正极活性物质、其制造方法以及非水电解质二次电池技术

本发明专利技术披露了一种正极活性物质及其制造方法以及非水电解质二次电池。该正极活性物质包括：复合氧化物颗粒，其至少包括锂Ｌｉ和钴Ｃｏ；包覆层，其被设置于所述复合氧化物颗粒的至少一部分表面上，并且包括含有锂以及选自镍Ｎｉ和锰Ｍｎ的至少一种包覆元素的氧化物；以及表面层，其被设置于所述包覆层的至少一部分上，并且包括至少含有一种选自镧系元素的元素的氧化物。本发明专利技术的用于非水电解质二次电池的正极活性物质的化学稳定性方面得到改进，从而使功能得到改进，并且实现了高的电池容量及充电－放电循环特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于非水电解质二次电池的正极活性物质，一 种制造该正极活性物质及非水电解质二次电池的方法，例如，涉及 一种用于非水电解质二次电池的正才及活性物质(其包4舌一种含有4里 Li和钴Co的复合氧化物)， 一种制造该正4及活性物质及4吏用该用于 非水电解质二次电池的正才及活性物质的非水电解质二次电池的方法。
技术介绍
近年来，随着便携式装置，诸如摄像机和膝上型个人计算机的 普及，增加了对小尺寸且高容量的二次电池的需求。目前所使用的 二次电池包括使用石咸性电解液的镍-镉电池。然而，4臬镉电池的电压 低至约1.2V，因此很难改进其能量密度。由于这个原因，已经进行 了关于使用锂金属的锂金属二次电池的研究，锂金属具有0.534的 比重，这在固体元素中是最低的，且具有很低的充电电位，且在金 属负极物质中每单位重量具有最大的电流容量。然而，在使用锂金属作负极的二次电池中，当电池进行充电时，一种树枝状结晶(dendrite),即树沖支状4里，沉淀在负才及的表面上， 并在充电-放电循环时生长。该树枝状晶体的生长产生了 ，例如二次 电池在循环特性方面劣化的问题，以及还有树枝状晶体穿透了为避 免正极与负极接触而设置的隔离膜(隔膜)、引起了内部短路的发 生的问题。鉴于对此的考虑，如在日本专利申请公开号(JP-A )No.62-90863 中所描述的，才是出一种二次电池，该二次电池4吏用诸如焦炭的碳质 材料作为负极，并通过嵌入及脱嵌石咸金属离子而重复进行充电和放 电。已经发现，可以避免关于在重复充电-》文电才喿作时负才及劣化的问题。关于正极活性物质，另一方面，已知含有石咸金属的无机化合物 (过渡金属氧化物、或过渡金属硫化物(transition metal chalcogen )) 能够获得约4V的电压。从高电位、稳定、及长寿命的角度来看， 在这些无才几化合物中，诸如钴酸锂和4臬酸4里的4里复合氧化物是最有 前途的物质。特别地，主要包括钴酸锂的正极活性物质是具有高电位的，因 此，希望这些正极活性物质通过提高充电电位来增大能量密度。然原因，在当前使用的方法中，少量使用LiMn^ComNh/302或利用其 他的物质将该正极活性物质进行包覆，从而改良该正极活性物质。同时，用其他物质将该正极活性物质进行包覆，从而改良该正 极活性物质的上述技术，涉及到关于高的可包覆性的实现的问题。 为解决这个问题，提出了各种方法。已经确认的是，例如，利用金 属氢氧化物包覆该正纟及活性物质的方法在可包覆性方面是有优势 的。例如，JP-A No.9-265985 4皮露了通过利用这些金属的氢氧化物包覆表面的处理，用钴Co和Mn对4臬酸锂LiNi02颗粒的表面进4亍 包覆。还有，例如JP-ANo.ll-71114披露了通过利用非锰金属的氢 氧化物来包覆表面的处理，用非锰金属来对锂-锰复合氧化物进行包覆。
技术实现思路
然而，如果在用金属氢氧化物包覆复合氧化物颗粒之后进行加 热处理，那么颗粒之间的烧结(baking)将易于进行，造成了颗粒 很容易在颗粒之间结合的问题。结果，当在制造正极时这些复合氧 化物颗粒与导电剂混合的时候，结合的部分和颗粒将断裂或破裂， 结果包覆层被剥落，并暴露出颗粒断裂的表面。这样一种断裂的表 面比在烧结过程中形成的表面具有高得多的活性，且倾向于进行电 解质与正极活性物质之间的劣化反应。因此，希望l是供一种用于非水电解质二次电池的正极活性物 质，该非水电解质二次电池能够通过限制其间的颗粒的结合来进一 步改进化学稳定性； 一种制造该正极活性物质以及使用该正极活性 物质、具有高容量并且在充电-放电循环特性方面优异的非水电解质 二次电;也的方法。根据本专利技术的一种具体实施方式，提供了一种用于非水电解质 二次电池的正才及活性物质，该正4及活'性物质包4舌至少含有4里Li 和钴Co的复合氧化物颗粒；i殳置于上述复合氧化物颗粒的至少一 部分表面上的包覆层，其包括含有锂Li的氧化物以及选自镍Ni和 4孟Mn的至少一种包覆元素；i殳置于至少一部分包覆层上的表面层， 其包括含有选自镧系元素的至少一种元素的氧化物。在用于非水电解质二次电池的正才及活性物质中，作为乂人金属氧 化物(主要包含一种含有选自镧系元素的至少一种元素的氧化物)中镧系元素的重量换算的镧系元素氧化物的重量，粘附于表面层的元素的量，相对于100重量份的用于非水电解质二次电池，优选为 大于等于0.02重量份且小于等于2.0重量<分。而且，该复合氧化物颗粒优选为具有由下列化学式表示的平均 组成的物质(化学式1 )Li( 1 +X)CO( ! -y)MyO(2-Z)其中，M表示选自由以下元素构成的组的至少一种元素4美 Mg、 4吕A1、石朋B、 4太Ti、饥V、 4各Cr、 4孟Mn、 4失Fe、 4臬Ni、 #) Cu、《辛Zn、钼Mo、锡Sn、 4丐Ca、 4愁Sr、鴒W、 4乙Y以及4告Zr; 并且x、 y和z满足下列关系-0.10^x^0.10、 0$y<0.50 、且 -0.10^0.20。根据本专利技术的另 一具体实施方式，提供了 一种制造用于非水电 解质二次电池的正才及活性物质的方法，该方法包4舌多个步艰《在至 少含有锂Li及钴Co的复合氧化物颗粒的至少一部分上，形成包括 含有镍和/或锰Mn的氢氧化物的层；在复合氧化物颗粒的至少一部 分上形成包括选自镧系元素的至少 一种元素的氢氧化物的层；并 且，通过热处理，在该复合氧化物颗粒的至少一部分上形成包括含 有锂Li和选自l臬Ni和4孟Mn的至少 一种包覆元素的氧化物的包覆 层，以及包括选自镧系元素的至少 一种元素的氧化物的表面层。根据本专利技术的又一种具体实施方式，提供了一种制造用于非水 电解质二次电池的正才及活'性物质的方法，该方法包4舌多个步骤在 至少含有锂Li及钴Co的复合氧化物颗粒的至少一部分上形成包括 含有镍和/或锰Mn的氢氧化物的层，并且，利用选自镧系元素的至 少一种元素的氧化物，包覆该复合氧化物颗粒的表面；通过热处理， 在该复合氧^<物颗#立的至少 一部分上形成包4舌一种包含4里和选自镍Ni及锰Mn的至少 一种包覆元素的氧化物的包覆层，以及包括选 自镧系元素的至少 一种元素的氧4匕物的表面层。冲艮据本专利技术的又一种具体实施方式，提供了一种非水电解质二 次电池，其包括具有用于非水电解质二次电池的正极活性物质的正 极、负极以及电解质，其中，正极活性物质包括至少含有锂Li 及钴Co的复合氧化物颗粒；i殳置于复合氧化物颗粒的表面的至少 一部分上的包覆层，该包覆层包括包含锂Li和选自镍Ni和锰Mn 的至少 一种包覆元素的氧化物；设置于包覆层的至少 一部分上的表 面层，该表面层包括含有选自镧系元素的至少一种元素的氧化物。在本专利技术中，复合氧化物颗粒的至少一部分设置有包覆层，该 包覆层包括包含锂Li和选自镍Ni和锰Mn的至少一种包覆元素的 氧化物。因此，可实现高充电电压特性以及随这些高充电电压特性 而实现的高能量密度特性，并且该二次电池在高充电电压条件下具 有良好的充电-放电循环特性。而且，在本专利技术中，在复合氧化物颗粒上形成含有选自镧系元 素的至少 一种元素的氢氧化物，其中该复合氧化物颗粒设置有包含 镍Ni和锰Mn本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于非水电解质二次电池的正极活性物质，该正极活性物质包括：　复合氧化物颗粒，至少包括锂Ｌｉ和钴Ｃｏ；　包覆层，被设置于所述复合氧化物颗粒的表面的至少一部分上，并且包括含有锂以及选自镍Ｎｉ和锰Ｍｎ之中的至少一种包覆元素的氧化物；以及　表面层，被设置于所述包覆层的至少一部分上，并且包括含有选自镧系元素的至少一种元素的氧化物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：渡边春夫，大山有代，细谷洋介，东秀人，藤田茂，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]