本发明专利技术公开了负荷特性、低温特性和高温循环特性改善的电池。具体公开了包含由Ｌｉ↓［ａ］Ｃｏ↓［ｘ］ＭⅠ↓［ｙ］ＭⅡ↓［ｚ］Ｏ↓［２］（其中ＭⅠ表示选自Ａｌ、Ｃｒ、Ｖ、Ｍｎ和Ｆｅ的至少一种元素；ＭⅡ表示Ｍｇ和Ｃａ的至少一种；和０．９≤ａ≤１．１，０．９≤ｘ≤１，０．００１≤ｙ≤０．０５，０．００１≤ｚ≤０．０５且ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）表示的锂钴复合氧化物且进一步包含Ｚｒ作为副组分的正极（１３）。Ｚｒ含量与锂钴复合氧化物中Ｃｏ的比（Ｚｒ／Ｃｏ）不小于０．０１摩尔％且不大于１０摩尔％。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及包括包含锂(Li)和钴(Co)的锂钴复合氧化物的正极活性材料和使用其的电池。
技术介绍
近年来，便携式电子器件已接连地开发，且作为用于便携式电子器件的电源，二次电池起关键作用。特别地，近来，已要求具有较高容量和较轻重量的二次电池，且作为满足这种要求的二次电池，使用锂作为电极反应物的锂二次电池已投入实际使用。作为锂二次电池的正极活性材料，锂钴氧化物(LiCoO2)被广泛使用。这是因为锂钴氧化物具有有利于扩散锂离子的层结构，且该结构对于锂离子的嵌入和脱出是稳定的，因此可获得高的特性。但是，近年来，已有在较宽的温度范围内使用锂二次电池或以大电流使用锂二次电池的要求；因此，对于特性的要求已变得更难以满足。因此，已进行了大量尝试以通过用另外的元素取代锂钴氧化物中的钴或添加另外的元素而改善特性。例如，专利文献1公开了能够改善在高温下的稳定性的正极活性材料，其通过用第一元素(其为选自铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、锰(Mn)和铁(Fe)的至少一种)和第二元素(其为选自镁(Mg)和钙(Ca)的至少一种)取代部分钴。另外，专利文献2公开了能够改善负荷特性、低温特性和热稳定性的正极活性材料，其通过在合成锂钴氧化物时共沉淀锆化合物使得锆(Zr)存在于锂钴氧化物的颗粒表面上。[专利文献1]日本未审专利申请公开No.2001-319652[专利文献2]日本未审专利申请公开No.2004-311408
技术实现思路
然而，在专利文献1中描述的正极活性材料中，可改善高温特性；但是不能获得满意的负荷特性和满意的低温特性，且需要循环特性的进一步-->改善。此外，在专利文献2中描述的正极活性材料中，可改善热稳定性；但是不能获得近年来所要求的程度上的特性。考虑到以上所述，本专利技术的目的是提供能够改善负荷特性、低温特性和在高温下的循环特性的正极活性材料和电池。根据本专利技术的正极活性材料包括锂钴复合氧化物，其包括锂、钴、第一元素和第二元素，其中该第一元素为选自铝、铬、钒、锰和铁的至少一种，该第二元素为选自镁和钙的至少一种，在锂钴复合氧化物中，钴、第一元素和第二元素的摩尔比分别在0.9≤x<1、0.001≤y≤0.05和0.001≤z≤0.05的范围内，条件是钴的组成是x，第一元素的组成是y，和第二元素的组成是z，该正极活性材料进一步包括锆作为副组分(sub-component)元素，且锆的含量以锆与锂钴复合氧化物中钴的比(Zr/Co)计在0.01摩尔％-10摩尔％范围内(包括端点)。根据本专利技术的电池包括正极、负极和电解质，其中该正极包括正极活性材料，该正极活性材料包括锂钴复合氧化物，该锂钴复合氧化物包括锂、钴、第一元素和第二元素，该第一元素为选自铝、铬、钒、锰和铁的至少一种，该第二元素为选自镁和钙的至少一种，在锂钴复合氧化物中，钴、第一元素和第二元素的摩尔比分别在0.9≤x<1、0.001≤y≤0.05和0.001≤z≤0.05的范围内，条件是钴的组成是x，第一元素的组成是y，和第二元素的组成是z，该正极活性材料进一步包括锆作为副组分元素，且锆的含量以锆与锂钴复合氧化物中钴的比(Zr/Co)计在0.01摩尔％-10摩尔％范围内(包括端点)。在根据本专利技术的正极活性材料中，包括包含预定量的第一元素和预定量的第二元素的锂钴复合氧化物，且包括预定量的锆作为副组分元素，因此晶体结构的稳定性可进一步改善。因此，在根据本专利技术的电池中，负荷特性和低温特性可改善，且在高温下的循环特性可改善。此外，即使完全充电状态下的开路电压增加，也可获得优越的循环特性。特别地，当在粒径分布曲线中在50％频率处的正极活性材料的粒径在5μm-30μm范围内(包括端点)，且正极活性材料的比表面积在0.1m2/g-1.5m2/g(包括端点)时，可获得更高的效果。附图说明图1是显示根据本专利技术实施方式的二次电池的构造的部分截面透视图；-->图2是显示沿图1的线I-I的电池元件的截面图；图3是显示锆含量、第一元素的组成y或第二元素的组成z与负荷特性之间的关系的图；图4是显示锆含量、第一元素的组成y或第二元素的组成z与低温特性之间的关系的图；图5是显示锆含量、第一元素的组成y或第二元素的组成z与在50℃下的循环特性之间的关系的图；图6是显示锆含量、第一元素的组成y或第二元素的组成z与负荷特性之间的关系的图；图7是是显示锆含量、第一元素的组成y或第二元素的组成z与低温特性之间的关系的图；图8是显示锆含量、第一元素的组成y或第二元素的组成z与在50℃下的循环特性之间的关系的图；和图9是显示锆含量、初始放电容量、负荷特性、低温特性和在23℃下的循环特性之间的关系的图。具体实施方式下面将参照附图详细描述优选实施方式。根据本专利技术实施方式的正极活性材料具有粒状，且包括包含锂和钴的锂钴复合氧化物。除了锂和钴外，该锂钴复合氧化物还包括第一元素，该第一元素为选自铝、铬、钒、锰和铁的至少一种。这是因为第一元素与氧的结合能大，因为在除去锂的状态下其晶体结构可良好地保持。此外，该锂钴复合氧化物包括第二元素，该第二元素为选自镁和钙的至少一种。这是因为当包括第二元素时，电子传导率可改善。在该锂钴复合氧化物中钴、第一元素和第二元素的摩尔比优选分别在0.9≤x<1、0.001≤y≤0.05和0.001≤z≤0.05的范围内，条件是钴的组成是x，第一元素的组成是y，和第二元素的组成是z。这是因为当第一元素的含量太大时，抑制在晶体中锂离子的扩散，和当第二元素的含量太大时，促进晶体结构的崩溃(collapse)。该锂钴复合氧化物的化学式由例如化学式1表示。-->(化学式1)LiaCoxMIyMIIzO2(在化学式1中，MI表示第一元素，MII表示第二元素，a、x、y和z的值在0.9≤a≤1.1，0.9≤x<1，0.001≤y≤0.05，0.001≤z≤0.05，x+y+z＝1的范围内)此外，该正极活性材料包括锆作为副组分元素。锆的至少一部分存在于锂钴复合氧化物的晶粒边界中，例如，作为化合物组分如氧化锆或锆酸锂。由此，可使锂钴复合氧化物的晶体结构更稳定。另外，锆的一部分可在锂钻复合氧化物中形成固溶体，或可存在于锂钴复合氧化物的颗粒表面上。以锆与锂钴复合氧化物中钴的比(Zr/Co)计，锆的含量优选在0.01摩尔％-10摩尔％范围内，包括端点。这是因为当锆的含量太小时，不能获得充分的效果，且当其太大时，容量降低。在粒径分布曲线中在50％频率处的正极活性材料的粒径优选在5μm-30μm范围内，包括端点。这是因为当粒径太小时，难以处理正极活性材料，且当其太大时，形成电极时的体积密度增加，由此负荷特性和低温特性下降。此外，正极活性材料的比表面积优选在0.1m2/g-1.5m2/g范围内，包括端点。这是因为当比表面积太小时，反应性下降，由此负荷特性和低温特性下降，且当其太大时，反应性变得太高，由此副反应剧烈地发生。例如，正极活性材料可通过如下获得：将碱性溶液如碳酸氢钠添加到其中溶解了钴化合物(如硫酸钻)和锆化合物(如硫酸锆)的酸性溶液中，并将锆与钴化合物如碳酸钴一起共沉淀，然后将该钴化合物如碳酸钻、锂化合物如碳酸锂、包括第一元素的化合物、和包括第二元素的化合物混合以形成混合物，并烧结该本文档来自技高网...
【技术保护点】
正极活性材料，包括： 包括锂（Ｌｉ）、钴（Ｃｏ）、第一元素和第二元素的锂钴复合氧化物， 其中该第一元素为选自铝（Ａｌ）、铬（Ｃｒ）、钒（Ｖ）、锰（Ｍｎ）和铁（Ｆｅ）的至少一种， 该第二元素为选自镁（Ｍｇ）和钙（Ｃａ）的至少一种， 在该锂钴复合氧化物中，钴、第一元素和第二元素的摩尔比分别在０．９≤ｘ≤１、０．００１≤ｙ≤０．０５和０．００１≤ｚ≤０．０５的范围内，条件是钴的组成是ｘ，第一元素的组成是ｙ，和第二元素的组成是ｚ， 该正极活性材料进一步包括锆（Ｚｒ）作为副组分元素，和 以锆与锂钴复合氧化物中钴的比（Ｚｒ／Ｃｏ）计，锆的含量在０．０１摩尔％－１０摩尔％范围内，包括端点。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】JP 2005-3-9 066408/2005;JP 2005-12-7 353849/20051.正极活性材料，包括：包括锂(Li)、钴(Co)、第一元素和第二元素的锂钴复合氧化物，其中该第一元素为选自铝(Al)、铬(Cr)、钒(V)、锰(Mn)和铁(Fe)的至少一种，该第二元素为选自镁(Mg)和钙(Ca)的至少一种，在该锂钴复合氧化物中，钴、第一元素和第二元素的摩尔比分别在0.9≤x＜1、0.001≤y≤0.05和0.001≤z≤0.05的范围内，条件是钴的组成是x，第一元素的组成是y，和第二元素的组成是z，该正极活性材料进一步包括锆(Zr)作为副组分元素，和以锆与锂钴复合氧化物中钴的比(Zr/Co)计，锆的含量在0.01摩尔％-10摩尔％范围内，包括端点。2.权利要求1的正极活性材料，其中该锂钴复合氧化物由化学式1表示：(化学式1)LiaCoxMIyMIIzO2(在化学式1中，MI表示第一元素，MII表示第二元素，a、x、y和z的值在0.9≤a≤1.1，0.9≤x＜1，0.001≤y≤0.05，0.001≤z≤0.05，x+y+z＝1的范围内)。3.权利要求1的正极活性材料，其中部分锆作为化合物存在于该锂钴复合氧化物的晶粒边界中。4.权利要求1的正极活性材料，其中在粒径分布曲线中在50％频率处的粒径在5μm-30μm范围内，包括端点，且比表面积在0.1m2/g-1.5m2/g范围内，包括端点。5.包括正极、负极和...
【专利技术属性】
技术研发人员：米泽敬，佐藤隆史，大川刚史，山本佳克，
申请(专利权)人：索尼株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[]
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