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公開番号2025070918
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-02
出願番号2023208525
出願日2023-12-11
発明の名称二次電池
出願人株式会社AESCジャパン
代理人個人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250424BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】主な正極材料として三元系材料を使用する、安全性能を向上させることができる二次電池を提供する。
【解決手段】二次電池は、正極シートと、セパレータと、負極シートと、を含む。正極シートは、第1の活物質と第2の活物質とを含む正極材料を含む。第1の活物質は、層状構造材料であり、第2の活物質は、オリビン構造材料である。第1の活物質と第2の活物質の質量の合計に対する第2の活物質の質量割合は、5重量%～30重量%である。二次電池の放電曲線は、第1の電圧プラットフォームと第2の電圧プラットフォームを有する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極シートと、セパレータと、電解質と、負極シートと、を含む二次電池であって、
前記正極シートは、層状構造材料である第１の活物質と、オリビン構造材料である第２の活物質と、を含む正極材料を含み、
前記第１の活物質と前記第２の活物質の質量の合計に対する前記第２の活物質の質量割合は、５重量％～３０重量％であり、前記二次電池の放電曲線は、第１の電圧プラットフォーム及び第２の電圧プラットフォームを含み、前記二次電池の測定電圧ｙは、ｙ１
ｍｉｎ
＜ｙ＜ｙ１
ｍａｘ
又はｙ２
ｍｉｎ
＜ｙ＜ｙ２
ｍａｘ
の関係を満たし、ｙ１及びｙ２は式（１）及び式（２）を満たす、二次電池。
ｙ１＝０．５２６５ａ＋ｄ（１）
ｙ２＝－０．５２６５ｂ＋ｃ（２）
式中、ａは、前記第１の活物質と前記第２の活物質の質量の合計に対する前記第１の活物質の質量割合であり、ｂは、前記第１の活物質と前記第２の活物質の質量の合計に対する前記第２の活物質の質量割合であり、ｃは、前記第１の活物質が放電に関与する前記第１の電圧プラットフォームであり、前記第１の電圧プラットフォームは、３．７１４３Ｖ～３．７７４３Ｖであり、ｄは、前記第２の活物質が放電に関与する前記第２の電圧プラットフォームであり、前記第２の電圧プラットフォームは、３．１８７８Ｖ～３．２４７８Ｖである。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記放電曲線において放電に関与する前記第２の活物質の曲線比率比値は、前記質量割合ｂの８０％～８７％である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項３】
前記放電曲線に関与する第２の活物質の曲線比率は、４％～２５％である、請求項２に記載の二次電池。
【請求項４】
前記層状構造材料は、ＬｉＮｉ
ｘ
Ｃｏ
ｙ
Ｍ
１－ｘ－ｙ
Ｏ
２
であり、式中、０＜ｘ＜１であり、０＜ｙ＜１であり、元素Ｍは、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔａのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の二次電池。
【請求項５】
前記オリビン構造材料は、ＬｉＦｅ
ｚ
Ｇ
１－ｚ
ＰＯ
４
であり、式中、０＜ｚ＜１であり、元素Ｇは、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔａのうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の二次電池。
【請求項６】
前記第１の活物質の平均粒径Ｄ５０は、０．５μｍ～５μｍであり、前記第２の活物質の平均粒径Ｄ５０は、０．３μｍ～３μｍである、請求項１に記載の二次電池。
【請求項７】
前記第１の活物質は、単結晶及び／又は多結晶である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項８】
前記正極シートの配向度は、７０～９９であり、前記負極シートの配向度は、１０～６０である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項９】
前記正極シートの圧縮密度は、３．０ｇ／ｃｍ
３
～３．６ｇ／ｃｍ
３
であり、前記正極シートの一側に塗布された面密度は、０．０１４ｇ／ｃｍ
２
～０．０２ｇ／ｃｍ
２
である、請求項１に記載の二次電池。
【請求項１０】
前記負極シートの圧縮密度は、１．１ｇ／ｃｍ
３
～１．７ｇ／ｃｍ
３
であり、前記負極シートの一側に塗布された面密度は、０．００８ｇ／ｃｍ
２
～０．０１３ｇ／ｃｍ
２
である、請求項１に記載の二次電池。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、二次電池の技術分野に関し、特に二次電池に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
科学技術の進歩と環境保護改善のニーズの高まりに伴い、電気化学装置（リチウムイオン電池など）が人々の日常生活に浸透している。リチウムイオン電池の普及に伴い、特に電気自動車の発火・爆発事故などにより、その安全性能に対する注目が高まっている。その結果、ユーザ、アフターセールス関係者、リチウムイオン電池製造業者はいずれも、リチウムイオン電池の安全性能に対する新たな要求を提起している。これに関連して、さまざまな国でもより厳格な法律や規制が導入される。現在のリチウム電池の安全性状況に基づいて、リチウム電池の安全性を高めるためにいくつかの改良された設計を行う必要がある。
【０００３】
現在、三元系材料は、リチウムイオン電池の正極材料として使用されており、三元系材料は、高いエネルギー密度、高い電圧プラットフォーム、理想的な結晶構造、小さい自己放電、メモリー効果がないなどの優れた利点を有する。三元系材料は、現在、リチウムイオン電池で一般的に使用される。しかしながら、三元系材料の高温性能には欠陥があり、三元系材料のレート性能と構造安定性はリン酸鉄リチウムほど好ましくない。したがって、製造される三元系材料リチウムイオン電池は、リン酸鉄リチウムイオン電池と比較して、高温性能、サイクル性能、構造安定性が劣る。
【０００４】
したがって、上記の課題を解決するために、主な正極材料として三元系材料を使用する電池の安全性能を向上させることができる二次電池を設計する必要がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
関連技術の上述の欠点を考慮して、本発明は、現在入手可能な三元系二次電池の安全性能が低いという技術的課題を解決する二次電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的及び他の関連目的を達成するために、本発明は、正極シート、セパレータ、及び負極シートを含む二次電池を提供する。正極シートは、第１の活物質と、第２の活物質と、を含む正極材料を含む。
【０００７】
ここで、第１の活物質は層状構造材料である。第２の活物質は、オリビン構造材料である。第１の活物質と第２の活物質の質量の合計に対する第２の活物質の質量割合は、５重量％～３０重量％である。二次電池の放電曲線は、第１の電圧プラットフォームと第２の電圧プラットフォームを有する。二次電池の測定電圧ｙは、ｙ１
ｍｉｎ
＜ｙ＜ｙ１
ｍａｘ
又はｙ２
ｍｉｎ
＜ｙ＜ｙ２
ｍａｘ
の関係を満たし、ｙ１及びｙ２は式（１）及び（２）を満たす。
ｙ１＝０．５２６５ａ＋ｄ（１）
ｙ２＝－０．５２６５ｂ＋ｃ（２）
式中、ａは、第１の活物質と第２の活物質の質量の合計に対する第１の活物質の質量割合であり、ｂは、第１の活物質と第２の活物質の質量の合計に対する第２の活物質の質量割合であり、ｃは、第１の活物質が放電に関与する第１の電圧プラットフォームであり、第１の電圧プラットフォームは、３．７１４３Ｖ～３．７７４３Ｖであり、ｄは、第２の活物質が放電に関与する第２の電圧プラットフォームであり、第２の電圧プラットフォームは、３．１８７８Ｖ～３．２４７８Ｖである。
【０００８】
本発明の一実施形態において、放電曲線において放電に関与する第２の活物質の曲線比率比値は、質量割合ｂの８０％～８７％である。
【０００９】
本発明の一実施形態において、放電曲線に関与する第２の活物質の曲線比率は、４％～２５％である。
【００１０】
本発明の一実施形態において、層状構造材料は、ＬｉＮｉ
ｘ
Ｃｏ
ｙ
Ｍ
１－ｘ－ｙ
Ｏ
２
であり、式中、０＜ｘ＜１であり、０＜ｙ＜１であり、元素Ｍは、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｍｇ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｔａのうちの１つ以上を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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