电池用正极活性物质和电池制造技术

一种电池用正极活性物质，包含具有属于空间群Fm‑3m的晶体结构、并由下述组成式(1)表示的化合物。LixMeyOαXβ式(1)其中，所述Me是选自Mn、Ni、Co、Fe、Al、Sn、Cu、Nb、Mo、Bi、Ti、V、Cr、Y、Zr、Zn、Na、K、Ca、Mg、Pt、Au、Ag、Ru、Ta、W、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Dy、Er之中的一种或两种以上元素，所述X是选自F、Cl、Br、I、N、S之中的两种以上元素，并且，x、y、α和β满足0.75≤x≤2.25、0.75≤y≤1.50、1≤α＜3、0＜β≤2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电池用正极活性物质和电池
本公开涉及电池用正极活性物质和电池。
技术介绍
专利文献1公开了一种具有属于空间群R-3m的晶体结构、并由式LiwMxOyXz(M是Co或Ni或Mn或V或Fe或Ti，X是至少一种以上卤族元素，0.2≤w≤2.5、0.8≤x≤1.25、1≤y≤2、0＜z≤1)表示的正极活性物质。在先技术文献专利文献1：日本特开平7-037617号公报
技术实现思路
专利技术要解决的课题现有技术中，期望实现高容量的电池。用于解决课题的手段本公开的一技术方案涉及的电池用正极活性物质，包含具有属于空间群Fm-3m的晶体结构、并由下述组成式(1)表示的化合物。LixMeyOαXβ···式(1)其中，所述Me是选自Mn、Ni、Co、Fe、Al、Sn、Cu、Nb、Mo、Bi、Ti、V、Cr、Y、Zr、Zn、Na、K、Ca、Mg、Pt、Au、Ag、Ru、Ta、W、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Dy、Er之中的一种或两种以上元素，所述X是选自F、Cl、Br、I、N、S之中的两种以上元素，并且，x、y、α和β满足0.75≤x≤2.25、0.75≤y≤1.50、1≤α＜3、0＜β≤2。本公开的概括或具体的技术方案，可以通过电池用正极活性物质、电池、方法或它们的任意组合来实现。专利技术的效果根据本公开，能够实现高容量的电池。附图说明图1是表示实施方式2中的电池的一例的大致结构的剖视图。图2是表示实施例1的正极活性物质的粉末X射线衍射的图。具体实施方式以下，对本公开的实施方式进行说明。(实施方式1)实施方式1中的电池用正极活性物质，包含具有属于空间群Fm-3m的晶体结构、并由下述组成式(1)表示的化合物。LixMeyOαXβ···式(1)其中，所述Me是选自Mn、Ni、Co、Fe、Al、Sn、Cu、Nb、Mo、Bi、Ti、V、Cr、Y、Zr、Zn、Na、K、Ca、Mg、Pt、Au、Ag、Ru、Ta、W、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Dy、Er之中的一种或两种以上元素。另外，所述X是选自F、Cl、Br、I、N、S之中的两种以上元素。上述化合物在组成式(1)中，满足0.75≤x≤2.25、0.75≤y≤1.50、1≤α＜3、0＜β≤2。根据以上的技术构成，能够实现高容量的电池。在使用包含上述化合物的正极活性物质例如构成锂离子电池的情况下，具有3.3V左右的氧化还原电位(Li/Li+基准)。另外，大致具有3400Wh/L以上的能量密度。另外，在组成式(1)中，所述X是选自F、Cl、Br、I、N、S之中的两种以上元素。通过由这些电负性高的元素置换氧，放电容量或工作电压提高。另外，通过由离子半径大的阴离子进行置换，晶格扩大，结构稳定化。因此，通过使用实施方式1中的电池用正极活性物质，能够实现高容量的电池。再者，实施方式1中，在X由两种以上元素(例如X’、X”)构成，并且组成比为“X’β1X”β2”的情况下，“β＝β1+β2”。例如，在X由两种以上元素(F和Cl)构成，并且组成比为“F0.4Cl0.1”的情况下，“β＝0.4+0.1＝0.5”。再者，上述化合物在组成式(1)中，x小于0.75的情况下，能够利用的Li量减少。因此容量变得不充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，x大于2.25的情况下，能够利用的过渡金属的氧化还原反应减少。其结果，会较多地利用氧的氧化还原反应。由此，晶体结构不稳定化。因此容量变得不充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，y小于0.75的情况下，能够利用的过渡金属的氧化还原反应减少。其结果，会较多地利用氧的氧化还原反应。由此，晶体结构不稳定化。因此容量变得不充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，y大于1.50的情况下，能够利用的Li量减少。因此容量变得不充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，α小于1的情况下，由氧的氧化还原带来的电荷补偿量减少。因此容量变得不充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，α为3以上的情况下，由氧的氧化还原带来的容量变得过剩，在Li脱离时结构不稳定化。因此容量变得不充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，β为0的情况下，电负性高的X的影响消失，所以阳离子-阴离子的相互作用降低。由此，在Li脱离时结构不稳定化。因此容量变得不充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，β大于2的情况下，电负性高的X的影响增大，所以电子传导性降低。因此容量变得不充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，可以满足2.0≤α≤2.8。根据以上的技术构成，能够实现更高容量的电池。另外，上述化合物在组成式(1)中，可以满足0.2≤β≤1.0。根据以上的技术构成，能够实现更高容量的电池。另外，上述化合物在组成式(1)中，可以满足2.0≤α/β≤14.0。根据以上的技术构成，能够实现更高容量的电池。在α/β为2.0以上的情况下，能够抑制由氧的氧化还原带来的电荷补偿量减少。另外，电负性高的X的影响不会变得过大，所以能够抑制电子传导性降低。因此容量变得充分。在α/β为14.0以下的情况下，能够抑制由氧的氧化还原带来的容量变得过剩，抑制在Li脱离时结构不稳定化。另外，电负性高的X的影响不会变得过小，所以能够抑制阳离子-阴离子的相互作用降低。由此，能够抑制在Li脱离时结构不稳定化。所以容量变得充分。另外，上述化合物在组成式(1)中，可以满足2.0≤α/β≤5.0。根据以上的技术构成，在Li脱离时结构不会不稳定化，因此能够实现更高容量的电池。另外，上述化合物在组成式(1)中，可以满足0.5≤x/y≤3.0。根据以上的技术构成，能够实现更高容量的电池。在x/y为0.5以上的情况下，能够利用的Li量增加。另外，能够抑制Li的扩散路径被阻碍。在x/y为3.0以下的情况下，能够利用的过渡金属的氧化还原反应增加。其结果，氧的氧化还原反应的利用减少。另外，在充电时的Li脱离时晶体结构稳定化，放电时的Li插入效率上升。另外，上述化合物在组成式(1)中，可以满足1.17≤x/y≤1.75。根据以上的技术构成，能够实现更高容量的电池。再者，在实施方式1的电池用正极活性物质中，认为由组成式(1)表示的化合物的Li和Me位于相同的位点。因此，由组成式(1)表示的化合物在满足1.0＜x/y的情况下，与作为以往的正极活性物质的一例的LiCoO2相比，相对于每1个原子的Me，能够使更多的Li插入和脱离。因此，由组成式(1)表示的化合物在满足1.0＜x/y的情况下，适合实现高容量的锂离子电池。但是，例如由空间群R-3m规定的层状结构中，在取出较多Li时，无法维持层状而导致结构崩溃。另一方面，像实施方式1中的电池用正极活性物质这样，如果是由空间群Fm-3m规定的立方晶岩盐型的晶体结构，则即使取出较多Li，结构也不会崩溃，能够稳定维持结构。另外，如果是由空间群Fm-3m规定的立方晶岩盐型的晶体结构，认为离子半径不同的元素容易混合。由于这些原因，所以能够实现高容量的电池。另外，上述化合物在组成式(1)中，可以满足0.67≤(x+y)/(α+β)≤1.15。根据以上的技术构成，能够实现更高容量的电池。在(x+y)/(α+β)为0.67以上的情况下，能够抑制在合成时发生相分离，从而减少杂质的生成。因此容量变得充分。在(x+y)/(α+β)为1.15以下的情况下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电池用正极活性物质，包含具有属于空间群Fm‑3m的晶体结构、并由下述组成式(1)表示的化合物，LixMeyOαXβ      式(1)其中，所述Me是选自Mn、Ni、Co、Fe、Al、Sn、Cu、Nb、Mo、Bi、Ti、V、Cr、Y、Zr、Zn、Na、K、Ca、Mg、Pt、Au、Ag、Ru、Ta、W、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Dy、Er之中的一种或两种以上元素，所述X是选自F、Cl、Br、I、N、S之中的两种以上元素，并且，x、y、α和β满足0.75≤x≤2.25、0.75≤y≤1.50、1≤α＜3、0＜β≤2。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.15 JP 2016-2221241.一种电池用正极活性物质，包含具有属于空间群Fm-3m的晶体结构、并由下述组成式(1)表示的化合物，LixMeyOαXβ式(1)其中，所述Me是选自Mn、Ni、Co、Fe、Al、Sn、Cu、Nb、Mo、Bi、Ti、V、Cr、Y、Zr、Zn、Na、K、Ca、Mg、Pt、Au、Ag、Ru、Ta、W、La、Ce、Pr、Sm、Eu、Dy、Er之中的一种或两种以上元素，所述X是选自F、Cl、Br、I、N、S之中的两种以上元素，并且，x、y、α和β满足0.75≤x≤2.25、0.75≤y≤1.50、1≤α＜3、0＜β≤2。2.根据权利要求1所述的电池用正极活性物质，包含所述化合物作为主成分。3.根据权利要求1或2所述的电池用正极活性物质，所述Me包含Mn。4.根据权利要求1～3的任一项所述的电池用正极活性物质，所述X包含F。5.根据权利要求1～4的任一项所述的电池用正极活性物质，x和y满足0....

【专利技术属性】
技术研发人员：池内一成，夏井龙一，名仓健祐，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP