特許ウォッチ

公開番号2025178482
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-05
出願番号2025166520,2024016824
出願日2025-10-02,2024-02-07
発明の名称非水系電解液二次電池
出願人三菱ケミカル株式会社,MUアイオニックソリューションズ株式会社
代理人弁理士法人秀和特許事務所
主分類H01M 10/052 20100101AFI20251128BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高温保存後の容量維持率が高く、高温保存後の保存ガス量が抑制された、高温保存後の抵抗が低く、正極からの金属溶出が少なく、高温時の発熱量が少ない非水系電解液二次電池を提供する。
【解決手段】金属イオンを吸蔵及び放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵及び放出しうる負極活物質を有する負極と、非水系電解液と、を備える非水系電解液二次電池であって、前記正極活物質はリチウム遷移金属系化合物を含み、前記正極活物質は少なくともNi、Mn及びCoを含み、Mn/(Ni+Mn+Co)モル比は0より大きく、0.32以下であり、Ni/(Ni+Mn+Co)モル比は0.55以上であり、前記正極の極板密度が、3.0g/cm³以上であり、前記非水系電解液が、モノフルオロリン酸塩及び/又はジフルオロリン酸塩を含む、非水系電解液二次電池。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
金属イオンを吸蔵及び放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵及び放出しうる負極活物質を有する負極と、非水系電解液と、を備える非水系電解液二次電池であって、
前記正極活物質はリチウム遷移金属系化合物及び硫酸塩を含み、前記正極活物質は少なくともＮｉ、Ｍｎ及びＣｏを含み、Ｍｎ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）モル比は０より大きく、０．３２以下であり、Ｎｉ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）モル比は０．４５以上であり、前記正極の極板密度が、３．０ｇ／ｃｍ
３
以上であり、前記非水系電解液が、モノフルオロリン酸塩及び／又はジフルオロリン酸塩を含む、非水系電解液二次電池。
続きを表示（約 770 文字）【請求項２】
前記正極活物質が、下記式（Ｉ）で示されるリチウム遷移金属系化合物を含む、請求項１に記載の非水系電解液二次電池。
Ｌｉ
１＋ｘ
ＭＯ
２
・・・（Ｉ）
（上記式（Ｉ）中、ｘは－０．０５以上、０．０６以下であり、Ｍは少なくともＮｉ、Ｍｎ及びＣｏから構成される。）
【請求項３】
前記ｘが０．０２８以下である、請求項２に記載の非水系電解液二次電池。
【請求項４】
前記Ｍｎ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）モル比が０．２８以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の非水系電解液二次電池。
【請求項５】
前記Ｎｉ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）モル比が０．５５以上である、請求項１～４のいずれか１項に記載の非水系電解液二次電池。
【請求項６】
前記正極の極板密度が、３．２ｇ／ｃｍ
３
以上である、請求項１～５のいずれか１項に記載の非水系電解液二次電池。
【請求項７】
前記正極活物質に含まれる前記硫酸塩の量が、１５μｍｏｌ／ｇ以上である請求項１～６のいずれか１項に記載の非水系電解液二次電池。
【請求項８】
前記リチウム遷移金属系化合物は、未充電状態でＮｉ平均価数が２．１以上である請求項１～７のいずれか１項に記載の非水系電解液二次電池。
【請求項９】
前記リチウム遷移金属系化合物の水溶液のｐＨが、液温２５℃基準で１１以上である請求項１～８のいずれか１項に記載の非水系電解液二次電池。
【請求項１０】
前記正極活物質が、炭酸塩を１０μｍｏｌ／ｇ以上含む請求項１～９のいずれか１項に記載の非水系電解液二次電池。
（【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、非水系電解液二次電池に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
含リチウム遷移金属酸化物を正極に用い、非水溶媒を電解液に用いるリチウム非水系電解液二次電池は、高いエネルギー密度を実現できることから、携帯電話、ラップトップコンピュータ等の小型電源から、自動車や鉄道、ロードレベリング用の大型電源まで広範な用途に適用されている。しかしながら、近年の非水系電解液二次電池に対する高性能化の要求はますます高まっており、各種特性の改善が強く要求されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、モノフルオロリン酸塩、ジフルオロリン酸塩等を含有する電解液を用いた非水系電解液二次電池とすることで、大型の電池とした場合にも高容量で、長寿命、かつ高い出力を有する非水系電解液二次電池となることが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、ハイブリット自動車用や電気自動車用の電源として非水系電解質二次電池を用いる場合、出力特性とサイクル特性が極めて重要となるため、リチウム遷移金属系化合物の１次粒子の結晶の乱れを小さくすることで、結晶内部の抵抗を低減し、サイクル特性の良い高寿命な非水系電解質二次電池用正極活物質を安定して提供できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２００７／０５５０８７号
特開２００７－２４２２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、近年の非水系電解液二次電池の特性改善への要求に対し、上記の従来技術では、非水系電解液二次電池の各種性能を高いレベルで併せ持つことが未だ達成されていない。例えば、特許文献１の非水系電解液二次電池では、さらなる電池容量や安全性の向上が求められ、特許文献２の非水系電解液二次電池では、高温保存後の容量維持率が低く、高温保存後の保存ガス量や金属溶出量が多いため、高温寿命の改善や安全性の向上が求められていた。特に、自動車用の大型電池などは、その使用環境により、モーターからの熱や太陽熱等の使用環境からの熱により電池自体が高温化に置かれる。そのため、高温下での高温特性に優れ（例えば、高温保存後の容量維持率が高く、高温保存後の保存ガス量が少ない）、安全性の高い（例えば、高温保存後の抵抗が低く、正極からの金属溶出が少なく、高温時の発熱量が少ない）非水系電解液二次電池が望まれていた。
【０００７】
本発明は、非水系電解液二次電池において、高温保存後の容量維持率が高く、高温保存後の保存ガス量が少なく、高温保存後の抵抗が低く、正極からの金属溶出が少なく、高温時の発熱量が少ない非水系電解液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】
【０００８】
本発明者は、上記の課題を解決すべく鋭意検討した結果、特定の正極を用い、特定の化合物を含有する非水系電解液を用いた非水系電解液二次電池とすることで、高温保存後の容量維持率が高く、高温保存後の保存ガス量が少なく、高温保存後の抵抗が低く、正極からの金属溶出が少なく、高温時の発熱量が少ない非水系電解液二次電池が得られることを
見出し、本発明に到達した。
【０００９】
すなわち、本発明の要旨は、以下に示す通りである。
［１］金属イオンを吸蔵及び放出しうる正極活物質を有する正極と、金属イオンを吸蔵及び放出しうる負極活物質を有する負極と、非水系電解液と、を備える非水系電解液二次電池であって、
前記正極活物質はリチウム遷移金属系化合物を含み、前記正極活物質は少なくともＮｉ、Ｍｎ及びＣｏを含み、Ｍｎ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）モル比は０より大きく、０．３２以下であり、Ｎｉ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）モル比は０．４５以上であり、前記正極の極板密度が、３．０ｇ／ｃｍ
３
以上であり、前記非水系電解液が、モノフルオロリン酸塩及び／又はジフルオロリン酸塩を含む、非水系電解液二次電池。
［２］前記正極活物質が、下記式（Ｉ）で示されるリチウム遷移金属系化合物を含む、［１］に記載の非水系電解液二次電池。
Ｌｉ
１＋ｘ
ＭＯ
２
・・・（Ｉ）
（上記式（Ｉ）中、ｘは－０．０５以上、０．０６以下であり、Ｍは少なくともＮｉ、Ｍｎ及びＣｏから構成される。）
［３］前記ｘが０．０２８以下である、［２］に記載の非水系電解液二次電池。
［４］前記Ｍｎ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）モル比が０．２８以下である、［１］～［３］のいずれかに記載の非水系電解液二次電池。
［５］前記Ｎｉ／（Ｎｉ＋Ｍｎ＋Ｃｏ）モル比が０．５５以上である、［１］～［４］のいずれかに記載の非水系電解液二次電池。
［６］前記正極の極板密度が、３．２ｇ／ｃｍ
３
以上である、［１］～［５］のいずれかに記載の非水系電解液二次電池。
［７］前記正極活物質がさらに硫酸塩を含む、［１］～［６］のいずれかに記載の非水系電解液二次電池。
［８］前記正極活物質に含まれる前記硫酸塩の量が、１５μｍｏｌ／ｇ以上である［７］に記載の非水系電解液二次電池。
［９］前記リチウム遷移金属系化合物は、未充電状態でＮｉ平均価数が２．１以上である［１］～［８］のいずれかに記載の非水系電解液二次電池。
［１０］前記リチウム遷移金属系化合物の水溶液のｐＨが、液温２５℃基準で１１以上である［１］～［９］のいずれかに記載の非水系電解液二次電池。
［１１］前記正極活物質が、炭酸塩を１０μｍｏｌ／ｇ以上含む［１］～［１０］のいずれかに記載の非水系電解液二次電池。
［１２］前記リチウム遷移金属系化合物のタップ密度が、１．８ｇ／ｃｍ
３
以上である［１］～［１１］のいずれかに記載の非水系電解液二次電池。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高温保存後の容量維持率が高く、高温保存後の保存ガス量が少なく、高温保存後の抵抗が低く、正極からの金属溶出が少なく、高温時の発熱量が少ない非水系電解液二次電池を得ることができる。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許