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公開番号2025012648
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-24
出願番号2023115642
出願日2023-07-14
発明の名称正極および非水電解質二次電池
出願人プライムプラネットエナジー&ソリューションズ株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類H01M 4/131 20100101AFI20250117BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】優れた出力特性と保存特性とが両立した非水電解質二次電池を実現し得る技術を提供する。
【解決手段】ここで開示される正極は、正極集電体52と、正極集電体52の表面に配置される正極活物質層54とを備える。正極活物質層54は、第1の正極活物質粒子100と、第2の正極活物質粒子200とを含む。第1の正極活物質粒子100は、レーザ回折散乱法に基づく平均粒子径が1μm以上7μm以下の中実粒子である。第2の正極活物質粒子200は、外殻部210と、外殻部210に囲まれた中空部220とを備え、レーザ回折散乱法に基づく平均粒径が8μm以上14μm以下の中空粒子である。第1の正極活物質粒子100の質量M1と、第2の正極活物質粒子200の質量M2とが、式:0<M1/(M1+M2)≦0.6を満たす。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
非水電解質二次電池に用いられる正極であって、
集電体と、
前記集電体の表面に配置される活物質層と
を備え、
前記活物質層は、第１の正極活物質粒子と、第２の正極活物質粒子とを含み、
前記第１の正極活物質粒子は、
レーザ回折散乱法に基づく平均粒子径が１μｍ以上７μｍ以下であり、
断面ＳＥＭ画像に基づいて測定される空隙率が１０％未満であり、
前記第２の正極活物質粒子は、
外殻部と、前記外殻部に囲まれた中空部とを備え、
レーザ回折散乱法に基づく平均粒径が８μｍ以上１４μｍ以下であり、
断面ＳＥＭ画像に基づいて測定される空隙の割合が１０％以上であり、
前記空隙の８０％以上が前記外殻部よりも内側に存在しており、
前記第１の正極活物質粒子の質量Ｍ１と、前記第２の正極活物質粒子の質量Ｍ２とが、以下の式：
０＜Ｍ１／（Ｍ１＋Ｍ２）≦０．６を満たす、正極。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記第１の正極活物質粒子のＢＥＴ比表面積が１．５ｍ
２
／ｇ以上２．３ｍ
２
／ｇ以下である、請求項１に記載の正極。
【請求項３】
前記第１の正極活物質粒子の質量Ｍ１と、前記第２の正極活物質粒子の質量Ｍ２とが、以下の式：
０＜Ｍ１／（Ｍ１＋Ｍ２）≦０．２を満たす、請求項１に記載の正極。
【請求項４】
前記第２の正極活物質粒子全体に含まれる一次粒子の９０％以上が前記外殻部に存在する、請求項１に記載の正極。
【請求項５】
前記外殻部に存在する一次粒子の４０％以上が、該一次粒子の中心と前記第２の正極活物質粒子の中心とを結ぶ基準線に対して、前記一次粒子の長軸方向がなす角度が３０°以下である、請求項４に記載の正極。
【請求項６】
前記第１の正極活物質粒子および前記第２の正極活物質粒子が、それぞれ一般式：
Ｌｉ
ｄ
Ｎｉ
（１－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｃｏ
ｘ
Ｍｎ
ｙ
Ａ
ｚ
Ｏ
２
（ただし、０≦ｘ≦０．５、０≦ｙ≦０．５、０≦ｚ≦０．１、０．９５≦ｄ≦１．２、Ａは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｗから成る群から選択される１種以上の添加元素）
で表される化合物である、請求項１に記載の正極。
【請求項７】
請求項１～６のいずれか一項に記載の正極を備える、非水電解質二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、正極および非水電解質二次電池に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池に用いられる正極活物質として、中空構造を有する正極活物質粒子が知られている。正極活物質粒子が中空構造を有することで、比表面積が増大するため、例えば、出力特性の向上が見込まれる。特許文献１および２には、中空構造を有する正極活物質が開示されている。特許文献３および４には、中空構造を有する正極活物質粒子と、中実構造を有する正極活物質粒子とを含む正極が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１９－０７７５７７号公報
国際公開２０１４－１８１８９１号
特開２０１７－１２３２３６号公報
特開２０２１－１２０９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、正極活物質粒子を中空構造とすることにより出力特性が向上する一方で、正極活物質粒子の比表面積が増大し、電解液と正極活物質粒子とが反応し易くなり、ケース内にガスが発生し易くなるという背反が生じ得る。そのため、出力特性と保存特性とを両立させる技術が望まれる。
【０００５】
そこで、本開示では、優れた出力特性と保存特性とが両立した非水電解質二次電池を実現し得る技術を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示される技術の一態様は、非水電解質二次電池に用いられる正極である。この正極は、集電体と、前記集電体の表面に配置される活物質層とを備える。前記活物質層は、第１の正極活物質粒子と、第２の正極活物質粒子とを含む。前記第１の正極活物質粒子は、レーザ回折散乱法に基づく平均粒子径が１μｍ以上７μｍ以下であり、断面ＳＥＭ画像に基づいて測定される空隙率が１０％未満である。前記第２の正極活物質粒子は、外殻部と、前記外殻部に囲まれた中空部とを備え、レーザ回折散乱法に基づく平均粒径が８μｍ以上１４μｍ以下であり、断面ＳＥＭ画像に基づいて測定される空隙の割合が１０％以上であり、前記空隙の８０％以上が前記外殻部の内側に存在している。前記第１の正極活物質粒子の質量Ｍ１と、前記第２の正極活物質粒子の質量Ｍ２とが、以下の式：
０＜Ｍ１／（Ｍ１＋Ｍ２）≦０．６を満たす。
【０００７】
かかる正極は、比較的空隙の少ない中実粒子である第１の正極活物質粒子と、比較的空隙の多い中空粒子である第２の正極活物質粒子とを備えている。中実構造を有する第１の正極活物質粒子が第２の正極活物質粒子よりもサイズが小さく、比較的小粒径（例えば７μｍ以下）であることにより、第１の正極活物質粒子におけるリチウム拡散距離が短くなるため、二次電池の出力特性を向上させることができる。また、中空構造を有する第２の正極活物質粒子が、第１の正極活物質粒子よりもサイズが大きく、比較的大粒径（例えば、８μｍ以上）であることにより、第２の正極活物質粒子の比表面積が低減し、ガス発生を抑制することができるため、保存特性が向上する。このような第１の正極活物質粒子と第２の正極活物質粒子の混合割合を適切な範囲に調整することで、優れた出力特性と保存特性とを両立した非水電解質二次電池を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
図１は、一実施形態に係る正極シートを模式的に示す断面図である。
図２は、一実施形態に係る第２の正極活物質粒子の構造を模式的に示す断面図である。
図３は、一実施形態に係るリチウムイオン二次電池の構成を模式的に示す断面図である。
図４は、捲回電極体の構成を示す模式分解図である。
図５は、晶析装置の大まかな構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、ここで開示される技術の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本明細書において特に言及している事項以外の事柄であって、本技術の実施に必要な事柄（例えば、本技術を特徴付けない非水電解質二次電池の一般的な構成および製造プロセス等）は、当該分野における従来技術に基づく当業者の設計事項として把握され得る。本技術は、本明細書に開示されている内容と、当該分野における技術常識とに基づいて実施することができる。なお、各図面は模式的に描かれており、寸法関係（長さ、幅、厚み等）は実際の寸法関係を必ずしも反映するものではない。また、以下に説明する図面において、同じ作用を奏する部材、部位には同じ符号を付し、重複する説明は省略または簡略化することがある。
【００１０】
本明細書において、数値範囲を「Ａ～Ｂ（ここでＡ、Ｂは任意の数値）」と記載している場合は、「Ａ以上Ｂ以下」を意味すると共に、「Ａを超えてＢ未満」、「Ａを超えてＢ以下」、および「Ａ以上Ｂ未満」の意味を包含する。
（【００１１】以降は省略されています）

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