正极活性物质和具备该正极活性物质的电池制造技术

本公开的正极活性物质包含锂复合氧化物，所述锂复合氧化物是包含第1相、第2相和第3相的多相混合物，所述第1相具有属于单斜晶(例如空间群C2/m)的晶体结构，所述第2向具有属于六方晶(例如空间群R‑3m)的晶体结构，所述第3向具有属于立方晶(例如空间群Fm‑3m或空间群Fd‑3m)的晶体结构。另外，本公开的一技术方案中的电池，具备包含所述正极活性物质的正极、负极和电解质。本公开的正极活性物质使电池的容量提高。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】正极活性物质和具备该正极活性物质的电池
本公开涉及正极活性物质和具备该正极活性物质的电池。
技术介绍
专利文献1公开了一种具有由通式LiaMOx(其中，M是包含选自Ni元素、Co元素和Mn元素中的至少一种的元素)表示的化学组成的锂复合过渡金属氧化物。该锂复合过渡金属氧化物，X射线衍射图中的属于空间群C2/m的晶体结构的(020)面的峰的积分强度(I020)相对于属于空间群R-3m的晶体结构的(003)面的峰的积分强度(I003)之比(I020/I003)为0.02～0.3。在先技术文献专利文献1：国际公开第2014/192759号
技术实现思路
专利技术要解决的课题本公开的目的是提供一种用于具有高容量的电池的正极活性物质。用于解决课题的手段本公开的正极活性物质，包含锂复合氧化物，所述锂复合氧化物是包含第1相、第2相和第3相的多相混合物，所述第1相具有属于单斜晶的晶体结构，所述第2相具有属于六方晶的晶体结构，所述第3相具有属于立方晶的晶体结构。专利技术的效果本公开提供一种用于实现高容量的电池的正极活性物质。本公开也提供一种具备包含该正极活性物质的正极、负极和电解质的电池。该电池具有高容量。附图说明图1表示实施方式2中的电池10的截面图。图2是表示实施例1、实施例7和比较例1的正极活性物质的X射线衍射图的图表。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中的正极活性物质包含锂复合氧化物。锂复合氧化物是包含具有属于单斜晶的晶体结构的第1相、具有属于六方晶的晶体结构的第2相以及具有属于立方晶的晶体结构的第3相的多相混合物。实施方式1中的正极活性物质用于使电池的容量提高。具备实施方式1中的正极活性物质的锂离子电池具有3.4V左右的氧化还原电位(Li/Li+基准)。该锂离子电池大致具有250mAh/g以上的容量。属于单斜晶(例如空间群C2/m)的晶体结构，具有Li层与过渡金属层交替层叠的结构。过渡金属层中不仅含有过渡金属，也可以含有Li。因此，属于单斜晶的晶体结构与以往通常所使用的材料LiCoO2相比，会在晶体结构的内部吸藏更多量的Li。但是，在仅使用属于单斜晶的晶体结构的情况下，伴随过渡金属层中的Li的移动，会发生原子重排。认为该原子重排会使电池的循环特性降低。属于六方晶(例如空间群R-3m)的晶体结构具有Li层与过渡金属层交替层叠的结构。属于六方晶的晶体结构中，充放电时的Li的脱离和插入会在Li层的二维平面发生，因此Li的扩散性高。所以认为能够实现速率特性优异的电池。但是，与属于单斜晶的晶体结构相比，属于六方晶的晶体结构中所含的过渡金属层中的Li量少。因此，在仅使用属于六方晶的晶体结构的情况下，认为电池的容量会降低。在属于立方晶(例如空间群Fm-3m或空间群Fd-3m)的晶体结构中，与充放电时的Li的脱离和插入相伴的晶体结构的变化少。像这样，属于立方晶的晶体结构强固。因此，属于立方晶的晶体结构的循环特性优异。但是，在仅使用属于立方晶的晶体结构的情况下，由于晶体结构内可含有的Li量减少，因此认为电池的容量会降低。实施方式1中的锂复合氧化物，包含具有属于单斜晶的晶体结构的第1相、具有属于六方晶的晶体结构的第2相以及具有属于立方晶的晶体结构的第3相，由此通过这三个晶体结构的特征的协同效应使电池的容量提高。实施方式1的锂复合氧化物中，单斜晶可以是空间群C2/m。单斜晶为空间群C2/m的锂复合氧化物，使电池的容量进一步提高。实施方式1的锂复合氧化物中，六方晶可以是空间群R-3m。六方晶为空间群R-3m的锂复合氧化物，使电池的容量进一步提高。实施方式1的锂复合氧化物中，立方晶可以是选自空间群Fm-3m和空间群Fd-3m中的至少一者。即、第3相可以具有属于空间群Fm-3m或空间群Fd-3m的晶体结构。第3相也可以具有属于空间群Fm-3m的晶体结构和属于空间群Fd-3m的晶体结构这两者。立方晶为空间群Fm-3m和空间群Fd-3m中的至少一者的锂复合氧化物，使电池的容量进一步提高。专利文献1公开了锂复合过渡金属氧化物。专利文献1公开的锂复合过渡金属氧化物，具有空间群R-3m和C2/m，化学组成由通式LiaMOx(其中，M是包含选自Ni元素、Co元素和Mn元素中的至少一种的元素)表示，并且X射线衍射图中的属于空间群C2/m的晶体结构的(020)面的峰的积分强度(I020)相对于属于空间群R-3m的晶体结构的(003)面的峰的积分强度(I003)之比(I020/I003)为0.02～0.3。但是，像专利文献1这样的现有技术，关于实施方式1中的锂复合氧化物，即、将具有属于单斜晶的晶体结构的第1相、具有属于六方晶的晶体结构的第2相以及具有属于立方晶的晶体结构的第3相全部包含的锂复合氧化物没有公开和启示。即、实施方式1中的锂复合氧化物无法由现有技术容易地想到。实施方式1中的锂复合氧化物，使电池的容量进一步提高。实施方式1的锂复合氧化物中，由第1相构成的多个区域、由第2相构成的多个区域、以及由第3相构成的多个区域，可以三维随机排列。三维随机排列会使Li的三维扩散路径扩大，因此能够使更多量的锂插入和脱离。其结果使电池的容量提高。实施方式1中的锂复合氧化物是多相混合物。例如由主体层和被覆该主体层的涂层构成的层结构不能相当于本公开中的多相混合物。多相混合物是指包含多个相的物质。可以在锂复合氧化物的制造时将对应这些相的多个材料混合。关于锂复合氧化物是否为多相混合物，可以如后所述，采用X射线衍射测定法和电子束衍射测定法来判定。具体而言，如果采用X射线衍射测定法和电子束衍射测定法取得的锂复合氧化物的图谱中包含显示多个相的特征的峰，则判定为该锂复合氧化物是多相混合物。实施方式1中，可以满足以下的式(I)。0.08≤积分强度比I(20°-23°)/I(18°-20°)≤0.25(I)其中，积分强度比I(20°-23°)/I(18°-20°)等于积分强度I(20°-23°)相对于积分强度I(18°-20°)，积分强度I(18°-20°)是在所述锂复合氧化物的X射线衍射图中，在18°以上且20°以下的衍射角2θ的范围存在的第1最大峰的积分强度，并且积分强度I(20°-23°)是在所述锂复合氧化物的X射线衍射图中，在20°以上且23°以下的衍射角2θ的范围存在的第2最大峰的积分强度。积分强度比I(20°-23°)/I(18°-20°)为0.08以上且0.25以下的锂复合氧化物，使电池的容量进一步提高。积分强度比I(20°-23°)/I(18°-20°)是在实施方式1的锂复合氧化物中用作第1相与第2相之间的存在比的指标的参数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极活性物质，包含锂复合氧化物，/n所述锂复合氧化物是包含第1相、第2相和第3相的多相混合物，/n所述第1相具有属于单斜晶的晶体结构，/n所述第2向具有属于六方晶的晶体结构，/n所述第3向具有属于立方晶的晶体结构。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180531 JP 2018-1041691.一种正极活性物质，包含锂复合氧化物，
所述锂复合氧化物是包含第1相、第2相和第3相的多相混合物，
所述第1相具有属于单斜晶的晶体结构，
所述第2向具有属于六方晶的晶体结构，
所述第3向具有属于立方晶的晶体结构。


2.根据权利要求1所述的正极活性物质，
所述单斜晶为空间群C2/m。


3.根据权利要求1或2所述的正极活性物质，
所述六方晶为空间群R-3m。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的正极活性物质，
所述立方晶为选自空间群Fm-3m和空间群Fd-3m中的至少一种空间群。


5.根据权利要求1～4中任一项所述的正极活性物质，
满足以下的式(I)，
0.08≤积分强度比I(20°-23°)/I(18°-20°)≤0.25(I)
其中，积分强度比I(20°-23°)/I(18°-20°)等于积分强度I(20°-23°)相对于积分强度I(18°-20°)之比，
积分强度I(18°-20°)是在所述锂复合氧化物的X射线衍射图中，在18°以上且20°以下的衍射角2θ的范围存在的第1最大峰的积分强度，并且
积分强度I(20°-23°)是在所述锂复合氧化物的X射线衍射图中，在20°以上且23°以下的衍射角2θ的范围存在的第2最大峰的积分强度。


6.根据权利要求5所述的正极活性物质，
所述积分强度比I(20°-23°)/I(18°-20°)为0.10以上且0.14以下。


7.根据权利要求1～6中任一项所述的正极活性物质，
满足以下的式(II)，
0.81≤积分强度比I(18°-20°)/I(43°-46°)≤1.26(II)
其中，积分强度比I(18°-20°)/I(43°-46°)等于积分强度I(18°-20°)相对于积分强度I(43°-46°)之比，
积分强度I(18°-20°)是在所述锂复合氧化物的X射线衍射图中，在18°以上且20°以下的衍射角2θ的范围存在的第1最大峰的积分强度，并且
积分强度I(43°-46°)是在所述锂复合氧化物的X射线衍射图中，在43°以上且46°以下的衍射角2θ的范围存在的第3最大峰的积分强度。


8.根据权利要求7所述的正极活性物质，
所述积分强度比I(18°-20°)/I(43°-46°)为0.95以上且1.19以下。


9.根据权利要求1～8中任一项所述的正极活性物质，
所述锂复合氧化物含有Mn。


10.根据权利要求1～9中任一项所述的正极活性物质，
所述锂复合氧化物含有选自F、Cl、N和S中的至少一者。


11.根据权利要求10所述的正极活性物质，
所述锂复合氧化物含有F。


12.根据权利要求1～8中任一项所述的正极活性物质，
所述锂复合氧化物具有由组成式LixMeyOαQβ(I)表示的平均组成，
其中，
Me是选自Mn、Co、Ni、Fe、Cu、V、Nb、Mo、Ti、Cr、Zr、Zn、Na、K、C...

【专利技术属性】
技术研发人员：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