特許ウォッチ

公開番号2025133387
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-11
出願番号2024031304
出願日2024-03-01
発明の名称リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池
出願人住友化学株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250904BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】初回放電容量が高く、充電状態においてもガスが発生しにくいリチウム二次電池を提供できるリチウム二次電池用正極活物質の提供。
【解決手段】一次粒子が凝集した二次粒子であるリチウム金属複合酸化物と、ホウ素を含む化合物と、を備え、下記式(A)を満たす、リチウム二次電池用正極活物質。0.5<Y/X<1.0・・・式(A)(式(A)中、Xは、X線光電子分光法により測定される、前記リチウム二次電池用正極活物質の表面におけるホウ素元素の存在割合(%)であり、Yは、X線光電子分光法により測定される、50MPaで圧粉処理した後のリチウム二次電池用正極活物質の表面におけるホウ素元素の存在割合(%)である。)
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
一次粒子が凝集した二次粒子であるリチウム金属複合酸化物と、ホウ素を含む化合物と、を備え、下記式（Ａ）を満たす、リチウム二次電池用正極活物質。
０．５＜Ｙ／Ｘ＜１．０・・・式（Ａ）
（式（Ａ）中、Ｘは、Ｘ線光電子分光法により測定される、前記リチウム二次電池用正極活物質の表面におけるホウ素元素の存在割合（％）であり、Ｙは、Ｘ線光電子分光法により測定される、５０ＭＰａで圧粉処理した後のリチウム二次電池用正極活物質の表面におけるホウ素元素の存在割合（％）である。）
続きを表示（約 960 文字）【請求項２】
前記リチウム二次電池用正極活物質に含まれるホウ素元素の割合が、０．２モル％以上３モル％以下である、請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項３】
前記Ｘは３０％以上９９％以下である、請求項１又は２に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項４】
下記組成式（Ｉ）で表される、請求項１又は２に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Ｌｉ
１＋α
Ｎｉ
（１－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｍ１
ｘ
Ｍ２
ｙ
Ｂ
ｚ
Ｏ
２
組成式（Ｉ）
（組成式（Ｉ）中、Ｍ１はＭｎ、Ａｌ、及びＣｏからなる群より選択される１種以上の元素であり、Ｍ２はＴｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｂａ、Ｓ、及びＰからなる群より選択される１種以上の元素であり、－０．１≦α≦０．２、０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．１、及び０．００２≦ｚ≦０．０３を満たす。）
【請求項５】
下記式（Ｂ）を満たす、請求項１又は２に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
１．１＜Ｔ／Ｓ≦２．０・・・式（Ｂ）
（式（Ｂ）中、Ｓは、前記リチウム二次電池用正極活物質のＢＥＴ比表面積（ｍ
２
／ｇ）であり、Ｔは、５０ＭＰａで圧粉処理した後のリチウム二次電池用正極活物質のＢＥＴ比表面積（ｍ
２
／ｇ）である。）
【請求項６】
前記Ｓは０．１ｍ
２
／ｇ以上２．０ｍ
２
／ｇ以下である、請求項５に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項７】
レーザー回折散乱法により測定される体積基準の累積粒度分布曲線から得られるＤ
５０
が、５μｍ以上２０μｍ以下である、請求項１又は２に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用正極。
【請求項９】
請求項８に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 2,500 文字）【背景技術】
【０００２】
リチウム二次電池を構成する正極には、リチウム二次電池用正極活物質が用いられる。
特許文献１は、リチウム二次電池用正極活物質として、複数の一次粒子が凝集した二次粒子で構成されたリチウムニッケルマンガン複合酸化物を開示している。特許文献１は、ホウ素を一次粒子の表面に偏析させることにより、高い電池容量及び出力特性と低い導電率とが両立することを開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
ＪＰ－Ａ－２０２０－１０２４３２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リチウム二次電池の応用分野が広がる中、初回放電容量のさらなる向上が求められている。
また、充電状態の電池は、ガスが発生しやすい。ガスは、電解液の分解や、正極活物質の表面に存在する残留リチウムと電解液が反応することで生じうる。生じたガスは、電池膨れの原因となり、電池が劣化しやすくなる。このため、充電状態においてガスが発生しにくい電池が求められる。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、初回放電容量が高く、充電状態においてもガスが発生しにくいリチウム二次電池を提供できるリチウム二次電池用正極活物質を得ることを課題とする。
さらに、本発明は、上記リチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用正極及びリチウム二次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】
本発明は以下の［１］～［９］を包含する。
［１］一次粒子が凝集した二次粒子であるリチウム金属複合酸化物と、ホウ素を含む化合物と、を備え、下記式（Ａ）を満たす、リチウム二次電池用正極活物質。
０．５＜Ｙ／Ｘ＜１．０・・・式（Ａ）
（式（Ａ）中、Ｘは、Ｘ線光電子分光法により測定される、前記リチウム二次電池用正極活物質の表面におけるホウ素元素の存在割合（％）であり、Ｙは、Ｘ線光電子分光法により測定される、５０ＭＰａで圧粉処理した後のリチウム二次電池用正極活物質の表面におけるホウ素元素の存在割合（％）である。）
［２］前記リチウム二次電池用正極活物質に含まれるホウ素元素の割合が、０．２モル％以上３モル％以下である、［１］に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［３］前記Ｘは３０％以上９９％以下である、［１］又は［２］に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［４］下記組成式（Ｉ）で表される、［１］～［３］のいずれか１つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Ｌｉ
１＋α
Ｎｉ
（１－ｘ－ｙ－ｚ）
Ｍ１
ｘ
Ｍ２
ｙ
Ｂ
ｚ
Ｏ
２
組成式（Ｉ）
（組成式（Ｉ）中、Ｍ１はＭｎ、Ａｌ、及びＣｏからなる群より選択される１種以上の元素であり、Ｍ２はＴｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｚｒ、Ｓｉ、Ｎｂ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔａ、Ｂａ、Ｓ、及びＰからなる群より選択される１種以上の元素であり、－０．１≦α≦０．２、０≦ｘ≦０．３、０≦ｙ≦０．１、及び０．００２≦ｚ≦０．０３を満たす。）
［５］下記式（Ｂ）を満たす、［１］～［４］のいずれか１つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
１．１＜Ｔ／Ｓ≦２．０・・・式（Ｂ）
（式（Ｂ）中、Ｓは、前記リチウム二次電池用正極活物質のＢＥＴ比表面積（ｍ
２
／ｇ）であり、Ｔは、５０ＭＰａで圧粉処理した後のリチウム二次電池用正極活物質のＢＥＴ比表面積（ｍ
２
／ｇ）である。）
［６］前記Ｓは０．１ｍ
２
／ｇ以上２．０ｍ
２
／ｇ以下である、［５］に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［７］レーザー回折散乱法により測定される体積基準の累積粒度分布曲線から得られるＤ
５０
が、５μｍ以上２０μｍ以下である、［１］～［６］のいずれか１つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
［８］［１］～［７］のいずれか１つに記載のリチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用正極。
［９］［８］に記載のリチウム二次電池用正極を有するリチウム二次電池。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、初回放電容量が高く、充電状態においてもガスが発生しにくいリチウム二次電池を提供できるリチウム二次電池用正極活物質を得ることができる。
さらに、本発明によれば、上記リチウム二次電池用正極活物質を含有するリチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
リチウム二次電池の一例を示す模式図である。
全固体リチウム二次電池の一例を示す模式図である。
圧粉処理装置の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本願明細書において、金属複合化合物（ＭｅｔａｌＣｏｍｐｏｓｉｔｅＣｏｍｐｏｕｎｄ）を以下「ＭＣＣ」と称し、リチウム金属複合酸化物（ＬｉｔｈｉｕｍＭｅｔａｌｃｏｍｐｏｓｉｔｅＯｘｉｄｅ）を以下「ＬｉＭＯ」と称し、リチウム二次電池用正極活物質（ＣａｔｈｏｄｅＡｃｔｉｖｅＭａｔｅｒｉａｌｆｏｒｌｉｔｈｉｕｍｓｅｃｏｎｄａｒｙｂａｔｔｅｒｉｅｓ）を以下「ＣＡＭ」と称す。
【００１０】
「Ｎｉ」とは、ニッケル金属ではなく、ニッケル原子を指す。「Ｃｏ」、「Ｌｉ」等も同様に、それぞれコバルト原子、リチウム原子等を指す。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許