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公開番号2025084567
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-03
出願番号2023198562
出願日2023-11-22
発明の名称電極活物質、電極、および、リチウムイオン二次電池
出願人住友ゴム工業株式会社
代理人弁理士法人朝日奈特許事務所
主分類H01M 4/60 20060101AFI20250527BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リチウムイオン二次電池の電極を構成する電極活物質の充放電容量と容量維持率を向上させること。
【解決手段】有機硫黄化合物を含む粒子からなる電極活物質であって、前記電極活物質中の酸素含有量(質量%)がA_Oであり、硫黄含有量(質量%)がA_Sである場合において、A_OとA_Sとが下記式を満たす電極活物質。
(1) A_O>9.0
(2) A_S>45.0
(3) A_O×A_S>550
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
有機硫黄化合物を含む粒子からなる電極活物質であって、
前記電極活物質中の酸素含有量（質量％）がＡ
O
であり、硫黄含有量（質量％）がＡ
S
である場合において、Ａ
O
とＡ
S
とが下記式を満たす電極活物質。
（１）Ａ
O
＞９．０
（２）Ａ
S
＞４５．０
（３）Ａ
O
×Ａ
S
＞５５０
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
式（１）の右辺が１１．０である、請求項１記載の電極活物質。
【請求項３】
式（２）の右辺が５０．０である、請求項１記載の電極活物質。
【請求項４】
式（３）の右辺が５７０である、請求項１記載の電極活物質。
【請求項５】
前記活物質が、鉄、モリブデン、バナジウムおよびチタンからなる群から選択される少なくとも一つの金属を含む金属化合物をさらに含む、請求項１～４記載の電極活物質。
【請求項６】
前記金属化合物が鉄化合物である、請求項５の電極活物質。
【請求項７】
請求項１～４のいずれか１項に記載の電極活物質を含んでなる電極。
【請求項８】
前記電極が集電体を備え、
前記集電体は金属箔を含み、
前記電極活物質の前記集電体への塗布密度（ｍｇ／ｃｍ
2
）をＤとするとき、ＤとＡ
O
とＡ
S
とが以下の式を満たす、請求項７記載の電極。
（４）Ｄ×（Ａ
O
×Ａ
S
）＞１０００
【請求項９】
前記電極が集電体を備え、
前記集電体は金属箔を含み、
前記電極活物質の前記集電体への塗布密度（ｍｇ／ｃｍ
2
）をＤ、前記金属箔の厚さをＴ（μｍ）とするとき、ＤとＴとＡ
O
とＡ
S
とが以下の式を満たす、請求項７記載の電極。
（５）Ｄ×（Ａ
O
×Ａ
S
）／Ｔ＞６０
【請求項１０】
前記電極が集電体を備え、
前記集電体は金属箔を含み、
前記電極活物質の前記集電体への塗布密度（ｍｇ／ｃｍ
2
）をＤとするとき、Ｄが２．５０ｍｇ／ｃｍ
2
超である、請求項７記載の電極。
（【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、新規な電極活物質、当該電極活物質を含んでなる電極、および、当該電極を含んでなるリチウムイオン二次電池に関する。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウムイオン二次電池は充放電容量が大きいため、主として携帯電子機器用の電池として用いられている。またリチウムイオン二次電池は、電気自動車用の電池としても使用量が増加しており、性能の向上が期待されている。
【０００３】
特許文献１にはハイシスブタジエンゴムを硫黄および加硫促進剤とともに熱処理して得られる正極活物質が記載され、特許文献２にはポリメチルメタクリレートを硫黄とともに焼成して得られる電極活物質が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１５／０５００８６号
特開２０２１－１７２８１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１や特許文献２の活物質は酸素の含有量は低いものでしかなく、また、充放電容量や容量維持率も改善の余地がある。
【０００６】
本発明は、充放電容量と容量維持率を向上することができる、新規な電極活物質、当該電極活物質を含んでなる電極、すなわち、正極または負極、および、当該電極を含んでなるリチウムイオン二次電池を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下の電極活物質に関する。
有機硫黄化合物を含む粒子からなる電極活物質であって、
前記電極活物質中の酸素含有量（質量％）がＡ
O
であり、硫黄含有量（質量％）がＡ
S
である場合において、Ａ
O
とＡ
S
とが下記式を満たす電極活物質。
（１）Ａ
O
＞９．０
（２）Ａ
S
＞４５．０
（３）Ａ
O
×Ａ
S
＞５５０
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、充放電容量と容量維持率を向上することができる、新規な電極活物質、当該電極活物質を含んでなる電極、すなわち、正極または負極、および、当該電極を含んでなるリチウムイオン二次電池を提供することができる。
【０００９】
理論に拘束されることは意図しないが、本発明において、充放電容量と容量維持率を向上することができる理由としては、以下が考えられる。すなわち、硫黄はリチウムと可逆的な電気化学反応を起こすことで繰り返し充放電可能な活物質として機能する。本発明においても、従来の技術と同様、硫黄はポリマーと混合され、熱処理を経てポリマーに固定されることで、溶出が抑制され、可逆的反応に寄与していると考えられる。このため、硫黄原子が多いほど充放電の容量は大きくなると考えられる。一方、本発明においては、酸素原子が炭素や硫黄と結合し、Ｃ－Ｏ結合などを形成している。このため、（１）活物質がこれら極性を有する結合を含むことで、水を溶媒に用いた電極スラリー中での活物質の分散性が向上し、均一な電極が作製されるため、充放電サイクルに伴う膨張収縮を経てもサイクル容量が維持されやすいと考えられる。また、（２）酸素含有量が多くこれが活物質の骨格中に存在することで、活物質の構造内部にＳ－Ｓ結合をより安定して保持することができるので、充放電によるリチウムイオンの挿入脱離に伴う硫黄とチリウムの反応において、硫黄を活物質の構造内部に維持する能力が高いと考えられる。そのため、充放電サイクルに伴う電気化学反応を経てもサイクル容量が維持されやすいと考えられる。
【００１０】
本明細書において、「サイクル特性」とは、充放電の繰り返しにもかかわらず、二次電池の充放電容量が維持される特性をいう。したがって、充放電の繰り返しに伴い、充放電容量の低下の度合いが大きく、容量維持率が低い二次電池はサイクル特性が劣っているのに対し、逆に、充放電容量の低下の度合いが小さく、容量維持率が高い二次電池はサイクル特性が優れている。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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