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公開番号2025015646
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-30
出願番号2024198843,2022107970
出願日2024-11-14,2017-10-11
発明の名称リチウムイオン二次電池
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250123BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リチウムイオン二次電池に用いることで、充放電サイクルにおける容量の低下が
抑制される正極活物質を提供する。
【解決手段】正極活物質の表層部に、偏析によって被覆層を形成する。第1の領域と、第
2の領域と、を有し、第1の領域は内部に存在し、第2の領域は、表層部および内部の一
部に存在し、第1の領域はリチウムと、遷移金属と、酸素と、を有し、第2の領域はマグ
ネシウムと、フッ素と、酸素と、を有する正極活物質である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質の内部において、前記正極活物質はマンガンと、コバルトと、ニッケルと、酸素と、を有し、
前記正極活物質の表層部において、前記正極活物質はマグネシウムと、フッ素と、酸素と、を有する、リチウムイオン二次電池。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
正極活物質を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質の内部において、前記正極活物質はマンガンと、コバルトと、ニッケルと、酸素と、を有し、
前記正極活物質の表層部及び前記内部の一部においてそれぞれ、前記正極活物質はマグネシウムと、フッ素と、酸素と、を有する、リチウムイオン二次電池。
【請求項３】
正極活物質を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質の内部において、前記正極活物質は層状岩塩型の結晶構造を有し、
前記層状岩塩型の結晶構造を有する領域において、前記正極活物質はマンガンと、コバルトと、ニッケルと、酸素と、を有し、
前記正極活物質の表層部において、前記正極活物質は岩塩型の結晶構造を有し、
前記岩塩型の結晶構造を有する領域において、前記正極活物質はマグネシウムと、フッ素と、酸素と、を有する、リチウムイオン二次電池。
【請求項４】
正極活物質を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質の内部において、前記正極活物質は層状岩塩型の結晶構造を有し、
前記層状岩塩型の結晶構造を有する領域において、前記正極活物質はマンガンと、コバルトと、ニッケルと、酸素と、を有し、
前記正極活物質の表層部及び前記内部の一部においてそれぞれ、前記正極活物質は岩塩型の結晶構造を有し、
前記岩塩型の結晶構造を有する領域において、前記正極活物質はマグネシウムと、フッ素と、酸素と、を有する、リチウムイオン二次電池。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４のいずれか一において、
前記表層部において、前記正極活物質はニッケル、マンガン及びコバルトを有し、
前記表層部におけるニッケル、マンガン及びコバルトの和に対するマンガンの含有率は、前記内部におけるにニッケル、マンガン及びコバルトの和に対するマンガンの含有率と比べて低い、リチウムイオン二次電池。
【請求項６】
正極活物質を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質は、第１の領域と、第２の領域と、を有し、
前記第１の領域は、前記正極活物質の内部に存在し、
前記第２の領域は、前記正極活物質の表層部に存在し、
前記第１の領域は、マンガンと、コバルトと、ニッケルと、酸素と、を有し、
前記第２の領域は、マグネシウムと、フッ素と、酸素と、を有する、リチウムイオン二次電池。
【請求項７】
正極活物質を有するリチウムイオン二次電池であって、
前記正極活物質は、第１の領域と、第２の領域と、を有し、
前記第１の領域は、前記正極活物質の内部に存在し、
前記第２の領域は、前記正極活物質の表層部および前記内部の一部に存在し、
前記第１の領域は、マンガンと、コバルトと、ニッケルと、酸素と、を有し、
前記第２の領域は、マグネシウムと、フッ素と、酸素と、を有する、リチウムイオン二次電池。
【請求項８】
請求項６又は請求項７において、
前記第２の領域の厚さは０．５ｎｍ以上５０ｎｍ以下である、リチウムイオン二次電池。
【請求項９】
請求項６又は請求項７において、
前記第２の領域の厚さは０．５ｎｍ以上３ｎｍ以下である、リチウムイオン二次電池。
【請求項１０】
請求項６乃至請求項９のいずれか一において、
前記第２の領域は、ニッケル、マンガン及びコバルトを有し、
前記第２の領域は、ニッケル、マンガン及びコバルトの和に対するマンガンの含有率は、前記第１の領域におけるにニッケル、マンガン及びコバルトの和に対するマンガンの含有率と比べて低い、リチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一様態は、物、方法、又は、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
器の製造方法に関する。特に、二次電池に用いることのできる正極活物質、二次電池、お
よび二次電池を有する電子機器に関する。
続きを表示（約 1,300 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】
現在リチウムイオン二次電池に要求されている特性としては、さらなる高容量化、サイク
ル特性の向上及び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。
【０００６】
リチウムイオン二次電池の容量を増やす方法の一つとして、充電電圧を高くすることが知
られている。たとえばリチウムイオン二次電池の正極活物質によく用いられるコバルト酸
リチウムの容量は、一般的に、充電電圧が４．３Ｖのときは１５５ｍＡｈ／ｇであるが、
充電電圧を４．６Ｖに上げると２２０ｍＡｈ／ｇとなる（図２１（Ａ）参照）。
【０００７】
しかしながら、充電電圧を高くすると、サイクル特性が悪化することも知られている。た
とえば一般的なコバルト酸リチウムは、充電電圧が４．４Ｖのときの３０サイクル後の容
量維持率は９５％以上であるが、充電電圧を４．６Ｖに上げると３０サイクル後の容量維
持率は５０％以下にまで低下する（図２１（Ｂ）参照）。
【０００８】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
特開２０１２－０１８９１４号公報
特開２０１６－０７６４５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
このように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の余地が残
されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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