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公開番号2025077879
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-19
出願番号2023190384
出願日2023-11-07
発明の名称正極活物質及び電池
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250512BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】正極活物質のニッケルの比率が高く、かつ拘束圧力が低い状態でも優れた容量維持率を示す電池が得られる正極活物質、及びこの正極活物質を用いる電池を提供する。
【解決手段】遷移金属としてニッケルを含み、ニッケルの比率が遷移金属全体の70モル%以上であり、多結晶粒子と単結晶粒子とを含み、多結晶粒子の水酸化リチウム量A(質量%)と、単結晶粒子の水酸化リチウム量B(質量%)とから計算されるB/Aの値が1.03～1.9である、正極活物質。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
遷移金属としてニッケルを含み、ニッケルの比率が遷移金属全体の７０モル％以上であり、
多結晶粒子と単結晶粒子とを含み、
多結晶粒子の水酸化リチウム量Ａ（質量％）と、単結晶粒子の水酸化リチウム量Ｂ（質量％）とから計算されるＢ／Ａの値が１．０３～１．９である、正極活物質。
続きを表示（約 220 文字）【請求項２】
前記正極活物質は層状構造を有する、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
多結晶粒子と単結晶粒子との質量比（多結晶粒子：単結晶粒子）は６０：４０～９０：１０の範囲内である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の正極活物質を含む正極を備える、電池。
【請求項５】
拘束圧力が５００ｋＰａ未満である、請求項４に記載の電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、正極活物質及び電池に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムと遷移金属との複合酸化物であるリチウム遷移金属複合酸化物は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として広く利用されている。
リチウム遷移金属複合酸化物のなかでも遷移金属としてニッケルを含み、かつニッケルの比率が遷移金属全体の７０モル％以上であるものはエネルギー密度が高く、正極活物質としての利用が拡大している。
【０００３】
ニッケルの比率が高い正極活物質は充放電に伴う体積変化が大きく、粒子の割れが発生しやすい傾向にある。特に、正極活物質が多結晶構造を有する粒子の状態であると、多結晶構造中の結晶粒界に割れが発生しやすい。正極活物質の粒子の割れは、電池のサイクル寿命の低下の要因となる。そこで、正極活物質の多結晶粒子に比較的割れが生じにくい単結晶粒子を組み合わせることでサイクル寿命の低下を抑制することが検討されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２２－６３６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
正極活物質の多結晶粒子と単結晶粒子とを含む正極を備える電池は、正極活物質のニッケルの比率が高く、かつ電池の拘束圧力が低い状態における容量維持率に改善の余地がある。
本開示は、正極活物質のニッケルの比率が高く、かつ拘束圧力が低い状態でも優れた容量維持率を示す電池が得られる正極活物質、及びこの正極活物質を用いる電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞遷移金属としてニッケルを含み、ニッケルの比率が遷移金属全体の７０モル％以上であり、
多結晶粒子と単結晶粒子とを含み、
多結晶粒子の水酸化リチウム量Ａ（質量％）と、単結晶粒子の水酸化リチウム量Ｂ（質量％）とから計算されるＢ／Ａの値が１．０３～１．９である、正極活物質。
＜２＞前記正極活物質は層状構造を有する、＜１＞に記載の正極活物質。
＜３＞多結晶粒子と単結晶粒子との質量比（多結晶粒子：単結晶粒子）は６０：４０～９０：１０の範囲内である、＜１＞又は＜２＞に記載の正極活物質。
＜４＞＜１＞～＜３＞のいずれか１項に記載の正極活物質を含む正極を備える、電池。
＜５＞拘束圧力が５００ｋＰａ未満である、＜４＞に記載の電池。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一実施形態によれば、正極活物質のニッケルの比率が高く、かつ拘束圧力が低い状態でも優れた容量維持率を示す電池が得られる正極活物質、及びこの正極活物質を用いる電池が提供される。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示において、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、「工程」という語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本開示において、２以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本開示において、各成分の量は、各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、複数種の物質の合計量を意味する。
【０００９】
＜正極活物質＞
本開示の正極活物質は、
遷移金属としてニッケルを含み、ニッケルの比率が遷移金属全体の７０モル％以上であり、
多結晶粒子と単結晶粒子とを含み、
多結晶粒子の水酸化リチウム量Ａ（質量％）と、単結晶粒子の水酸化リチウム量Ｂ（質量％）とから計算されるＢ／Ａの値が１．０３～１．９である。
【００１０】
後述する実施例に示すように、正極活物質が多結晶粒子と単結晶粒子とを含み、かつＢ／Ａの値が１．０３～１．９の範囲内である正極活物質を用いて得られる電池は、正極活物質が多結晶粒子又は単結晶粒子のいずれかを含まないか、又はＢ／Ａの値が１．０３～１．９の範囲外である正極活物質を用いて得られる電池に比べて優れた容量維持率を示す。この理由は、例えば、下記のように推察される。ただし、本開示は以下の推察によって制限されるものではない。
（【００１１】以降は省略されています）

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