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公開番号2025019008
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2024118607
出願日2024-07-24
発明の名称二次電池用正極活物質及びその製造方法
出願人日亜化学工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/58 20100101AFI20250130BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】正極製造時の生産性の低下が低減される二次電池用正極活物質及びその製造方法を提供する。
【解決手段】二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウム源、リン酸源、鉄源、炭素源、ホウ素のオキソ酸を含むホウ素源及び液媒体を含む混合物を準備することと、混合物を造粒して前駆体を得ることと、前駆体を熱処理してオリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を得ることと、を含む。混合物は、おけるホウ素源に含まれるホウ素原子の総モル量が、鉄源に含まれる鉄原子の総モル量に対して3モル%未満である。また二次電池用正極活物質は、オリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を含み、組成におけるホウ素含有率が0ppmより大きく1100ppm未満であり、比表面積が15m²/g以上である。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
リチウム源、リン酸源、鉄源、炭素源、ホウ素のオキソ酸を含むホウ素源及び液媒体を含む混合物を準備することと、
前記混合物を造粒して前駆体を得ることと、
前記前駆体を熱処理してオリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を得ることと、を含み、
前記混合物は、前記ホウ素源に含まれるホウ素原子の総モル量が、前記鉄源に含まれる鉄原子の総モル量に対して０モル％よりも大きく３モル％未満である、二次電池用正極活物質の製造方法。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記混合物は、リチウム源、リン酸源、鉄源及び液媒体を含む予備混合物を粉砕処理した後、炭素源及びホウ素源を混合して準備されるか、
リチウム源、リン酸源、鉄源、炭素源及び液媒体を含む予備混合物を粉砕処理した後、ホウ素源を混合して準備されるか、
リチウム源、リン酸源、鉄源、ホウ素源及び液媒体を含む予備混合物を粉砕処理した後、炭素源を混合して準備されるか、又は
リチウム源、リン酸源、鉄源、炭素源、ホウ素源及び液媒体を含む予備混合物を粉砕処理して準備される請求項１に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項３】
前記粉砕処理は、ボールミルを用いて１０時間以上行うことを含む請求項２に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項４】
前記混合物は、鉄原子に対する炭素源の質量割合が１５質量％以上３０質量％以下である請求項１に記載二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項５】
前記前駆体は、体積平均粒径Ｄ
５０
が１μｍ以上２０μｍ以下である請求項１に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項６】
前記熱処理は、窒素雰囲気において、５００℃以上７００℃以下で行われる請求項１に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項７】
オリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を含み、組成におけるホウ素含有率が０ｐｐｍより大きく１９００ｐｐｍ未満であり、比表面積が１５ｍ
２
／ｇ以上である二次電池用正極活物質。
【請求項８】
Ｎ－メチル－２－ピロリドンに対する吸油量が３０ｍｌ／１００ｇ以下である請求項７に記載の二次電池用正極活物質。
【請求項９】
３．５ＭＰａの圧力でペレットとした場合のペレット密度が２．００ｇ／ｃｍ
３
以上である請求項７に記載の二次電池用正極活物質。
【請求項１０】
前記リチウム遷移金属化合物は、下式で表される組成を有する請求項７に記載の二次電池用正極活物質。
Ｌｉ
ｘ
（Ｆｅ
（１－ｙ）
Ｍ
１
ｙ
）
（１－ｚ）
Ｍ
２
ｚ
（ＰＯ
４
）
ｗ
（式中、ｘ、ｙ、ｚ及びｗは、０．９＜ｘ＜１．３、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜０．３、０．９≦ｗ≦１．３を満たす。Ｍ
１
は、Ｍｎ、Ｃｏ及びＮｉからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含み、Ｍ
２
は、Ｍｏ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｅ及びＣｒからなる群から選択される少なくとも１種の金属元素を含む）

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、二次電池用正極活物質及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池に利用可能な正極活物質として、オリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物が知られている。例えば、特許文献１には、オリビン構造を有し、ホウ素ドーピングされたリチウム挿入化合物が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特表２００７－５０２２４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
二次電池において高い出力特性を得る手法として、正極活物質の比表面積を大きくすることが考えられる。しかしながら、比表面積が大きい正極活物質を用いて正極を製造すると生産性が低下する場合があった。本開示の一態様は、正極製造時の生産性の低下が低減される二次電池用正極活物質及びその製造方法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】
【０００５】
第一態様は、リチウム源、リン酸源、鉄源、炭素源、ホウ素のオキソ酸を含むホウ素源及び液媒体を含む混合物を準備することと、混合物を造粒して前駆体を得ることと、前駆体を熱処理してオリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を得ることと、を含む二次電池用正極活物質の製造方法である。混合物は、ホウ素源に含まれるホウ素原子の総モル量が、鉄源に含まれる鉄原子の総モル量に対して０モル％よりも大きく３モル％未満である。
【０００６】
第二態様は、オリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を含み、組成におけるホウ素含有率が０ｐｐｍより大きく１９００ｐｐｍ未満であり、比表面積が１５ｍ
２
／ｇ以上である二次電池用正極活物質である。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一態様によれば、正極製造時の生産性の低下が低減される二次電池用正極活物質及びその製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本明細書において「工程」との語は、独立した工程だけではなく、他の工程と明確に区別できない場合であってもその工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。また組成物中の各成分の含有量は、組成物中に各成分に該当する物質が複数存在する場合、特に断らない限り、組成物中に存在する当該複数の物質の合計量を意味する。さらに本明細書に記載される数値範囲の上限及び下限は、数値範囲として例示された数値をそれぞれ任意に選択して組み合わせることが可能である。以下、本発明の実施形態を詳細に説明する。ただし、以下に示す実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための、二次電池用正極活物質及びその製造方法を例示するものであって、本発明は、以下に示す二次電池用正極活物質及びその製造方法に限定されない。
【０００９】
二次電池用正極活物質の製造方法
二次電池用正極活物質の製造方法は、リチウム源、リン酸源、鉄源、炭素源、ホウ素のオキソ酸を含むホウ素源及び液媒体を含む混合物を準備する準備工程と、準備した混合物を造粒して前駆体を得る造粒工程と、準備した前駆体を熱処理してオリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物を得る熱処理工程と、を含む。
【００１０】
ホウ素源を１次添加して得られる混合物を熱処理して得られるリチウム遷移金属化合物は、充分な比表面積を有していながら、二次電池用の正極製造時に用いられる正極材料ペーストの粘度を低減することができる。正極材料ペーストの粘度が低いことにより、良好な出力特性を有する正極を生産性よく製造することができる。ここでホウ素源の１次添加とは、オリビン構造を有するリチウム遷移金属化合物の原料混合物にホウ素源を添加して、ホウ素源の存在下でリチウム遷移金属化合物を合成することを意味する。なお、合成したリチウム遷移金属化合物にホウ素源を添加して熱処理等を行う場合を２次添加と称する。
（【００１１】以降は省略されています）

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