正极活性物质以及电池制造技术

本发明专利技术涉及一种正极活性物质，其含有锂复合氧化物，锂复合氧化物为多相混合物，所述多相混合物包含具有属于空间群Fm‑3m的晶体结构的第一相、和具有属于除空间群Fm‑3m以外的空间群的晶体结构的第二相，在锂复合氧化物的XRD图谱中，存在于衍射角2θ为18°～20°的范围的第一最大峰和存在于衍射角2θ为43°～46°的范围的第二最大峰的积分强度比I(18°－20°)/I(43°－46°)满足0.05≤I(18°－20°)/I(43°－46°)≤0.90。

Positive Active Substances and Batteries

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极活性物质以及电池
本专利技术涉及电池用正极活性物质以及电池。
技术介绍
专利文献1公开了一种尖晶石型锂锰氧化物，其特征在于：化学组成用通式Li1+xMyMn2-x-yO4来表示，最大粒径D100为15μm以下，(400)面通过X射线衍射得到的半峰宽为0.30以下，而且(400)面的峰强度I400相对于(111)面的峰强度I111之比I400/I111为0.33以上。这里，在专利文献1中，M为选自Al、Co、Ni、Mg、Zr以及Ti之中的1种或2种以上的金属元素，x在0≤x≤0.33的范围取值，y在0≤y≤0.2的范围取值。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2008-156163号公报
技术实现思路
专利技术所要解决的课题在现有技术中，希望实现高容量的电池。用于解决课题的手段本专利技术的一方式涉及一种正极活性物质，其含有锂复合氧化物，所述锂复合氧化物为多相混合物，所述多相混合物包含具有属于空间群Fm-3m的晶体结构的第一相、和具有属于除空间群Fm-3m以外的空间群的晶体结构的第二相，在所述锂复合氧化物的XRD图谱中，存在于衍射角2θ为18°～20°的范围的第一最大峰和存在于衍射角2θ为43°～46°的范围的第二最大峰的积分强度比I(18°-20°)/I(43°-46°)满足0.05≤I(18°-20°)/I(43°-46°)≤0.90。本专利技术的概括的或者具体的方式也能够以电池用正极活性物质、电池、方法、或者它们的任意组合来实现。专利技术的效果根据本专利技术，可以实现高容量的电池。附图说明图1是表示实施方式2的电池的一个例子即电池10的概略构成的剖视图。图2是表示实施例1～3以及比较例1～3的正极活性物质的XRD图谱的图。具体实施方式下面就本专利技术的实施方式进行说明。(实施方式1)实施方式1的正极活性物质是含有锂复合氧化物的正极活性物质，该锂复合氧化物为多相混合物，所述多相混合物包含具有属于空间群Fm-3m的晶体结构的第一相、和具有属于除空间群Fm-3m以外的空间群的晶体结构的第二相，在XRD图谱中，存在于衍射角2θ为18°～20°的范围的最大峰和存在于衍射角2θ为43°～46°的范围的最大峰的积分强度比I(18°-20°)/I(43°-46°)满足0.05≤I(18°-20°)/I(43°-46°)≤0.90。根据以上的构成，可以实现高容量的电池。在使用实施方式1的正极活性物质而构成例如锂离子电池的情况下，该锂离子电池具有3.4V左右的氧化还原电位(Li/Li+基准)。另外，该锂离子电池大概具有260mAh/g以上的容量。实施方式1的锂复合氧化物包含具有属于空间群Fm-3m的晶体结构的第一相、和具有属于除空间群Fm-3m以外的空间群的晶体结构的第二相。属于空间群Fm-3m的晶体结构是锂和“过渡金属等阳离子元素”随机排列的不规则型岩盐结构。因此，属于空间群Fm-3m的晶体结构与通常的以往的材料即LiCoO2相比，可以使更多的Li嵌入晶体结构内。另一方面，属于空间群Fm-3m的晶体结构由于Li只能经由相邻的Li或者空穴而扩散，因而Li的扩散性不高。另一方面，在属于除空间群Fm-3m以外的空间群(例如Fd-3m或者R-3m或者C2/m)的晶体结构中，由于存在二维的Li扩散路径，因而Li的扩散性高。另外，属于除空间群Fm-3m以外的空间群的晶体结构由于过渡金属-阴离子八面体的网络很坚固，因而是稳定的晶体结构。在实施方式1的锂复合氧化物的晶体内，属于这两者的空间群的晶体结构混在一起，因而可以实现高容量的电池。另外，一般认为可以实现长寿命的电池。在实施方式1的锂复合氧化物中，由第一相构成的多个区域、和由第二相构成的多个区域也可以3维地随机排列。根据以上的构成，由于Li的三维扩散路径增大，因而能够插入和脱插更多的Li，从而能够实现更高容量的电池。另外，实施方式1的锂复合氧化物也可以具有在同一粒子内使任意的原子共有化的畴(domain)结构。根据以上的构成，由于Li的三维扩散路径增大，因而能够插入和脱插更多的Li，从而能够实现更高容量的电池。实施方式1的锂复合氧化物为多相混合物。例如，由块体层(bulklayer)和将其覆盖的涂层构成的层结构不适用于本专利技术的多相混合物。另外，多相混合物意味着包含多个相的物质，并不局限于制造时使与这些相相对应的多个材料混合在一起。如后所述，锂复合氧化物为多相混合物可以通过X射线衍射测定以及电子衍射测定来确定。具体地说，在对某一种锂复合氧化物取得的谱包含表示多个相的特征的峰时，就判断该锂复合氧化物为多相混合物。根据以上的构成，由于Li的三维扩散路径增大，因而能够插入和脱插更多的Li，从而能够实现更高容量的电池。另外，在实施方式1的锂复合氧化物中，第二相也可以具有属于选自Fd-3m、R-3m、C2/m之中的一种或两种以上的空间群的晶体结构。根据以上的构成，可以实现更高容量的电池。另外，在实施方式1的锂复合氧化物中，第二相也可以具有属于空间群Fd-3m的晶体结构。根据以上的构成，可以实现更高容量的电池。在属于空间群Fd-3m的晶体结构(尖晶石结构)中，成为柱(pillar)的过渡金属-阴离子八面体形成3维网络。另一方面，在属于空间群R-3m或者C2/m的晶体结构(层状结构)中，成为柱的过渡金属-阴离子八面体形成2维网络。因此，第二相只要是属于空间群Fd-3m的晶体结构(尖晶石结构)，在充放电时就不易使结构不稳定化，进而使放电容量增大。另外，实施方式1的锂复合氧化物在X射线衍射(X-raydiffraction：XRD)图谱中，存在于衍射角2θ为18°～20°的范围的最大峰、和存在于衍射角2θ为43°～46°的范围的最大峰的积分强度比I(18°-20°)/I(43°-46°)满足0.05≤I(18°-20°)/I(43°-46°)≤0.90。在此，I(18°-20°)/I(43°-46°)是可以成为实施方式1的锂复合氧化物中的第一相和第二相的存在比例的指标的参数。此外，如果第一相的存在比例增大，则可以认为I(18°-20°)/I(43°-46°)减小。另外，如果第二相的存在比例增大，则可以认为I(18°-20°)/I(43°-46°)增大。此外，实施方式1的锂复合氧化物在I(18°-20°)/I(43°-46°)小于0.05的情况下，第二相的存在比例减小，因而可以认为Li的扩散性降低。因此，容量变得并不充分。另外，实施方式1的锂复合氧化物在I(18°-20°)/I(43°-46°)大于0.90的情况下，第一相的存在比例减小，因而可以认为充放电时的Li的插入量和脱插量降低。因此，容量变得并不充分。这样一来，可以认为实施方式1的锂复合氧化物由于具有第一相和第二相、且满足0.05≤I(18°-20°)/I(43°-46°)≤0.90，因而可以使大量的Li进行插入和脱插，而且Li的扩散性以及晶体结构的稳定性较高。因此，可以认为实施方式1的锂复合氧化物能够实现高容量的电池。另外，实施方式1的锂复合氧化物也可以满足0.10≤I(18°-20°)/I(43°-46°)≤0.70。根据以上的构成，可以实现更高容量的电池。在此，作为比较例，例如可以列举出专利文献1。专利文献1公开了一种含有锂复合氧化物的正极材料，所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极活性物质，其含有锂复合氧化物，所述锂复合氧化物为多相混合物，所述多相混合物包含具有属于空间群Fm‑3m的晶体结构的第一相、和具有属于除空间群Fm‑3m以外的空间群的晶体结构的第二相，在所述锂复合氧化物的XRD图谱中，存在于衍射角2θ为18°～20°的范围的第一最大峰和存在于衍射角2θ为43°～46°的范围的第二最大峰的积分强度比I(18°－20°)/I(43°－46°)满足0.05≤I(18°－20°)/I(43°－46°)≤0.90。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.03.06 JP 2017-041776;2017.04.24 JP 2017-085301.一种正极活性物质，其含有锂复合氧化物，所述锂复合氧化物为多相混合物，所述多相混合物包含具有属于空间群Fm-3m的晶体结构的第一相、和具有属于除空间群Fm-3m以外的空间群的晶体结构的第二相，在所述锂复合氧化物的XRD图谱中，存在于衍射角2θ为18°～20°的范围的第一最大峰和存在于衍射角2θ为43°～46°的范围的第二最大峰的积分强度比I(18°－20°)/I(43°－46°)满足0.05≤I(18°－20°)/I(43°－46°)≤0.90。2.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，所述第二相的所述晶体结构属于选自空间群Fd-3m、R-3m以及C2/m之中的至少1种。3.根据权利要求2所述的正极活性物质，其中，所述第二相的所述晶体结构属于空间群Fd-3m。4.根据权利要求1～3中任一项所述的正极活性物质，其中，满足0.10≤I(18°－20°)/I(43°－46°)≤0.70。5.根据权利要求1～4中任一项所述的正极活性物质，其中，所述锂复合氧化物含有Mn。6.根据权利要求1～5中任一项所述的正极活性物质，其中，所述锂复合氧化物含有选自F、Cl、N以及S之中的至少1种。7.根据权利要求6所述的正极活性物质，其中，所述锂复合氧化物含有F。8.根据权利要求1～4中任一项所述的正极活性物质，其中，所述锂复合氧化物的平均组成用组成式LixMeyOαQβ来表示，在此，所述Me为选自Mn、Co、Ni、Fe、Cu、V、Nb、Mo、Ti、Cr、Zr、Zn、Na、K、Ca、Mg、Pt、Au、Ag、Ru、W、B、Si、P以及Al之中的至少1种，所述Q为选自F、Cl、N以及S之中的至少1种，1.05≤x≤1.4、0.6≤y≤0.95、1.2≤α≤2、且0≤β≤0.8。9.根据权利要求8所述的正极活性物质，其中，所述Me含有选自Mn、Co、Ni、Fe、Cu、V、Nb、Ti、Cr、Ru、W、B、Si、...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏井龙一，名仓健祐，松下纯子，池内一成，
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