活性物质及其制造方法技术

活性物质具有芯部和位于芯部的表面的覆盖部。芯部包含锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素。覆盖部包含A元素(A为选自由Ti、Zr、Ta、Nb和Al组成的组中的至少1种。)和氧(O)元素。将覆盖部的平均厚度设为T(nm)、将活性物质的比表面积设为S(m2/g)、将覆盖部中所含的A元素的量设为W(质量％)时，W/(T

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】活性物质及其制造方法


[0001]本专利技术涉及活性物质及其制造方法。

技术介绍

[0002]具备正极、负极和电解质的电池由于其能量密度大，容易小型化和轻量化，因此被广泛用作笔记本电脑、移动电话等便携式电子设备等的电源。
[0003]作为这种电池的正极中所含的活性物质，已知除例如具有层状晶体结构的LiCoO2、LiNiO2和LiMnO2等锂金属复合氧化物以外，还有具有尖晶石型结构的锂锰氧化物(LiMn2O4，LiNi
0.5
Mn
1.5
O4)等。
[0004]近年来，出于提高电池性能的目的，提出了在所述活性物质上形成覆盖部的技术(例如，参见专利文献1、2和非专利文献1。)。
[0005]专利文献1：JP2005
‑
310744A
[0006]专利文献2：WO2014/185547A1
[0007]非专利文献1：“Surface
‑
Coated LiNi
0.8
Co
0.1
Mn
0.1
O2(NCM811)Cathode Materials by Al2O3，ZrO2，and Li2O
‑
2B2O
3 Thin
‑
Layers for Improving the Performance of Lithium Ion Batteries”ORIGINAL RESEARCH published:29November 2019doi:10.3389/fmats.2019.00309

技术实现思路

[0008]如专利文献1、2和非专利文献1中所述，对具有覆盖部的活性物质的研究很活跃。另一方面，对于具有覆盖部的活性物质，期望进一步提高其性能。
[0009]因此，本专利技术的技术问题在于提供一种能够获得优异的电池性能的活性物质及其制造方法。
[0010]本专利技术提供一种活性物质，其具有芯部和位于所述芯部的表面的覆盖部，
[0011]所述芯部包含锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素，
[0012]所述覆盖部包含A元素(A为选自由Ti、Zr、Ta、Nb和Al组成的组中的至少1种。)和氧(O)元素，
[0013]将所述覆盖部的平均厚度设为T(nm)、将所述活性物质的比表面积设为S(m2/g)、将所述覆盖部中所含的A元素的量设为W(质量％)时，W/(S
×
T)的值大于0且为15质量％/(cm3/g)以下。
[0014]此外，本专利技术提供一种活性物质，其具有芯部和位于所述芯部的表面的覆盖部，
[0015]所述芯部包含锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素，
[0016]所述覆盖部包含A元素(A为Ti、Zr、Ta、Nb和Al中的至少1种。)和氧(O)元素，
[0017]在所述活性物质的截面处通过STEM法对从所述活性物质的表面至内部进行线分析而得到的光谱中，所述光谱中的所述A元素的峰的半峰宽为25nm以下。
[0018]进而，本专利技术提供一种活性物质的制造方法作为前述活性物质的优选的制造方
法，其中，
[0019]在包含锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素的芯部的表面，通过原子层沉积法形成包含A元素(A为Ti、Zr、Ta、Nb和Al中的至少1种。)和氧(O)元素的覆盖部。
具体实施方式
[0020]下文中，将基于本专利技术优选的实施方式对本专利技术进行说明。本专利技术的活性物质具有芯部和覆盖部。覆盖部位于芯部的表面上。以下，分别对芯部和覆盖部进行说明。
[0021]〔芯部〕
[0022]芯部属于占据活性物质的大部分的部位且成为活性物质的母材。
[0023]芯部可以含有例如锂金属复合氧化物。作为锂金属复合氧化物，可以使用公知的锂金属复合氧化物。可以是例如通式LiMO2(M表示金属元素)所示的层状岩盐型结构的含锂复合氧化物、通式LiM2O4所示的尖晶石型结构的含锂复合氧化物、通式LiMPO4(M表示金属元素)或LiMSiO4(M表示金属元素)所示的橄榄石结构的含锂复合氧化物中的任意1种或2种以上的组合。但并不限于此。
[0024]优选芯部含有包含锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素的尖晶石型复合氧化物(下文中，有时将该芯部称为“芯部A”。)。将包含芯部A的本专利技术的活性物质用作正极活性物质时，具有以金属Li基准电位计为4.5V以上的工作电位。“具有以金属Li基准电位计为4.5V以上的工作电位”并不需要仅以平台区域的形式具有4.5V以上的工作电位，还包括具有部分4.5V以上的工作电位的情况。因此，本专利技术的活性物质并不限于仅由以平台区域的形式具有4.5V以上的工作电位的5V级正极活性物质构成的正极活性物质。例如本专利技术的活性物质可以含有以平台区域的形式具有小于4.5V的工作电位的正极活性物质。具体而言，可以允许优选该5V级正极活性物质占30质量％以上、优选为50质量％以上、特别优选为80质量％以上(包括100质量％)的正极活性物质。
[0025]芯部A中所含的除锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素以外的其他元素可以是1种，也可以是2种以上。其他元素为2种以上时，优选至少1种元素是选自由Ni、Co和Fe组成的组中的1种(下文中，称为“M1元素”。)。M1元素是主要有助于产生以金属Li基准电位计为3.0V以上的工作电位的置换元素。优选另一种元素为选自由Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ta、W、Re和Ce组成的组中的1种或2种以上的组合构成的M2元素。M2元素是主要有助于使晶体结构稳定从而提高特性的置换元素。通过使M2元素选自于上述元素，能够实现容量保持率的提高。结构中所含的M1元素和M2元素是不同的元素种类。
[0026]作为芯部A的优选组成例，可以列举出包含具有通过Li、M1元素和其他的M2元素置换LiMn2O4‑
δ
中的Mn位点的一部分而得到的晶体结构的尖晶石型含锂锰复合氧化物的物质。此外，还可列举出式(1)：Li
x
(M
1y
M
2z
Mn2‑
x
‑
y
‑
z
)O4‑
δ
、式(2)：通式[Li
x
(Ni
y
M
3z
Mn3‑
x
‑
y
‑
z
)O4‑
δ
]所示的尖晶石型含锂锰复合氧化物。如上所述，优选式(2)中的M3元素为选自由Na、Mg、Al、P、K、Ca、Ti、V、Cr、Fe、Co、Cu、Ga、Y、Zr、Nb、Mo、In、Ta、W、Re和Ce组成的组中的1种或2种以上的组合。
[0027]式(1)中，优选“x”为1.00以上且1.20以下，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种活性物质，其具有芯部和位于所述芯部的表面的覆盖部，所述芯部包含锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素，所述覆盖部包含A元素(A为选自由Ti、Zr、Ta、Nb和Al组成的组中的至少1种)和氧(O)元素，将所述覆盖部的平均厚度设为T(nm)、将所述活性物质的比表面积设为S(m2/g)、将所述覆盖部中所含的A元素的量设为W(质量％)时，W/(S
×
T)的值大于0且为15质量％/(cm3/g)以下。2.一种活性物质，其具有芯部和位于所述芯部的表面的覆盖部，所述芯部包含锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素，所述覆盖部包含A元素(A为Ti、Zr、Ta、Nb和Al中的至少1种)和氧(O)元素，在所述活性物质的截面处通过STEM法对从所述活性物质的表面至内部进行线分析而得到的光谱中，所述光谱中的所述A元素的峰的半峰宽为25nm以下。3.根据权利要求1或2所述的活性物质，其中，所述芯部含有包含锂(Li)元素、锰(Mn)元素和氧(O)元素的尖晶石型复合氧化物。4.根据权利要求1～3中的任一项所述的活性物质，其中，所述覆盖部还包含锂(Li)元素。5.根据权利要求1～4中的任一项所述的活性物质，其中，所述覆盖部的平均厚度T为50nm以下。6.根据权利要求1～5中...

【专利技术属性】
技术研发人员：井上大辅，山本拓也，杰米，
申请(专利权)人：三井金属矿业株式会社，
类型：发明
国别省市：