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公開番号2024159898
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-08
出願番号2024139946,2020568870
出願日2024-08-21,2020-01-22
発明の名称リチウム複合酸化物の分析方法
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類C01G 53/00 20060101AFI20241031BHJP(無機化学)
要約【課題】リチウム複合酸化物の分析方法を提供する。
【解決手段】化学式Li(1-x-y)Co(1-a-b)Ni(x+a)Mg(y+b)O2で表される化合物のNi原子及びMg原子の置換位置の分析方法であって、Ni原子及びMg原子がそれぞれLiCoO2結晶中に含まれる任意のLi原子またはCo原子に置換された際に得られる安定化エネルギーを算出する第1の計算工程と、Liサイトのカチオン占有率を変化させた際の化学式で表される化合物の安定化エネルギーを算出する第2の計算工程と、化学式で表される化合物の初回充放電効率及びn回目の充放電効率を測定する第1の測定工程を有する分析方法。nは2以上の整数を表す。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＬｉＣｏＯ
２
の置換元素としてＮｉ原子及びＭｇ原子を添加した化合物である化学式Ｌｉ
（１－ｘ－ｙ）
Ｃｏ
（１－ａ－ｂ）
Ｎｉ
（ｘ＋ａ）
Ｍｇ
（ｙ＋ｂ）
Ｏ
２
（０＜ｘ＋ａ≦０．０１５かつ０＜ｙ＋ｂ≦０．０６）で表される化合物において、
同じＬｉ層のＬｉ原子が前記Ｎｉ原子及び前記Ｍｇ原子に置換される置換位置と、異なるＬｉ層のＬｉ原子が前記Ｎｉ原子及び前記Ｍｇ原子に置換される置換位置と、同じＣｏ層のＣｏ原子が前記Ｎｉ原子及び前記Ｍｇ原子に置換される置換位置と、異なるＣｏ層のＣｏ原子が前記Ｎｉ原子及び前記Ｍｇ原子に置換される置換位置と、Ｌｉ層のＬｉ原子が前記Ｍｇ原子に置換され且つＣｏ層のＣｏ原子が前記Ｎｉ原子に置換される置換位置と、Ｌｉ層のＬｉ原子が前記Ｎｉ原子に置換され且つＣｏ層のＣｏ原子が前記Ｍｇ原子に置換される置換位置と、について前記化学式で表される化合物の第１の安定化エネルギーを算出する第１の工程と、
前記第１の安定化エネルギーが最も低い前記置換位置と２番目に低い前記置換位置について、Ｌｉサイトのカチオン占有率を変化させた際の前記化学式で表される化合物の第２の安定化エネルギーを算出する第２の工程と、を有し、
前記化合物の充電後における構造を推測する、リチウム複合酸化物の分析方法。
続きを表示（約 180 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記第１の工程の前記Ｎｉ原子及び前記Ｍｇ原子は、第１近接乃至第３近接となる組み合わせを有する、リチウム複合酸化物の分析方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、
前記カチオン占有率を少なくとも８０％以上１００％以下の範囲で変化させて計算を行う、リチウム複合酸化物の分析方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一様態は、リチウム複合酸化物の分析方法に関する。または物、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置、または電子機器、またはそれらの製造方法に関する。
続きを表示（約 1,500 文字）【０００２】
なお、本明細書中において、蓄電装置とは、蓄電機能を有する素子及び装置全般を指すものである。例えば、リチウムイオン二次電池などの蓄電池（二次電池ともいう）、リチウムイオンキャパシタ、及び電気二重層キャパシタなどを含む。
【０００３】
また、本明細書中において電子機器とは、蓄電装置を有する装置全般を指し、蓄電装置を有する電気光学装置、蓄電装置を有する情報端末装置などは全て電子機器である。
【背景技術】
【０００４】
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、空気電池等、種々の蓄電装置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、携帯電話、スマートフォン、もしくはノート型コンピュータ等の携帯情報端末、携帯音楽プレーヤ、デジタルカメラ、医療機器、又は、ハイブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、もしくはプラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）等の次世代クリーンエネルギー自動車など、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。
【０００５】
そのため、リチウムイオン二次電池のサイクル特性の向上および高容量化のために、正極活物質の改良が検討されている（特許文献１および特許文献２）。
【０００６】
また、蓄電装置に要求されている特性としては、様々な動作環境での安全性、長期信頼性の向上などがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０１２－０１８９１４号公報
特開２０１６－０７６４５４号公報
【非特許文献】
【０００８】
ＴｏｙｏｋｉＯｋｕｍｕｒａｅｔａｌ，”ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄＸ－ｒａｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｎｅａｒ－ｅｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＯ３－ａｎｄＯ２－ｌｉｔｈｉｕｍｃｏｂａｌｔｏｘｉｄｅｓｆｒｏｍｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１２，２２，ｐ．１７３４０－１７３４８
Ｍｏｔｏｈａｓｈｉ，Ｔ．ｅｔａｌ，”ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｌａｙｅｒｅｄｃｏｂａｌｔｏｘｉｄｅｓｙｓｔｅｍＬｉｘＣｏＯ２（０．０≦ｘ≦１．０） ”，ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ，８０（１６）；１６５１１４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
リチウムイオン二次電池およびそれに用いられる正極活物質には、容量、サイクル特性、充放電特性、信頼性、安全性、又はコストといった様々な面で、改善が望まれており、ＬｉＣ
Ｏ
Ｏ
２
の一部を異なる元素に置換したリチウム複合酸化物ＬｉＭＯ
２
（ＭはＣｏを含む２種以上の金属）の開発が進められている。
【００１０】
しかしながら、上記置換元素は微量であるためリチウム複合酸化物の構造を明らかにする方法はまだ開発されていない。リチウム複合酸化物の構造が明らかになれば材料開発や充放電特性や信頼性等のメカニズム解明の一助になると考えられる。
（【００１１】以降は省略されています）

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