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公開番号2025120282
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-15
出願番号2025093476,2023162917
出願日2025-06-04,2023-09-26
発明の名称リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法及びリチウム二次電池
出願人日本化学工業株式会社
代理人弁理士法人あしたば国際特許事務所
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250807BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高電圧下でのサイクル特性に優れ、インピーダンスを低減させることができるリチウム二次電池用正極活物質を提供すること。
【解決手段】アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子と、無機フッ化物粒子と、の混合物からなり、前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子が、アルミニウムが少なくとも該アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子の内部に固溶して存在しているものであり、前記無機フッ化物粒子が、MgF₂及びAlとFを含む化合物であること、を特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子と、無機フッ化物粒子と、の混合物からなり、
前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子が、アルミニウムが少なくとも該アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子の内部に固溶して存在しているものであり、前記無機フッ化物粒子が、ＭｇＦ
２
及びＡｌとＦを含む化合物であること、
を特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記ＡｌとＦを含む化合物が、ＡｌＦ
３
及び／又はＬｉＡｌＦ
４
であることを特徴とする請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項３】
前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子のＡｌの含有量が、前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子中のＣｏに対するＡｌの原子換算のモル％（（Ａｌ／Ｃｏ）×１００）で０．０５～５．０モル％であることを特徴とする請求項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】
前記無機フッ化物粒子の含有量が、前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子中のＣｏに対するＦの原子換算のモル％（（Ｆ／Ｃｏ）×１００）で０．０５～５．０モル％であることを特徴とする請求項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５】
前記ＭｇＦ
２
と前記ＡｌとＦを含む化合物の混合割合が、前記ＡｌとＦを含む化合物の原子換算のＦのモル数に対する前記ＭｇＦ
２
の原子換算のＦのモル数の比（ＭｇＦ
２
の原子換算のＦのモル数／ＡｌとＦを含む化合物の原子換算のＦのモル数）で０．０３３～３３であることを特徴とする請求項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６】
ｃ軸の格子定数が１４．０５５～１４．０７０Åであることを特徴とする請求項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７】
前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子が、Ｍ元素として、Ｃａ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｂ及びＷからなる群から選択される１種又は２種以上含有することを特徴とする請求項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】
アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子と、無機フッ化物粒子と、の混合物の焼成物であり、
前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子が、アルミニウムが少なくとも該アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子の内部に固溶して存在しているものであり、前記無機フッ化物粒子が、ＭｇＦ
２
及びＡｌＦ
３
であること、
を特徴とするリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項９】
前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子が、リチウム化合物と、コバルト化合物と、アルミニウム化合物と、の混合物の焼成物であることを特徴とする請求項８記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項１０】
前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子のＡｌの含有量が、前記アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子中のＣｏに対するＡｌの原子換算のモル％（（Ａｌ／Ｃｏ）×１００）で０．０５～５．０モル％であることを特徴とする請求項８又は９に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
（【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、リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法及びそのリチウム二次電池用正極活物質を用いるリチウム二次電池に関するものである。
続きを表示（約 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、家庭電器においてポータブル化、コードレス化が急速に進むに従い、ラップトップ型パソコン、携帯電話、ビデオカメラ等の小型電子機器の電源としてリチウムイオン二次電池が実用化されている。このリチウムイオン二次電池については、１９８０年に水島等によりコバルト酸リチウムがリチウムイオン二次電池の正極活物質として有用であるとの報告がなされて以来、リチウム系複合酸化物に関する研究開発が活発に進められており、これまで多くの提案がなされている。
【０００３】
しかしながら、電子機器の大型化や高性能化に伴い、電池の各種特性の更なる改善が必要とされている。
【０００４】
本出願人は、先に高電圧下においても、サイクル特性に優れたリチウム二次電池とすることができるリチウム二次電池用正極活物質を種々提案している。例えば、特許文献１において、リチウムコバルト複合酸化物粒子と無機フッ化物粒子との混合物を、リチウム二次電池の正極活物質として用いることにより、優れたサイクル特性を有し、エネルギー容量維持率が高く、平均作動電圧の低下も少ないリチウム二次電池とすることができるリチウム二次電池用正極活物質を提案した。また、例えば、特許文献２において、チタン含有リチウムコバルト複合酸化物粒子と無機フッ化物粒子との混合物を、リチウム二次電池の正極活物質として用いることにより、優れたサイクル特性を有し、平均作動電圧の低下が少なく、平均作動電圧が高く維持され及びエネルギー密度維持率が高いリチウム二次電池とすることができるリチウム二次電池用正極活物質を提案した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特開２０２０－０６４７１２号公報
特開２０２０－０６４７１１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、近年の電池の特性改善への要求に対し、上記の従来技術では、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。
【０００７】
特に、電動自転車、電気車両、ロボット、ドローン、バックアップ電源などに用いられる電池は、高電圧かつ高出力での使用が想定される。
【０００８】
そのため、２５℃程度の温度下且つ高電圧下でのサイクル特性を向上させることや、低インピーダンスであることが望まれていた。また、さらに上記電池性能に加え、４５～６０℃程度の高温下及び高電圧下でのサイクル特性を向上させることが望まれていた。
【０００９】
従って、本発明は、リチウム二次電池の正極活物質として用いたときに、高電圧下でのサイクル特性に優れ、且つ、インピーダンスを低減させることができるリチウム二次電池用正極活物質、その工業的に有利な製造方法、及び高電圧下でのサイクル特性に優れ、且つ、インピーダンスを低減させることができるリチウム二次電池を提供することを目的と
する。
さらに、本発明の目的は、上記電池性能に加え、高温下且つ高電圧下でのサイクル特性に優れるリチウム二次電池用正極活物質、その工業的に有利な製造方法、及び上記電池性能に加え、高温下且つ高電圧下でのサイクル特性に優れるリチウム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】
【００１０】
本発明者は、上記実情に鑑み鋭意研究を重ねた結果、アルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子としてアルミニウムをリチウムコバルト複合酸化物粒子の内部に固溶して含有させたアルミニウム含有リチウムコバルト複合酸化物粒子、ＭｇＦ
２
及びＡｌとＦを含む化合物である無機フッ化物粒子との混合物を、リチウム二次電池の正極活物質として用いることにより、高電圧下でのサイクル特性に優れ、低インピーダンスを有するリチウム二次電池となること等を見出し、本発明を完成するに至った。
（【００１１】以降は省略されています）

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