特許ウォッチ

公開番号2025072080
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-09
出願番号2023182594
出願日2023-10-24
発明の名称正極活物質、リチウムイオン二次電池、及び正極活物質の製造方法
出願人トヨタ自動車株式会社
代理人弁理士法人太陽国際特許事務所
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250430BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】初期容量が改善されたリチウムイオン二次電池が得られる正極活物質、この正極活物質を含む正極を備えるリチウムイオン二次電池、及び初期容量が改善されたリチウムイオン二次電池が得られる正極活物質の製造方法を提供する。
【解決手段】ニッケル、コバルト及びマンガンから選択される少なくとも1種の遷移金属を含む遷移金属層と、リチウム層と、が交互に配置された結晶構造を有し、化学量論的酸素量が1.9以上である、正極活物質。
【選択図】なし
特許請求の範囲【請求項１】
ニッケル、コバルト及びマンガンから選択される少なくとも１種の遷移金属を含む遷移金属層と、
リチウム層と、が交互に配置された結晶構造を有し、
化学量論的酸素量が１．９以上である、正極活物質。
続きを表示（約 290 文字）【請求項２】
請求項１に記載の正極活物質を含む正極を備える、リチウムイオン二次電池。
【請求項３】
ニッケル、コバルト及びマンガンから選択される少なくとも１種の遷移金属及びリチウムを含む正極活物質の原料を、酸素を含む雰囲気中で焼成する工程を含み、
前記雰囲気の酸素分圧が１．１ａｔｍ以上である、正極活物質の製造方法。
【請求項４】
前記酸素分圧が６．０ａｔｍ以下である、請求項３に記載の正極活物質の製造方法。
【請求項５】
前記酸素分圧が１．５ａｔｍ以上３．０ａｔｍ以下である、請求項３に記載の正極活物質の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、正極活物質、リチウムイオン二次電池、及び正極活物質の製造方法に関する。
続きを表示（約 2,000 文字）【背景技術】
【０００２】
遷移金属原子と酸素原子とから構成される八面体構造からなる遷移金属層と、リチウム層と、が交互に配置された結晶構造を有するリチウム遷移金属複合酸化物は、リチウムイオン二次電池の正極活物質として広く利用されている。
【０００３】
リチウム遷移金属複合酸化物は、遷移金属及びリチウムを含む原料を、酸素を含む雰囲気中で焼成して製造される。原料の焼成条件は、焼成後に得られるリチウム遷移金属複合酸化物の性質に影響を及ぼす可能性がある。
特許文献１には、４５０℃以上６５０℃以下の温度域において酸素分圧を５００ｈＰａ以上１０１３．２５ｈＰａ以下（すなわち、０．５ａｔｍ以上１．０ａｔｍ以下）とする条件でリチウム遷移金属複合酸化物の原料を焼成することで、得られる粒子の表面におけるリチウム成分の析出を抑制する方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１８－１９３２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
リチウム遷移金属複合酸化物を正極活物質として用いるリチウムイオン二次電池は、初期容量に改善の余地がある。
本開示は、初期容量が改善されたリチウムイオン二次電池が得られる正極活物質、この正極活物質を含む正極を備えるリチウムイオン二次電池、及び初期容量が改善されたリチウムイオン二次電池が得られる正極活物質の製造方法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】
上記課題を解決するための手段には、以下の実施態様が含まれる。
＜１＞ニッケル、コバルト及びマンガンから選択される少なくとも１種の遷移金属を含む遷移金属層と、
リチウム層と、が交互に配置された結晶構造を有し、
化学量論的酸素量が１．９以上である、正極活物質。
＜２＞＜１＞に記載の正極活物質を含む正極を備える、リチウムイオン二次電池。
＜３＞ニッケル、コバルト及びマンガンから選択される少なくとも１種の遷移金属及びリチウムを含む正極活物質の原料を、酸素を含む雰囲気中で焼成する工程を含み、
前記雰囲気の酸素分圧が１．１ａｔｍ以上である、正極活物質の製造方法。
＜４＞前記酸素分圧が６．０ａｔｍ以下である、＜３＞に記載の正極活物質の製造方法。
＜５＞前記酸素分圧が１．５ａｔｍ以上３．０ａｔｍ以下である、＜３＞に記載の正極活物質の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本開示の一実施形態によれば、初期容量が改善されたリチウムイオン二次電池が得られる正極活物質、この正極活物質を含む正極を備えるリチウムイオン二次電池、及び初期容量が改善されたリチウムイオン二次電池が得られる正極活物質の製造方法が提供される。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本開示において、「～」を用いて示された数値範囲は、「～」の前後に記載される数値をそれぞれ最小値及び最大値として含む範囲を意味する。
本開示に段階的に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、他の段階的な記載の数値範囲の上限値又は下限値に置き換えてもよい。本開示に記載されている数値範囲において、ある数値範囲で記載された上限値又は下限値は、実施例に示されている値に置き換えてもよい。
本開示において、「工程」という語は、独立した工程だけでなく、他の工程と明確に区別できない場合であっても、その工程の所期の目的が達成されれば、本用語に含まれる。
本開示において、２以上の好ましい態様の組み合わせは、より好ましい態様である。
本開示において、各成分の量は、各成分に該当する物質が複数種存在する場合には、特に断らない限り、複数種の物質の合計量を意味する。
【０００９】
＜正極活物質＞
本開示の正極活物質は、
ニッケル、コバルト及びマンガンから選択される少なくとも１種の遷移金属を含む遷移金属層と、
リチウム層と、が交互に配置された結晶構造を有し、
化学量論的酸素量が１．９以上である。
【００１０】
本開示の正極活物質は、遷移金属原子と酸素原子とから構成される八面体構造からなる遷移金属層と、リチウム層と、が交互に配置された結晶構造（層状の積層構造又はＲ－３ｍ型の結晶構造ともいう）を有するリチウム遷移金属複合酸化物に属する化合物である。
本開示においてリチウム遷移金属複合酸化物とは、リチウム及び１種以上の遷移金属を含む複合酸化物を意味する。
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許