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公開番号2025073527
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-13
出願番号2023184422
出願日2023-10-27
発明の名称正極活物質及びリチウムイオン二次電池
出願人本田技研工業株式会社
代理人個人,個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/58 20100101AFI20250502BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は、高電圧作動できるFeベースの正極活物質及び該正極活物質を含むリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。そして、かかる正極活物質及びリチウムイオン二次電池は、エネルギーの効率化に寄与するものである。
【解決手段】リチウム鉄複合フッ化物を主成分とする正極活物質であって、
前記リチウム鉄複合フッ化物が、下記式(1)で表される、正極活物質。
Li_xFeF_(3+x) (1)
式(1)中、xは、0.5<x<1.5を満たす数である。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項１】
リチウム鉄複合フッ化物を主成分とする正極活物質であって、
前記リチウム鉄複合フッ化物が、下記式（１）で表される、正極活物質。
Ｌｉ
ｘ
ＦｅＦ
（３＋ｘ）
（１）
式（１）中、ｘは、０．５＜ｘ＜１．５を満たす数である。
続きを表示（約 590 文字）【請求項２】
前記式（１）中、ｘが０．６≦ｘ≦１．０を満たす、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
Ｘ線回折パターンにおいて、２０°≦２θ＜２５°の範囲及び２５°≦２θ≦３０°の範囲にピークを有する、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
正極と、負極と、電解質とを備えるリチウムイオン二次電池であって、前記正極が、請求項１～３のいずれかに記載の正極活物質を含有する、リチウムイオン二次電池。
【請求項５】
充放電サイクルの放電時のｄＱ／ｄＶプロットが、３．７７～４．０Ｖの範囲にピークを有する、請求項４に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項６】
充放電サイクルの放電時のｄＱ／ｄＶプロットにおける３．３～３．５Ｖのピーク高さに対して、３．７７～４．０Ｖのピーク高さが１．２倍～４．４倍である、請求項４に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項７】
平均放電電圧が３．８～４．０Ｖである、請求項４に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項８】
前記電解質が、液体電解質、固体電解質又は半固体電解質である、請求項４に記載のリチウムイオン二次電池。
【請求項９】
前記負極が、金属リチウム又はグラファイトである、請求項４に記載の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、正極活物質及びリチウムイオン二次電池に関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、より多くの人々が手ごろで信頼でき、持続可能かつ先進的なエネルギーへのアクセスを確保できるようにするため、エネルギーの効率化に貢献する二次電池に関する研究開発が行われている。特に、リチウムイオン二次電池は、電気自動車（ＥＶ）、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等の動力源としてその重要性はますます高まっている。
【０００３】
正極活物質は、リチウムイオン二次電池の容量を決定する重要な構成要素として注目され、開発が進められている。リチウムイオン二次電池に使用する正極活物質として、例えば、資源リスクの低い鉄（Ｆｅ）ベースのリン酸鉄リチウム（ＬｉＦｅＰＯ
４
）が知られている。ＬｉＦｅＰＯ
４
は、サイクル特性及び安全性に優れているが、電圧が低く容量が小さいため、従来利用されているニッケル（Ｎｉ）やコバルト（Ｃｏ）ベースの材料と比較して、電圧と容量との積で表されるエネルギー密度（電圧×容量）が小さい。小型の電池を構築するのに、高エネルギー密度の電極材料が求められており、高エネルギー密度の実現には、電池の高電圧作動が重要である。
【０００４】
資源リスクの低い元素を含む材料を用いた電池の高電圧化を目的として、高価数の遷移金属の利用（例えば、Ｆｅ
２＋
⇔Ｆｅ
３＋
ではなく、Ｆｅ
３＋
⇔Ｆｅ
４＋
）が期待されている。しかし、Ｆｅ
４＋
は、非常に不安定で、副反応によりＦｅ
３＋
となり、あるいは、Ｆｅ
４＋
には非常に多くのエネルギーが必要となり、生成しないことがある。そのため、正極活物質としてＦｅ
３＋
の化合物を利用しても、必ずしも高電圧作動できるわけではない。
【０００５】
例えば、非特許文献１には、フッ化第二鉄（ＦｅＦ
３
）の使用により、充放電においてＬｉＦｅＦ
３
が生成し、平均放電電圧が３．１Ｖであることが報告されている。非特許文献２には、ＬｉＦｅＯ
２
は高いエネルギー密度が期待できると報告されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
F.Badway, et al., “Carbon Metal Fluoride Nanocomposites” J. Electrochem. Soc., 150(10) A1318-A1327 (2003)
Y.Hu, et al., “A Simple, Quick and Eco-Friendly Strategy of Synthesis Nanosized α-LiFeO2 Cathode with Excellent Electrochemical Performance for Lithium-Ion Batteries” Materials, 11, 1176 (2018)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
非特許文献２では、実際の電圧は２．５Ｖ程度であり、予想された電圧よりも低い。非特許文献１の平均放電電圧（３．１Ｖ）も、ＬｉＦｅＰＯ
４
の電圧より低く、さらなる高電圧化のため、改善の余地がある。
【０００８】
本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、高電圧作動できるＦｅベースの正極活物質及び該正極活物質を含むリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。そして、延いては資源リスクを低減し、低コスト化に寄与するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
［１］リチウム鉄複合フッ化物を主成分とする正極活物質であって、
前記リチウム鉄複合フッ化物が、下記式（１）で表される、正極活物質。
Ｌｉ
ｘ
ＦｅＦ
（３＋ｘ）
（１）
式（１）中、ｘは、０．５＜ｘ＜１．５を満たす数である。
【００１０】
［１］に係る正極活物質は、平均放電電圧が高く、高電圧作動できる。このため、該正極活物質を含むリチウムイオン二次電池において、必要な電池の数を減少させ、低コスト化に貢献できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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