(57)【要約】  本発明は、より高い不可逆容量を有することによって、高いエネルギー密度を有する負極の使用に伴う高容量電池へと効果的に適用可能なリチウム二次電池の正極添加剤およびその製造方法に関する。
2020521285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の化学式１で表される化合物を含む、リチウム二次電池の正極添加剤：
［化学式１］
ｙ（Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２）−ｚ（Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４）
前記化学式１において、
Ｍは、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｗ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群より選択された１種以上の元素であり、
０≦ｘ＜１．０であり、
ｙ、ｚはそれぞれ、前記化学式１の化合物に含まれているＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４のモル比であって、ｙ：ｚは、２：１〜３０：１である。
【請求項２】
前記化学式１で表される化合物に含まれているＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４は、物理的に混合および連結されて単一の粒子状または複合体状をなしている、請求項１に記載のリチウム二次電池の正極添加剤。
【請求項３】
前記単一の粒子状または複合体状をなしている化学式１で表される化合物は、ＣｕＫαＸ線（Ｘ−ｒα）によるＸ線回折（Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析時、２３．５°±０．２°または３６．３°±０．２°の２θで追加的なピークを示し、
前記追加的なピークの強度は、２５．６７°±０．２°の２θで現れるピークの強度を基準として、１０％以下である、請求項２に記載のリチウム二次電池の正極添加剤。
【請求項４】
前記化学式１で表される化合物は、１．５重量％以下の残留Ｌｉ２Ｏをさらに含む、請求項１に記載のリチウム二次電池の正極添加剤。
【請求項５】
ニッケル前駆体、Ｍ含有前駆体、およびＬｉ２Ｏを含むリチウム前駆体を含む混合物を焼成して、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ２Ｏを含む複合体を形成する第１焼成段階と；
前記複合体に含まれているリチウム前駆体をコバルト（Ｃｏ）前駆体と追加反応させて、化学式１で表される化合物を形成する第２焼成段階と、を含む、請求項１に記載のリチウム二次電池の正極添加剤の製造方法。
【請求項６】
前記第１焼成段階は、５００〜８００℃の不活性雰囲気で行われ、
前記第２焼成段階は、４００〜８００℃の不活性雰囲気で行われる、請求項５に記載の正極添加剤の製造方法。
【請求項７】
前記ニッケル前駆体は、ニッケル酸化物またはニッケル水酸化物を含み、
前記Ｍ含有前駆体は、元素Ｍを含み、その酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、ハロゲン化物、リン酸塩、およびこれらの水和物からなる群より選択される１種以上を含む、請求項５に記載の正極添加剤の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の正極添加剤；および正極活物質；を含む正極合剤。
【請求項９】
前記正極添加剤：前記正極活物質の重量比は、１：９９〜３５：６５である、請求項８に記載の正極合剤。
【請求項１０】
前記正極活物質は、コバルト、マンガン、ニッケル、またはこれらの組み合わせの群から選択される金属と；リチウムと；の複合酸化物を１種以上含む、請求項８に記載の正極合剤。
【請求項１１】
請求項８に記載の正極合剤を含む正極；電解質；および負極；を含むリチウム二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互参照
本出願は、２０１７年１１月２９日付の韓国特許出願第１０−２０１７−０１６１９４３号および２０１８年１１月２１日付の韓国特許出願第１０−２０１８−０１４４８８７号に基づく優先権の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示されたすべての内容は本明細書の一部として含まれる。
【０００２】
本発明は、より高い不可逆容量を有することによって、高いエネルギー密度を有する負極の使用に伴う高容量電池へと効果的に適用可能なリチウム二次電池の正極添加剤およびその製造方法と、前記正極添加剤を含む正極およびリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、エネルギー源として二次電池の需要が急激に増加している。このような二次電池のうち、高いエネルギー密度と電圧を有し、サイクル寿命が長く、自己放電率が低いリチウム二次電池が商用化されて広く用いられている。
【０００４】
リチウム二次電池の負極材料としては黒鉛が主に用いられているが、黒鉛は単位質量あたりの容量が３７２ｍＡｈ／ｇと小さいため、リチウム二次電池の高容量化が難しい。これにより、リチウム二次電池の高容量化のために、黒鉛よりも高いエネルギー密度を有する非炭素系負極材料として、シリコン、スズ、およびこれらの酸化物などのように、リチウムと金属間化合物を形成する負極材料が開発、使用されている。しかし、このような非炭素系負極材料の場合、容量は大きいが、初期効率が低くて初期充放電中のリチウム消費量が大きく、不可逆容量損失が大きい問題がある。
【０００５】
これに対し、正極材料にリチウムイオン供給源またはストレージを提供することができ、電池全体の性能を低下させないように、最初のサイクル後に電気化学的に活性を示す材料を用いて、負極の不可逆容量損失を克服しようとする方法が研究、提案されている。具体的には、犠牲正極材または不可逆添加剤（または過放電防止剤）として、例えば、Ｌｉ２ＮｉＯ２のように過剰のリチウムを含む酸化物を正極に適用する方法が知られている。
【０００６】
しかし、最近、負極材料の高容量化がさらに要求されるに伴い、前記不可逆添加剤に対してもより高い不可逆容量を有することが要求されている。しかし、このような高い不可逆容量を有する正極添加剤の開発には限界があったのが事実である。
【０００７】
一方、前記Ｌｉ２ＮｉＯ２のような既存の不可逆添加剤は、一般に、ニッケル酸化物やニッケル炭酸塩などを、過剰のリチウム酸化物と反応させて製造される。この時、反応に参加しない未反応リチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）などの副産物が最終的に製造される不可逆添加剤に残留するが、これは、充放電過程で酸化を起こして電池内部で酸素気体を発生させることがある。参照として、図１には、このように未反応リチウム酸化物から酸素気体が発生するメカニズムが概略的に示されている。このように発生した酸素気体は体積膨張などを誘発して電池性能の低下をもたらす主因の一つとなりかねない。
【０００８】
また、前記リチウム酸化物などの副産物は、電極製造のためのスラリー組成物の製造時、バインダー成分などと反応して組成物の粘度上昇またはゲル化をもたらしかねない。その結果、活物質層形成のための電極組成物の塗布時に均一な塗布が困難であり、電池の特性が低下するという欠点がある。
【０００９】
上述した問題点によって、リチウム酸化物などの副産物残留量が小さくかつ、より高い不可逆容量を有する正極添加剤の開発が要求され続けている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、リチウム酸化物などの副産物残留量が小さくかつ、より高い不可逆容量を有するリチウム二次電池の正極添加剤およびその製造方法を提供する。
【００１１】
また、本発明は、前記正極添加剤を含む正極を提供する。
【００１２】
本発明はさらに、前記正極を含むことで、高いエネルギー密度を有する負極材料の使用に伴う高容量特性を示しながらも、負極材料の不可逆容量損失を克服できるリチウム二次電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、下記の化学式１で表される化合物を含む、リチウム二次電池の正極添加剤を提供する：
［化学式１］
ｙ（Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２）−ｚ（Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４）
前記化学式１において、
Ｍは、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｗ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群より選択された１種以上の元素であり、
０≦ｘ＜１．０であり、
ｙ、ｚはそれぞれ、前記化学式１の化合物に含まれているＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４のモル比であって、ｙ：ｚは、２：１〜３０：１である。
【００１４】
本発明はまた、ニッケル前駆体、Ｍ含有前駆体、およびＬｉ２Ｏを含むリチウム前駆体を含む混合物を焼成して、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ２Ｏを含む複合体を形成する第１焼成段階；および前記複合体に含まれているリチウム前駆体をコバルト（Ｃｏ）前駆体と追加反応させて、化学式１の化合物を形成する第２焼成段階を含む前記リチウム二次電池の正極添加剤の製造方法を提供する。
【００１５】
また、本発明は、前記正極添加剤；および正極活物質；を含む正極合剤を提供する。
【００１６】
本発明はさらに、前記正極合剤を含む正極；電解質；および負極；を含むリチウム二次電池を提供する。
【００１７】
以下、発明の実施形態に係る正極添加剤およびその製造方法などについて具体的に説明する。以下の説明で使用される技術用語および科学用語において別の定義がなければ、この発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が通常理解している意味を有する。また、従来と同一の技術的構成および作用に関する繰り返しの説明は省略する。
【００１８】
本願明細書全体において、ある部材が他の部材の「上に」位置しているとする時、これは、ある部材が他の部材に接している場合のみならず、２つの部材の間にさらに他の部材が存在する場合も含む。
【００１９】
本願明細書全体において、ある部分がある構成要素を「含む」とする時、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに包含できることを意味する。
【００２０】
本願明細書全体で使用される、程度の用語「約」、「実質的に」などは、言及された意味に固有の製造および物質の許容誤差が提示される時、その数値でまたはその数値に近接する意味で使用され、本願の理解のために正確または絶対的な数値が言及された開示内容を非良心的な侵害者が不当に利用するのを防止するために使用される。
【００２１】
発明の一実施形態によれば、下記の化学式１で表される化合物を含む、リチウム二次電池の正極添加剤が提供される：
［化学式１］
ｙ（Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２）−ｚ（Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４）
前記化学式１において、
Ｍは、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｗ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群より選択された１種以上の元素であり、
０≦ｘ＜１．０であり、
ｙ、ｚはそれぞれ、前記化学式１の化合物に含まれているＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４のモル比であって、ｙ：ｚは、２：１〜３０：１である。
【００２２】
このような一実施形態の正極添加剤は、後述する製造方法により、不可逆添加剤として作用可能なＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２を形成した後、未反応リチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）の副産物をコバルト（Ｃｏ）前駆体と追加的に焼成／反応させて形成された新規な複合体に相当する。このような新規複合体は、前記Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２と、前記リチウム酸化物およびコバルト前駆体が追加反応して形成されたＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４が単一の粒子状または複合体状をなしている。
【００２３】
ここで、「単一の粒子状または複合体状」をなしているというのは、上述した各成分の粒子が互いに物理的に混合および連結されて、二次粒子のような凝集した単一の粒子状態で存在することを意味することができる。これは、上述した各成分が互いに個別成分、特に、前記Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２と、Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４が個別的に製造されて混合されることによって、これら成分の一次粒子が単純混合された状態と区分される。
【００２４】
このような一実施形態の正極添加剤は、従来知られた不可逆正極添加剤、例えば、Ｌｉ２ＮｉＯ２と比較して、大きく減少した副産物、つまり、リチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）の残留量を有することができる。例えば、前記化学式１の化合物は、１．５重量％以下、あるいは０〜１．０重量％、あるいは０．０００１〜０．６重量％の残留Ｌｉ２Ｏのみをさらに含むことができると予測される。
【００２５】
これは、リチウム酸化物の追加的反応による副産物残留量の減少を経て得られることによる。その結果、一実施形態の正極添加剤は、前記リチウム酸化物の副産物などによって、電池内部に酸素気体が発生したり、電極スラリー組成物のゲル化が起こることを顕著に減少させることができる。
【００２６】
さらに、前記リチウム酸化物の追加的反応によって形成されたＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４、例えば、Ｌｉ６ＣｏＯ４はそれ自体で過剰のリチウムを含むリチウムイオン供給源として作用して、不可逆正極添加剤として作用することができる。したがって、これを追加的に含む一実施形態の正極添加剤は、従来知られた不可逆添加剤に比べて非常に高い不可逆容量を有することができる。
【００２７】
一例によれば、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２に包括されるＬｉ２ＮｉＯ２は３９０ｍＡｈ／ｇの容量を有し、Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４に包括されるＬｉ６ＣｏＯ４は７００ｍＡｈ／ｇの容量を有することができることから、これらが単一の複合体状を呈している一実施形態の正極添加剤は、これら両成分のモル比に応じて既存のＬｉ２ＮｉＯ２より非常に高い不可逆容量を有することができる。したがって、一実施形態の正極添加剤は、副産物による問題が最小化されながらも、負極材料の高容量化に対応してより高い不可逆容量を提供することによって、高容量化されたリチウム二次電池に好ましく使用できる。
【００２８】
一方、上述した一実施形態の正極添加剤は、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２と、Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４が単一の粒子状または複合体状を有することができ、このような特性は、単一の二次粒子形態の正極添加剤をＣｕＫαＸ線（Ｘ−ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析することによって確認できる。参照として、このようなＸＲＤ分析結果の一例が図４に示されている。図４に示されるように、既存のＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２、例えば、Ｌｉ２ＮｉＯ２のＸＲＤ分析結果（図４の下段のグラフ）と比較して、一実施形態の正極添加剤のＸＲＤ分析結果（図４の上段のグラフ）はＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４に由来するピークが、例えば、２３．５°±０．２°および／または３６．３°±０．２°の２θから確認できる。このようなピークは、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２に由来する特徴的ピーク、例えば、２５．６７°±０．２°の２θで現れるピークの強度を基準として、１０％以下、あるいは０超過１０％以下、０．１〜７％、あるいは０．２〜５％の強度を示すことができる。
【００２９】
また、前記一実施形態の正極添加剤に含まれているＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４の含有量、例えば、前記化学式１に含まれているＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４のモル比、より具体的には、前記ｙ：ｚのモル比もこのような相対的ピーク強度を分析して算出することができる。
【００３０】
一方、上述した一実施形態の正極添加剤に含まれている化学式１の化合物は、前記ｙ：ｚが２：１〜３０：１、あるいは２．５：１〜２０：１、あるいは３：１〜１０：１になるモル比であって、前記Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４を含むことができる。参照として、これら２つの成分の具体的な含有量は、微量に残留するＬｉ２Ｏの含有量を除いた残りの含有量と、前記ｙ：ｚのモル比から導出される。
【００３１】
このような各成分の含有量範囲を満たすことによって、一実施形態の正極添加剤が容易かつ効果的に製造可能でありながらも、より高い不可逆容量を有することができ、リチウム酸化物副産物による酸素気体の発生または電極スラリー組成物のゲル化をさらに減少させることができる。
【００３２】
一方、前記化学式１の正極添加剤において、前記Ｍの元素は、各成分のニッケルまたはコバルトの一部を置換して含まれることによって、熱安定性および構造安定性を向上させる役割を果たすもので、具体的には、Ｗ、Ｔｉ、またはＺｒのような遷移金属元素；またはＰ、Ｆ、およびＢからなる群より選択されるものであってもよいし、なかでも、リチウムとの反応性に優れ、より安定した化合物の形成が可能なＰまたはＢであってもよい。
【００３３】
このようなＭの元素は、ｘは、０以上、１未満、あるいは０〜０．６、あるいは０．００１〜０．５、あるいは０．０１〜０．４、あるいは０．０２〜０．１になる比率で、前記化学式１において、ニッケルまたはコバルトの一部を選択的に置換して含まれる。このような置換比率に応じて、化学式１の安定性が向上できながらも、化学式１の正極添加剤が優れた不可逆容量などを示すことができる。
【００３４】
上述した正極添加剤は、別途の正極活物質と混合されて、不可逆正極添加剤として使用可能であり、追加的に、初期充放電過程で過剰のリチウムイオンを供給して不可逆添加剤として作用した後には、それ自体で正極活物質として作用することもできる。このような一実施形態の正極添加剤は、既存のＬｉ２ＮｉＯ２などに比べて高い（不可逆）容量、例えば、３９０ｍＡｈ／ｇより大きく、７００ｍＡｈ／ｇより小さい（不可逆）容量を有することができ、リチウム酸化物の副産物残留量が大きく減少して、酸素気体の発生による電池性能の低下または電極スラリー組成物のゲル化などを抑制する特性を示すことができる。
【００３５】
一方、発明の他の実施形態によれば、上述した正極添加剤の製造方法が提供される。このような製造方法は、ニッケル前駆体、Ｍ含有前駆体、およびＬｉ２Ｏを含むリチウム前駆体を含む混合物を焼成して、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ２Ｏを含む複合体を形成する第１焼成段階；および前記複合体に含まれているリチウム前駆体をコバルト（Ｃｏ）前駆体と追加反応させて、化学式１の化合物を形成する第２焼成段階を含むことができる。
【００３６】
つまり、他の実施形態の製造方法によれば、ニッケル前駆体、およびＬｉ２Ｏを含むリチウム前駆体と、選択的にＭ含有前駆体を１次焼成して反応させることによって、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２（ただし、未反応残留副産物としてＬｉ２Ｏを含む）を形成した後、これに含まれているリチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）などのリチウム前駆体をコバルト（Ｃｏ）前駆体、例えば、コバルト酸化物または水酸化物（ＣｏＯまたはＣｏ（ＯＨ）２）と追加的に反応（２次焼成）させることができる。その結果、前記未反応リチウム酸化物を含むリチウム前駆体が消費されながら、前記コバルト前駆体との反応によってＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４が形成されて、結果的に一実施形態による化学式１の正極添加剤が得られる。
【００３７】
また、このような製造過程で、第１焼成段階で残るＭ含有前駆体が選択的に第２焼成段階での反応に参加したり、必要に応じて、追加的にＭ含有前駆体が第２焼成段階で付加されることによって、前記Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４においてもＭがコバルトの一部を選択的に置換した形態を有することができる。
【００３８】
一方、上述した他の実施形態の製造方法において、前記第１焼成段階は、５００〜８００℃、あるいは６００〜８００℃の温度で不活性雰囲気下にて行われ、前記第２焼成段階は、４００〜８００℃、あるいは５００〜７００℃の温度で、不活性雰囲気下にて行われる。
【００３９】
このような反応条件下で１次焼成段階を進行させることによって、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２を高い収率で適切に形成することができる。また、２次焼成段階を上述した条件、例えば、８００℃、あるいは７００℃以下の温度で進行させることによって、Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４を効果的に形成することができながらも、すでに形成されたＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２の分解などを誘発せず、単一の複合体状などの形態で一実施形態の正極添加剤を形成することができる。万一、２次焼成段階の温度が過度に高まる場合、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２の分解などがもたらされたり、Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４がまともに形成されず、単一の複合体状を有する一実施形態の正極添加剤がまともに形成されないことがある。
【００４０】
前記第１および第２焼成段階は、副反応生成抑制のために、窒素、ヘリウム、またはアルゴンなどのような不活性気体雰囲気下にて行われる。なかでも、反応効率の増加および副反応生成抑制効果の優秀さを考慮する時、窒素気体雰囲気下にて行われる。
【００４１】
一方、前記製造方法において、前記ニッケル前駆体としては、酸化ニッケル（ＮｉＯ）または水酸化ニッケル（Ｎｉ（ＯＨ）２）のようにニッケルを含む酸化物または水酸化物を使用することができる。
【００４２】
また、前記リチウム前駆体としては、上述したリチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）のほか、他のリチウム前駆体を使用することができる。ただし、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２の不安定な特性上、使用可能なリチウム前駆体は、前記リチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）に準ずる高い反応性を有するものに制限されることが好ましい。
【００４３】
そして、前記Ｍ含有前駆体としては、元素Ｍを含み、その酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、ハロゲン化物、リン酸塩、およびこれらの水和物からなる群より選択される１種以上を使用することができる。
【００４４】
また、前記コバルト前駆体としては、酸化コバルト（ＣｏＯ）または水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）２）のようにコバルトを含む酸化物または水酸化物を使用することができる。
【００４５】
上述したリチウム前駆体、ニッケル前駆体Ｍ含有前駆体、およびコバルト前駆体は、最終的に製造される化学式１の各元素の組成比を満たすようにする含有量で当業者が適切に選択して使用可能である。
【００４６】
一方、上述した各原料物質の混合時、焼結剤が選択的にさらに添加されてもよい。前記焼結剤は、具体的には、ＮＨ４Ｆ、ＮＨ４ＮＯ３、または（ＮＨ４）２ＳＯ４のようなアンモニウムイオンを含む化合物；Ｂ２Ｏ３またはＢｉ２Ｏ３のような金属酸化物；またはＮｉＣｌ２またはＣａＣｌ２のような金属ハロゲン化物などであってもよいし、これらのいずれか１つまたは２つ以上の混合物が使用できる。前記焼結剤は、ニッケル前駆体１モルに対して、０．０１モル〜０．２モルの含有量で使用できる。前記含有量範囲内で使用する時、焼結特性の向上効果に優れていて、正極材の性能改善および充放電進行時の電池の初期容量の低下を防止することができる。
【００４７】
また、前記原料物質の混合時、水分除去剤が選択的にさらに添加されてもよい。具体的には、前記水分除去剤としては、クエン酸、酒石酸、グリコール酸、またはマレイン酸などが挙げられ、これらのいずれか１つまたは２つ以上の混合物が使用できる。前記水分除去剤は、ニッケル前駆体１モルに対して、０．０１モル〜０．２モルの含有量で使用できる。
【００４８】
一方、発明のさらに他の実施形態によれば、上述した正極添加剤；および正極活物質；を含む正極合剤が提供される。
【００４９】
前記実施形態の正極合剤は、上述した一実施形態の正極添加剤を適用したものであるので、これを適用しない場合に比べて、負極の初期不可逆容量を減少させ、これにより、正極の初期効率を増加させることができる。
【００５０】
前記実施形態の正極合剤において、前記正極添加剤：前記正極活物質の重量比は、１：９９〜３５：６５、あるいは３：９７〜３０：７０、あるいは５：９５〜１０：９０になってもよいし、この範囲で配合された各物質による相乗効果が奏される。
【００５１】
具体的には、前記正極添加剤および前記正極活物質が前記範囲で配合される時、電池の初期充放電で（例えば、１ｓｔサイクルで）前記正極添加剤として負極の初期不可逆容量を十分に減少させた後、後の充放電（例えば、２ｎｄサイクル後）で前記正極活物質によってリチウムイオンの可逆的な挿入および脱離が安定的に行われる。
【００５２】
この他、前記一実施形態の正極合剤は、一般に当業界で知られた事項により実現することができる。以下、一般に当業界で知られた事項を簡単に提示するが、これは例示に過ぎず、これによって前記一実施形態の正極合剤が制限されない。
【００５３】
前記正極活物質の場合、リチウムイオンの可逆的な挿入および脱離が可能な物質であれば、特に制限されない。例えば、コバルト、マンガン、ニッケル、またはこれらの組み合わせの群から選択された金属と；リチウムと；の複合酸化物を１種以上含むものであってもよい。
【００５４】
より具体的な例を挙げると、前記正極活物質として、下記の化学式のいずれか１つで表される化合物を使用することができる。ＬｉａＡ１−ｂＲｂＤ２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０≦ｂ≦０．５である）；ＬｉａＥ１−ｂＲｂＯ２−ｃＤｃ（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、および０≦ｃ≦０．０５である）；ＬｉＥ２−ｂＲｂＯ４−ｃＤｃ（上記式中、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５である）；ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＣｏｂＲｃＤα（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５および０＜α≦２である）；ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＣｏｂＲｃＯ２−αＺα（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５および０＜α＜２である）；ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＣｏｂＲｃＯ２−αＺ２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５および０＜α＜２である）；ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＭｎｂＲｃＤα（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５および０＜α≦２である）；ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＭｎｂＲｃＯ２−αＺα（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５および０＜α＜２である）；ＬｉａＮｉ１−ｂ−ｃＭｎｂＲｃＯ２−αＺ２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５および０＜α＜２である）；ＬｉａＮｉｂＥｃＧｄＯ２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５および０．００１≦ｄ≦０．１である。）；ＬｉａＮｉｂＣｏｃＭｎｄＧｅＯ２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．９、０≦ｃ≦０．５、０≦ｄ≦０．５および０．００１≦ｅ≦０．１である。）；ＬｉａＮｉＧｂＯ２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０．００１≦ｂ≦０．１である。）；ＬｉａＣｏＧｂＯ２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０．００１≦ｂ≦０．１である。）；ＬｉａＭｎＧｂＯ２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０．００１≦ｂ≦０．１である。）；ＬｉａＭｎ２ＧｂＯ４（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０．００１≦ｂ≦０．１である。）；ＱＯ２；ＱＳ２；ＬｉＱＳ２；Ｖ２Ｏ５；ＬｉＶ２Ｏ５；ＬｉＴＯ２；ＬｉＮｉＶＯ４；Ｌｉ（３−ｆ）Ｊ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）；Ｌｉ（３−ｆ）Ｆｅ２（ＰＯ４）３（０≦ｆ≦２）；およびＬｉＦｅＰＯ４。
【００５５】
前記化学式において、Ａは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、またはこれらの組み合わせであり；Ｒは、Ａｌ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｒ、Ｖ、希土類元素、またはこれらの組み合わせであり；Ｄは、Ｏ、Ｆ、Ｓ、Ｐ、またはこれらの組み合わせであり；Ｅは、Ｃｏ、Ｍｎ、またはこれらの組み合わせであり；Ｚは、Ｆ、Ｓ、Ｐ、またはこれらの組み合わせであり；Ｇは、Ａｌ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｓｒ、Ｖ、またはこれらの組み合わせであり；Ｑは、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｍｎ、またはこれらの組み合わせであり；Ｔは、Ｃｒ、Ｖ、Ｆｅ、Ｓｃ、Ｙ、またはこれらの組み合わせであり；Ｊは、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、またはこれらの組み合わせである。
【００５６】
もちろん、この化合物の表面にコーティング層を有するものも使用することができ、または前記化合物とコーティング層を有する化合物とを混合して使用することもできる。前記コーティング層は、コーティング元素化合物であって、コーティング元素のオキシド、ヒドロキシド、コーティング元素のオキシヒドロキシド、コーティング元素のオキシカーボネート、またはコーティング元素のヒドロキシカーボネートを含むことができる。これらのコーティング層をなす化合物は、非晶質または結晶質であってもよい。前記コーティング層に含まれるコーティング元素としては、Ｍｇ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｋ、Ｎａ、Ｃａ、Ｓｉ、Ｔｉ、Ｖ、Ｓｎ、Ｇｅ、Ｇａ、Ｂ、Ａｓ、Ｚｒ、またはこれらの混合物を使用することができる。コーティング層形成工程は、前記化合物にこれらの元素を用いて正極活物質の物性に悪影響を及ぼさない方法、例えば、スプレーコーティング、浸漬法などでコーティングできれば、いかなるコーティング方法を用いても構わず、これについては当該分野に務める者によく理解できる内容であるので、詳しい説明は省略する。
【００５７】
上述した実施形態の正極合剤は、導電材、バインダー、またはこれらの混合物；をさらに含んでもよい。前記導電材は、電極に導電性を付与するために使用されるものであって、構成される電池において、化学変化を引き起こすことなく電子伝導性材料であればいずれのものも使用可能であり、その例として、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、炭素繊維、銅、ニッケル、アルミニウム、銀などの金属粉末、金属繊維などを使用することができ、また、ポリフェニレン誘導体などの導電性材料を１種または１種以上を混合して使用することができる。
【００５８】
前記導電材は、通常、正極活物質および正極添加剤を含む合剤の全体重量を基準として、１〜５０重量％、あるいは３〜３０重量％、あるいは７〜２０重量％添加される。よって、正極に優れた電気的特性を付与しながらも、正極の好ましい形成が担保できる。
【００５９】
前記バインダーは、正極活物質粒子を互いによく付着させ、また、正極活物質を電流集電体によく付着させる役割を果たし、その代表例としては、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ジアセチルセルロース、ポリビニルクロライド、カルボキシル化されたポリビニルクロライド、ポリビニルフルオライド、エチレンオキシドを含むポリマー、ポリビニルピロリドン、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリビニリデンフルオライド、ポリエチレン、ポリプロピレン、スチレン−ブタジエンラバー、アクリル化スチレン−ブタジエンラバー、エポキシ樹脂、ナイロンなどを使用することができるが、これに限定されるものではない。
【００６０】
前記バインダーは、通常、正極活物質および正極添加剤を含む合剤の全体重量を基準として、１〜５０重量％、あるいは２〜２０重量％、あるいは３〜１０重量％添加される。よって、正極の電気的特性および／または容量特性などを阻害することなく、優れた耐久性を有する正極の形成を可能にする。
【００６１】
そして、上述した正極合剤は、必要に応じて、充填剤をさらに含んでもよい。前記充填剤は、正極の膨張を抑制する成分として選択的に使用され、当該電池に化学的変化を誘発することなく繊維状材料であれば特に制限されるわけではなく、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのオレフィン系重合体；ガラス繊維、炭素繊維などの繊維状物質が使用される。
【００６２】
一方、発明のさらに他の実施形態によれば、上述した正極合剤を含む正極；電解質；および負極；を含むリチウム二次電池が提供される。
【００６３】
これは、前述した正極添加剤を正極活物質と共に正極に適用したリチウム二次電池であるので、負極の初期不可逆容量が減少し、正極の初期効率が増加し、駆動中の酸素気体などによる性能の低下が現れず、エネルギー密度の低下が抑制されて寿命特性に優れたものになり得る。
【００６４】
このような実施形態のリチウム二次電池において、前述した正極添加剤および正極合剤以外については、一般に当業界で知られた事項により実現することができる。以下、一般に当業界で知られた事項を簡単に提示するが、これは例示に過ぎず、これによって前記一実施形態の正極合剤が制限されない。
【００６５】
前記正極は、正極集電体；および前記正極集電体上に位置し、前述した正極合剤を含む正極合剤層；を含むことができる。
【００６６】
具体的には、前記正極は、正極集電体上に正極活物質、正極添加剤、導電材、および／またはバインダーの混合物である正極合剤を塗布した後、乾燥して製造され、必要によっては、前記混合物に充填剤をさらに添加してもよい。このような正極合剤についてはすでに上述したので、追加的な説明は省略する。
【００６７】
また、前記正極集電体は、一般に、３〜５００μｍの厚さにすれば良い。このような正極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発することなく高い導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、例えば、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、またはアルミニウムやステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したものなどが使用可能である。集電体はその表面に微細な凹凸を形成して正極活物質の接着力を高めることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体などの多様な形態が可能である。
【００６８】
一方、前記実施形態のリチウム二次電池において、前記負極は、集電体と、前記集電体上に形成された負極活物質層とを含み、前記負極活物質層は、負極活物質を含むことができる。
【００６９】
前記負極活物質としては、炭素系負極活物質、リチウム金属、リチウム金属の合金、Ｓｉ、ＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２）、Ｓｉ−Ｃ複合体、Ｓｉ−Ｑ合金（前記Ｑは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、１３族〜１６族元素、遷移金属、希土類元素、またはこれらの組み合わせであり、Ｓｉではない）、Ｓｎ、ＳｎＯ２、Ｓｎ−Ｃ複合体、およびＳｎ−Ｒ（前記Ｒは、アルカリ金属、アルカリ土類金属、１３族〜１６族元素、遷移金属、希土類元素、またはこれらの組み合わせであり、Ｓｎではない）を含む群より選択される少なくとも１種以上の負極活物質を使用することができる。
【００７０】
前記負極集電体は、一般に、３〜５００μｍの厚さにすれば良い。このような負極集電体は、当該電池に化学的変化を誘発することなく導電性を有するものであれば特に制限されるわけではなく、例えば、銅、ステンレススチール、アルミニウム、ニッケル、チタン、焼成炭素、銅やステンレススチールの表面にカーボン、ニッケル、チタン、銀などで表面処理したもの、アルミニウム−カドミウム合金などが使用できる。また、正極集電体と同様に、表面に微細な凹凸を形成して負極活物質の結合力を強化させることもでき、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体などの多様な形態で使用可能である。
【００７１】
前記一実施形態のリチウム二次電池は、電解質の種類および／またはセパレータの種類によって、リチウムイオン電池、リチウムイオンポリマー電池、またはリチウムポリマー電池であってもよい。
【００７２】
前記一実施形態のリチウム二次電池が液体電解質を適用したリチウムイオン電池の時、前記液体電解質を分離膜に含浸させて適用することができる。前記分離膜は、正極と負極との間に介在し、高いイオン透過度と機械的強度を有する絶縁性の薄い薄膜が使用される。分離膜の気孔径は、一般に０．０１〜１０μｍであり、厚さは、一般に５〜３００μｍである。このような分離膜としては、例えば、耐薬品性および疎水性のポリプロピレンなどのオレフィン系ポリマー；ガラス繊維またはポリエチレンなどで作られたシートや不織布などが使用される。電解質としてポリマーなどの固体電解質が使用される場合には、固体電解質が分離膜を兼ねることもできる。
【００７３】
前記液体電解質は、リチウム塩含有非水電解質であってもよい。前記リチウム塩含有非水電解質は、非水電解質とリチウムとからなり、非水電解質としては、非水系有機溶媒、有機固体電解質、無機固体電解質などが使用されるが、これらにのみ限定されるものではない。
【００７４】
前記非水系有機溶媒としては、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリジノン、プロピレンカーボネート、エチレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ガンマ−ブチロラクトン、１，２−ジメトキシエタン、テトラヒドロキシフラン（ｆｒａｎｃ）、２−メチルテトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド、１，３−ジオキソラン、ホルムアミド、ジメチルホルムアミド、ジオキソラン、アセトニトリル、ニトロメタン、ギ酸メチル、酢酸メチル、リン酸トリエステル、トリメトキシメタン、ジオキソラン誘導体、スルホラン、メチルスルホラン、１，３−ジメチル−２−イミダゾリジノン、プロピレンカーボネート誘導体、テトラヒドロフラン誘導体、エーテル、プロピオン酸メチル、プロピオン酸エチルなどの非プロトン性有機溶媒が使用できる。
【００７５】
前記有機固体電解質としては、例えば、ポリエチレン誘導体、ポリエチレンオキシド誘導体、ポリプロピレンオキシド誘導体、リン酸エステルポリマー、ポリアジテーションリシン（ａｇｉｔａｔｉｏｎ  ｌｙｓｉｎｅ）、ポリエステルスルフィド、ポリビニルアルコール、ポリフッ化ビニリデン、イオン性解離基を含む重合剤などが使用できる。
【００７６】
前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ５ＮＩ２、Ｌｉ３Ｎ−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ４、ＬｉＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＳｉＳ３、Ｌｉ４ＳｉＯ４、Ｌｉ４ＳｉＯ４−ＬｉＩ−ＬｉＯＨ、Ｌｉ３ＰＯ４−Ｌｉ２Ｓ−ＳｉＳ２などのＬｉの窒化物、ハロゲン化物、硫酸塩などが使用できる。
【００７７】
前記リチウム塩は、前記非水系電解質に溶解しやすい物質であって、例えば、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＢ１０Ｃｌ１０、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣＦ３ＣＯ２、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＣｌ４、ＣＨ３ＳＯ３Ｌｉ、（ＣＦ３ＳＯ２）２ＮＬｉ、クロロボランリチウム、低級脂肪族カルボン酸リチウム、テトラフェニルホウ酸リチウム、イミドなどが使用できる。
【００７８】
また、前記リチウム塩含有非水電解質には、充放電特性、難燃性などの改善を目的として、例えば、ピリジン、トリエチルホスファイト、トリエタノールアミン、環状エーテル、エチレンジアミン、ｎ−グリム（ｇｌｙｍｅ）、ヘキサリン酸トリアミド、ニトロベンゼン誘導体、硫黄、キノンイミン染料、Ｎ−置換オキサゾリジノン、Ｎ，Ｎ−置換イミダゾリジン、エチレングリコールジアルキルエーテル、アンモニウム塩、ピロール、２−メトキシエタノール、三塩化アルミニウムなどが添加されてよい。場合によっては、不燃性を付与するために、四塩化炭素、三フッ化エチレンなどのハロゲン含有溶媒をさらに含ませてもよく、高温保存特性を向上させるために、二酸化炭酸ガスをさらに含ませてもよいし、フルオロエチレンカーボネート（ＦＥＣ：Ｆｌｕｏｒｏ−Ｅｔｈｙｌｅｎｅ  Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）、プロペンスルトン（ＰＲＳ：Ｐｒｏｐｅｎｅ  ｓｕｌｔｏｎｅ）などをさらに含ませてもよい。
【００７９】
一つの具体例において、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２などのリチウム塩を、高誘電性溶媒のエチレンカーボネート（ＥＣ）またはプロピレンカーボネート（ＰＣ）の環状カーボネートと低粘度溶媒のジエチルカーボネート（ＤＥＣ）、ジメチルカーボネート（ＤＭＣ）、またはエチルメチルカーボネート（ＥＭＣ）の線状カーボネートとの混合溶媒に添加して、リチウム塩含有非水系電解質を製造することができる。
【００８０】
上述したさらに他の実施形態のリチウム二次電池は、これを単位電池として含む電池モジュール、前記電池モジュールを含む電池パック、および前記電池パックを電源として含むデバイスで実現できる。
【００８１】
この時、前記デバイスの具体例としては、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインハイブリッド電気自動車、または電力貯蔵用システムであってもよいが、これに限定されるものではない。
【発明の効果】
【００８２】
本発明によれば、リチウム酸化物などの副産物残留量が小さくかつ、より高い不可逆容量を有するリチウム二次電池の正極添加剤が提供できる。
【００８３】
このような正極添加剤が含まれているリチウム二次電池は、高いエネルギー密度を有する負極材料の使用に伴う高容量特性を示しながらも、負極材料の不可逆容量損失を克服することができ、前記副産物による電池の性能の低下が抑制されて優れた寿命特性および容量特性を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】既存の不可逆正極添加剤において、未反応リチウム酸化物から酸素気体が発生するメカニズムを概略的に示す図である。
【図２】比較例１で得られた正極添加剤を用いて電池を得た後、これを所定電圧で充電してから正極を分離してＸＲＤ分析を行った結果を示す図である。
【図３】実施例２で得られた正極添加剤を用いて電池を得た後、これを所定電圧で充電してから正極を分離してＸＲＤ分析を行った結果を示す図である。
【図４】比較例１および実施例２でそれぞれ得られた正極添加剤に対してＸＲＤ分析した結果を比較して示す図である。
【図５】実施例２および比較例１でそれぞれ得られた正極添加剤に対して充放電プロファイルを示すグラフである。
【図６】実施例２および比較例１で得られた正極添加剤を正極活物質と共に用いて製造した電池に対して、実験例２で充電後、貯蔵中の酸素気体の発生量を比較評価した結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００８５】
以下、発明の具体的な実施例を通じて発明の作用、効果をより具体的に説明する。ただし、これは発明の例として提示されたものであり、これによって発明の権利範囲がいかなる意味でも限定されるものではない。
【００８６】
実施例１
リチウム原料物質としてＬｉ２Ｏ  ６０ｇ、ニッケル原料物質としてＮｉＯ  １５０ｇ、そして、元素Ｍの原料物質としてアンモニウムホスフェート（Ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）６ｇを混合した後、窒素雰囲気下、６８５℃で１８時間熱処理および焼成した。
【００８７】
この後、前記生成物にＣｏＯ  ５．１３ｇを追加的に加えて、窒素雰囲気下、５５０℃で１８時間熱処理および焼成した。結果の反応物を冷却して正極添加剤粒子を得た。
【００８８】
実施例２
リチウム原料物質としてＬｉ２Ｏ  ６０ｇ、ニッケル原料物質としてＮｉＯ  １５０ｇ、そして、元素Ｍの原料物質としてアンモニウムホスフェート（Ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）６ｇを混合した後、窒素雰囲気下、６８５℃で１８時間熱処理および焼成した。
【００８９】
この後、前記生成物にＣｏＯ  １５．４ｇを追加的に加えて、窒素雰囲気下、５５０℃で１８時間熱処理および焼成した。結果の反応物を冷却して正極添加剤粒子を得た。
【００９０】
実施例３
リチウム原料物質としてＬｉ２Ｏ  ６０ｇ、ニッケル原料物質としてＮｉＯ  １５０ｇ、そして、元素Ｍの原料物質としてアンモニウムホスフェート（Ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）６ｇを混合した後、窒素雰囲気下、６８５℃で１８時間熱処理および焼成した。
【００９１】
この後、前記生成物にＣｏＯ  ４５ｇを追加的に加えて、窒素雰囲気下、５５０℃で１８時間熱処理および焼成した。結果の反応物を冷却して正極添加剤粒子を得た。
【００９２】
実施例４
リチウム原料物質としてＬｉ２Ｏ  ６０ｇ、ニッケル原料物質としてＮｉＯ  １５０ｇ、そして、元素Ｍの原料物質としてホウ酸（Ｂｏｒｉｃ  Ａｃｉｄ）０．５ｇを混合した後、窒素雰囲気下、６８５℃で１８時間熱処理および焼成した。
【００９３】
この後、前記生成物にＣｏＯ  １５．４ｇを追加的に加えて、窒素雰囲気下、５５０℃で１８時間熱処理および焼成した。結果の反応物を冷却して正極添加剤粒子を得た。
【００９４】
比較例１
リチウム原料物質としてＬｉ２Ｏ  ６０ｇ、ニッケル原料物質としてＮｉＯ  １５０ｇ、そして、元素Ｍの原料物質としてアンモニウムホスフェート（Ａｍｍｏｎｉｕｍ  ｐｈｏｓｐｈａｔｅ）６ｇを混合した後、窒素雰囲気下、６８５℃で１８時間熱処理および焼成した。結果の反応物を冷却して正極添加剤粒子を得た。
【００９５】
実験例１：正極添加剤分析
前記実施例２および比較例１でそれぞれ製造した正極添加剤粒子をＣｕＫαＸ線（Ｘ−ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析し、その分析結果を比較して図４に示した。このようなＸＲＤ分析のために、Ｂｒｕｋｅｒ社の製品名：Ｄ４  ＥｎｄｅａｖｏｒのＸＲＤ分析装備を用いた。
【００９６】
図４の上段のグラフを参照すれば、実施例２では、２３．５°±０．２°および／または３６．３°±０．２°の２θで追加的なピークを示すことが確認され、このような追加的なピークは２５．６７°±０．２°の２θで現れるピークの強度を基準として５％であると確認された。これによって、実施例２の正極添加剤にＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４が含まれ、正極添加剤全体が単一の複合体状を示すことを確認した。
【００９７】
一方、前記実施例２および比較例１で製造した正極添加剤粒子を用いて正極を製造した後、多様な電圧で電極をＸ線回折分析（ＸＲＤ）した。その結果を図２および３にそれぞれ示した。
【００９８】
詳しくは、前記実施例２または比較例１で製造した正極添加剤、カーボンブラック導電材、およびＰＶｄＦバインダーを、Ｎ−メチルピロリドン溶媒中で重量比８５：１０：５の比率で混合して正極形成用組成物を製造し、これをアルミニウム集電体に塗布した後、乾燥圧延して製造した。負極としては金属Ｌｉを用い、ＥＣ／ＤＭＣ／ＤＥＣの混合体積比＝１／２／１の溶媒に１．０ＭのＬｉＰＦ６が含まれている電解液を用いて、コインセル形態の電池を製造した。
【００９９】
製造した電池を２５℃で図２および３にそれぞれ示された所定電圧まで０．１Ｃで充電した後、正極を分離してＸＲＤ分析を行った。
【０１００】
図２および３を参照すれば、比較例１では、未反応リチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）のピークが明確に確認されて相対的に多量の副産物が含まれるが（図２参照；１．５重量％超過）、実施例２では、未反応リチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）のピークが実質的になくて副産物の含有量が最小化され、その含有量が１．５重量％以下、より具体的には０．６重量％以下となることが確認された（図３参照）。
【０１０１】
また、前記ＸＲＤ結果から、実施例および比較例の正極添加剤の組成を定量分析して、その結果を下記表１に示した。
【０１０２】
【表１】
2020521285.tif 000003
【０１０３】
前記表１を通して、実施例１〜４の正極添加剤が化学式１の組成を満たすことが確認された。
【０１０４】
一方、前記実施例２または比較例１で製造した正極添加剤、アセチレンブラック導電材、およびＰＶｄＦバインダーを、Ｎ−メチルピロリドン溶媒中で重量比８５：１０：５の比率で混合して正極形成用組成物を製造し、これをアルミニウム集電体に塗布した後、乾燥圧延して正極を製造した。負極としては金属Ｌｉを用い、ポリエチレン（ＰＥ）分離膜を用いて、コインハーフセル形態の電池を製造した。
【０１０５】
このような電池に対して、４．２５Ｖまで充電後、２．５Ｖまで放電して充放電プロファイルを得た。これを図５に示した。
【０１０６】
図５を参照すれば、実施例２の正極添加剤は４００ｍＡｈ／ｇを上回り、比較例１（約３７５ｍＡｈ／ｇ）に比べて高い不可逆容量を示すことが確認された。
【０１０７】
実験例２：酸素気体の発生量評価
一方、前記実施例２および比較例１でそれぞれ製造した正極添加剤、Ｌｉ（Ｎｉ０．８Ｃｏ０．１Ｍｎ０．１）Ｏ２の正極活物質、アセチレンブラック導電材、およびＰＶｄＦバインダーを、Ｎ−メチルピロリドン溶媒中で重量比５：８０：１０：５の比率で混合して正極形成用組成物を製造し、これをアルミニウム集電体に塗布した後、乾燥圧延して正極を製造した。負極としては金属Ｌｉを用い、ポリエチレン（ＰＥ）分離膜を用いてコインハーフセル形態の電池を製造した。
【０１０８】
このような電池に対して、４．２５Ｖまで充電後、６０℃で６週間貯蔵実験を行った。このような貯蔵実験過程で、実施例２および比較例１の添加剤使用時の酸素気体の発生量をアルキメデスの原理を利用した体積測定法を用いて評価し、その結果を図６に示した。
【０１０９】
下記の図６を参照すれば、比較例１の正極添加剤を用いた場合に比べて、実施例２の正極添加剤を用いた場合、充電後の貯蔵過程で酸素気体の発生量が減少することを確認した（実施例２：６週貯蔵後に約４．２ｃｍ３；比較例１：６週貯蔵後に約６．０ｃｍ３）。これは、実施例２の正極添加剤内にリチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）などの副産物が減少した含有量で含まれることによって、これに由来する酸素気体の発生量が減少するためと予測される。
【図１】
2020521285.tif 000004
【図２】
2020521285.tif 000005
【図３】
2020521285.tif 000006
【図４】
2020521285.tif 000007
【図５】
2020521285.tif 000008
【図６】
2020521285.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】令和1年11月21日(2019.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記の化学式１で表される化合物を含む、リチウム二次電池の正極添加剤：
［化学式１］
ｙ（Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２）−ｚ（Ｌｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４）
前記化学式１において、
Ｍは、Ｐ、Ｂ、Ｆ、Ｗ、Ｔｉ、およびＺｒからなる群より選択された１種以上の元素であり、
０≦ｘ＜１．０であり、
ｙ、ｚはそれぞれ、前記化学式１の化合物に含まれているＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４のモル比であって、ｙ：ｚは、２：１〜３０：１である。
【請求項２】
前記化学式１で表される化合物に含まれているＬｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ６Ｃｏ１−ｘＭｘＯ４は、物理的に混合および連結されて単一の粒子状または複合体状をなしている、請求項１に記載のリチウム二次電池の正極添加剤。
【請求項３】
前記単一の粒子状または複合体状をなしている化学式１で表される化合物は、ＣｕＫαＸ線（Ｘ−ｒα）によるＸ線回折（Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析時、２３．５°±０．２°および／または３６．３°±０．２°の２θで追加的なピークを示し、
前記追加的なピークの強度はそれぞれ、２５．６７°±０．２°の２θで現れるピークの強度を基準として、１０％以下である、請求項２に記載のリチウム二次電池の正極添加剤。
【請求項４】
前記化学式１で表される化合物は、正極添加剤の全体重量を基準として、１．５重量％以下の残留Ｌｉ２Ｏをさらに含む、請求項１に記載のリチウム二次電池の正極添加剤。
【請求項５】
ニッケル前駆体、Ｍ含有前駆体、およびＬｉ２Ｏを含むリチウム前駆体を含む混合物を焼成して、Ｌｉ２Ｎｉ１−ｘＭｘＯ２およびＬｉ２Ｏを含む複合体を形成する第１焼成段階と；
前記複合体に含まれているリチウム前駆体に含まれるＬｉ２Ｏをコバルト（Ｃｏ）前駆体と追加反応させて、化学式１で表される化合物を形成する第２焼成段階と、を含む、請求項１から４の何れか一項に記載のリチウム二次電池の正極添加剤の製造方法。
【請求項６】
前記第１焼成段階は、５００〜８００℃の不活性雰囲気で行われ、
前記第２焼成段階は、４００〜８００℃の不活性雰囲気で行われる、請求項５に記載の正極添加剤の製造方法。
【請求項７】
前記ニッケル前駆体は、ニッケル酸化物またはニッケル水酸化物を含み、
前記Ｍ含有前駆体は、元素Ｍを含み、その酸化物、水酸化物、オキシ水酸化物、硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、ハロゲン化物、リン酸塩、およびこれらの水和物からなる群より選択される１種以上、又はホウ酸を含む、請求項５又は６に記載の正極添加剤の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の正極添加剤；および正極活物質；を含む正極合剤。
【請求項９】
前記正極添加剤：前記正極活物質の重量比は、１：９９〜３５：６５である、請求項８に記載の正極合剤。
【請求項１０】
前記正極活物質は、コバルト、マンガン、ニッケル、またはこれらの組み合わせの群から選択される金属と；リチウムと；の複合酸化物を１種以上含む、請求項８又は９に記載の正極合剤。
【請求項１１】
請求項８から１０の何れか一項に記載の正極合剤を含む正極；電解質；および負極；を含むリチウム二次電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
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【国際調査報告】
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