JP7233511B1 - リチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リチウム二次電池のレート特性を高くできるリチウム二次電池用正極活物質、リチウム二次電池用正極を提供することを目的とする。さらにこれらを用いたリチウム二次電池を提供することを目的とする。
[1]リチウム金属複合酸化物を含み、下記(1)を満たすリチウム二次電池用正極活物質であって、前記リチウム金属複合酸化物は、少なくともNi、Li及び元素Xを含有し、α-NaFeO2型結晶構造を有し、前記元素Xは、Co、Mn、Al、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素である、リチウム二次電池用正極活物質。
0%<[1-(A/B)]×100≦1.3% ・・・(1)
(Aは、核磁気共鳴測定により得られる前記リチウム二次電池用正極活物質の7Liの固体核磁気共鳴スペクトルに基づき下記の波形分析方法により算出するNiと元素Xの合計存在量に対するNiの存在割合(mol%)であり、Bは、ICP発光分光法により測定される前記リチウム二次電池用正極活物質のNiと元素Xの合計存在量に対するNiの存在割合(mol%)である。)
(波形分析方法)
波形解析ソフトを用いて7Liの固体核磁気共鳴スペクトルを3つの波形に分離し、Li近傍の6配位サイトをすべて占有しているNi3+に帰属するピーク、6配位サイトの内5か所に配位しているNi3+に帰属するピーク、6配位サイトの内4か所に配位しているNi3+に帰属するピークをそれぞれ得る。
[2]下記(2)を満たす、[1]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
1.45≦5C-Ni/4C-Ni≦1.73 ・・・(2)
(5C-Niは、前記7Liの固体核磁気共鳴スペクトルのうち、300ppm以上1000ppm以下の範囲のピークの波形解析から求められる、5配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比(%)であり、4C-Niは、4配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比である。)
[3]下記(3)を満たす、[1]又は[2]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
1.45≦6C-Ni/5C-Ni≦1.85 ・・・(3)
(6C-Niは、前記7Liの固体核磁気共鳴スペクトルのうち、300ppm以上1000ppm以下の範囲のピークの波形解析から求められる、6配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比であり、5C-Niは、5配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比である。)
[4]下記組成式(I)を満たす、[1]~[3]のいずれか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
Li[Lix(Ni(1-y)X1y)1-x]O2 (I)
(式(I)中、X1は、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、Si、S及びPからなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し、-0.1≦x≦0.2、0<y≦0.9を満たす。)
[5]前記組成式(I)は、0<y≦0.3を満たす、[4]に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[6]BET比表面積が0.5m2/g以上2.0m2/g以下を満たす、[1]~[5]のいずれか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
[7]下記(4)を満たす、[1]~[6]のいずれか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質。
1.75≦LA/LB≦2.0 ・・・(4)
(LAは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定による、2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピークから求めたリチウム二次電池用正極活物質の結晶子径であり、LBは、2θ=44.4±1°の範囲内の回折ピークから求めたリチウム二次電池用正極活物質の結晶子径である。)
[8][1]~[7]のいずれか1つに記載のリチウム二次電池用正極活物質を含むリチウム二次電池用正極。
[9][8]に記載のリチウム二次電池用正極を含むリチウム二次電池。
本実施形態のCAMはLiMOを含み、後述する(1)を満たす。
LiMOは、α-NaFeO2型結晶構造を有する。
LiMOは、少なくともNi、Li及び元素Xを含有する。元素Xは、Co、Mn、Al、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素である。
「Ni」とは、ニッケル金属ではなく、ニッケル原子を指す。「Co」及び「Li」等も同様に、それぞれコバルト原子及びリチウム原子等を指す。
CAMは下記(1)を満たす。
0%<[1-(A/B)]×100≦1.3% ・・・(1)
(Aは、核磁気共鳴測定により得られるCAMの7Liの固体核磁気共鳴スペクトルに基づき後述の波形分析方法により算出するNiと元素Xの合計存在量に対するLiに配位しているNiの存在割合(mol%)であり、Bは、ICP発光分光法により測定されるCAMのNiと元素Xの合計存在量に対するNiの存在割合(mol%)である。)
Aは、CAMを核磁気共鳴測定することにより得られる。
本実施形態において、核磁気共鳴測定は、7Liの固体核磁気共鳴測定である。7Liの固体核磁気共鳴測定を、以降において「7Li-NMR」と記載する。
7Li-NMRを実施する際には、CAMの粉末を外径4mmの測定用試料管につめて装置に挿入する。
上記の方法により、CAMの7Liの固体核磁気共鳴スペクトルが得られる。得られたスペクトルを波形分析し、Niの存在割合(mol%)を算出する。
得られた固体7Li-NMRスペクトルについて、波形解析ソフトDmfit(フランス国立科学研究センター提供)を用いて波形分離する。なお、スペクトル上には多数のスピニングサイドバンドが検出され、フィッティング結果が収束しないため、束縛条件としてシグナル幅をLi塩12ppm、その他の成分130ppmに最適化した上で波形分離を行う。
非特許文献1:株式会社東レリサーチセンター発行、The TRC News,201607-01(2016 6月)
本実施形態において、「ICP発光分光法」を「ICP」と記載する。
ICPによれば、CAMに含まれるNiの存在量(mol%)を測定することができる。
ICPによる測定結果から、CAMに含まれるNiと元素Xの合計量に対するNiの存在量の割合(mol%)であるBを求める。
0%<[1-(A/B)]×100≦1.3% ・・・(1)
0%<[1-(A/B)]×100≦1.2% ・・・(1)-1
0%<[1-(A/B)]×100≦1.1% ・・・(1)-2
0%<[1-(A/B)]×100≦0.9% ・・・(1)-3
CAMは、(2)を満たすことが好ましい。
1.45≦5C-Ni/4C-Ni≦1.73 ・・・(2)
(5C-Niは、前記7Liの固体核磁気共鳴スペクトルのうち、300ppm以上1000ppm以下の範囲のピークの波形解析から求められる、5配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比(%)であり、4C-Niは、4配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比(%)である。)
5C-Ni及び4C-Niは、7Liの固体核磁気共鳴スペクトルのうち、300ppm以上1000ppm以下の範囲のピークの波形解析から求められる。
1.48≦5C-Ni/4C-Ni≦1.70 ・・・(2)-1
1.50≦5C-Ni/4C-Ni≦1.69 ・・・(2)-2
1.51≦5C-Ni/4C-Ni≦1.68 ・・・(2)-3
CAMは(3)を満たすことが好ましい。
1.45≦6C-Ni/5C-Ni≦1.85 ・・・(3)
(6C-Niは、前記7Liの固体核磁気共鳴スペクトルのうち、300ppm以上1000ppm以下の範囲のピークの波形解析から求められる、6配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比(%)であり、5C-Niは、5配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比(%)である。)
6C-Ni及び5C-Niは、7Liの固体核磁気共鳴スペクトルのうち、300ppm以上1000ppm以下の範囲のピークの波形解析から求められる。
1.48≦6C-Ni/5C-Ni≦1.80 ・・・(3)-1
1.50≦6C-Ni/5C-Ni≦1.78 ・・・(3)-2
1.51≦6C-Ni/5C-Ni≦1.75 ・・・(3)-3
(組成式)
CAMは、下記式(I)を満たすことが好ましい。
Li[Lix(Ni(1-y)X1y)1-x]O2 (I)
(式(I)中、X1は、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、Si、S及びPからなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し、-0.1≦x≦0.2、0<y≦0.9を満たす。)
xは、0.001≦x≦0.1を満たすことが好ましく、0.002≦x≦0.06を満たすことがより好ましい。
yの上限値と下限値は任意に組み合わせることができる。組み合わせの例としては、yは、0.05≦y≦0.55、0.08≦y≦0.45が挙げられる。
LiMOの結晶構造は、層状構造であり、六方晶型の結晶構造又は単斜晶型の結晶構造であることがより好ましい。
CAMは、BET比表面積が0.5m2/g以上2.0m2/g以下を満たすことが好ましい。CAMは、BET比表面積が0.8m2/g以上1.8m2/g以下を満たすことが好ましく、1.0m2/g以上1.5m2/g以下を満たすことがより好ましい。
BET比表面積が上記の上限値以下であるCAMを用いると、CAMと電解液との接触面積が増大しにくく、電解液の分解に起因するガスが発生しにくい。
測定対象物のBET比表面積は、BET比表面積測定装置により測定できる。BET比表面積測定装置としては、例えば、マウンテック社製Macsorb(登録商標)を用いることができる。粉末状の測定対象物を測定する場合、前処理として窒素雰囲気中、105℃で30分間乾燥させることが好ましい。測定対象物はCAMである。
CAMは、下記(4)を満たすことが好ましい。
1.75≦LA/LB≦2.0 ・・・(4)
(LAは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定による、2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピークから求めるCAMの結晶子径であり、LBは、2θ=44.4±1°の範囲内の回折ピークから求めるCAMの結晶子径である。)
CuKα線を使用したX線回折測定において、2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピークAから求めるCAMの結晶子径である。具体的には、回折ピークAの半値幅から、Scherrer式を用いて求める。
〔Scherrer式〕
L=Kλ/βcosθ
(L:結晶子径、K:Scherrer定数、β:ピーク半値幅)
CuKα線を使用したX線回折測定において、2θ=44.4±1°の範囲内の回折ピークBから求めるCAMの結晶子径である。具体的には、回折ピークBの半値幅から、上記Scherrer式を用いて求める。
(リチウム二次電池用正極の作製)
本実施形態の製造方法により製造されるCAMと導電材とバインダーとを、CAM:導電材:バインダー=92:5:3(質量比)の組成となる割合で加えて混練し、ペースト状の正極合剤を調製する。正極合剤の調製時には、N-メチル-2-ピロリドンを有機溶媒として用いる。導電材にはアセチレンブラックを用いる。バインダーには、ポリフッ化ビニリデンを用いる。
以下の操作を、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で行う。
(リチウム二次電池用正極の作製)で作製されるリチウム二次電池用正極を、コイン型電池R2032用のパーツ(宝泉株式会社製)の下蓋にアルミ箔面を下に向けて置き、その上にセパレータ(ポリエチレン製多孔質フィルム)を置く。ここに電解液を300μl注入する。電解液は、エチレンカーボネートとジメチルカーボネートとエチルメチルカーボネートの30:35:35(体積比)混合液に、LiPF6を1.0mol/lとなる割合で溶解したものを用いる。
上記の方法で作製したハーフセルを用いて、初期充放電後に、レート試験を実施し、レート特性を評価した。
初期充放電は、試験温度25℃において、充放電ともに電流0.2CAにてそれぞれ定電流定電圧充電と定電流放電を行った。充電最大電圧4.3V、放電最小電圧2.5Vとした。
試験温度25℃
充電最大電圧4.3V、充電電流1CA、定電流定電圧充電
放電最小電圧2.5V、放電電流1CAまたは3CA、定電流放電
・・3CA/1CA放電容量維持率
3CA/1CA放電容量維持率(%)
=3CAにおける放電容量/1CAにおける放電容量×100
CAMの製造方法は、金属複合酸化物の製造工程と、金属複合酸化物及びリチウム化合物とを混合し混合物を得る工程と、CAMを得る工程と、を順に実施する方法である。
まず、Niと、元素Xを含む金属複合酸化物を調製する。
金属複合酸化物は、通常公知のバッチ共沈殿法又は連続共沈殿法により製造することが可能である。以下、金属として、Ni、Co及びAlを含む金属複合酸化物を例に、その製造方法を詳述する。
連続式共沈殿法で用いる反応槽は、形成された反応沈殿物を反応槽の上部からあふれさせて分離する、オーバーフロータイプの反応槽である。
金属複合酸化物を乾燥させた後、リチウム化合物と混合する。
これらのリチウム化合物のうち、水酸化リチウムや酢酸リチウムは、空気中の二酸化炭素と反応して、炭酸リチウムを数%含みうる。
金属複合酸化物の乾燥条件は特に制限されない。乾燥条件は金属複合酸化物が酸化又は還元されない条件であることが好ましい。具体的には、金属複合酸化物が金属複合酸化物のまま維持される乾燥条件である。
ニッケルコバルトアルミニウム金属複合酸化物及びリチウム化合物の混合物を焼成することによって、LiMOとしてリチウム-ニッケルコバルトアルミニウム金属複合酸化物が得られる。なお、焼成には、所望の組成に応じて乾燥空気、酸素雰囲気、不活性雰囲気等が用いられる。本実施形態においては酸素雰囲気で焼成することが好ましい。
複数回の焼成段階を有する場合、最も高い温度で焼成する工程を本焼成と記載する。本焼成の前には、本焼成よりも低い温度で焼成する仮焼成を行ってもよい。また、本焼成の後には本焼成よりも低い温度で焼成する後焼成を行ってもよい。
組み合わせの例としては、600℃以上1200℃以下、610℃以上1100℃以下、620℃以上1000℃以下が挙げられる。
最高保持温度に達する加熱工程の昇温速度は、焼成装置において、昇温を開始した時間から後述の保持温度に到達するまでの時間から算出される。
洗浄に用いる洗浄液の温度は、15℃以下が好ましく、10℃以下がより好ましく、8℃以下がさらに好ましい。洗浄液の温度を凍結しない範囲で上記範囲に制御することで、洗浄時に焼成物の結晶構造中から洗浄液中へのリチウムイオンの過度な溶出が抑制できる。
1)各洗浄液の水溶液中に、焼成物を投入して撹拌する方法。
2)各洗浄液の水溶液をシャワー水として、焼成物にかける方法。
3)各洗浄液の水溶液中に、焼成物を投入して撹拌した後、各洗浄液の水溶液から焼成物を分離し、次いで、各洗浄液の水溶液をシャワー水として、分離後の焼成物にかける方法。
得られたウエットケーキを熱処理することが好ましい。
熱処理する温度や方法は特に限定されないが、充電容量の低下を防止できる観点から、熱処理温度は100℃以上であることが好ましく、130℃以上であることがより好ましく、150℃以上であることがさらに好ましい。また、特に制限はないが、リチウムの揮発を防止でき、本実施形態の組成を有するCAMが得られやすくなる観点から、700℃以下であることが好ましく、600℃以下であることがより好ましい。
リチウムの揮発量は、熱処理温度により制御することができる。
熱処理後に、得られた熱処理品を解砕してもよい。
解砕工程は、気流式粉砕機、分級機構付衝突式粉砕機、ピンミル、ボールミル、ジェットミル、分級ローター付カウンタージェットミルなどを用いて実施することが好ましい。
次いで、本実施形態のCAMを用いる場合の好適なリチウム二次電池の構成を説明する。
さらに、本実施形態のCAMを用いる場合に好適なリチウム二次電池用正極(以下、正極と称することがある。)について説明する。
さらに、正極の用途として好適なリチウム二次電池について説明する。
(正極)
正極は、まずCAM、導電材及びバインダーを含む正極合剤を調製し、正極合剤を正極集電体に担持させることで製造することができる。
正極が有する導電材としては、炭素材料を用いることができる。炭素材料として黒鉛粉末、カーボンブラック(例えばアセチレンブラック)及び繊維状炭素材料などを挙げることができる。
正極が有するバインダーとしては、熱可塑性樹脂を用いることができる。この熱可塑性樹脂としては、ポリイミド樹脂;ポリフッ化ビニリデン(以下、PVdFということがある。)、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂;ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、WO2019/098384A1またはUS2020/0274158A1に記載の樹脂を挙げることができる。
正極が有する正極集電体としては、Al、Ni又はステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を用いることができる。
以上に挙げられた方法により、正極を製造することができる。
リチウム二次電池が有する負極は、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能であればよく、負極活物質を含む負極合剤が負極集電体に担持されてなる電極、及び負極活物質単独からなる電極を挙げることができる。
負極が有する負極活物質としては、炭素材料、カルコゲン化合物(酸化物又は硫化物など)、窒化物、金属又は合金で、正極よりも低い電位でリチウムイオンのドープかつ脱ドープが可能な材料が挙げられる。
負極が有する負極集電体としては、Cu、Ni又はステンレスなどの金属材料を形成材料とする帯状の部材を挙げることができる。
リチウム二次電池が有するセパレータとしては、例えば、ポリエチレン及びポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、フッ素樹脂又は含窒素芳香族重合体などの材質からなる、多孔質膜、不織布又は織布などの形態を有する材料を用いることができる。また、これらの材質を2種以上用いてセパレータを形成してもよいし、これらの材料を積層してセパレータを形成してもよい。また、JP-A-2000-030686又はUS20090111025A1に記載のセパレータを用いてもよい。
リチウム二次電池が有する電解液は、電解質及び有機溶媒を含有する。
次いで、全固体リチウム二次電池の構成を説明しながら、本発明の一態様に係るCAMを用いた全固体リチウム二次電池の正極、及びこの正極を有する全固体リチウム二次電池について説明する。
本実施形態の正極110は、正極活物質層111と正極集電体112とを有している。
正極活物質層111に含まれる固体電解質としては、リチウムイオン伝導性を有し、公知の全固体リチウム二次電池に用いられる固体電解質を採用することができる。このような固体電解質としては、無機電解質及び有機電解質を挙げることができる。無機電解質としては、酸化物系固体電解質、硫化物系固体電解質及び水素化物系固体電解質を挙げることができる。有機電解質としては、ポリマー系固体電解質を挙げることができる。各電解質としては、WO2020/208872A1、US2016/0233510A1、US2012/0251871A1、US2018/0159169A1に記載の化合物が挙げられ、例えば、以下の化合物が挙げられる。
酸化物系固体電解質としては、例えば、ペロブスカイト型酸化物、NASICON型酸化物、LISICON型酸化物及びガーネット型酸化物などが挙げられる。各酸化物の具体例は、WO2020/208872A1、US2016/0233510A1、US2020/0259213A1に記載の化合物が挙げられ、例えば、以下の化合物が挙げられる。
硫化物系固体電解質としては、Li2S-P2S5系化合物、Li2S-SiS2系化合物、Li2S-GeS2系化合物、Li2S-B2S3系化合物、LiI-Si2S-P2S5系化合物、LiI-Li2S-P2O5系化合物、LiI-Li3PO4-P2S5系化合物及びLi10GeP2S12系化合物などを挙げることができる。
水素化物系固体電解質材料としては、LiBH4、LiBH4-3KI、LiBH4-PI2、LiBH4-P2S5、LiBH4-LiNH2、3LiBH4-LiI、LiNH2、Li2AlH6、Li(NH2)2I、Li2NH、LiGd(BH4)3Cl、Li2(BH4)(NH2)、Li3(NH2)I及びLi4(BH4)(NH2)3などを挙げることができる。
ポリマー系固体電解質として、例えばポリエチレンオキサイド系の高分子化合物及びポリオルガノシロキサン鎖及びポリオキシアルキレン鎖からなる群から選ばれる1種以上を含む高分子化合物などの有機系高分子電解質を挙げることができる。また、高分子化合物に非水電解液を保持させた、いわゆるゲルタイプのものを用いることもできる。
正極活物質層111が有する導電材としては、上述の(導電材)で説明した材料を用いることができる。また、正極合剤中の導電材の割合についても同様に上述の(導電材)で説明した割合を適用することができる。また、正極が有するバインダーとしては、上述の(バインダー)で説明した材料を用いることができる。
正極110が有する正極集電体112としては、上述の(正極集電体)で説明した材料を用いることができる。
負極120は、負極活物質層121と負極集電体122とを有している。負極活物質層121は、負極活物質を含む。また、負極活物質層121は、固体電解質及び導電材を含んでいてもよい。負極活物質、負極集電体、固体電解質、導電材及びバインダーは、上述したものを用いることができる。
固体電解質層130は、上述の固体電解質を有している。
CAMの組成分析は、前記[ICP発光分光法による測定]において説明した方法により実施した。
CAMを用いたリチウム二次電池の電池性能は、上記<電池性能の測定>に記載の方法により測定した。具体的には、レート特性を測定した。
CAMの核磁気共鳴測定は、上記[核磁気共鳴測定]に記載の方法により実施し、前記(Aの算出方法)に記載の方法によりAを求めた。
また、[ICP発光分光法による測定]、及び(Bの算出方法)に記載の方法により、CAMのBを求めた。
得られたA及びBから、[1-(A/B)]×100を算出した。
上記[5C-Ni及び4C-Niの算出方法]に記載の方法により、CAMの5C-Ni及び4C-Niを求めた。
得られた5C-Ni及び4C-Niから、5C-Ni/4C-Niを算出した。
上記[6C-Ni及び5C-Niの算出方法]に記載の方法により、CAMの6C-Ni及び5C-Niを求めた。
得られた6C-Ni及び5C-Niから、6C-Ni/5C-Niを算出した。
上記[BET比表面積の測定]に記載の方法により、CAMのBET比表面積を測定した。
上記(LAの算出)、(LBの算出)に記載の方法により、CAMのLA及びLBを求め、LA/LBを算出した。
1.CAM-1の製造
攪拌器およびオーバーフローパイプを備えた反応槽内に水を入れた後、水酸化ナトリウム水溶液を添加し、液温を50℃に保持した。
その後、さらに酸素雰囲気下720℃で6時間、本焼成した。
CAM-1の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=0.03、y=0.12であり、元素XはCo、Alであった。粉末X線回折測定の結果、CAM-1は、α-NaFeO2型結晶構造を有していた。
1.CAM-2の製造
本焼成の温度を700℃、スラリー全体量に対する焼成物の質量割合を40質量%に変更した以外は実施例1と同様の方法により、CAM-2を得た。なお、ウエットケーキは、厚みが30mm、含水率が9.39wt%であった。
CAM-2の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=0.04、y=0.11であり、元素XはCo、Alであった。粉末X線回折測定の結果、CAM-2は、α-NaFeO2型結晶構造を有していた。
1.CAM-11の製造
後処理工程を実施しない以外は実施例1と同様の方法によりCAM-11を得た。
CAM-11の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=0.10、y=0.11であり、元素XはCo、Alであった。粉末X線回折測定の結果、CAM-11は、α-NaFeO2型結晶構造を有していた。
1.CAM-12の製造
前駆体の酸化工程を実施しない以外は実施例1と同様の方法によりCAM-12を得た。なお、ウエットケーキは、厚みが25mm、含水率が11.3wt%であった。
CAM-12の組成分析を行い、組成式(I)に対応させたところ、x=0.03、y=0.11であり、元素XはCo、Alであった。粉末X線回折測定の結果、CAM-12は、α-NaFeO2型結晶構造を有していた。
Claims (8)
- リチウム金属複合酸化物を含み、下記(1)を満たし、下記組成式(I)を満たすリチウム二次電池用正極活物質であって、
前記リチウム金属複合酸化物は、少なくともNi、Li及び元素Xを含有し、α-NaFeO2型結晶構造を有し、前記元素Xは、Co、Mn、Al、Fe、Cu、Ti、Mg、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、V、B、Si、S及びPからなる群より選択される1種以上の元素である、リチウム二次電池用正極活物質。
0%<[1-(A/B)]×100≦1.3% ・・・(1)
(Aは、核磁気共鳴測定により得られる前記リチウム二次電池用正極活物質の7Liの固体核磁気共鳴スペクトルに基づき下記の波形分析方法により算出するNiと元素Xの合計存在量に対するNiの存在割合(mol%)であり、Bは、ICP発光分光法により測定される前記リチウム二次電池用正極活物質のNiと元素Xの合計存在量に対するNiの存在割合(mol%)である。)
Li[Li x (Ni (1-y) X1 y ) 1-x ]O 2 (I)
(式(I)中、X1は、Co、Mn、Fe、Cu、Ti、Mg、Al、W、Mo、Nb、Zn、Sn、Zr、Ga、B、Si、S及びPからなる群から選択される少なくとも1種の元素を表し、-0.1≦x≦0.2、0<y≦0.9を満たす。)
(波形分析方法)
波形解析ソフトを用いて7Liの固体核磁気共鳴スペクトルを3つの波形に分離し、Li近傍の6配位サイトをすべて占有しているNi3+に帰属するピーク、6配位サイトの内5か所に配位しているNi3+に帰属するピーク、6配位サイトの内4か所に配位しているNi3+に帰属するピークをそれぞれ得る。
波形分離により検出した3つのピークから、下記の方法によりNiの存在割合(mol%)を算出する。3つのピークのシグナル積分比を用いて、下記式(1)から前記Aを算出する。
- 下記(2)を満たす、請求項1に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
1.45≦5C-Ni/4C-Ni≦1.73 ・・・(2)
(5C-Niは、前記7Liの固体核磁気共鳴スペクトルのうち、300ppm以上1000ppm以下の範囲のピークの波形解析から求められる、5配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比(%)であり、4C-Niは、4配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比である。) - 下記(3)を満たす、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。
1.45≦6C-Ni/5C-Ni≦1.85 ・・・(3)
(6C-Niは、前記7Liの固体核磁気共鳴スペクトルのうち、300ppm以上1000ppm以下の範囲のピークの波形解析から求められる、6配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比であり、5C-Niは、5配位Niに帰属されるピークのシグナル積分比である。) - 前記組成式(I)は、0<y≦0.3を満たす、請求項1~3のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
- BET比表面積が0.5m2/g以上2.0m2/g以下を満たす、請求項1~4のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
- 下記(4)を満たす、請求項1~5のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
1.75≦LA/LB≦2.0 ・・・(4)
(LAは、CuKα線を使用した粉末X線回折測定による、2θ=18.5±1°の範囲内の回折ピークから求めたリチウム二次電池用正極活物質の結晶子径であり、LBは、2θ=44.4±1°の範囲内の回折ピークから求めたリチウム二次電池用正極活物質の結晶子径である。) - 請求項1~6のいずれか1項に記載のリチウム二次電池用正極活物質を含むリチウム二次電池用正極。
- 請求項7に記載のリチウム二次電池用正極を含むリチウム二次電池。
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