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公開番号2024172447
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-12-12
出願番号2023090171
出願日2023-05-31
発明の名称リチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、および、リチウム二次電池
出願人住友化学株式会社
代理人弁理士法人サクラ国際特許事務所
主分類C01G 53/00 20060101AFI20241205BHJP(無機化学)
要約【課題】初回充放電効率の向上を容易に実現可能なリチウム金属複合酸化物等を提供する。
【解決手段】リチウム金属複合酸化物の細孔は、曲線において、細孔径dpと最大細孔径dpmとがdp/dpm<0.10に示す関係を満たす第1の細孔と、細孔径dpと最大細孔径dpmとが0.10≦dp/dpm≦0.65に示す関係を満たす第2の細孔と、細孔径dpと最大細孔径dpmとがdp/dpm>0.65に示す関係を満たす第3の細孔とを含む。第1の細孔の容積V1と第2の細孔の容積V2と第3の細孔の容積V3とが、「0<100・V1/(V1+V2+V3)≦70」および「0<100・V3/(V1+V2+V3)≦15」に示す関係を満たす。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
Ｌｉ、Ｎｉ、および、元素Ｍを含み、前記元素Ｍが、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｂ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｂａ、Ｓ、及び、Ｐからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、
細孔を有する、
リチウム金属複合酸化物であって、
前記細孔は、
窒素吸着等温線からＢａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ法によって算出され、横軸が細孔径ｄｐと最大細孔径ｄｐｍとの比ｄｐ／ｄｐｍであり、縦軸が累積細孔容積である曲線において、
ｄｐ／ｄｐｍ＜０．１０に示す関係を満たす第１の細孔と、
０．１０≦ｄｐ／ｄｐｍ≦０．６５に示す関係を満たす第２の細孔と、
ｄｐ／ｄｐｍ＞０．６５に示す関係を満たす第３の細孔と
を含み、
前記第１の細孔の容積Ｖ１と前記第２の細孔の容積Ｖ２と前記第３の細孔の容積Ｖ３とが、下記の（式Ａ１）および（式Ａ２）に示す関係を満たす、
リチウム金属複合酸化物。
０＜１００・Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦７０ …（式Ａ１）
０＜１００・Ｖ３／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦１５ …（式Ａ２）
続きを表示（約 1,400 文字）【請求項２】
（組成式Ｉ）で表されるリチウム金属複合酸化物であって、
（組成式Ｉ）において、
Ｍ１は、Ｍｎ、Ａｌ、及び、Ｃｏからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、
Ｍ２は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｂ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｂａ、Ｓ、及び、Ｐからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、
下記（式Ｉａ）から（式Ｉｄ）に示す関係を満たす、
請求項１に記載のリチウム金属複合酸化物。
Ｌｉ［Ｌｉ
α
（Ｎｉ
（１－ｘ－ｙ）
Ｍ１
ｘ
Ｍ２
ｙ
）
１－α
］Ｏ
２
・・・（組成式Ｉ）
－０．１≦α≦０．２・・・（式Ｉａ）
０≦ｘ≦０．５・・・（式Ｉｂ）
０≦ｙ≦０．７・・・（式Ｉｃ）
０＜ｘ＋ｙ＜１・・・（式Ｉｄ）
【請求項３】
Ｌｉ以外の金属元素の総物質量に対するＣｏの物質量が１０モル％以下である、
請求項１又は２に記載のリチウム金属複合酸化物。
【請求項４】
（組成式Ｉ）において、下記の（式Ｉｄ＿１）に示す関係を満たす、
請求項２に記載のリチウム金属複合酸化物。
０＜ｘ＋ｙ≦０．１５・・・（式Ｉｄ＿１）
【請求項５】
前記窒素吸着等温線からＢａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ法によって算出される細孔径分布において、平均細孔径Ａｄｐは、下記の（式Ｂ）に示す関係を満たす、
請求項１又は２に記載のリチウム金属複合酸化物。
１０ｎｍ≦Ａｄｐ≦４０ｎｍ …（式Ｂ）
【請求項６】
前記窒素吸着等温線からＢａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ法によって算出される細孔径分布において、細孔容積ＶＰは、下記の（式Ｃ）に示す関係を満たす、
請求項１又は２に記載のリチウム金属複合酸化物。
０．００１ｃｍ
３
／ｇ≦ＶＰ≦０．０１ｃｍ
３
／ｇ …（式Ｃ）
【請求項７】
リートベルト解析から得られるメタル席占有率ＳＲが、下記の（式Ｄ）に示す関係を満たす、
請求項１又は２に記載のリチウム金属複合酸化物。
１．０％≦ＳＲ≦４．０％ …（式Ｄ）
【請求項８】
リートベルト解析から得られる平均結晶子サイズＡＫが、下記の（式Ｅ）に示す関係を満たす、
請求項１又は２に記載のリチウム金属複合酸化物。
８０ｎｍ≦ＡＫ≦２００ｎｍ …（式Ｅ）
【請求項９】
ＢＥＴ比表面積ＢＳが下記の（式Ｆ）に示す関係を満たす、
請求項１又は２に記載のリチウム金属複合酸化物。
０．２ｍ
２
／ｇ≦ＢＳ≦２．０ｍ
２
／ｇ …（式Ｆ）
【請求項１０】
請求項１又は２に記載のリチウム金属複合酸化物
を有する、
リチウム二次電池用正極活物質。
（【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、リチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、および、リチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池において、正極は、例えば、リチウム金属複合酸化物を含む正極活物質を用いて作製される。
【０００３】
従来、リチウム二次電池の性能を向上させるために、様々なリチウム金属複合酸化物が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２０－１４５１８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウム二次電池においては、１サイクル目の充放電における充電容量に対する放電容量の割合を示す「初回充放電効率」の向上が要求されている。
【０００６】
本発明は、初回充放電効率を向上させることが可能な、リチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、および、リチウム二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の態様を有する。
［１］
Ｌｉ、Ｎｉ、および、元素Ｍを含み、前記元素Ｍが、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ａｌ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｂ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｂａ、Ｓ、及び、Ｐからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、
細孔を有する、
リチウム金属複合酸化物であって、
前記細孔は、
窒素吸着等温線からＢａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ法によって算出され、横軸が細孔径ｄｐと最大細孔径ｄｐｍとの比ｄｐ／ｄｐｍであり、縦軸が累積細孔容積である曲線において、
ｄｐ／ｄｐｍ＜０．１０に示す関係を満たす第１の細孔と、
０．１０≦ｄｐ／ｄｐｍ≦０．６５に示す関係を満たす第２の細孔と、
ｄｐ／ｄｐｍ＞０．６５に示す関係を満たす第３の細孔と
を含み、
前記第１の細孔の容積Ｖ１と前記第２の細孔の容積Ｖ２と前記第３の細孔の容積Ｖ３とが、下記の（式Ａ１）および（式Ａ２）に示す関係を満たす、
リチウム金属複合酸化物。
０＜１００・Ｖ１／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦７０ …（式Ａ１）
０＜１００・Ｖ３／（Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３）≦１５ …（式Ａ２）
［２］
（組成式Ｉ）で表されるリチウム金属複合酸化物であって、
（組成式Ｉ）において、
Ｍ１は、Ｍｎ、Ａｌ、及び、Ｃｏからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、
Ｍ２は、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｂ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｔａ、Ｂａ、Ｓ、及び、Ｐからなる群から選択される少なくとも１種の元素であり、
下記（式Ｉａ）から（式Ｉｄ）に示す関係を満たす、
［１］に記載のリチウム金属複合酸化物。
Ｌｉ［Ｌｉ
α
（Ｎｉ
（１－ｘ－ｙ）
Ｍ１
ｘ
Ｍ２
ｙ
）
１－α
］Ｏ
２
・・・（組成式Ｉ）
－０．１≦α≦０．２・・・（式Ｉａ）
０≦ｘ≦０．５・・・（式Ｉｂ）
０≦ｙ≦０．７・・・（式Ｉｃ）
０＜ｘ＋ｙ＜１・・・（式Ｉｄ）
［３］
Ｌｉ以外の金属元素の総物質量に対するＣｏの物質量が１０モル％以下である、
［１］又は［２］に記載のリチウム金属複合酸化物。
［４］
（組成式Ｉ）において、下記の（式Ｉｄ＿１）に示す関係を満たす、
［２］に記載のリチウム金属複合酸化物。
０＜ｘ＋ｙ≦０．１５・・・（式Ｉｄ＿１）
［５］
前記窒素吸着等温線からＢａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ法によって算出される細孔径分布において、平均細孔径Ａｄｐは、下記の（式Ｂ）に示す関係を満たす、
［１］から［４］のいずれか１項に記載のリチウム金属複合酸化物。
１０ｎｍ≦Ａｄｐ≦４０ｎｍ …（式Ｂ）
［６］
前記窒素吸着等温線からＢａｒｒｅｔｔ－Ｊｏｙｎｅｒ－Ｈａｌｅｎｄａ法によって算出される細孔径分布において、細孔容積ＶＰは、下記の（式Ｃ）に示す関係を満たす、
［１］から［５］のいずれか１項に記載のリチウム金属複合酸化物。
０．００１ｃｍ
３
／ｇ≦ＶＰ≦０．０１ｃｍ
３
／ｇ …（式Ｃ）
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、初回充放電効率を向上させることが可能な、リチウム金属複合酸化物、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極、および、リチウム二次電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
図１は、実施形態において、リチウム金属複合酸化物の後述する曲線Ａの一例を示す図である。
図２は、リチウム二次電池の一例を示す模式図である。
図３は、全固体リチウム二次電池の一例を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下より、本発明の実施形態の一例について説明する。
（【００１１】以降は省略されています）

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