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公開番号2025146882
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-03
出願番号2025123251,2020194333
出願日2025-07-23,2020-11-24
発明の名称正極活物質、二次電池、電子機器
出願人株式会社半導体エネルギー研究所
代理人
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250926BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】充放電サイクルにおける容量の低下が抑制された正極活物質を提供する。または
充放電を繰り返しても結晶構造が崩れにくい正極活物質を提供する。
【解決手段】チタンと、ニッケルと、アルミニウムと、マグネシウムと、フッ素と、を有
する正極活物質であって、表面上の凸部にチタン、ニッケルおよびマグネシウムが偏在し
ている領域を有する正極活物質。アルミニウムは凸部でなく正極活物質の表層部に偏在す
ることが好ましい。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
コバルトと、酸素と、リチウムと、マグネシウムと、チタンと、ニッケルと、アルミニウムと、フッ素と、を有する粒子を有する正極活物質であって、
前記粒子は、表層部と、内部と、前記表層部上の凸部と、を有し、
前記凸部は、フッ素の濃度が、前記表層部におけるフッ素の濃度よりも高い第１の領域を有し、
前記凸部は、マグネシウムの濃度が、前記表層部及び前記第１の領域におけるマグネシウムの濃度よりも高い第２の領域を有し、
前記第１の領域の前記フッ素の濃度が、前記第２の領域におけるフッ素の濃度よりも高く、
前記第２の領域は、チタンの濃度が、前記表層部及び前記第１の領域におけるチタンの濃度よりも高く、
前記第２の領域は、ニッケルの濃度が、前記表層部及び前記第１の領域におけるニッケルの濃度よりも高く、
前記表層部は、アルミニウムの濃度が、前記凸部におけるアルミニウムの濃度よりも高い第３の領域を有する、正極活物質。
続きを表示（約 810 文字）【請求項２】
コバルトと、酸素と、リチウムと、マグネシウムと、チタンと、ニッケルと、アルミニウムと、フッ素と、を有する粒子を有する正極活物質であって、
前記粒子は、表層部と、内部と、前記表層部上の凸部と、を有し、
前記凸部は、フッ素の濃度が、前記表層部及び前記内部におけるフッ素の濃度よりも高い第１の領域を有し、
前記凸部は、マグネシウムの濃度が、前記表層部、前記内部及び前記第１の領域におけるマグネシウムの濃度よりも高い第２の領域を有し、
前記第１の領域の前記フッ素の濃度が、前記第２の領域におけるフッ素の濃度よりも高く、
前記第２の領域は、チタンの濃度が、前記表層部、前記内部及び前記第１の領域におけるチタンの濃度よりも高く、
前記第２の領域は、ニッケルの濃度が、前記表層部、前記内部及び前記第１の領域におけるニッケルの濃度よりも高く、
前記表層部は、アルミニウムの濃度が、前記内部及び前記凸部におけるアルミニウムの濃度よりも高い第３の領域を有する、正極活物質。
【請求項３】
請求項１又は請求項２において、
前記粒子は、さらに凹部を有する、正極活物質。
【請求項４】
請求項３において、
前記凹部は、内壁の一部にチタンを有する、正極活物質。
【請求項５】
請求項３又は請求項４において、
前記凹部は、深さ１００ｎｍ以上、幅２０ｎｍ以上の部分を有する、正極活物質。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項において、
前記凸部は、高さ５０ｎｍ以上の部分を有する、正極活物質。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか一項に記載の正極活物質を有する二次電池。
【請求項８】
請求項７に記載の二次電池を有する電子機器。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の一様態は、物、方法、又は、製造方法に関する。または、本発明は、プロセス、
マシン、マニュファクチャ、又は、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関する。
本発明の一態様は、半導体装置、表示装置、発光装置、蓄電装置、照明装置、電子機器ま
たはそれらの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【０００２】
なお、本明細書中において電子機器とは、蓄電装置を有する装置全般を指し、蓄電装置を
有する電気光学装置、蓄電装置を有する情報端末装置などは全て電子機器である。
【背景技術】
【０００３】
近年、リチウムイオン二次電池、リチウムイオンキャパシタ、空気電池、全固体電池等、
種々の蓄電装置の開発が盛んに行われている。特に高出力、高容量であるリチウムイオン
二次電池は半導体産業の発展と併せて急速にその需要が拡大し、充電可能なエネルギーの
供給源として現代の情報化社会に不可欠なものとなっている。
【０００４】
なかでもモバイル電子機器向け二次電池等では、重量あたりの放電容量が大きく、サイク
ル特性に優れた二次電池の需要が高い。これらの需要に応えるため、二次電池の正極が有
する正極活物質の改良が盛んに行われている（例えば特許文献１および特許文献２）。ま
た、正極活物質の結晶構造に関する研究も行われている（非特許文献１乃至非特許文献４
）。
【０００５】
Ｘ線回折（ＸＲＤ）は、正極活物質の結晶構造の解析に用いられる手法の一つである。非
特許文献５に紹介されているＩＣＳＤ（ＩｎｏｒｇａｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＳｔｒｕ
ｃｔｕｒｅＤａｔａｂａｓｅ）を用いることにより、ＸＲＤデータの解析を行うことが
できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１８－１９０７００号公報
特表２０１８－５０８１１６号公報
【非特許文献】
【０００７】
ＴｏｙｏｋｉＯｋｕｍｕｒａｅｔａｌ，”ＣｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｏｆｌｉｔｈｉｕｍｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄＸ－ｒａｙａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｎｅａｒ－ｅｄｇｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎＯ３－ａｎｄＯ２－ｌｉｔｈｉｕｍｃｏｂａｌｔｏｘｉｄｅｓｆｒｏｍｆｉｒｓｔ－ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＣｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１２，２２，ｐ．１７３４０－１７３４８
Ｍｏｔｏｈａｓｈｉ，Ｔ．ｅｔａｌ，”ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｐｈａｓｅｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｌａｙｅｒｅｄｃｏｂａｌｔｏｘｉｄｅｓｙｓｔｅｍＬｉｘＣｏＯ２（０．０≦ｘ≦１．０） ”，ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ，８０（１６）；１６５１１４
ＺｈａｏｈｕｉＣｈｅｎｅｔａｌ， “ＳｔａｇｉｎｇＰｈａｓｅＴｒａｎｓｉｔｉｏｎｓｉｎＬｉｘＣｏＯ２”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＴｈｅＥｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，２００２，１４９（１２）Ａ１６０４－Ａ１６０９
Ｗ．Ｅ．Ｃｏｕｎｔｓｅｔａｌ，“ＦｌｕｏｒｉｄｅＭｏｄｅｌＳｙｓｔｅｍｓ：ＩＩ，ＴｈｅＢｉｎａｒｙＳｙｓｔｅｍｓＣａＦ２－ＢｅＦ２２，ＭｇＦ２－ＢｅＦ２，ａｎｄＬｉＦ－ＭｇＦ２” ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｍｅｒｉｃａｎＣｅｒａｍｉｃＳｏｃｉｅｔｙ，（１９５３）３６［１］１２－１７．Ｆｉｇ．０１４７１
Ｂｅｌｓｋｙ，Ａ．ｅｔａｌ．，“ＮｅｗｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓｉｎｔｈｅＩｎｏｒｇａｎｉｃＣｒｙｓｔａｌＳｔｒｕｃｔｕｒｅＤａｔａｂａｓｅ（ＩＣＳＤ）：ａｃｃｅｓｓｉｂｉｌｉｔｙｉｎｓｕｐｐｏｒｔｏｆｍａｔｅｒｉａｌｓｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄｄｅｓｉｇｎ”，ＡｃｔａＣｒｙｓｔ．，（２００２）Ｂ５８３６４－３６９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながらリチウムイオン二次電池およびそれに用いられる正極活物質には、充放電容
量、サイクル特性、信頼性、安全性、又はコストといった様々な面で改善の余地が残され
ている。
【０００９】
本発明の一態様は、リチウムイオン二次電池に用いることで、充放電サイクルにおける容
量の低下が抑制された正極活物質を提供することを課題の一とする。または、充放電を繰
り返しても結晶構造が崩れにくい正極活物質を提供することを課題の一とする。または、
充放電容量が大きい正極活物質を提供することを課題の一とする。または、安全性又は信
頼性の高い二次電池を提供することを課題の一とする。
【００１０】
また本発明の一態様は、正極活物質、蓄電装置、又はそれらの作製方法を提供することを
課題の一とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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