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公開番号2025031385
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-03-07
出願番号2023137579
出願日2023-08-25
発明の名称板状コバルト酸リチウム粒子とその製造方法、焼結体、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人個人
主分類C01G 51/00 20250101AFI20250228BHJP(無機化学)
要約【課題】緻密な焼結体を作製可能な新規な板状コバルト酸リチウム粒子とその製造方法を提供すること。
【解決手段】平面部の面積を厚さで除した値(面積/厚さ)が20～4000μmである板状コバルト酸リチウム粒子とする。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
板状であるコバルト酸リチウム粒子であって、
平面部の面積を厚さで除した値（面積／厚さ）が２０～４０００μｍである、
板状コバルト酸リチウム粒子。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記平面部が六角形状である
請求項１の板状コバルト酸リチウム粒子。
【請求項３】
板状であるα－Ｃｏ（ＯＨ）
２
粒子とリチウム源とを水熱反応させて、板状であるコバルト酸リチウム粒子を得る工程を含む、
板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
【請求項４】
前記水熱反応の際に静置する
請求項３の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
【請求項５】
前記水熱反応と同時に溶液を撹拌する撹拌工程を含み、
前記撹拌工程における撹拌速度は、８００ｒｐｍ以下である
請求項３の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
【請求項６】
前記水熱反応における水量は、前記板状α－Ｃｏ（ＯＨ）
２
粒子１ｇに対して、１００ｍｌ～６００ｍｌである
請求項３の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
【請求項７】
前記リチウム源は、水酸化リチウム一水和物である、
請求項３の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
【請求項８】
請求項１の板状コバルト酸リチウム粒子を含む材料の焼結体であり、相対密度が９８％以上である、
焼結体。
【請求項９】
請求項８の焼結体を含む
リチウムイオン二次電池用正極。
【請求項１０】
請求項９のリチウムイオン二次電池用正極を含む、
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、主にリチウムイオン二次電池の正極活物質として使用される板状コバルト酸リチウム粒子とその製造方法に関する。さらに、本発明は、板状コバルト酸リチウム粒子を正極活物質に用いたリチウムイオン二次電池用正極と、これを含むリチウムイオン二次電池に関する。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、リチウムイオン二次電池は、高エネルギー密度を有する等の理由から広く普及し、携帯電話やデジタルカメラ、ノートパソコン等の携帯用小型機器の電源として搭載されている。また、リチウムイオン二次電池は、エネルギー資源枯渇問題や地球温暖化等の観点から、ハイブリッド自動車や電気自動車、または、太陽光や風力等の自然エネルギー発電による電力貯蔵用等の大型産業用途への開発が進められている。リチウムイオン二次電池は、これらの電源の利用拡大のために更なる高エネルギー密度化、長寿命化が求められている。
【０００３】
リチウムイオン二次電池の正極材料は、高エネルギー密度の観点から高電位で作動するリチウム複合酸化物としてコバルト酸リチウム（ＬｉＣｏＯ
２
）が用いられる場合がある。
【０００４】
例えば、非特許文献１には、β－Ｃｏ（ＯＨ）
２
を前駆体として水熱合成法によってコバルト酸リチウムを得ることが記載されている。また、非特許文献２には、機械的方法で合成したコバルト酸リチウム粒子を６００℃～８００℃の高温で加熱することにより、一次粒子のサイズが増加したコバルト酸リチウム粒子を得ることが記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
Ｃｈａｎｇ，Ｈ．Ｊ．Ｋｗｅｏｎ，Ｂ．Ｋ．Ｋｉｍ，Ｄ．Ｙ．Ｊｕｎｇ，Ｙ．Ｕ．Ｋｗｏｎ，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＰｏｗｅｒＳｏｕｒｃｅｓ，１０４（２００２）１２５－１３１．
Ｘ．Ｘｉａｏ，Ｘ．Ｌｉｕ，Ｌ．Ｗａｎｇ，Ｈ．Ｚｈａｏ，Ｚ．Ｈｕ，Ｚ．Ｈｅ，Ｙ．Ｌｉ，ＮａｎｏＲｅｓ．，５（６）（２０１２）３９５－４０１．
Ｚ．Ｌｉｕ，Ｒ．Ｍａ，Ｍ．Ｏｓａｄａ，Ｋ．Ｔａｋａｄａ，Ｔ．Ｓａｓａｋｉ，Ｊ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ．，１２７，（２００５）ｐｐ．１３８６９－１３８７４
Ｍ．Ｏｋｕｂｏ，Ｅ．Ｈｏｓｏｎｏ，Ｊ．Ｋｉｍ，Ｍ．Ｅｎｏｍｏｔｏ，Ｎ．Ｋｏｊｉｍａ，Ｔ．Ｋｕｄｏ，Ｈ．Ｚｈｏｕ，Ｉ．Ｈｏｎｍａ，Ｊ．ＡＭ．ＣＨＥＭ．ＳＯＣ．，１２９，（２００７）ｐｐ．７４４４－７４５２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１、２のような従来の方法の場合、例えば、コバルト酸リチウムを含む材料を高温（９００℃程度）で焼成しても、緻密な焼結体を得ることが困難であった。このため、焼結体をリチウムイオン二次電池用正極として使用する場合、単位面積当たりの充放電量が必ずしも十分ではなかった。また、非特許文献１、２のような従来の方法の場合、コバルト酸リチウムの一次粒子が小さくなりすぎると、充放電に伴うリチウムイオンの挿入脱離によって結晶構造の維持が困難となり、これが理由で電池の劣化や良好な充放電容量が得られないことが知られている（非特許文献４）。
【０００７】
本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、緻密な焼結体を作製可能な新規な板状コバルト酸リチウム粒子とその製造方法を提供することを課題としている。また、本発明は、緻密な組織を有する焼結体、リチウムイオン二次電池用正極、およびこれを含むリチウムイオン二次電池を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するため、以下の板状コバルト酸リチウム粒子とその製造方法、焼結体、リチウムイオン二次電池用正極およびリチウムイオン二次電池が提供される。
［１］板状であるコバルト酸リチウム粒子であって、
平面部の面積を厚さで除した値が２０～４０００μｍである、
板状コバルト酸リチウム粒子。
［２］前記平面部が六角形状である
前記［１］の板状コバルト酸リチウム粒子。
［３］板状であるα－Ｃｏ（ＯＨ）
２
粒子とリチウム源とを水熱反応させて、板状であるコバルト酸リチウム粒子を得る工程を含む、
板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
［４］前記水熱反応の際に静置する
前記［３］の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
［５］前記水熱反応と同時に溶液を撹拌する撹拌工程を含み、
前記撹拌工程における撹拌速度は、８００ｒｐｍ以下である
前記［３］の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
［６］前記水熱反応における水量は、前記板状α－Ｃｏ（ＯＨ）
２
粒子１ｇに対して、１００ｍｌ～６００ｍｌである
前記［３］の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
［７］前記リチウム源は、水酸化リチウム一水和物である、
前記［３］の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法。
［８］前記［１］の板状コバルト酸リチウム粒子を含む材料の焼結体であり、相対密度が９８％以上である、
焼結体。
［９］前記［８］の焼結体を含む
リチウムイオン二次電池用正極。
［１０］前記［９］のリチウムイオン二次電池用正極を含む、
リチウムイオン二次電池。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の板状コバルト酸リチウム粒子によれば、従来の導電助剤、結着剤、有機電解液を用いたリチウムイオン二次電池や全固体リチウムイオン二次電池の正極（リチウムイオン二次電池用正極）として利用可能な緻密な焼結体を得ることができる。本発明の板状コバルト酸リチウム粒子の製造方法によれば、所望の板状コバルト酸リチウム粒子を安定に製造することができる。本発明の焼結体およびリチウムイオン二次電池用正極は、相対密度が９８％以上であり、緻密な組織を有している。本発明のリチウムイオン二次電池は、充放電量に優れている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明のリチウムイオン二次電池の一実施形態を例示した概要断面図である。
実施例２で合成したコバルト酸リチウム粒子（平板部方向）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を示した図である。
実施例２で合成したコバルト酸リチウム粒子（厚さ方向）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を示した図である。
実施例３で合成したコバルト酸リチウム粒子（平板部方向）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を示した図である。
実施例３で合成したコバルト酸リチウム粒子（厚さ方向）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を示した図である。
実施例４で合成したコバルト酸リチウム粒子（厚さ方向）を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を示した図である。
実施例５で作製した試験用電池セルの電池特性の評価を行った結果を示す図である。
実施例７で作製した試験用電池セルの全固体電池特性の評価を行った結果を示す図である。
β－ＣＯ（ＯＨ）
２
を用いたコバルト酸リチウム粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を示す図である。
１０００ｒｐｍの回転速度で撹拌しながら、水熱合成を行って得たコバルト酸リチウム粒子を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）にて観察した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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