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公開番号2024122902
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-09
出願番号2024024808
出願日2024-02-21
発明の名称正極合材、その製造方法、正極及びリチウムイオン二次電池
出願人株式会社村田製作所
代理人弁理士法人酒井国際特許事務所
主分類H01M 4/525 20100101AFI20240902BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は、正極合材、その製造方法、正極及びリチウムイオン二次電池を提供する。
【解決手段】当該正極合材は、Mg元素がドープされた正極基材と、正極基材の表面にドット状に存在するフッ化物であって、MgF₂を含むフッ化物と、を含む。本発明の正極合材、当該正極合材を製造するための方法、及び当該正極合材を含む正極とリチウムイオン二次電池により、リチウムイオン二次電池における正極基材が電解液により腐食されることを効果的に阻止することができ、より多くのリチウムイオンチャンネルを保留することができ、リチウムイオン二次電池の容量と初期抵抗に影響を与えることなく、リチウムイオン二次電池のサイクル性能を改善し、リチウムイオン二次電池の抵抗増大を低減させる。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
Ｍｇ元素がドープされた正極基材と、
前記正極基材の表面にドット状に存在するフッ化物であって、ＭｇＦ
２
を含むフッ化物と、を含む、
ことを特徴とする正極合材。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記フッ化物は、さらにＬｉＦ、ＡｌＦ
３
、ＮＨ
４
Ｆ、ＭｎＦ
４
、ＴｉＦ
３
、ＺｒＦ
４
、ＳｒＦ
３
及びＭｏＦ
５
のうちの１種又は多種を含む、
ことを特徴とする請求項１に記載の正極合材。
【請求項３】
前記Ｍｇ元素のドープ濃度は、前記正極基材の重量に対して、０．０５ｗｔ％乃至４．００ｗｔ％の範囲内であり、好ましくは０．３０ｗｔ％乃至１．００ｗｔ％の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の正極合材。
【請求項４】
前記正極合材におけるフッ素元素の量は、０．０３ｗｔ％乃至０．６０ｗｔ％の範囲内であり、好ましくは０．０６ｗｔ％乃至０．３０ｗｔ％の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の正極合材。
【請求項５】
前記正極基材は、一般式がＬｉＮｉ
ｘ
Ｃｏ
ｙ
Ｍ
（１－ｘ－ｙ）
Ｏ
２
の高ニッケル正極材料を含み、但し、Ｍは、ＡｌとＭｎのうち選択される１種又は２種であり、ｘ≧０．６、０＜ｙ＜０．４である、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の正極合材。
【請求項６】
前記Ｍｇ元素は前記正極基材の粒子内で勾配分布を呈し、前記Ｍｇ元素の濃度は前記粒子の内部から前記粒子の外部に向かって徐々に低下する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の正極合材。
【請求項７】
正極材料前駆体、水酸化リチウム及び酸化マグネシウムを混合して第１の混合物を獲得し、続いて前記第１の混合物を第１の温度で第１の時間焼結して焼結生成物を得るステップＳ１と、
フッ化物と前記焼結生成物を混合して第２の混合物を獲得し、続いて前記第２の混合物を第２の温度で第２の時間か焼するステップＳ２と、を含む、
ことを特徴とする正極合材を製造するための方法。
【請求項８】
前記ステップＳ１において、前記第１の温度は、６５０℃乃至７８０℃の範囲内であり、前記第１の時間は、６ｈ乃至２４ｈの範囲内である、
ことを特徴とする請求項７に記載の正極合材を製造するための方法。
【請求項９】
前記ステップＳ２において、前記第２の温度は、２００℃乃至３５０℃の範囲内であり、前記第２の時間は、２ｈ乃至８ｈの範囲内である、
ことを特徴とする請求項７に記載の正極合材を製造するための方法。
【請求項１０】
前記フッ化物は、ＭｇＦ
２
、ＬｉＦ、ＡｌＦ
３
、ＮＨ
４
Ｆ、ＭｎＦ
４
、ＴｉＦ
３
、ＺｒＦ
４
、ＳｒＦ
３
及びＭｏＦ
５
のうちの１種又は多種を含む、
ことを特徴とする請求項７に記載の正極合材を製造するための方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池の分野に関し、具体的には、正極合材、当該正極合材を製造するための方法、及び当該正極合材を含む正極とリチウムイオン二次電池に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年以来、電子技術が絶え間なく発展することに伴い、電子機器のエネルギー供給をサポートするための電池装置に対する人々の需要も絶え間なく増加している。今日、より多くの電気量を蓄え且つ高電力を出力することができる電池が求められている。従来の鉛蓄電池及びニッケル水素電池などは、既に、スマートフォンなどのモバイル機器や蓄電システムなどの固定機器の新たな電子製品の需要に応えることができない。このため、リチウムイオン電池が人々に広く注目されている。リチウムイオン電池に対する開発過程において、既にその容量と性能を効果的に向上させた。
【０００３】
リチウムイオン二次電池は、正極材料を含有する正極、負極、及び電解液を含む。正極材料の配置は、リチウムイオン二次電池の性能に大きな影響を与える。正極材料の配置については、種々の検討がなされている。従来技術では、正極前駆体を処理して基体の表面にＣｏ
２
Ｏ
３
、Ｂ
２
Ｏ
３
、Ａｌ
２
Ｏ
３
及びＡｌ（ＯＨ）
３
のうちの１種又は多種の物質を被覆することが開示されるが、このような方法は、材料の初期電気化学反応抵抗を増加させ、また被覆に必要な温度が高くてより高いエネルギー消費をもたらす。従来技術では、さらにＬｉＮｉ
０．８
Ｃｏ
０．１
Ｍｎ
０．１
Ｏ
２
に対して化学組成がＭ
ｘ
Ｐ
２
Ｏ
７
のピロリン酸塩を被覆し、但しＭは、Ｔｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｃｕ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｚｎ及びＣａのうちの１種又は多種の組み合わせであることが開示されるが、このような方法により得られた被覆物の電子伝導とイオン伝導性能が悪く、正極材料の抵抗増加を引き起こし、それによりレート性能を低下させる。
【０００４】
従来技術における正極材料は、リチウムイオン二次電池のサイクルと抵抗増大を効果的に改善することができない。このため、新たな正極合材、当該正極合材を製造するための方法、及び当該正極合材を含む正極とリチウムイオン二次電池を開発することが必要とされている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の主な目的は、従来技術における、正極材料がリチウムイオン二次電池のサイクルと抵抗増大を効果的に改善しにくいという問題を解決するために、正極合材、当該正極合材を製造するための方法、及び当該正極合材を含む正極とリチウムイオン二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明の１つの態様によれば、正極合材が提供され、当該正極合材は、Ｍｇ元素がドープされた正極基材と、正極基材の表面にドット状に存在するフッ化物であって、ＭｇＦ
２
を含むフッ化物と、を含む。
【０００７】
さらに、上記正極合材において、フッ化物は、さらにＬｉＦ、ＡｌＦ
３
、ＮＨ
４
Ｆ、ＭｎＦ
４
、ＴｉＦ
３
、ＺｒＦ
４
、ＳｒＦ
３
及びＭｏＦ
５
のうちの１種又は多種を含む。
【０００８】
さらに、上記正極合材において、Ｍｇ元素のドープ濃度は、正極基材の重量に対して、０．０５ｗｔ％乃至４．００ｗｔ％の範囲内であり、好ましくは０．３０ｗｔ％乃至１．００ｗｔ％の範囲内である。
【０００９】
さらに、上記正極合材において、正極合材におけるフッ素元素の量は、０．０３ｗｔ％乃至０．６０ｗｔ％の範囲内であり、好ましくは０．０６ｗｔ％乃至０．３０ｗｔ％の範囲内である。
【００１０】
さらに、上記正極合材において、正極基材は、一般式がＬｉＮｉ
ｘ
Ｃｏ
ｙ
Ｍ
（１－ｘ－ｙ）
Ｏ
２
の高ニッケル正極材料を含み、但し、Ｍは、ＡｌとＭｎのうちから選択される１種又は２種であり、ｘ≧０．６、０＜ｙ＜０．４である。
さらに、上記正極合材において、Ｍｇ元素は正極基材の粒子内で勾配分布を呈し、またＭｇ元素の濃度は粒子の内部から粒子の外部に向かって徐々に低下する。
（【００１１】以降は省略されています）

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