特許ウォッチ

公開番号2025019577
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-07
出願番号2023123254
出願日2023-07-28
発明の名称リチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池
出願人住友金属鉱山株式会社,国立大学法人横浜国立大学
代理人個人,個人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250131BHJP(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た場合に、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極活物質を提供する。
【解決手段】複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物と、結晶化したリン酸リチウムと、を含み、
前記層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物の中性子回折による結晶構造解析において、
リチウムサイト(3bサイト)に占めるリチウム以外の元素の割合が3%以上8%以下である、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物と、結晶化したリン酸リチウムと、を含み、
前記層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物の中性子回折による結晶構造解析において、
リチウムサイト（３ｂサイト）に占めるリチウム以外の元素の割合が３％以上８％以下である、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記一次粒子の平均粒子径が２０ｎｍ以上２５０ｎｍ以下である、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項３】
前記層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物の中性子回折による結晶構造解析において、メタルサイト（３ａサイト）に占めるリチウム元素の割合が３％以上８％以下である、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項４】
前記リチウムイオン二次電池用正極活物質が、一般式：ｋＬｉ
３
ＰＯ
４
－（１－ｋ）Ｌｉ
ｓ
Ｎｉ
１－ｘ－ｙ－ｚ
Ｃｏ
ｘ
Ｍｎ
ｙ
Ｍ
ｚ
Ｏ
２＋α
（ただし、０＜ｋ＜０．１、０≦ｘ≦０．３５、０≦ｙ≦０．３５、０≦ｚ≦０．１０、１．００≦ｓ＜１．３０、０≦α≦０．２、元素Ｍは、Ｖ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｔｉ、ＷおよびＡｌから選ばれる少なくとも１種の元素）で表される、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項５】
前記結晶化したリン酸リチウムは、前記層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物の一次粒子表面の少なくとも一部を被覆し、かつ前記層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物の二次粒子の内部または表面に分散している、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項６】
複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、
層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物と、リン酸リチウムとを混合して混合物を調製する混合工程と、
前記混合工程で得られた前記混合物に機械的応力を加え、アモルファスもしくは低結晶性のＮｉＯ類似岩塩型構造を有するミリング処理物とするミリング工程と、
前記ミリング工程で得られた前記ミリング処理物を、２℃／分以下の速度で昇温し、６２０℃以上７００℃以下の温度で熱処理する熱処理工程と、を有する、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
【請求項７】
正極、負極、および非水系電解質を少なくとも備え、
前記正極は、請求項１または請求項２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含む、リチウムイオン二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウムイオン二次電池用正極活物質、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法、リチウムイオン二次電池に関するものである。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、電気自動車用（以下、「ＥＶ」とも記載する）の航続距離拡大のため、エネルギー密度の高い二次電池が強く望まれている。このような二次電池として、リチウム、リチウム合金、金属酸化物あるいはカーボンを負極として用いるリチウムイオン二次電池が注目されている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池のさらなる性能向上を目的として、リチウムイオン二次電池に用いる正極活物質について、従来から検討、提案がなされてきた。
【０００４】
ＥＶ用リチウムイオン二次電池の正極に使用されている正極活物質として例えばＬｉＮｉ
１－ｘ－ｙ
Ｃｏ
ｘ
Ａｌ
ｙ
Ｏ
２
（以下、「ＮＣＡ」とも記載する）が知られている。ＮＣＡは、ニッケル酸リチウム：ＬｉＮｉＯ
２
（以下、「ＬＮＯ」とも記載する）のＮｉの一部をＣｏとＡｌに置換した正極活物質であり、Ｃｏ置換によって充放電時の結晶構造変化が抑制され、Ａｌ置換によって熱安定性が向上している。
【０００５】
例えば、特許文献１には、遷移金属複合酸化物からなる粒子状の正極活物質を含む非水電解質二次電池用正極合剤が開示され、遷移金属複合酸化物として、コバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ
２
）等が挙げられている。
【０００６】
また、特許文献２には、層状岩塩型構造を有する遷移酸化物のリチウム塩を含む正極活物質粒子が開示されている。また、層状岩塩型構造を有する遷移酸化物のリチウム塩として、ＬｉＮｉ
ｘ
Ｃｏ
ｙ
Ｍ
ｚ
Ｏ
２
（ただし、Ｍは、ＡｌまたはＭｎであり、０＜ｘ＜１，０＜ｙ＜１，ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２０２０－１３６０９３号公報
特開２０１６－１１０７１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１、２に開示された正極活物質は、リチウムイオン二次電池に適用し、繰り返し充放電を行った場合に、容量低下が大きいという問題があった。
【０００９】
そこで上記従来技術が有する問題に鑑み、本発明の一側面では、リチウムイオン二次電池に用いた場合に、サイクル特性に優れたリチウムイオン二次電池用正極活物質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】
【００１０】
上記課題を解決するため本発明の一態様によれば、
複数の一次粒子が互いに凝集した二次粒子を含むリチウムイオン二次電池用正極活物質であって、
層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物と、結晶化したリン酸リチウムと、を含み、
前記層状岩塩型構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物の中性子回折による結晶構造解析において、
リチウムサイト（３ｂサイト）に占めるリチウム以外の元素の割合が３％以上８％以下である、リチウムイオン二次電池用正極活物質を提供する。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許