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公開番号2024019129
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-02-08
出願番号2023122729
出願日2023-07-27
発明の名称二次電池
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20240201BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】劣化の小さい二次電池を提供する。信頼性の高い二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池が有する正極活物質は、コバルト酸リチウムの結晶を有する。正極活物質は、結晶の(00l)面に平行な表面を含む第1の領域と、(00l)と交差する面に平行な表面を含む第2の領域と、を有する。正極活物質は、マグネシウムを含む。第1の領域は、マグネシウムの濃度が0.5atomic%以上10atomic%以下である部分を有する。第2の領域は、第1の領域よりもマグネシウムの濃度が高く、且つ、4atomic%以上30atomic%以下である部分を有する。さらに第2の領域は、第1の領域よりもフッ素の濃度が高く、且つ、0.5atomic%以上10atomic%以下である部分を有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質を有する正極を備え、
前記正極活物質は、コバルト酸リチウムの結晶を有し、
前記正極活物質は、前記結晶の（００ｌ）面に平行な表面を含む第１の領域と、前記（００ｌ）と交差する面に平行な表面を含む第２の領域と、を有し、
前記正極活物質は、マグネシウムを含み、
前記第１の領域は、マグネシウムの濃度が０．５ａｔｏｍｉｃ％以上１０ａｔｏｍｉｃ％以下である部分を有し、
前記第２の領域は、マグネシウムの濃度が前記第１の領域よりも高く、且つ、４ａｔｏｍｉｃ％以上３０ａｔｏｍｉｃ％以下である部分を有する、
二次電池。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記正極活物質は、フッ素を含み、
前記第２の領域は、フッ素の濃度が前記第１の領域よりも高く、且つ、０．５ａｔｏｍｉｃ％以上１０ａｔｏｍｉｃ％以下である部分を有する、
二次電池。
【請求項３】
請求項２において、
前記第１の領域において、電子エネルギー損失分光法で分析したフッ素の濃度が、０．５ａｔｏｍｉｃ％未満である部分を有する、
二次電池。
【請求項４】
請求項２において、
前記第２の領域において、電子エネルギー損失分光法で分析した場合に、フッ素の濃度は表面に近いほど高い、
二次電池。
【請求項５】
請求項１において、
前記正極活物質は、ニッケルを含み、
前記第２の領域は、ニッケルの濃度が前記第１の領域よりも高く、且つ、０．５ａｔｏｍｉｃ％以上１０ａｔｏｍｉｃ％以下である部分を有する、
二次電池。
【請求項６】
請求項１において、
前記正極活物質は、アルミニウムを含み、
前記第１の領域と前記第２の領域は、アルミニウムの濃度がそれぞれ独立に０．５ａｔｏｍｉｃ％以上１０ａｔｏｍｉｃ％以下である部分を有し、
前記第１の領域と前記第２の領域の当該部分における、アルミニウム濃度の差が０ａｔｏｍｉｃ％以上７ａｔｏｍｉｃ％以下である、
二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一態様は、電池に関する。本発明の一態様は、二次電池に関する。本発明の一態様は、電池の正極材料に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【０００２】
なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本発明の一態様は、二次電池を含む蓄電装置、半導体装置、表示装置、発光装置、照明装置、電子機器またはそれらの製造方法に関する。半導体装置は、半導体特性を利用することで機能しうる装置全般を指す。
【背景技術】
【０００３】
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池、全固体電池等、種々の蓄電池の開発が盛んに行われている。特に高出力、高容量であるリチウムイオン二次電池は半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
【０００４】
なかでもモバイル電子機器用途では、重量あたりの放電容量が大きく、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池の需要が高い。そのため、リチウムイオン二次電池の正極が有する正極活物質の改良が盛んに行われている（例えば特許文献１乃至特許文献４、非特許文献１乃至非特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０１９－１７９７５８号公報
ＷＯ２０２０／０２６０７８号パンフレット
特開２０２０－１４０９５４号公報
特開２０１９－１２９００９号公報
【非特許文献】
【０００６】
ＴｏｙｏｋｉＯｋｕｍｕｒａｅｔａｌ，“ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄＸ－ｒａｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｎｅａｒ－ｅｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＯ３－ａｎｄＯ２－ｌｉｔｈｉｕｍｃｏｂａｌｔｏｘｉｄｅｓｆｒｏｍｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１２，２２，ｐ．１７３４０－１７３４８
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ＺｈａｏｈｕｉＣｈｅｎｅｔａｌ， “ＳｔａｇｉｎｇＰｈａｓｅＴｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｉｎＬｉｘＣｏＯ２”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００２，１４９（１２）Ａ１６０４－Ａ１６０９
Ｇ．Ｇ．Ａｍａｔｕｃｃｉｅｔ．ａｌ．， “ＣｏＯ２，ＴｈｅＥｎｄＭｅｍｂｅｒｏｆｔｈｅＬｉｘＣｏＯ２ＳｏｌｉｄＳｏｌｕｔｉｏｎ” Ｊ．Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍ．Ｓｏｃ．１４３（３）１１１４（１９９６）．
Ｋ．ＭｏｍｍａａｎｄＦ．Ｉｚｕｍｉ，”ＶＥＳＴＡ３ｆｏｒｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｖｉｓｕａｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｃｒｙｓｔａｌ，ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃａｎｄｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙｄａｔａ” Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｃｒｙｓｔ．（２０１１）．４４，１２７２－１２７６
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【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一態様は、劣化の小さい二次電池を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、信頼性の高い二次電池を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、充放電サイクルにおける放電容量の低下が抑制された二次電池を提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、安全性の高い二次電池を提供することを課題の一とする。
【０００８】
なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から抽出することが可能である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様は、正極活物質を有する正極を備える二次電池である。正極活物質は、コバルト酸リチウムの結晶を有する。正極活物質は、結晶の（００ｌ）面に平行な表面を含む第１の領域と、（００ｌ）と交差する面に平行な表面を含む第２の領域と、を有する。正極活物質は、マグネシウムを含む。第１の領域は、マグネシウムの濃度が０．５ａｔｏｍｉｃ％以上１０ａｔｏｍｉｃ％以下である部分を有する。第２の領域は、マグネシウムの濃度が第１の領域よりも高く、且つ、４ａｔｏｍｉｃ％以上３０ａｔｏｍｉｃ％以下である部分を有する。
【００１０】
また、上記において、正極活物質は、フッ素を含むことが好ましい。このとき、第２の領域は、フッ素の濃度が第１の領域よりも高く、且つ、０．５ａｔｏｍｉｃ％以上１０ａｔｏｍｉｃ％以下である部分を有することが好ましい。
（【００１１】以降は省略されています）

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