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公開番号2025005813
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-17
出願番号2023106192
出願日2023-06-28
発明の名称二次電池
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,弁理士法人つばさ国際特許事務所
主分類H01M 10/052 20100101AFI20250109BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】優れた安全性を得ることが可能である二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池の正極活物質層に含まれる正極活物質粒子は、リチウム複合酸化物を含む中心部と、その表面に設けられた被覆部とを含む。リチウム複合酸化物は、層状岩塩型の結晶構造を有すると共に、リチウム、ニッケルおよび他元素を構成元素として含む。被覆部は、リチウム、フッ素、ホウ素および酸素を構成元素として含む。電解質塩は、フッ素含有リチウム塩を含む。リチウム複合酸化物におけるニッケルの含有量は80モル部以上100モル部以下である。飛行時間型二次イオン質量分析法を用いた正極活物質層の深さ方向分析で、LiF₂ ^-に由来する第1負二次イオンおよびBO₂ ^-に由来する第2負二次イオンが検出され、深さ方向における第2負二次イオンの第2ピークは、深さ方向における第1負二次イオンの第1ピークよりも深い側に位置する。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質層を含む正極と、
負極と、
電解質塩を含む電解液と
を備え、
前記正極活物質層は、複数の正極活物質粒子を含み、
前記正極活物質粒子は、
リチウム複合酸化物を含む中心部と、
前記中心部の表面に設けられた被覆部と
を含み、
前記リチウム複合酸化物は、層状岩塩型の結晶構造を有すると共に、リチウム、ニッケルおよび他元素を構成元素として含み、
前記被覆部は、リチウム、フッ素、ホウ素および酸素を構成元素として含み、
前記電解質塩は、フッ素含有リチウム塩を含み、
前記リチウム複合酸化物における前記ニッケルの含有量と前記リチウム複合酸化物における前記他元素の含有量との和を１００モル部とすると、前記リチウム複合酸化物における前記ニッケルの含有量は、８０モル部以上１００モル部以下であり、
飛行時間型二次イオン質量分析法を用いた前記正極活物質層の深さ方向の分析において、ＬｉＦ
2
-
に由来する第１負二次イオンおよびＢＯ
2
-
に由来する第２負二次イオンが検出され、
前記深さ方向における前記第１負二次イオンのイオン強度の変化は、第１ピークを有すると共に、前記深さ方向における前記第２負二次イオンのイオン強度の変化は、第２ピークを有し、
前記第２ピークは、前記深さ方向において前記第１ピークよりも深い側に位置する、
二次電池。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
前記被覆部は、前記中心部よりも遠い側から順に、
リチウムおよびフッ素を構成元素として含む第１被覆部と、
リチウム、ホウ素および酸素を構成元素として含む第２被覆部と
を含む、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記第１被覆部は、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を含み、
前記第２被覆部は、メタホウ酸リチウム（ＬｉＢＯ
2
）を含む、
請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記他元素は、コバルト、アルミニウム、マンガン、ジルコニウム、チタン、モリブデン、タンタル、クロム、ニオブ、鉄、銅、亜鉛、バナジウム、マグネシウム、タングステン、硫黄、ストロンチウム、ホウ素、ナトリウムおよびフッ素のうちの少なくとも１種を含む、
請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記フッ素含有リチウム塩は、六フッ化リン酸リチウム（ＬｉＰＦ
6
）およびビス（フルオロスルホニル）イミドリチウム（ＬｉＮ（ＦＳＯ
2
）
2
）のうちの少なくとも一方を含む、
請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記電解液は、さらに、ホウ素フッ素含有材料を含む、
請求項１に記載の二次電池。
【請求項７】
前記ホウ素フッ素含有材料は、四フッ化ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ
4
）およびジフルオロ（オキサラト）ホウ酸リチウム（ＬｉＢＦ
2
（Ｃ
2
Ｏ
4
））のうちの少なくとも一方を含む、
請求項６に記載の二次電池。
【請求項８】
リチウムイオン二次電池である、
請求項１に記載の二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本技術は、二次電池に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
携帯電話機などの多様な電子機器が普及しているため、小型かつ軽量であると共に高エネルギー密度が得られる電源として二次電池の開発が進められている。この二次電池は、正極および負極と共に電解液を備えており、その二次電池の構成に関しては、様々な検討がなされている。
【０００３】
具体的には、ニッケルを含有するリチウム複合遷移金属酸化物粒子の表面にコーティング部が形成されており、そのコーティング部がフッ素を含んでいる（例えば、特許文献１参照。）。ニッケルを含有する複合酸化物粒子の表面に高濃度のフッ素が存在している（例えば、特許文献２参照。）。正極活物質がリチウム遷移金属酸化物を含んでおり、飛行時間型二次イオン質量分析を正極活物質の深さ析においてホウ素に由来するピークが検出されている（例えば、特許文献３参照。）。組み立て後の電池を加温下において充放電させることにより、飛行時間型二次イオン質量分析を用いた初期充放電後の負極活物質の表面分析においてホウ酸リチウムイオンなどのイオンが検出されている（例えば、特許文献４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特表２０２２－５２５４６３号公報
特開２００６－３５１４８７号公報
特開２０１５－０９９６５９号公報
特開２０１３－０６２０２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
二次電池の構成に関する様々な検討がなされているが、その二次電池の安全性は未だ十分でないため、改善の余地がある。
【０００６】
優れた安全性を得ることが可能である二次電池が望まれている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本技術の一実施形態の二次電池は、正極活物質層を含む正極と、負極と、電解質塩を含む電解液とを備えたものである。正極活物質層は、複数の正極活物質粒子を含み、その正極活物質粒子は、リチウム複合酸化物を含む中心部と、その中心部の表面に設けられた被覆部とを含む。リチウム複合酸化物は、層状岩塩型の結晶構造を有すると共に、リチウム、ニッケルおよび他元素を構成元素として含む。被覆部は、リチウム、フッ素、ホウ素および酸素を構成元素として含む。電解質塩は、フッ素含有リチウム塩を含む。リチウム複合酸化物におけるニッケルの含有量とリチウム複合酸化物における他元素の含有量との和を１００モル部とすると、そのリチウム複合酸化物におけるニッケルの含有量は、８０モル部以上１００モル部以下である。飛行時間型二次イオン質量分析法を用いた正極活物質層の深さ方向の分析において、ＬｉＦ
2
-
に由来する第１負二次イオンおよびＢＯ
2
-
に由来する第２負二次イオンが検出される。深さ方向における第１負二次イオンのイオン強度の変化は、第１ピークを有すると共に、深さ方向における第２負二次イオンのイオン強度の変化は、第２ピークを有する。第２ピークは、深さ方向において第１ピークよりも深い側に位置する。
【０００８】
ここで、リチウム複合酸化物は、上記したように、層状岩塩型の結晶構造を有すると共にリチウム、ニッケルおよび他元素を構成元素として含む酸化物の総称であり、その他元素は、リチウムおよびニッケル以外の元素のうちのいずれか１種類または２種類以上である。また、フッ素含有リチウム塩は、フッ素を構成元素として含むリチウム塩の総称である。なお、リチウム複合酸化物およびフッ素含有リチウム塩のそれぞれの構成の詳細に関しては、後述する。
【発明の効果】
【０００９】
本技術の一実施形態の二次電池によれば、正極の正極活物質層が複数の正極活物質粒子を含み、その正極活物質粒子が中心部および被覆部を含み、その中心部がリチウム複合酸化物を含み、そのリチウム複合酸化物が層状岩塩型の結晶構造を有すると共にリチウム、ニッケルおよび他元素を構成元素として含み、その被覆部がリチウム、フッ素、ホウ素および酸素を構成元素として含み、電解液の電解質塩がフッ素含有リチウム塩を含み、そのリチウム複合酸化物におけるニッケルの含有量が８０モル部以上１００モル部以下であり、飛行時間型二次イオン質量分析法を用いた正極活物質層の深さ方向の分析においてＬｉＦ
2
-
に由来する第１負二次イオンおよびＢＯ
2
-
に由来する第２負二次イオンが検出され、その第２負二次イオンのイオン強度の変化における第２ピークが第１負二次イオンのイオン強度の変化における第１ピークよりも深さ方向において深い側に位置するので、優れた安全性を得ることができる。
【００１０】
なお、本技術の効果は、必ずしもここで説明された効果に限定されるわけではなく、後述する本技術に関連する一連の効果のうちのいずれの効果でもよい。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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