(57)【要約】  本発明では、製造過程で発生する未反応リチウム酸化物等のＬｉ系副産物の含量を減少させて、これを含む組成物のゲル化を顕著に減少させることのできる非可逆添加剤の製造方法、これによって製造された非可逆添加剤を含む正極材、および正極材を含むリチウム二次電池が提供される。
2020516039.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
リチウム二次電池用正極材に含まれる非可逆添加剤を製造する方法であって、
Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ：ｙ：ｚのモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の前駆体を、追加的にＮｉＯと混合し熱処理して、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ’：ｙ’：ｚ’のモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の遷移金属酸化物を製造する過程を含む非可逆添加剤の製造方法：
但し、上記式で、−０．２≦ａ≦０．２、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦０．２であり、
ｘ＋ｙ＝１であり、ｘ’＋ｙ’＝１である基準で、ｘは０．８以上であり、ｘ’は０．９３以上であり、ｘ＜ｘ’、ｙ＞ｙ’およびｚ＞ｚ’の関係を満たし、ｘ＋ｙの１を基準としてｚは０超過０．２１以下であり、ｘ’＋ｙ’の１を基準としてｚ’は０以上０．０９以下であり、前記ＭはＣｕ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｐ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素である。
【請求項２】
ｘ＋ｙ＝１であり、ｘ’＋ｙ’＝１である基準で、ｘは０．８以上０．９以下であり、ｘ’は０．９３以上１．０以下である、請求項１に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項３】
ｘ’＋ｙ’の１を基準として、ｚ’は０以上０．０５５以下である、請求項１に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項４】
前記製造方法で追加で混合されるＮｉＯは、リチウム過剰の前駆体１モルに対して０．１ｚ〜ｚのモル比で混合される、請求項１に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理は、不活性雰囲気下、５００℃〜８００℃で、１２時間〜２４時間行われる、請求項１に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項６】
前記不活性雰囲気は、Ｎ２雰囲気またはＡｒ雰囲気である、請求項５に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、６５０℃〜７００℃で、１２時間〜２４時間行われる、請求項５に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項８】
請求項１による製造方法で製造された非可逆添加剤、および正極活物質を含む正極材であって、
前記非可逆添加剤は、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ’：ｙ’：ｚ’のモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の遷移金属酸化物を含み、−０．２≦ａ≦０．２、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦０．２であり、ｘ’＋ｙ’の１を基準として、ｘ’は０．９３以上であり、ｚ’は０以上０．０９以下であり、前記ＭはＣｕ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｐ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素である正極材。
【請求項９】
請求項８による正極材が正極集電体上に塗布されている正極；
負極活物質を含む負極材が負極集電体上に塗布されている負極；および
前記正極と負極との間に介在する分離膜；
を含む電極組立体が電池ケースに電解液と共に内蔵された構造のリチウム二次電池。
【請求項１０】
負極活物質は、下記化学式１で表わされるＳｉ系物質を含む、請求項９に記載のリチウム二次電池：
ＳｉＯｘ    （１）
ここで、０＜ｘ＜２である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願との相互引用
本出願は、２０１７年１１月１７日付の韓国特許出願第１０−２０１７−０１５４１８４号及び２０１８年１１月１６日付の韓国特許出願第１０−２０１８−０１４１７５８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全ての内容は本明細書の一部として含まれている。
【０００２】
本発明は、非可逆添加剤で非可逆容量を提供する物質の分率を高め、リチウム副産物を最少化することにより、これを含む正極材組成物のゲル化を顕著に低減させることのできる非可逆添加剤の製造方法、これにより製造された非可逆添加剤を含む正極材、およびこれを含むリチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
モバイル機器に対する技術開発と需要が増加するに伴い、エネルギー源として二次電池の需要が急増している。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、自己放電率の低いリチウム二次電池が商用化されて広く使用されている。
【０００４】
リチウム二次電池の負極材料としては炭素系物質が主に用いられているが、炭素系物質からなる負極は、理論的最大容量が３７２ｍＡｈ／ｇ（８４４ｍＡｈ／ｃｃ）に制限され容量増大に限界がある。また、負極材料として検討されていたリチウム金属は、エネルギー密度が非常に高く高容量を実現することができるが、繰り返される充放電時の樹枝状成長（ｄｅｎｄｒｉｔｅ）による安全性の問題と、サイクル寿命が短い問題点がある。
【０００５】
したがって、高容量を示しリチウム金属に代わることのできる物質として高いエネルギー密度を有する負極活物質の使用が不可避となり、シリコン、スズ、またはこれらの合金についての多くの研究と提案があった。例えば、シリコン系物質は、リチウムとの化合物形成反応によってリチウムを可逆的に吸蔵および放出し、理論的最大容量が約４２００ｍＡｈ／ｇ（９３６６ｍＡｈ／ｃｃ、比重２．２３）と炭素系物質に比べて非常に大きいため、高容量負極材料として有望である。
【０００６】
しかし、これらの負極材料は、初期効率が低くて初期充放電の間の非可逆容量損失が大きいという問題がある。
【０００７】
これに対して、正極材料にリチウムイオンの供給源または貯蔵所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使用し、負極の非可逆容量損失を克服しようとする方法が研究、提案された。具体的には、犠牲陽極材または非可逆添加剤（または過放電防止剤）としてＬｉ２ＮｉＯ２のように過剰のリチウムを含むリチウムニッケル系酸化物を正極に使用する方法がある。
【０００８】
しかし、前記リチウムニッケル系酸化物は、主にニッケル酸化物やニッケル炭酸塩等を過剰のリチウム酸化物と反応させて製造されるが、この際、未反応のリチウム酸化物（Ｌｉ２Ｏ）、またはＬｉＯＨ、Ｌｉ２ＣＯ３のような副産物が、最終的に製造されるリチウムニッケル系酸化物に残留するようになる。リチウムニッケル系酸化物に残留するリチウム酸化物および副産物は、初期電池サイクル時に分解されてＯ２、ＣＯ２等の過剰なガスを発生させるだけでなく、ＬｉＯＨのような副産物の場合、電極製造のための組成物製造時にバインダ成分と反応して組成物の粘度上昇またはゲル化を招き、これにより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難しく、その結果として電池の特性が低下する問題がある。また、遊離ＬｉＯＨおよび／またはＬｉＯＨから由来する遊離Ｌｉは、正極のサイクル効率を低下させる問題もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】韓国公開特許第２００３−００７６１５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、前記の問題を解決し、非可逆添加剤のリチウムニッケル系酸化物の分率を高め、未反応リチウム酸化物等のＬｉ系副産物の含量を減少させて、電極製造に伴う組成物の粘度上昇またはゲル化を減少させることのできる非可逆添加剤の製造方法を提供することを目的とする。
【００１１】
本発明はまた、前記の製造方法により製造されて、未反応物等のＬｉ系副産物の含量が減少した非可逆添加剤を含むリチウム二次電池用正極材、そしてこれを含んで優れた電気化学的特性を示す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】
【００１２】
本明細書および特許請求の範囲に使用された用語や単語は、通常的や辞書的な意味に限定して解釈されてはならず、発明者は、自身の発明を最も最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義できるという原則に則って、本発明の技術的な思想に合った意味と概念で解釈されなければならない。
【００１３】
以下、本発明の一実施例によるリチウム二次電池用正極材に含まれる非可逆添加剤の製造方法、前記製造方法で製造された非可逆添加剤を含む正極材、そしてこれを含むリチウム二次電池について説明する。
【００１４】
本発明の一実施例によるリチウム二次電池用正極材に含まれる非可逆添加剤を製造する方法は、
Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ：ｙ：ｚのモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の前駆体を、追加的にＮｉＯと混合し熱処理して、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ’：ｙ’：ｚ’のモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の遷移金属酸化物を製造する過程を含む。
【００１５】
但し、上記式で、−０．２≦ａ≦０．２、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦０．２であり、
ｘ＋ｙ＝１であり、ｘ’＋ｙ’＝１である基準で、ｘは０．８以上であり、ｘ’は０．９３以上であり、ｘ＜ｘ’、ｙ＞ｙ’およびｚ＞ｚ’の関係を満たし、ｘ＋ｙの１を基準としてｚは０超過０．２１以下であり、ｘ’＋ｙ’の１を基準としてｚ’は０以上０．０９以下であり、前記ＭはＣｕ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｐ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素である。
【００１６】
このように前記一実施例による製造方法は、従来の方法で製造されてＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのモル比が高くない非可逆添加剤であるリチウム過剰の前駆体を、ＮｉＯを追加的に混合し熱処理して、未反応で残っていたＬｉ２Ｏを追加的に反応させることにより、非可逆添加剤のＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃの分率を高め、相対的に、未反応リチウム酸化物等のＬｉ系副産物の量を減少させることができるところ、負極にＬｉの提供がさらに有利で負極の低い効率を効果的に補償するだけでなく、リチウム化合物の存在によって発生する電極組成物でのゲル化を顕著に低減させることができる。
【００１７】
前記リチウム過剰の前駆体およびリチウム過剰の遷移金属酸化物を構成する物質のモル比は分率に比例する概念で、本発明ではｘ＋ｙ＝１であり、ｘ’＋ｙ’＝１である基準で、ｘ、ｙ、ｚ、およびｘ’、ｙ’、ｚ’の値が決定される。
【００１８】
具体的には、ｘ＋ｙ＝１であり、ｘ’＋ｙ’＝１である基準で、ｘは０．８以上であり、ｘ’は０．９３以上であり、ｘ＜ｘ’、ｙ＞ｙ’およびｚ＞ｚ’の関係を満たし、ｚは０超過０．２１以下であり、ｚ’は０以上０．０９以下であり、詳細には、ｘは０．８以上０．９以下であり、ｘ’は０．９３以上１．０以下であり得、前記ｚ’は０以上０．０５５以下であり得る。
【００１９】
つまり、前記従来の方法で製造されたリチウム過剰の前駆体の場合、実質的に、非可逆容量を提供するＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのモル比が、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯの全体を基準として８０％〜９０％以下と低い方である反面、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯの全体を基準としたＬｉ２Ｏのモル比は相対的に高い。
【００２０】
しかし、本発明のように、残余Ｌｉ２Ｏと反応することのできるＮｉＯを追加的に混合して熱処理する場合、リチウム過剰の前駆体に元々存在していたＮｉＯと追加されたＮｉＯが、残余Ｌｉ２Ｏとさらに反応することにより、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのモル比を、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯの全体を基準として、ｘ’は０．９３以上である９３％以上まで上昇させ、Ｌｉ２Ｏのモル比は相対的に下げて前記条件、ｘ＜ｘ’、ｙ＞ｙ’およびｚ＞ｚ’であり、ｚ’は０以上０．０９以下、詳細には、ｚ’は０以上０．０５５以下である条件を満足させることができる。
【００２１】
一方、前記製造方法で追加で混合されるＮｉＯの添加量は、リチウム過剰の前駆体に存在していたＮｉＯのモル比と、Ｌｉ２Ｏのモル比を考慮して、追加熱処理による反応によってＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのモル比をＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯの全体を基準として０．９３以上、つまり、９３％以上になり得る量であれば限定されず、リチウム過剰の前駆体１モルに対して未反応Ｌｉ２Ｏのモル比より小さい範囲から、一定部分大きい程度まで追加され得る。
【００２２】
但し、ＮｉＯが過度に多く追加される場合には、むしろＬｉ２Ｏと反応できず残っているＮｉＯが多くなるため、全体的にＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのモル比が減少し、ＮｉＯのモル比が高くなるため、実質的に、同一重量を基準としてＬｉを提供することができる物質が減るようになって好ましくない。
【００２３】
したがって、追加されるＮｉＯは、リチウム過剰の前駆体１モルに対して未反応Ｌｉ２Ｏのモル比より小さい範囲から、一定部分大きい程度で反応が完了した後Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのモル比が増加する程度で追加され得、詳細には、リチウム過剰の前駆体１モルに対して０．１ｚ〜ｚのモル比、より詳細には、リチウム過剰の前駆体１モルに対して０．５ｚ〜ｚのモル比で混合され得、具体的な添加量は、前記で説明した通り、リチウム過剰の前駆体に存在していたＮｉＯのモル比と、Ｌｉ２Ｏのモル比を考慮して、追加熱処理による反応によりＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのモル比をＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯの全体を基準として０．９３以上、つまり、９３％以上になり得る量で混合され得る。
【００２４】
前記熱処理は具体的には、不活性雰囲気下、５００〜８００℃で１２時間〜２４時間行われる。
【００２５】
前記熱処理は、副反応生成抑制のために不活性雰囲気下で行われ得、具体的には、Ｎ２、Ｈｅ、またはＡｒ等のような不活性気体の雰囲気下で行うことができ、この中でも反応効率の増加および副反応生成抑制の効果の優秀さを考慮するとき、Ｎ２雰囲気またはＡｒ雰囲気下で行うことができる。
【００２６】
また、前記の温度範囲内で熱処理が行われる場合、従来のリチウム過剰の前駆体に存在する未反応物質と、追加されるＮｉＯの反応が容易になされることができる一方、追加熱処理によってむしろ副反応が発生したり、反応物質が分解されたりしないため、このとき、現れ得る単位重量当りの放電容量の低下、サイクル特性の低下および作動電圧の低下に対する心配なく優れた効率で、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのモル比を増加させ、Ｌｉ２Ｏのモル比を減少させることができる。より具体的には、加熱温度制御による効果の優秀さを考慮するとき、前記熱処理は６００℃〜７００℃、よりさらに具体的には６５０℃〜７００℃の温度条件で行うことができる。
【００２７】
また前記熱処理は、１２時間〜２４時間行うことができる。前記熱処理を行う時間が１２時間未満の場合、短い反応時間により未反応リチウム酸化物とＮｉＯとの十分な反応が起こりにくく、また反応効率の低下によって正極材内のリチウム系副産物の減少効果が微々たるものであり得る。反面、熱処理を行う時間が２４時間を超過する場合、過反応発生の恐れがあり、また焼成時間が長くなり過ぎる等、工程上非効率的であり得る。より具体的には、１５時間〜２０時間行うことができる。
【００２８】
前記のような方法で製造された非可逆添加剤は、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ’：ｙ’：ｚ’のモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の遷移金属酸化物を含み、−０．２≦ａ≦０．２、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦０．２であり、ｘ’＋ｙ’の１を基準として、ｘ’は０．９３以上であり、ｚ’は０以上０．０９以下であり、前記ＭはＣｕ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｐ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素であり得る。
【００２９】
一方、本発明による非可逆添加剤を製造するためのリチウム過剰の前駆体は、例えば、リチウム原料物質、ニッケル原料物質および元素Ｍの原料物質を混合した後熱処理することによって製造される。
【００３０】
前記リチウム過剰の前駆体を製造するための熱処理は、不活性雰囲気下、６５０〜７００℃で１２時間〜２４時間行われる。
【００３１】
前記熱処理時の温度および時間範囲内で製造されてこそ、リチウム原料物質と元素Ｍの原料物質との反応が十分に起きることができ、未反応物質を最小化させることができる。
【００３２】
前記リチウム原料物質は、リチウム含有酸化物、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、水酸化物またはオキシ水酸化物等が使用され得、具体的にはＬｉ２ＣＯ３、ＬｉＮＯ３、ＬｉＮＯ２、ＬｉＯＨ、ＬｉＯＨ・Ｈ２Ｏ、ＬｉＨ、ＬｉＦ、ＬｉＣｌ、ＬｉＢｒ、ＬｉＩ、ＣＨ３ＣＯＯＬｉ、Ｌｉ２Ｏ、Ｌｉ２ＳＯ４、ＣＨ３ＣＯＯＬｉ、またはＬｉ３Ｃ６Ｈ５Ｏ７等が挙げられる。これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用され得る。このうちでも、前記したニッケル原料物質との反応時の反応効率および副反応物生成の減少効果を考慮するとき、前記リチウム原料物質はＬｉ２Ｏであり得る。
【００３３】
前記ニッケル原料物質は、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であり得る。
【００３４】
前記元素Ｍの原料物質は、元素Ｍ含有酸化物、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、水酸化物またはオキシ水酸化物等が使用され得る。このとき、前記Ｍは、最終的に製造されるリチウムニッケルを含む酸化物でニッケルの一部を置換して含まれることにより、熱安定性および構造安定性を向上させる役割をするもので、具体的にはＣｕ、Ｍｎ、Ｗ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｃｏ、またはＺｒのような２価、３価または５価の酸化数を有する遷移金属元素；Ａｌのような３価の酸化数を有する両性元素；そしてＰ、Ｆ、およびＢからなる群より選択されるものであり得、このうちでも前記ＭはＣｕ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｐ、およびＢからなる群より選択されるものであり得る。
【００３５】
前記のようなリチウム原料物質、ニッケル原料物質および元素Ｍの原料物質は、最終的に製造される化学式１のリチウムニッケル複合酸化物でのリチウムとニッケルをはじめとする金属元素の組成比を充たすようにする含量で使用され得る。
【００３６】
また、前記した原料物質らの混合時に、焼結剤が選択的にさらに添加され得る。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有した化合物；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等であり得、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用され得る。前記焼結剤は、ニッケル原料物質１モルに対して０．０１モル〜０．２モルの含量で使用され得る。前記の含量範囲内で使用時、焼結特性向上効果に優れ、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低下を防止することができる。
【００３７】
さらに、前記の原料物質らの混合時に、水分除去剤が選択的にさらに添加され得る。具体的に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等が挙げられ、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用され得る。前記水分除去剤は、ニッケル原料物質１モルに対して０．０１モル〜０．２モルの含量で使用され得る。
【００３８】
前記のような製造方法によりリチウム過剰の前駆体が製造され得、このとき、前記リチウム過剰の前駆体は、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃのような組成式を有する化合物と共に、Ｌｉ２Ｏのような未反応リチウム酸化物、およびニッケル酸化物が反応生成物の中に含まれて存在する。
【００３９】
したがって、本発明によれば、このような未反応リチウム酸化物の量を減少させ、実質的にリチウムを提供して非可逆効率を補償するＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃの量を増やすために、前記のようなＮｉＯの追加混合熱処理過程を行う。
【００４０】
このように製造された非可逆添加剤は、未反応リチウム酸化物等のリチウム副産物をｐＨ滴定法によって測定したとき、非可逆添加剤の総重量に対して３重量％以下、具体的には２重量％以下で含むことができ、よりさらに具体的には２重量％以下、詳細には１．５重量％以下のＬｉＯＨ、および０〜０．５重量％、詳細には０〜０．３重量％のＬｉ２ＣＯ３を含み得る。未反応リチウム酸化物の場合、ｐＨ滴定法により測定するために蒸留水で攪拌すると、ＬｉＯＨとＬｉ２ＣＯ３に分解されるため、前記ＬｉＯＨとＬｉ２ＣＯ３の含量からも未反応リチウム酸化物の含量が多いか少ないかを確認することができる。
【００４１】
このように顕著に減少したリチウム副産物により、これを含む正極製造のためのミキシング工程時にゲル化の恐れがない。そのため前記正極材は、従来の非可逆添加剤を使用する場合より優れた効果を奏することができる。
【００４２】
一方、本発明はまた、本発明による非可逆添加剤、および正極活物質を含む正極材を提供する。
【００４３】
このとき、前記非可逆添加剤の含量は、正極材の総重量に対して０．１重量％〜１０重量％、具体的には１重量％〜５重量％、さらに具体的には１重量％〜３重量％であり得る。
【００４４】
前記範囲を逸脱して、０．１重量％より小さい場合、非可逆添加剤を追加することによる負極効率補償の効果を得ることができず、１０重量％を超える場合には、Ｓｉ系列負極の使用が増加するに伴い負極からくる電極体積の膨張、寿命低下等の問題を招き得る。
【００４５】
本発明による非可逆添加剤を含む前記正極材は、従来に比べ全体的に未反応リチウム酸化物の含量が顕著に減少し、同時にＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃの含量を増加させ得るため、減少したＬｉ２Ｏの含量により正極材の製造時または正極を製造するための正極材の集電体への塗布時に組成物のゲル化を顕著に減少させることができ、サイクル特性もまた向上させることができる。
【００４６】
本発明はまた、前記正極材が正極集電体上に塗布されている正極；
負極活物質を含む負極材が負極集電体上に塗布されている負極；および
前記正極と負極との間に介在する分離膜；
を含む電極組立体が電池ケースに電解液と共に内蔵された構造のリチウム二次電池を提供する。
【００４７】
また、前記正極材は、先に説明した非可逆添加剤および正極活物質と共に、導電材およびバインダをさらに含み得る。
【００４８】
具体的には、前記正極活物質としては、例えば、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ２、Ｌｉ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃ）Ｏ２（０＜ａ＜１、０＜ｂ＜１、０＜ｃ＜１、ａ＋ｂ＋ｃ＝１）、ＬｉＮｉ１−ｄＣｏｄＯ２、ＬｉＣｏ１−ｄＭｎｄＯ２、ＬｉＮｉ１−ｄＭｎｄＯ２（０≦ｄ＜１）、Ｌｉ（ＮｉａＣｏｂＭｎｃ）Ｏ４（０＜ａ＜２、０＜ｂ＜２、０＜ｃ＜２、ａ＋ｂ＋ｃ＝２）、ＬｉＭｎ２−ｅＮｉｅＯ４、ＬｉＭｎ２−ｅＣｏｅＯ４（０＜ｅ＜２）、ＬｉＣｏＰＯ４、またはＬｉＦｅＰＯ４等が挙げられ、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用され得る。
【００４９】
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さず電子伝導性を有するものであれば特別な制限なく使用可能である。具体的な例としては、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、チャンネルブラック、ファーネスブラック、ランプブラック、サーマルブラック、炭素繊維等の炭素系物質；天然黒鉛や人造黒鉛等の黒鉛；銅、ニッケル、アルミニウム、銀等の金属粉末または金属繊維；酸化亜鉛、チタン酸カリウム等の導電性ウィスカー；酸化チタン等の導電性金属酸化物；またはポリフェニレン誘導体等の伝導性高分子等が挙げられ、これらのうち１種単独または２種以上の混合物が使用され得る。前記導電材は、正極材の総重量に対して１重量％〜３０重量％で含まれ得る。
【００５０】
前記バインダは、正極活物質粒子間の付着および正極活物質と集電体との接着力を向上させる役割をする。具体的な例としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ビニリデンフルオライド−ヘキサフルオロプロピレンコポリマー（ＰＶＤＦ−ＣＯ−ＨＦＰ）、ポリビニルアルコール、ポリアクリロニトリル（ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）、デンプン、ヒドロキシプロピルセルロース、再生セルロース、ポリビニルピロリドン、テトラフルオロエチレン、ポリエチレン、ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ジエンポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化−ＥＰＤＭ、スチレンブタジエンゴム（ＳＢＲ）、フッ素ゴム、またはこれらの多様な共重合体等が挙げられ、これらのうち１種単独または２種以上の混合物が使用され得る。前記バインダは、正極材の総重量に対して１重量％〜３０重量％で含まれ得る。
【００５１】
前記正極集電体は、電池に化学的変化を誘発せず導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、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炭素、ニッケル、チタン、銀等で表面処理したもの等が使用され得る。また、前記正極集電体は、３μｍ〜５００μｍの厚さを有することができ、前記集電体の表面上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る。例えば、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体等、多様な形態で使用され得る。
【００５２】
前記負極はまた、負極活物質を含む負極材が負極集電体上に塗布される形態で製造され得、前記負極材はやはり負極活物質と共に、前記で説明したような導電材およびバインダをさらに含み得る。
【００５３】
前記負極活物質は、リチウムの可逆的なインターカレーションおよびデインターカレーションが可能な化合物が使用され得る。具体的な例としては、人造黒鉛、天然黒鉛、黒鉛化炭素繊維、非晶質炭素等の炭素質材料；Ｓｉ、Ａｌ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｚｎ、Ｂｉ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｇａ、Ｃｄ、Ｓｉ合金、Ｓｎ合金またはＡｌ合金等リチウムと合金化が可能な金属質化合物；ＳｉＯｘ（０＜ｘ＜２）、ＳｎＯ２、バナジウム酸化物、リチウムバナジウム酸化物のようにリチウムをドープおよび脱ドープすることのできる金属酸化物；またはＳｉ−Ｃ複合体またはＳｎ−Ｃ複合体のように前記金属質化合物と炭素質材料を含む複合物等が挙げられ、これらのうちいずれか一つまたは二つ以上の混合物が使用され得る。また、前記負極活物質として金属リチウム薄膜が使用されることもできる。また、炭素材料は、低結晶炭素および高結晶性炭素等が全て使用され得る。低結晶性炭素としては、軟化炭素（ｓｏｆｔ  ｃａｒｂｏｎ）および硬化炭素（ｈａｒｄ  ｃａｒｂｏｎ）が代表的であり、高結晶性炭素としては無定形、板状、麟片状、球形または繊維形の天然黒鉛または人造黒鉛、キッシュ黒鉛（Ｋｉｓｈ  ｇｒａｐｈｉｔｅ）、熱分解炭素（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ  ｃａｒｂｏｎ）、メソ相ピッチ系炭素繊維（ｍｅｓｏｐｈａｓｅ  ｐｉｔｃｈ  ｂａｓｅｄ  ｃａｒｂｏｎ  ｆｉｂｅｒ）、メソ炭素微小球体（ｍｅｓｏ−ｃａｒｂｏｎ  ｍｉｃｒｏｂｅａｄｓ）、メソ相ピッチ（Ｍｅｓｏｐｈａｓｅ  ｐｉｔｃｈｅｓ）および石油と石炭系コークス（ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ  ｏｒ  ｃｏａｌ  ｔａｒ  ｐｉｔｃｈ  ｄｅｒｉｖｅｄ  ｃｏｋｅｓ）等の高温焼成炭素が代表的である。
【００５４】
但し、本発明による非可逆添加剤は、前記で説明した通り、Ｓｉ系負極のように低い効率を補償するもので、この場合、最も優れた効果を発揮できるため、前記負極活物質は、具体的には、下記の化学式１で表わされるＳｉ系物質を含み得る。
【００５５】
ＳｉＯｘ    （１）
ここで、０＜ｘ＜２である。
【００５６】
このとき、前記ＳｉＯｘ系の負極活物質は、負極活物質全体の重量に対して５重量％以上含まれ得る。
【００５７】
前記負極集電体は、電池に化学的変化を誘発せずかつ高い導電性を有するものであれば特に制限されるものではなく、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炭素、ニッケル、チタン、銀等で表面処理したもの、アルミニウム−カドミウム合金等が使用され得る。また、前記負極集電体は、通常３μｍ〜５００μｍの厚さを有することができ、正極集電体と同様に、前記集電体の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る。例えば、フィルム、シート、箔、ネット、多孔質体、発泡体、不織布体等、多様な形態で使用され得る。
【００５８】
前記分離膜は、負極と正極を分離し、リチウムイオンの移動通路を提供するものであって、通常、リチウム二次電池でセパレータとして使用されるものであれば特別な制限なく使用可能であり、特に電解質のイオン移動に対して低抵抗ながら電解液含湿能力に優れたものが好ましい。具体的には、多孔性高分子フィルム、例えばエチレン単独重合体、プロピレン単独重合体、エチレン／ブテン共重合体、エチレン／ヘキセン共重合体およびエチレン／メタクリレート共重合体等のようなポリオレフィン系高分子で製造した多孔性高分子フィルムまたはこれらの２層以上の積層構造体が使用され得る。また、通常の多孔性不織布、例えば高融点のガラス繊維、ポリエチレンテレフタレート繊維等からなる不織布が使用されることもできる。また、耐熱性または機械的強度の確保のために、セラミック成分または高分子物質が含まれたコーティングされたセパレータが使用されることもでき、選択的に単層または多層構造で使用され得る。
【００５９】
また、本発明で使用される電解液としては、リチウム二次電池の製造時に使用可能な有機系液体電解質、無機系液体電解質、固体高分子電解質、ゲル型高分子電解質、固体無機電解質、溶融型無機電解質等が挙げられ、これらに限定されるものではない。
【００６０】
具体的には、前記電解液は有機溶媒およびリチウム塩を含み得る。
【００６１】
前記有機溶媒としては、電池の電気化学的反応に関与するイオンが移動することができる媒質の役割をすることができるものであれば特別な制限なく使用され得る。具体的には、前記有機溶媒としては、メチルアセテート（ｍｅｔｈｙｌ  ａｃｅｔａｔｅ）、エチルアセテート（ｅｔｈｙｌ  ａｃｅｔａｔｅ）、γ−ブチロラクトン（γ−ｂｕｔｙｒｏｌａｃｔｏｎｅ）、ε−カプロラクトン（ε−ｃａｐｒｏｌａｃｔｏｎｅ）等のエステル系溶媒；ジブチルエーテル（ｄｉｂｕｔｙｌ  ｅｔｈｅｒ）またはテトラヒドロフラン（ｔｅｔｒａｈｙｄｒｏｆｕｒａｎ）等のエーテル系溶媒；シクロヘキサノン（ｃｙｃｌｏｈｅｘａｎｏｎｅ）等のケトン系溶媒；ベンゼン（ｂｅｎｚｅｎｅ）、フルオロベンゼン（ｆｌｕｏｒｏｂｅｎｚｅｎｅ）等の芳香族炭化水素系溶媒；ジメチルカーボネート（ｄｉｍｅｔｈｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＤＭＣ）、ジエチルカーボネート（ｄｉｅｔｈｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＤＥＣ）、メチルエチルカーボネート（ｍｅｔｈｙｌｅｔｈｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＭＥＣ）、エチルメチルカーボネート（ｅｔｈｙｌｍｅｔｈｙｌｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＥＭＣ）、エチレンカーボネート（ｅｔｈｙｌｅｎｅ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＥＣ）、プロピレンカーボネート（ｐｒｏｐｙｌｅｎｅ  ｃａｒｂｏｎａｔｅ、ＰＣ）等のカーボネート系溶媒；エチルアルコール、イソプロピルアルコール等のアルコール系溶媒；Ｒ−ＣＮ（ＲはＣ２〜Ｃ２０の直鎖状、分枝状または環構造の炭化水素基であり、二重結合方向環またはエーテル結合を含み得る）等のニトリル類；ジメチルホルムアミド等のアミド類；１，３−ジオキソラン等のジオキソラン類；またはスルホラン（ｓｕｌｆｏｌａｎｅ）類等が使用され得る。この中でもカーボネート系溶媒が好ましく、電池の充放電性能を高めることができる高いイオン伝導度および高誘電率を有する環状カーボネート（例えば、エチレンカーボネートまたはプロピレンカーボネート等）と、低粘度の線形カーボネート系化合物（例えば、エチルメチルカーボネート、ジメチルカーボネートまたはジエチルカーボネート等）の混合物がより好ましい。この場合、環状カーボネートと鎖型カーボネートは約１：１〜約１：９の体積比で混合して使用するものが、電解液の性能が優れて現れることができる。
【００６２】
前記リチウム塩は、リチウム二次電池で使用されるリチウムイオンを提供することができる化合物であれば特別な制限なく使用され得る。具体的には、前記リチウム塩は、ＬｉＰＦ６、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＳｂＦ６、ＬｉＡｌＯ４、ＬｉＡｌＣｌ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣ４Ｆ９ＳＯ３、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ３）２、ＬｉＮ（Ｃ２Ｆ５ＳＯ２）２、ＬｉＮ（ＣＦ３ＳＯ２）２．ＬｉＣｌ、ＬｉＩ、またはＬｉＢ（Ｃ２Ｏ４）２等が使用され得る。前記リチウム塩の濃度は、０．１Ｍ〜２．０Ｍの範囲内で使用することがよい。リチウム塩の濃度が前記範囲に含まれると、電解質が適切な伝導度および粘度を有するため優れた電解質性能を現すことができ、リチウムイオンが効果的に移動することができる。
【００６３】
前記電解液には、前記構成成分以外にも電池の寿命特性の向上、電池の容量減少の抑制、電池の放電容量の向上等を目的として、例えば、ジフルオロエチレンカーボネート等のようなハロアルキレンカーボネート系化合物、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−グライム（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または三塩化アルミニウム等の添加剤が１種以上さらに含まれることもできる。このとき、前記添加剤は、電解液の総重量に対して０．１重量％〜５重量％で含まれ得る。
【００６４】
前記のように、本発明によるリチウム二次電池は、優れた放電容量、出力特性および容量維持率を安定的に示すため、携帯電話、ノートパソコン、デジタルカメラ等の携帯用機器、およびハイブリッド電気自動車（ｈｙｂｒｉｄ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ、ＨＥＶ）等の電気自動車分野等にデバイス電源として用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実験例３による粘度測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００６６】
以下、本発明が属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の実施例について詳細に説明する。しかし、本発明は多様な相異する形態で具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されない。
【００６７】
＜比較例１＞
Ｌｉ２Ｏ  ５０ｇ、ＮｉＯ  １３６ｇ、そして元素Ｍの原料物質として（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を５．５ｇと混合した後、Ｎ２雰囲気下に摂氏６８５度で１８時間熱処理した後、結果の反応物を冷却して非可逆添加剤粒子を得た。
【００６８】
＜比較例２＞
Ｌｉ２Ｏ  ５０ｇ、ＮｉＯ  １３６ｇ、そして元素Ｍの原料物質として（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を５．５ｇと混合した後、Ｎ２雰囲気下に摂氏６８５度で１８時間熱処理し、摂氏６８５度で１８時間もう一度熱処理した後、結果の反応物を冷却して非可逆添加剤粒子を得た。
【００６９】
＜実施例１＞
Ｌｉ２Ｏ  ５０ｇ、ＮｉＯ  １３６ｇ、そして元素Ｍの原料物質として（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を５．５ｇと混合した後、Ｎ２雰囲気下に摂氏６８５度で１８時間熱処理し、得られた反応物にＮｉＯ  ７．６ｇ（これは得られた反応物に存在するＬｉ２Ｏのモル比基準０．５倍である）を追加混合した後、摂氏６８５度で１８時間熱処理し、結果物を冷却して非可逆添加剤粒子を得た。
【００７０】
＜実施例２＞
Ｌｉ２Ｏ  ５０ｇ、ＮｉＯ  １３６ｇ、そして元素Ｍの原料物質として（ＮＨ４）２ＨＰＯ４を５．５ｇと混合した後、Ｎ２雰囲気下に摂氏６８５度で１８時間熱処理し、得られた反応物にＮｉＯ  ２．６ｇ（これは得られた反応物に存在するＬｉ２Ｏのモル比基準０．１７倍である）を追加混合した後、摂氏６８５度で１８時間熱処理し、結果物を冷却して非可逆添加剤粒子を得た。
【００７１】
＜実験例１＞
ｐＨ適正によるリチウム副産物の含量測定
前記実施例１、２および比較例１、２で製造した非可逆添加剤粒子についてｐＨ滴定を行ってリチウム副産物の含量を測定した。
【００７２】
具体的には、蒸留水１００ｍＬに非可逆添加剤１０ｇを入れ５分間攪拌してリチウム副産物を溶かした後、０．１Ｍ  ＨＣｌを使用して酸塩基滴定法で滴定した。
【００７３】
溶け出たリチウム副産物を、得られた非可逆添加剤の全体重量に対して重量％に換算して値を計算した。
【００７４】
計算は次のように行った。前記実施例および比較例の非可逆添加剤を酸塩基滴定法で滴定すると滴定曲線（ｃｕｒｖｅ）を得ることができ、このような曲線（ｃｕｒｖｅ）は変曲点を有する。このような変曲点を基準としてその後の部分に該当する酸の量（Ｙ）の二倍（Ｌｉ２ＣＯ３は２倍の酸が必要であるため、２Ｙ）からＬｉ２ＣＯ３の含量を求め、その前の部分に該当する酸の量（Ｘ）から後の部分に該当する酸の量（Ｙ）を引いた酸の量（Ｘ−Ｙ）から、ＬｉＯＨの含量を求めた後、これらそれぞれを非可逆添加剤の全体重量に対して重量％に換算した。
【００７５】
分析結果、実施例１および２の非可逆添加剤では、非可逆添加剤の総重量に対してＬｉＯＨの含量は２．５重量％以下と測定され、Ｌｉ２ＣＯ３の含量も０．３５重量％以下と非常に低くなったことを確認することができる。
【００７６】
反面、いかなる処理もしなかった比較例１の場合、ＬｉＯＨの含量が４重量％以上であり、Ｌｉ２ＣＯ３の含量も０．４重量％以上であることを確認することができる。
【００７７】
比較例２もまた、リチウム副産物の含量が小幅に減少するにはするが、ＬｉＯＨの含量が３重量％以上であり、Ｌｉ２ＣＯ３の含量も０．３重量％以上で依然として所望する程度の減少効果を得ることができなかった。
【００７８】
＜実験例２＞
ＸＲＤ分析
前記実施例１〜２、および比較例１〜２で製造した非可逆添加剤、カーボンブラック導電材およびＰＶｄＦバインダをＮ−メチルピロリドン溶媒中で、重量比で９２．５：３．５：４の比率で混合して正極スラリーを製造し、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。
【００７９】
前記製造された正極についてＣｕＫα  Ｘ線（Ｘ−ｒα）によるＸＲＤ（Ｘ−Ｒａｙ  Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析を行い、このようなＸＲＤ分析のために、Ｂｒｕｋｅｒ社のＤ４  ＥｎｄｅａｖｏｒのＸＲＤ分析装備を用いた。その結果を表１に示した。
【００８０】
前記のように、充電前の正極からは非可逆添加剤でＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯのモル比を求めることができる。
【００８１】
前記モル比は、下記のように求める。前記正極のＸＲＤ分析を行うと、導電材とバインダのピークは非常に小さく現れるため考慮対象にならず、前記Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯが示すそれぞれの強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ、ピークの最高点）と幅（ピークの中間での幅）からリートベルト（Ｒｉｅｔ−ｖｅｌｄ）法に基づいて計算してこれらのモル比を求める。
【００８２】
このように行ったとき、本発明による方法で製造した非可逆添加剤（実施例１および２）は、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃの含量が、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯの全体を基準として９３％以上に増加することを確認することができる。反面、比較例１の場合、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃの含量が、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃおよびＮｉＯの全体を基準として９０％にも達し得ず、比較例２の場合にはＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃの含量が小幅上昇したが、９３％には達することができなかった。
【００８３】
Ｌｉ２Ｏ含量の分析
前記のように製造された正極をコインセル（Ｃｏｉｎ  ｃｅｌｌ）に製作してＣＣ／ＣＶモード（ｍｏｄｅ）で４．２５Ｖまで０．１Ｃで充電し、充電された正極のＸＲＤ分析によってピーク密度を分析してＬｉ２Ｏのモル比を計算した。その結果を下記表１に示した。
【００８４】
ここで、ＸＲＤ分析に使用した試料は、充電後セル（ｃｅｌｌ）を分解して得られた正極であり、次のように分析した。
【００８５】
前記充電によって、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃの場合構造が変化するようになり、ピークの位置が変わるため、充電前のＮｉＯピークの強度と充電後のＬｉ２Ｏピークの強度を比較して、前記リートベルト（Ｒｉｅｔ−ｖｅｌｄ）法から得たＮｉＯの含量を基準として、Ｌｉ２Ｏのモル数を推定する。
【００８６】
得られたＬｉ２Ｏのモル数を前記で得られたＬｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ＋ＮｉＯ  １モル基準として換算した。
【００８７】
例えば、充電前のＮｉＯピークの強度が１００であり、このときＮｉＯが占める比率が５モル％であれば、Ｌｉ２Ｏのピークの強度が５０である場合、Ｌｉ２Ｏの比率が２．５モル％と推定する。
【００８８】
これから得られた値を比較し、本願発明による実施例のＬｉ２Ｏの含量は０．０９モル以下である反面、比較例の含量は０．１４を超えることを確認することができる。
【００８９】
＜実験例３＞
粘度測定
前記実施例１〜２、および比較例１〜２で製造した非可逆添加剤、正極活物質としてＬｉＮｉ０．８Ｍｎ０．１Ｃｏ０．１Ｏ２、カーボンブラック導電材およびＰＶｄＦバインダをＮ−メチルピロリドン溶媒中で、重量比で４．６：８７．９：３．５：４の比率で混合して正極スラリーを製造した。
【００９０】
前記正極スラリーの粘度を測定するために、ブルックフィールド社のＤＶ２ＴＬＶ粘度計を使用し、３００ｍｌのスラリーを製造して約１２００ｒｐｍで粘度計のブレードを回転させて粘度を測定し、その結果を図１に示した。
【００９１】
参照のために、非可逆添加剤を含まず正極活物質として使用するＬｉＮｉ０．８Ｍｎ０．１Ｃｏ０．１Ｏ２のみを９２．５重量％で含むスラリーを参照例として共に測定した。
【００９２】
分析結果、実施例１、２の非可逆添加剤を含む正極スラリーは、ＬｉＮｉ０．８Ｍｎ０．１Ｃｏ０．１Ｏ２のみを含む正極スラリーと類似した粘度特性を示す反面、比較例１および２の非可逆添加剤を含む正極スラリーは粘度が相対的に高いことを確認することができる。これから、比較例１および２のようにリチウム副産物が依然として４重量％以上と多い場合には、組成物のゲル化に改善が微々たるものであることを予想することができる。
【００９３】
＜実験例４＞
リチウム二次電池の製造
前記実施例１、２および比較例１〜２で製造した非可逆添加剤を用いて下記のような方法でリチウム二次電池を製造した。
【００９４】
詳細には、前記実験例３で製造された正極スラリーを使用した。
【００９５】
また、負極活物質としてＳｉＯが１０重量％で混合された人造黒鉛のＭＣＭＢ（ｍｅｓｏｃａｒｂｏｎ  ｍｉｃｒｏｂｅａｄ）、カーボンブラック導電材およびＰＶｄＦバインダをＮ−メチルピロリドン溶媒中で、重量比で９０：５：５の比率で混合して負極形成用組成物を製造し、これを銅集電体に塗布して負極を製造した。
【００９６】
前記のように製造された正極と負極の間に多孔性ポリエチレンの分離膜を介在して電極組立体を製造し、前記電極組立体をケース内部に位置させた後、ケース内部に電解液を注入してリチウム二次電池を製造した。このとき、電解液はエチレンカーボネート／ジメチルカーボネート／エチルメチルカーボネート（ＥＣ／ＤＭＣ／ＥＭＣの混合体積比＝３／４／３）からなる有機溶媒に１．１５Ｍ濃度のリチウムヘキサフルオロフォスフェイト（ＬｉＰＦ６）を溶解して製造した。
【００９７】
充電容量測定
製造した二次電池を０．１Ｃで４．３ＶまでＣＣ／ＣＶ充電し、０．００５Ｃでカットオフ時まで充電し、０．１Ｃで２．５ＶまでＣＣ放電して、充電容量を測定し、その結果を下記表１に示した。
【００９８】
分析結果、実施例１および２の非可逆添加剤を含む正極を使用する場合、充電容量が上昇することを確認することができる。これは、本発明による非可逆添加剤を使用する場合、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃの含量が相対的に増加して、初期効率が低く初期充放電の間の非可逆容量損失が大きいＳｉＯ系負極活物質にＬｉをより優秀に供給することができ、リチウム副産物が少なくゲル化を防止することによって正極活物質の容量発現を可能にするためである。
【００９９】
【表１】
2020516039.tif 000003
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明による非可逆添加剤の製造方法は、ＮｉＯを追加混合、熱処理することにより、非可逆添加剤のリチウムニッケル系酸化物の分率を高め、未反応リチウム酸化物等のＬｉ系副産物の含量を減少させ、電極製造による組成物の粘度上昇またはゲル化を減少させることができる。これにより、これを含む正極材を用いて製造されたリチウム二次電池は、より優れた電気化学的特性を示すことができる。
【図１】
2020516039.tif 000004
【手続補正書】
【提出日】令和1年10月3日(2019.10.3)
【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】
リチウム二次電池用正極材に含まれる非可逆添加剤を製造する方法であって、
Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ：ｙ：ｚのモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の前駆体を、追加的にＮｉＯと混合し熱処理して、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ’：ｙ’：ｚ’のモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の遷移金属酸化物を製造する過程を含む非可逆添加剤の製造方法：
但し、上記式で、−０．２≦ａ≦０．２、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦０．２であり、
ｘ＋ｙ＝１であり、ｘ’＋ｙ’＝１である基準で、ｘは０．８以上であり、ｘ’は０．９３以上であり、ｘ＜ｘ’、ｙ＞ｙ’およびｚ＞ｚ’の関係を満たし、ｘ＋ｙの１を基準としてｚは０超過０．２１以下であり、ｘ’＋ｙ’の１を基準としてｚ’は０以上０．０９以下であり、前記ＭはＣｕ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｐ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素である。
【請求項２】
ｘ＋ｙ＝１であり、ｘ’＋ｙ’＝１である基準で、ｘは０．８以上０．９以下であり、ｘ’は０．９３以上１．０以下である、請求項１に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項３】
ｘ’＋ｙ’の１を基準として、ｚ’は０以上０．０５５以下である、請求項１または２に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項４】
前記製造方法で追加で混合されるＮｉＯは、リチウム過剰の前駆体１モルに対して０．１ｚ〜ｚのモル比で混合される、請求項１から３の何れか一項に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理は、不活性雰囲気下、５００℃〜８００℃で、１２時間〜２４時間行われる、請求項１から４の何れか一項に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項６】
前記不活性雰囲気は、Ｎ２雰囲気またはＡｒ雰囲気である、請求項５に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、６５０℃〜７００℃で、１２時間〜２４時間行われる、請求項５または６に記載の非可逆添加剤の製造方法。
【請求項８】
請求項１による製造方法で製造された非可逆添加剤、および正極活物質を含む正極材であって、
前記非可逆添加剤は、Ｌｉ２＋ａＮｉ１−ｂＭｂＯ２＋ｃ、ＮｉＯおよびＬｉ２Ｏがｘ’：ｙ’：ｚ’のモル比で物理的に結合されたリチウム過剰の遷移金属酸化物を含み、−０．２≦ａ≦０．２、０≦ｂ＜１、０≦ｃ≦０．２であり、ｘ’＋ｙ’の１を基準として、ｘ’は０．９３以上であり、ｚ’は０以上０．０９以下であり、前記ＭはＣｕ、Ｍｇ、Ｐｔ、Ａｌ、Ｃｏ、Ｐ、およびＢからなる群より選択される１種以上の元素である正極材。
【請求項９】
請求項８による正極材が正極集電体上に塗布されている正極；
負極活物質を含む負極材が負極集電体上に塗布されている負極；および
前記正極と負極との間に介在する分離膜；
を含む電極組立体が電池ケースに電解液と共に内蔵された構造のリチウム二次電池。
【請求項１０】
負極活物質は、下記化学式１で表わされるＳｉ系物質を含む、請求項９に記載のリチウム二次電池：
ＳｉＯｘ    （１）
ここで、０＜ｘ＜２である。
【国際調査報告】
2020516039.tif 000005
2020516039.tif 000006
2020516039.tif 000007
2020516039.tif 000008
2020516039.tif 000009
2020516039.tif 000010