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，其中，所述正极活性物质包含锂复合氧化物；锂复合氧化物的晶体结构属于空间群Fd‑3m；在锂复合氧化物的XRD图谱中，(111)面的峰相对于(400)面的峰的积分强度比I(111)/I(400)满足0.05≤I(111)/I(400)≤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，其包含锂复合氧化物；所述锂复合氧化物的晶体结构属于空间群Fd-3m；在所述锂复合氧化物的XRD图谱中，(111)面的峰相对于(400)面的峰的积分强度比I(111)/I(400)满足0.05≤I(111)/I(400)≤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以及比较例1的正极活性物质的粉末X射线衍射图的图。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，该锂复合氧化物具有属于空间群Fd-3m的晶体结构，XRD图谱中的(111)面的峰和(400)面的峰的积分强度比I(111)/I(400)满足0.05≤I(111)/I(400)≤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的锂复合氧化物具有属于空间群Fd-3m的晶体结构，且X射线衍射(X-raydiffraction：XRD)图谱中的(111)面和(400)面的峰的积分强度比I(111)/I(400)满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90。在此，I(111)/I(400)是具有属于空间群Fd-3m的晶体结构的锂复合氧化物的、可以成为阳离子混合(cationsmixing)的指标的参数。本专利技术的所谓“阳离子混合”，表示在锂复合氧化物的晶体结构中，锂原子和过渡金属等阳离子原子相互置换的状态。如果阳离子混合减少，则I(111)/I(400)增大。另外，如果阳离子混合增多，则I(111)/I(400)减小。另外，实施方式1的锂复合氧化物由于具有属于空间群Fd-3m的晶体结构，且满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90，因而可以认为阳离子混合的量比较多。因此，可以认为在所有的与“阳离子位点”(即“Li层”和“过渡金属层”)相当的“8a位点、16d位点以及16c位点”中，锂原子和过渡金属等阳离子原子产生了阳离子混合。此外，只要在满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90的范围，Li在上述各自的位点中的占有率也可以是任意的。通过上述的阳离子混合，除了“Li层”内的Li的高扩散性以外，即使在“过渡金属层”内，Li的扩散性也得以提高。再者，“Li层”和“过渡金属层”之间的Li的扩散性也得以提高。也就是说，在整个“阳离子位点”中，Li可以有效地扩散。因此，实施方式1的锂复合氧化物与以前的规则排列型(即阳离子混合较少)的锂复合氧化物相比较，适于构成高容量的电池。此外，实施方式1的锂复合氧化物在I(111)/I(400)小于0.05的情况下，Li在“过渡金属层”中的占有率过剩地升高，从而晶体结构在热力学上变得不稳定。因此，伴随着充电时的Li脱插，晶体结构崩溃，容量变得并不充分。另外，实施方式1的锂复合氧化物在I(111)/I(400)大于0.90的情况下，阳离子混合受到抑制，从而Li在“过渡金属层”中的占有率降低，Li的三维扩散路径减少。因此，Li的扩散性降低，容量变得并不充分。这样一来，实施方式1的锂复合氧化物由于满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90，因而可以认为锂原子和过渡金属等阳离子原子充分地进行了阳离子混合。因此，在实施方式1的锂复合氧化物中，锂的三维扩散路径增大，因而可以认为能够插入和脱插更多的Li。另外，实施方式1的锂复合氧化物具有属于空间群Fd-3m的晶体结构，而且满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90，因而在较多地抽出Li时，成为柱(pillar)的过渡金属-阴离子八面体也形成三维网络，所以能够稳定地维持晶体结构。因此，可以认为实施方式1的正极活性物质能够插入和脱插更多的Li。也就是说，实施方式1的正极活性物质适于实现高容量的电池。再者，基于同样的理由，可以认为也适于实现循环特性优良的电池。此外，例如可以认为属于空间群Fd-3m的晶体结构与属于空间群R-3m的层状结构相比，在较多地抽出Li时，容易维持层状结构而难以发生结构崩溃。在此，作为比较例，例如可以列举出专利文献1。专利文献1公开了一种正极材料，其含有具有属于空间群Fd-3m的晶体结构、且锂原子和过渡金属等阳离子原子没有充分地进行阳离子混合的锂复合氧化物。专利文献1中公开的锂复合氧化物大致满足2≤I(111)/I(400)≤3。由此，晶体结构的紊乱极大地减小，因而可以说电池特性优良。也就是说，在专利文献1之类的现有技术中，对于如本专利技术的实施方式1那样满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90的锂复合氧化物，既没有进行研究，也没有给出暗示。另一方面，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，该锂复合氧化物具有属于空间群Fd-3m的晶体结构，且满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90。由此，本专利技术人等实现了超过以前预想的高容量的电池。另外，实施方式1的锂复合氧化物也可以满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.70。根据以上的构成，可以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满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.30。根据以上的构成，可以实现更高容量的电池。此外，一般地说，在使用CuKα射线得到的XRD图谱中，(111)面以及(400)面的峰分别存在于衍射角2θ为18～20°以及44～46°的范围内。另外，各衍射峰的积分强度例如可以使用XRD装置所附带的软件(例如株式会社リガク公司生产的粉末X射线衍射装置所附带的PDXL)而算出。在此情况下，各衍射峰的积分强度例如可以通过对各衍射峰的顶点的角度算出±3°的范围的面积而得到。另外，在实施方式1的锂复合氧化物中，占有上述“过渡金属层”的元素也可以是过渡金属等阳离子原子。过渡金属等阳离子原子例如也可以是选自Mn、Co、Ni、Fe、Cu、V、Nb、Mo、Ti、Cr、Zr、Zn、Na、K、Ca、Mg、Pt、Au、Ag、Ru、W、B、Si、P、Al之中的一种或两种以上的元素。根据以上的构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极活性物质，其含有锂复合氧化物，所述锂复合氧化物的晶体结构属于空间群Fd‑3m；在所述锂复合氧化物的XRD图谱中，(111)面的峰相对于(400)面的峰的积分强度比I(111)/I(400)满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.05.29 JP 2017-1053041.一种正极活性物质，其含有锂复合氧化物，所述锂复合氧化物的晶体结构属于空间群Fd-3m；在所述锂复合氧化物的XRD图谱中，(111)面的峰相对于(400)面的峰的积分强度比I(111)/I(400)满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.90。2.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.70。3.根据权利要求2所述的正极活性物质，其中，满足0.05≤I(111)/I(400)≤0.30。4.根据权利要求1～3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。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选自F、Cl、N以及S之中的至少1种。6.根据权利要求5所述的正极活性物质，其中，所述锂复合氧化物含有F。7.根据权利要求1～3中任一项所述的正极活性物质，其中，所述锂复合氧化物用组成式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、S之中的至少1种，1.05≤x≤1.4、0.6≤y≤0.95、1.33≤α≤2、且0≤β≤0.67。8.根据权利要求7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、P以及Al之中的至少1种。9.根据权利要求8所述的正极活性物质，其中，所述Me含有Mn。10.根据权利要求9所述的正极活性物质，其中，所...

【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