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公開番号2025155028
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-10-14
出願番号2024058342
出願日2024-03-30
発明の名称リチウムイオン二次電池用正極活物質及びその製造方法並びにそれを用いたリチウムイオン二次電池
出願人本田技研工業株式会社,国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人個人,個人
主分類H01M 4/505 20100101AFI20251003BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】工業的に入手が容易で原子量の小さい金属元素を用いて製造することができ、かつ質量当たりの電気容量が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質及びその製造方法並びにそれを用いたリチウムイオン二次電池を提供すること。
【解決手段】リチウムイオン二次電池用正極活物質は、下記の一般式(I)で表される。
Li_aMn_xTi_yAl_zO₂(I)
ただし、上記の一般式(I)中、aは、0.40≦a≦0.50の関係を満足し、x、y、zは、0.48≦x≦0.58、0.31≦y≦0.50、0.01≦z≦0.12及びx+y+z=1の関係を満足する。
【選択図】なし

特許請求の範囲【請求項１】
下記の一般式（Ｉ）で表される、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
Ｌｉ
ａ
Ｍｎ
ｘ
Ｔｉ
ｙ
Ａｌ
ｚ
Ｏ
２
（Ｉ）
ただし、上記の一般式（Ｉ）中、ａは、０．４０≦ａ≦０．５０の関係を満足し、ｘ、ｙ、ｚは、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であって、０．４８≦ｘ≦０．５８、０．３１≦ｙ≦０．５０及び０．０１≦ｚ≦０．１２の関係を満足する。
続きを表示（約 900 文字）【請求項２】
前記ｘは、０．４８≦ｘ≦０．５８の関係を満足し、前記ｙは、０．３７≦ｙ≦０．５０の関係を満足し、前記ｚは、ｚ０．０１≦ｚ≦０．０６の関係を満足する、請求項１に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項３】
トンネル構造Ｐｂａｍを有する、請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項４】
前記トンネル構造Ｐｂａｍを有する単一相である、請求項３に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項５】
Ｘ線源にＣｕＫαを用いて測定されたＸ線回折パターンにおいて、回折角２θで１９．５度以上２１．０度以下の範囲内に二つの回折ピークがあり、前記二つの回折ピークのうちの低角度側の回折ピークの最大回折強度に対する高角度側の回折ピークの最大回折強度の比が１.００以上１．５０以下の範囲内にある、請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項６】
Ｍｎ、Ｔｉ及びＡｌの合計含有量に対するＮａの含有量が４モル％以下である、請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【請求項７】
請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法であって、
トンネル構造を有し、下記の一般式（ＩＩ）で表されるＮａＭｎＴｉＡｌ含有酸化物のナトリウムの少なくとも一部をリチウムに置換する、リチウムイオン二次電池用正極活物質の製造方法。
Ｎａ
ｂ
Ｍｎ
ｘ
Ｔｉ
ｙ
Ａｌ
ｚ
Ｏ
２
（ＩＩ）
ただし、上記の一般式（ＩＩ）中、ｂは、０．４０≦ｂ≦０．５０の関係を満足し、ｘ、ｙ、ｚは、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であって、０．４８≦ｘ≦０．５８、０．３１≦ｙ≦０．５０及び０．０１≦ｚ≦０．１２の関係を満足する。
【請求項８】
請求項１又は２に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質を含む正極合材層を備える、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、リチウムイオン二次電池用正極活物質及びその製造方法並びにそれを用いたリチウムイオン二次電池に関する。
続きを表示（約 1,400 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。リチウムイオン二次電池用の正極活物質として、リチウムとマンガンとチタンを含む酸化物であって、トンネル構造を有するＬｉＭｎＴｉ含有酸化物が検討されている（特許文献１、２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００５－２６３５８３号公報
特開２００５－２６８１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、二次電池に関する技術においては、質量当たりの電気容量の向上が課題の一つである。特に、電気自動車やハイブリッド電気自動車のモータ駆動用の電源として用いる二次電池では質量当たりの電気容量の向上は重要である。したがって、トンネル構造を有するＬｉＭｎＴｉ含有酸化物についても、さらなる質量当たりの電気容量の向上は望まれている。ＬｉＭｎＴｉ含有酸化物の電気容量の向上ために、金属元素を添加することが考えられるが、添加する金属元素は、資源の持続可能性の観点から工業的に入手しやすく原子量の小さい元素であることが望ましい。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、工業的に入手が容易で原子量の小さい金属元素を用いて製造することができ、かつ質量当たりの電気容量が高いリチウムイオン二次電池用正極活物質及びその製造方法並びにそれを用いたリチウムイオン二次電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明者らは、上記の課題の解決するために、ＬｉＭｎＴｉ含有酸化物にＡｌを添加することが有効であることを見出し、本発明を完成するに至った。したがって、本発明は、次のものを提供する。
【０００７】
（１）下記の一般式（Ｉ）で表される、リチウムイオン二次電池用正極活物質。
Ｌｉ
ａ
Ｍｎ
ｘ
Ｔｉ
ｙ
Ａｌ
ｚ
Ｏ
２
（Ｉ）
ただし、上記の一般式（Ｉ）中、ａは、０．４０≦ａ≦０．５０の関係を満足し、ｘ、ｙ、ｚは、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であって、０．４８≦ｘ≦０．５８、０．３１≦ｙ≦０．５０及び０．０１≦ｚ≦０．１２の関係を満足する。
【０００８】
（１）のリチウムイオン二次電池用正極活物質によれば、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＡｌを上記の範囲内で含むので、質量当たりの電気容量が高い。また、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＡｌは、工業的に入手が容易であり、資源の持続可能性が高い。特に、Ａｌは、ＭｎやＴｉと比較しても工業的に入手が容易で、コストが安価であり、原子量が小さい。
【０００９】
（２）前記ｘは、０．４８≦ｘ≦０．５８の関係を満足し、前記ｙは、０．３７≦ｙ≦０．５０の関係を満足し、前記ｚは、ｚ０．０１≦ｚ≦０．０６の関係を満足する、（１）に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
【００１０】
（２）のリチウムイオン二次電池用正極活物質によれば、Ｌｉ、Ｍｎ、Ｔｉ及びＡｌを上記の範囲内で含むので、質量当たりの電気容量がより高くなる。
（【００１１】以降は省略されています）

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