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公開番号2025061759
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-11
出願番号2025009754,2024021208
出願日2025-01-23,2018-05-17
発明の名称正極活物質および二次電池
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 20100101AFI20250403BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高容量でサイクル特性のよい正極活物質を提供する。
【解決手段】充電状態と放電状態において、結晶構造の変化が少ない正極活物質とする。
例えば放電状態において層状岩塩型の結晶構造を有し、4.6V程度の高電圧で充電した
状態において擬スピネル型の結晶構造を有する正極活物質は、既知の正極活物質よりも充
放電の前後で結晶構造および体積の変化が少ない。この擬スピネル型結晶構造を有すると
、XRDで分析したとき、2θ=19.30±0.20°、および2θ=45.55±0
.10°に回折ピークが生じる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極と、負極と、を有する二次電池であって、
前記正極のＸＲＤパターンをリートベルト法により解析したとき、
前記正極は、擬スピネル型結晶構造を有し、
前記擬スピネル型結晶構造の割合は、６０ｗｔ％以上である、二次電池。
続きを表示（約 630 文字）【請求項２】
リチウムと、コバルトと、マグネシウムと、酸素と、フッ素と、を有する正極活物質であって、
前記正極活物質を正極に用い、リチウム金属を負極に用いたリチウムイオン二次電池を、２５℃環境下において電池電圧が４．６Ｖとなるまで定電流充電し、その後電流値が０．０１Ｃとなるまで定電圧充電した後、前記正極をＣｕＫα１線による粉末Ｘ線回折で分析したとき、
２θ＝１９．３０±０．２０°、および２θ＝４５．５５±０．１０°に回折ピークを有する、正極活物質。
【請求項３】
リチウムと、コバルトと、マグネシウムと、酸素と、フッ素と、を有する正極活物質であって、
充電深度０．８以上の前記正極活物質において存在比が６０ｗｔ％以上ある結晶構造の、ユニットセルあたりの体積と、
充電深度０．０６以下の前記正極活物質において存在比が６０ｗｔ％以上ある結晶構造の、ユニットセルあたりの体積と、
の差が、２．５％以内である、正極活物質。
【請求項４】
請求項２または請求項３のいずれか一において、
前記正極活物質は、Ｔｉを有する、正極活物質。
【請求項５】
請求項２乃至請求項４のいずれか一において、
前記正極活物質は、Ａｌを有する、正極活物質。
【請求項６】
請求項２乃至請求項５のいずれか一の正極活物質を有する正極と、
負極と、を有する二次電池。

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、電子機器、
またはそれら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 2,100 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、高エネルギー密度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、次世代クリーンエネルギー自動車（ハ
イブリッド車（ＨＥＶ）、電気自動車（ＥＶ）、プラグインハイブリッド車（ＰＨＥＶ）
等）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】
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、さらなる高エネルギー密度化、
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】
そこで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を目指した、正極活
物質の改良が検討されている（特許文献１、特許文献２および非特許文献１）。また、正
極活物質の結晶構造に関する研究も行われている（非特許文献２乃至非特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
特開２００６－１６４７５８号公報
特表２０１４－５２３８４０号公報
【非特許文献】
【０００８】
Ｊａｅ－ＨｙｕｎＳｈｉｍｅｔａｌ， “ＣｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎｏｆＳｐｉｎｅｌＬｉｘＣｏ２Ｏ４－ＣｏａｔｅｄＬｉＣｏＯ２ＰｒｅｐａｒｅｄｗｉｔｈＰｏｓｔ－ＴｈｅｒｍａｌＴｒｅａｔｍｅｎｔａｓａＣａｔｈｏｄｅＭａｔｅｒｉａｌｆｏｒＬｉｔｈｉｕｍＩｏｎＢａｔｔｅｒｉｅｓ”，ＣＨＥＭＩＳＴＲＹＯＦＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，２０１５，２７，ｐｐ．３２７３－３２７９
ＴｏｙｏｋｉＯｋｕｍｕｒａｅｔａｌ，“ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄＸ－ｒａｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｎｅａｒ－ｅｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＯ３－ａｎｄＯ２－ｌｉｔｈｉｕｍｃｏｂａｌｔｏｘｉｄｅｓｆｒｏｍｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１２，２２，ｐｐ．１７３４０－１７３４８
Ｍｏｔｏｈａｓｈｉ，Ｔ．ｅｔａｌ，“ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｌａｙｅｒｅｄｃｏｂａｌｔｏｘｉｄｅｓｙｓｔｅｍＬｉｘＣｏＯ２（０．０≦ｘ≦１．０）”，ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ，８０（１６）；１６５１１４
ＺｈａｏｈｕｉＣｈｅｎｅｔａｌ， “ＳｔａｇｉｎｇＰｈａｓｅＴｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｉｎＬｉｘＣｏＯ２”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００２，１４９（１２）Ａ１６０４－Ａ１６０９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の一態様は、さらに高容量で充放電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課題の一とする。または、本発明の一態様は、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
物質を提供することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、高容量の二次電池を
提供することを課題の一とする。本発明の一態様は、充放電特性の優れた二次電池を提供
することを課題の一とする。または、本発明の一態様は、安全性又は信頼性の高い二次電
池を提供することを課題の一とする。
【００１０】
または、本発明の一態様は、新規な物質、活物質粒子、蓄電装置、又はそれらの作製方法
を提供することを課題の一とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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