次电池。

作为满足上述要求的二次电池，存在锂离子二次电池。该锂离子二次电池由负极、正极、非水电解质或固体电解质等构成，在用作其负极和正极的材料的活性物质中，使用能使锂脱出和插入的材料。需要说明的是，作为非水电解质，存在将作为支持盐的锂盐溶解在有机溶剂中而制成的非水电解液，作为固体电解质，存在不燃性且具有锂离子传导性的无机或者有机固体电解质。

在锂离子二次电池中，在正极材料中使用具有层状岩盐型或尖晶石型的结晶结构的含锂过渡金属的复合氧化物的锂离子二次电池，因为能得到4V级的电压，所以作为具有高能量密度的电池，现在其研究开发和实用化正在进行中。

作为锂离子二次电池的正极材料，提出了由合成比较容易的锂钴复合氧化物(LiCoO₂)、使用了比钴更廉价的镍的锂镍复合氧化物(LiNiO₂)、锂镍锰钴复合氧化物(LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂)、使用了锰的锂锰复合氧化物(LiMn₂O₄)、锂镍锰复合氧化物(LiNi_0.5Mn_0.5O₂)等含锂过渡金属的复合氧化物构成的正极活性物质。

近年来，在这些含锂过渡金属的复合氧化物中，由包括锂镍锰钴复合氧化物(LiNi_1/3Mn_1/3Co_1/3O₂)在内的、作为过渡金属至少含有镍、锰以及钴的含锂镍锰钴的复合氧化物(NMC)构成的三元系正极活性物质，作为热稳定性优异、容量高、电池容量的循环特性也良好并且低电阻且能获得高输出的材料而受到关注。含锂镍锰钴的复合氧化物与锂钴复合氧化物、锂镍复合氧化物等相同，是具有层状岩盐型结晶结构的化合物。

关于含锂过渡金属的复合氧化物，其开发重点在于通过降低其内部电阻来实现高输出化。特别是在电动汽车用的电源用途中，以高水平要求通过进一步降低内部电阻带来的高输出化。

为了改善由含锂镍的复合氧化物、含锂镍锰钴的复合氧化物等含锂过渡金属的复合氧化物构成的正极活性物质的输出特性、循环特性，重要的是由粒径小且由粒度分布窄的粒子构成。粒径小的粒子的比表面积大，当作为正极活性物质使用时，能够充分确保与电解质的反应面积，进一步，能够较薄地构成正极，并缩短锂离子在正极-负极间的移动距离。因此，通过设为粒径小的粒子，能够实现正极电阻的降低。另外，通过使用粒度分布窄的粒子，能够使电极内施加于粒子的电压均匀化，因此能够抑制因微粒的选择性劣化而导致的电池容量的降低。