JP7235131B2 - リチウムイオン二次電池用正極活物質およびリチウムイオン二次電池 - Google Patents
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Description
一般式(A):Li1+uNixMnyCozMtO2(ただし、-0.05≦u≦0.5、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.9、0≦y≦0.5、0≦z≦0.5、0<t≦0.05、Mは、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、およびWから選択される1種以上の添加元素)で表される組成、および、層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物粒子からなり、
該リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子は、一次粒子が凝集した二次粒子により構成され、
前記二次粒子は、3.0μm以上7.0μm以下の粒度分布測定値から求めた50%累積径d50、2.0m2/g以上5.0m2/g以下のBET比表面積、1.0g/cm3以上2.0g/cm3以下のタップ密度、および、30ml/100g以上60ml/100g以下の吸油量を有し、および、
前記一次粒子のうち、0.1μm以上1.0μm以下の範囲にある一次粒子径を有する複数の一次粒子のそれぞれについて、断面STEMあるいはTEM-EDX分析によって複数箇所について前記添加元素Mの濃度を測定し、該添加元素Mの濃度の標準偏差を該添加元素Mの平均濃度で除した値である該添加元素Mの濃度の変動係数を算出した場合に、該変動係数が1.5以下である。
本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池用正極活物質(以下、「正極活物質」という)は、リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子(以下、「複合酸化物粒子」という)からなり、下記の要件(1)~(7)を具備することを特徴とする。
複合酸化物粒子は、一般式(A):Li1+uNixMnyCozMtO2(ただし、-0.05≦u≦0.5、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.9、0≦y≦0.5、0≦z≦0.5、0<t≦0.05、Mは、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、およびWから選択される1種以上の添加元素)で表される組成を有する。
本実施形態の正極活物質では、複合酸化物粒子は、複数の一次粒子が凝集して形成された二次粒子から構成される。
本実施形態の正極活物質において、二次粒子は、3.0μm以上7.0μm以下の粒度分布測定値から求めた50%累積径d50を有する。二次粒子の50%累積径d50は、4.0μm以上6.5μm以下であることが好ましく、4.0μm以上6.0μm以下であることがより好ましい。
本実施形態の正極活物質において、二次粒子は、2.0m2/g以上5.0m2/g以下のBET比表面積を有する。BET比表面積は、2.5m2/g以上4.5m2/g以下であることが好ましい。
本実施形態の正極活物質において、二次粒子は、1.0g/cm3以上2.0g/cm3以下のタップ密度を有する。タップ密度は、1.0g/cm3以上であることが好ましく、1.2g/cm3以上であることがより好ましい。
本実施形態の正極活物質において、二次粒子は、30ml/100g以上60ml/100g以下の吸油量を有する。吸油量は、35ml/100g以上55ml/100g以下であることが好ましい。
本実施形態の正極活物質において、二次粒子を構成する一次粒子内における添加元素Mの濃度のばらつきを示す変動係数(CV)は、1.5以下である。変動係数(CV)は、1.3以下であることが好ましく、1.2以下であることがさらに好ましい。
本実施形態の正極活物質において、二次粒子についての3次元観察像を二値化した二値化像から分水嶺アルゴリズムを用いて特定された、二値化像内の一次粒子間の連結部の総体積と二値化像内の一次粒子の個数とにより得られる、一次粒子1個あたりの連結部の体積が、5×105nm3以上9×107nm3以下であることが好ましい。
この工程では、最初に二次粒子の3次元観察像を得る。二次粒子の観察は、二次粒子のサイズや予想されるプローブとの接触面積を鑑み、適切な空間分解能を有する評価装置および観察条件を選択して実施される。たとえば、粒径が数10nm以上数100μm以下の二次粒子に対しては、走査電子顕微鏡(以下、「SEM」という)を用いることが好ましい。粒径が、数nm以上数100nm以下の粒子に対しては、透過電子顕微鏡(以下、「TEM」という)を用いた像観察が可能である。いずれの粒径の二次粒子に対して、走査透過電子顕微鏡(以下、「STEM」という)を用いることもできる。
加速電圧が高いほど、試料の最表面から深い部分の情報が観察像に混在する。つまり、観察像が2次元画像であるにもかかわらず、奥行き方向の情報(断面に埋もれている粒子の情報など)も観察像に混在する。このため、必要な空間分解能が担保できる範囲内でなるべく低加速電圧の条件を用いることが好ましい。
一般に、低い電流値(小さなアパーチャーサイズ)の方が、空間分解能が高くなるが、輝度が下がり、信号量が低下して、ノイズが多くなり画質が劣化する。このため、空間分解能と画質のバランスがとれる条件を選択することが好ましい。
SEM観察において作動距離が短くなるとレンズの収差が小さくなり、解像度が高くなる。特に、低加速電圧条件での観察時は作動距離を短くする方が、空間分解能が高くなる。
倍率は高いほど空間分解能が高くなるが一方で、観察できる範囲および一次粒子の数は減るので、観察に必要とされる一次粒子の個数と空間分解能を鑑み、バランスの取れる条件を選択する。
滞留時間は長いほど、信号量が多くなりノイズが減って画質が良くなるが、観察時間が長くなる背反があるため、必要な範囲で適切な条件を選択する。
試料への電子線入射によって発生する電子には大きく分けて二次電子(非弾性散乱電子)と反射電子(弾性散乱電子)が存在する。SEMでは、一般に様々な検出器および検出条件を調整することで、観察像における二次電子と反射電子の信号割合を調整して、目的とする観察像を得ている。画像解析を実施する場合、多くの場合は組成によるコントラストによって物質を切り分ける。また、画像解析においては試料の断面加工時などに生じる試料の凹凸由来のコントラストは障害となるので、エッジ効果によって凹凸由来のコントラストが強く出る二次電子像は望ましくない。このような観点から、画像解析を実施する際の観察像は反射電子から構成される反射電子像であることが望ましい。
二値化工程の前に、試料の観察像に対し、観察像を得るために使用された電子顕微鏡の電子線の二次粒子に対する入射角を加味してX軸とY軸との画素サイズ、または、X軸とY軸とZ軸との画素サイズを等価にする画素サイズ等価化工程を行うことも可能である。
画素サイズが等価化された観察像に含まれるノイズは、二値化処理において、障害となる可能性がある。このため、必要に応じてノイズ除去工程を行うこともできる。ノイズ除去工程の具体的な手法としては、一般的な画像処理技術において採用される公知のノイズ除去技術を採用することができる。
二値化工程により、サイズ等価化工程後の試料の観察像を二値化した二値化像を得る。具体的には、二値化処理により解析対象とする物質とそれ以外の物質を切り分ける。二値化処理とは、たとえば、モノクロ画像の各画素に対して白黒の強弱(Glay Scale)の値の範囲を設定して、物質を切り分ける処理である。
二値化像に対してモフォロジー処理を行うこともできる。本明細書における「モフォロジー処理」とは、粒子像を島、それ以外の部分の像を海としたときの海島構造における島(または海)の部分の画素の膨張と収縮を数回組み合わせて行う処理のことを指し、二値化像の平滑化および/または孤立点の除去(穴埋め)を意図する処理である。
分水嶺アルゴリズム(Watershed Segmentation)を用いて、一次粒子を分離認識した二値化像を得て、この二値化像に対してラベリング処理を行う工程である。
この工程では、前工程において、単一または複数の二次粒子についての3次元観察像を二値化した二値化像から分水嶺アルゴリズムを用いて特定された一次粒子、一次粒子間の連結部、一次粒子の個数に関するデータに基づいて、一次粒子間の連結部の総体積の値を得て、かつ、この一次粒子間の連結部の総体積と一次粒子の個数とにより、一次粒子1個あたりの連結部の体積を求める。
任意であるが、本実施形態の正極活物質において、二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/d50〕は、好ましくは1.0以下、より好ましくは0.7以下、さらに好ましくは0.6以下である。このような粒度分布が狭い二次粒子からなる正極活物質は、微細粒子や粗大粒子の割合が少ないため、これを用いた二次電池は、安全性、サイクル特性、および出力特性のいずれにも優れたものとなる。
任意であるが、本実施形態の正極活物質において、二次粒子についての粒度分布測定値から求めたd10の値に対するd90の値の比(d90/d10)は、1.0以上2.0以下であることが好ましく、1.2以上1.8以下であることがより好ましい。
任意であるが、本実施形態の正極活物質を構成する複合酸化物粒子について、X線回折による(003)面のピークの半価幅からシェラー式を用いて一次粒子の結晶子径を求めた場合に、その結晶子径は、好ましくは300Å以上1500Å以下、より好ましくは400Å以上1300Å以下、さらに好ましくは700Å以上1250Å以下である。このような範囲の結晶子径を有する正極活物質は、結晶性がきわめて高く、二次電池の正極抵抗を低減させ、かつ、その出力特性を向上させることができる。
前記実施形態の正極活物質は、上述した組成、結晶構造、粒子構造、および粒子性状を具備している限り、その製造方法により限定されることはない。
反応槽内に水と水酸化ナトリウム水溶液と炭酸ナトリウム水溶液とアンモニア水を適量供給し、pH値が液温25℃基準で11以上13以下、アンモニウムイオン濃度が9g/L以上15g/L以下となるように調整した反応前水溶液を準備する。一方、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、硫酸コバルト、および添加元素Mの化合物(硫酸塩、ナトリウム塩など)を、それぞれの金属元素(Ni、Co、Mn、M)のモル比が上記式(A)を満たすように水に溶解し、1.0mol/L以上3.0mol/L以下の原料水溶液を調製することが望ましい。あるいは、硫酸ニッケル、硫酸マンガン、および硫酸コバルトを、それぞれの金属元素(Ni、Co、Mn)のモル比が上記式(A)を満たすように水に溶解し、1.0mol/L以上3.0mol/L以下の原料水溶液を調製し、添加元素Mの化合物を含んだ水溶液を別に準備して、添加元素Mの添加量が上記式(A)を満たすように、前記原料水溶液に添加することも可能である。
混合工程は、上述した複合水酸化物粒子、あるいは、該複合水酸化物粒子に熱処理を加えた熱処理粒子に、リチウム化合物を混合して、リチウム混合物を得る工程である。
リチウム化合物として、水酸化リチウムや炭酸リチウムを使用する場合には、混合工程後、焼成工程の前に、リチウム混合物を、後述する焼成温度よりも低温、かつ、350℃以上800℃以下、好ましくは450℃以上750℃以下の温度で仮焼する仮焼工程を行うこともできる。これにより、複合水酸化物粒子中に、Liを十分に拡散させることができ、より均一な複合酸化物粒子を得ることができる。
焼成工程は、混合工程で得られたリチウム混合物を所定条件の下で焼成し、複合水酸化物中にLiを拡散させて反応させ、複合酸化物粒子を得る工程である。
リチウム混合物の焼成温度は、720℃以上980℃以下に設定される。焼成温度が720℃未満では、複合水酸化物粒子とLiが十分に反応せず、余剰のLiや未反応の複合水酸化物が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりする。一方、焼成温度が980℃を超えると、複合酸化物粒子内の連通孔や空間部が潰れて、最終的に得られる正極活物質のBET比表面積の低下や吸油量の低下、タップ密度の上昇を招く可能性がある。また、正極活物質の粒子間が激しく焼結して、異常粒成長が引き起こされ、不定形な粗大粒子の割合が増加することとなる。
焼成時間のうち、上述した焼成温度での保持時間は、少なくとも2時間とすることが好ましく、3時間以上20時間以下とすることがより好ましい。焼成温度における保持時間が2時間未満では、複合酸化物粒子中にLiが十分に拡散せず、余剰のLiや未反応の複合酸化物粒子が残存したり、得られる正極活物質の結晶性が不十分なものとなったりするおそれがある。
焼成時の雰囲気は、酸化性雰囲気とすることが好ましく、酸素濃度が18容量%以上100容量%以下の雰囲気とすることがより好ましく、酸素濃度が50容量%以上100容量%以下の雰囲気とすることがさらに好ましい。上記酸素濃度の酸素と不活性ガスの混合雰囲気とすることが特に好ましい。すなわち、焼成は、大気ないしは酸素気流中で行うことが好ましい。酸素濃度が18容量%未満では、正極活物質の結晶性が不十分なものとなるおそれがある。
焼成工程によって得られた正極活物質を構成する二次粒子は、凝集または軽度の焼結が生じている場合がある。このような場合には、凝集体または焼結体を解砕することが好ましい。これによって、得られる正極活物質の平均粒径や粒度分布を好適な範囲に調整することができる。なお、解砕とは、焼成時に粒子間の焼結ネッキングなどにより生じた複数の二次粒子からなる凝集体に、機械的エネルギーを投入して、二次粒子自体をほとんど破壊することなく分離させて、凝集体をほぐす操作を意味する。
本発明の一実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、セパレーター、および非水電解質などの構成部材を備える、一般的な非水電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。あるいは、本実施形態のリチウムイオン二次電池は、正極、負極、および固体電解質などの構成部材を備える、一般的な固体電解質二次電池と同様の構成を採ることができる。すなわち、本発明は、リチウムイオンの脱離および挿入により、充放電を行う二次電池であれば、非水電解液二次電池から全固体リチウムイオン二次電池まで広く適用可能である。なお、以下に説明する実施形態は例示にすぎず、本発明は、本明細書に記載されている実施形態に基づいて、種々の変更、改良を施した形態のリチウムイオン二次電池に適用することが可能である。
a)正極
前記実施形態の正極活物質を用いて、たとえば、以下のようにして、リチウムイオン二次電池の正極を作製する。
負極には、金属リチウムやリチウム合金などを使用することができる。また、リチウムイオンを吸蔵および脱離できる負極活物質に、結着剤を混合し、適当な溶剤を加えてペースト状にした負極合材を、銅などの金属箔集電体の表面に塗布し、乾燥し、必要に応じて電極密度を高めるべく圧縮して形成したものを使用することができる。
セパレーターは、リチウムイオン二次電池において、正極と負極との間に挟み込んで配置されるものであり、正極と負極とを分離し、電解質を保持する機能を有する。このようなセパレーターとしては、たとえば、ポリエチレンやポリプロピレンなどの薄い膜で、微細な孔を多数有する膜を用いることができるが、上記機能を有するものであれば、特に限定されることはない。また、固体電解質を用いることも可能である。
非水電解質二次電池に用いられる非水電解質には、支持塩であるリチウム塩を有機溶媒に溶解してなる非水電解液などが用いられる。
リチウムイオン二次電池の構成は、特に限定されず、非水電解質二次電池における、正極、負極、セパレーター、非水電解質などからなる構成や、固体電解質二次電池における、正極、負極、固体電解質などからなる構成を採りうる。また、二次電池の形状は、特に限定されず、円筒形や積層形など、種々の形状に採ることができる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、上述したように、出力特性に優れた中空構造または空間部を有する多層構造の二次粒子からなり、その出力特性およびその機械的強度をさらに改善した、前記実施形態の正極活物質を正極材料として用いているため、出力特性や耐久特性に優れる。
本実施形態のリチウムイオン二次電池は、上述のように、出力特性や耐久特性に優れており、これらの特性が高いレベルで要求される電動工具や環境自動車の電源に好適に利用することができる。
a)複合水酸化物の製造
[核生成工程]
はじめに、反応槽内に、水を17L入れて撹拌しながら、槽内温度を40℃に設定した。この際、反応槽内に窒素ガスを1時間流通させ、反応雰囲気を、酸素濃度が2容量%以下の非酸化性雰囲気とした。続いて、反応槽内に、25質量%水酸化ナトリウム水溶液と25質量%の炭酸ナトリウム水溶液と25質量%アンモニア水を適量供給し、pH値が、液温25℃基準で12.6、アンモニウムイオン濃度が10g/Lとなるように調整することで反応前水溶液を形成した。
核生成終了後、すべての水溶液の供給を一旦停止するとともに、硫酸を加えて、pH値が液温25℃基準で11.0となるように調整することで、粒子成長用水溶液を形成した。pH値が所定の値になったことを確認した後、核生成工程と同様の100ml/分と一定の割合で、原料水溶液を供給し、核生成工程で生成した核(粒子)を成長させた。なお、タングステン酸ナトリウム水溶液は、10ml/分と一定の割合で、第3段階および第4段階において、原料水溶液と同時に供給した。
得られた複合水酸化物を、Li/Meが1.10となるように、シェーカーミキサー装置を用いて水酸化リチウムと十分に混合し、リチウム混合物を得た(混合工程)。
[組成]
ICP発光分光分析装置(株式会社島津製作所製、ICPE-9000)を用いた分析により、この正極活物質の組成を分析した。
レーザー光回折散乱式粒度分析計(マイクロトラック・ベル株式会社製、マイクロトラックMT3300EXII)を用いて、正極活物質(二次粒子)の粒度分布測定値から求めた50%累積径d50、10%累積径d10、および90%累積径d90を測定した。
流動方式ガス吸着法比表面積測定装置(株式会社マウンテック製、マックソーブ1200シリーズ)を用いて、二次粒子のBET比表面積を、タッピングマシン(株式会社蔵持科学器械製作所製、KRS-406)を用いて、二次粒子のタップ密度を、それぞれ測定した。
「JIS K 6217-4:2008」に準拠した吸油量測定装置(株式会社あさひ総研製、S-500)を用いて、正極活物質(二次粒子)のフタル酸ジ-n-ブチル(ジ-n-ブチルフタレート、DBP)の吸油量を測定した。
正極活物質の一部を樹脂に埋め込み、クロスセクションポリシャ(日本電子株式会社製、IB-19530CP)加工によって断面観察可能な状態とした上で、SEM(FE-SEM:日本電子株式会社製、JSM-6360LA)により観察した。図1に示すように、本実施例の正極活物質は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子より形成され、二次粒子の外周部に連通孔を6個程度有し、かつ、二次粒子の内部に空間部を8個程度有し、かつ、外周部の連通孔と内部の空間部とが繋がっていることを確認した。
イオンミリング装置(日本電子株式会社製、クライオイオンスライサ、IB-09060CIS)を用いて、正極活物質(二次粒子)の断面を薄片加工した。TEM(日本電子株式会社製、JEM―ARM200F)を用いて、図2に示すように、前記二次粒子の断面において、約0.5μmの一次粒子(粒界を挟んだ連結する2個)を狙い、それぞれの一次粒子の粒内および粒界を含む一次粒子全体から任意に選択した計12箇所に対して、電子線照射を行い、発生したWの特性X線のエネルギーをEDX(サーモフィッシャー・サイエンティフィック社製、NSS)を用いて分析して、それぞれの一次粒子全体における、Wの平均濃度(μ)、Wの濃度の標準偏差(σ)、および、Wの濃度の変動係数(CV)を解析した。表1に、得られた一次粒子についてのTEM-EDX分析によるWの濃度の測定結果を示す。
正極活物質の一部を熱硬化性樹脂に包埋した後、以下の条件で、3次元SEM観察を実施した。
・Dual Beam SEM-FIB装置 日本エフイー・アイ株式会社製 Scios
<SEM観察条件>
・加速電圧: 2kV
・電流値: 0.1nA
・作動距離: 7mm
・倍率: 10k(HFW:20.7μm)
・画素数: X:1536×Y:1024(ピクセルサイズ:X:4.56nm×Y:4.56nm)
・Tilt Angle: 52°
・Dwell Time: 30μs(1Scan)
・検出器:反射電子検出器
<FIB加工条件>
・加速電圧: 30kV
・電流値: 100pA
・作動距離: 19mm
・加工ピッチ: 30nm
X軸、Y軸、Z軸の画素サイズが等価になるように画素の再計算を実施して、再計算後のボクセルサイズは、X:13.49nm、Y:13.49nm、Z:13.49nmであった。
二次粒子を構成する領域とそれ以外の領域(包埋に用いた樹脂領域)との輝度差を利用して、3次元観察像を二値化して、二値化像を得た。二値化像に対して、上記画像解析ソフトウェアを用いたモフォロジー処理により、二値化像の平滑化を行った。
二次粒子の二値化像に対し、上記画像解析ソフトウェアによる分水嶺アルゴリズムを用いた処理を施し、一次粒子同士の連結部を分離して、一次粒子を抽出した二値化像(一次粒子分離後の二値化像)を得た。さらに、一次粒子の分離前の二値化像と一次粒子分離後の二値化像とから、一次粒子の連結部の二値化像を得た。これらの二値化像に関して、Z軸方向の深さ方向に応じた2次元像より3次元像を構築した。
図5に示すような2032型コイン形電池10を作成した。具体的には、上述のようにして得られた正極活物質:52.5mgと、アセチレンブラック:15mgと、PTFE:7.5mgを混合し、100MPaの圧力で、直径11mm、厚さ100μmにプレス成形し、正極1を作製した。
[正極抵抗]
正極抵抗の測定は、インピーダンス測定法を用い、2032型コイン形電池を3.8Vで充電し、周波数応答アナライザおよびポテンショガルバノスタット(ソーラトロン製、1255B)を使用して交流インピーダンス法により測定し、図6に示すインピーダンススペクトルを得た。得られたインピーダンススペクトルには、高周波領域と中間周波領域とに2つの半円が観測され、低周波領域に直線が観察されることから、図7に示す等価回路を組んで正極界面抵抗を解析した。ここで、Rsはバルク抵抗、R1は正極被膜抵抗、Rctは電解液/正極界面抵抗、Wはワーブルグ成分、CPE1、CPE2は定相要素を示す。なお、正極界面抵抗については、後述する比較例1の正極活物質を基準とし、これに対する抵抗減少率を示す。
リチウム混合物を920℃まで昇温し、この温度で3時間保持することにより焼成したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
それぞれの金属元素のモル比が、Ni:Mn:Co:W=5.0:2.0:3.0:0.07となるように、タングステン酸ナトリウム水溶液を調製したことと以外は、実施例2と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
Ni、Mn、Coからなる原料水溶液に、Ni:Mn:Co:W=5.0:2.0:3.0:0.1となるように、タングステン酸ナトリウム水溶液を混合して準備した水溶液を用いて晶析したこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
晶析工程において、核生成工程および粒子成長工程の切替操作1までをすべて酸素濃度が21容量%の酸化性雰囲気に調整して晶析し、それ以降を酸素濃度が2容量%以下の非酸化性雰囲気に調整して、複合水酸化物を得たこと以外は実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。図4に得られた正極活物質の粒子構造を示す。比較例1の正極活物質は、複数の一次粒子が凝集した二次粒子より形成され、二次粒子外周部に連通孔を1個有し、かつ、二次粒子内部に空間部を1個有し、かつ外周部の連通孔と内部の空間部とが繋がっている中空構造からなることを確認した。
Ni、Mn、Coからなる原料水溶液にNi:Mn:Co:W=5.0:2.0:3.0:0.12となるように、タングステン酸ナトリウム水溶液を混合して準備した水溶液を用いて晶析したこと、および、焼成温度を900℃にしたこと以外は、実施例1と同様にして、正極活物質を得るとともに、その評価を行った。
2 負極
3 セパレーター
4 ガスケット
5 ウェーブワッシャー
6 正極缶
7 負極缶
10 コイン形電池
Claims (10)
- 一般式(A):Li1+uNixMnyCozMtO2(ただし、-0.05≦u≦0.5、x+y+z+t=1、0.3≦x≦0.9、0≦y≦0.5、0≦z≦0.5、0<t≦0.05、Mは、Mg、Al、Si、Ca、Ti、V、Cr、Zr、Nb、Mo、Hf、Ta、およびWから選択される1種以上の添加元素)で表される組成、および、層状岩塩型の結晶構造を有するリチウム遷移金属含有複合酸化物粒子からなり、
該リチウム遷移金属含有複合酸化物粒子は、一次粒子が凝集した二次粒子により構成され、
前記二次粒子は、3.0μm以上7.0μm以下の粒度分布測定値から求めた50%累積径d50、2.0m2/g以上5.0m2/g以下のBET比表面積、1.0g/cm3以上2.0g/cm3以下のタップ密度、および、30ml/100g以上60ml/100g以下の吸油量を有し、および、
前記一次粒子のうち、0.1μm以上1.0μm以下の範囲にある一次粒子径を有する複数の一次粒子のそれぞれについて、断面STEMあるいはTEM-EDX分析によって複数箇所について前記添加元素Mの濃度を測定し、該添加元素Mの濃度の標準偏差を該平均濃度で除した値である変動係数を算出した場合に、該変動係数が1.5以下である、
リチウムイオン二次電池用正極活物質。 - 前記二次粒子についての3次元観察像を二値化した二値化像から分水嶺アルゴリズムを用いて特定された、前記二値化像内の前記一次粒子間の連結部の総体積と前記二値化像内の前記一次粒子の個数とにより得られる、前記一次粒子1個あたりの前記連結部の体積が、5×105nm3以上9×107nm3以下である、請求項1に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記一次粒子1個あたりの前記連結部の体積が、8×105nm3以上9×106nm3以下である、請求項2に記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記二次粒子の前記50%累積径d50は、4.0μm以上6.0μm以下である、請求項1~3のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記二次粒子の粒度分布の広がりを示す指標である〔(d90-d10)/d50〕(ただし、d10は粒度分布測定値から求めた10%累積径であり、d90は粒度分布測定値から求めた90%累積径である)が1.0以下である、請求項1~4のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記二次粒子のd90/d10の値(ただし、d10は粒度分布測定値から求めた10%累積径であり、d90は粒度分布測定値から求めた90%累積径である)が、1.0以上2.0以下である、請求項1~5のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記二次粒子は、凝集部と、該凝集部の外周部を連通する1個以上の連通孔と、該凝集部の内側に存在し、前記連通孔と連通する2個以上の空間部を有する、請求項1~6のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記添加元素Mは、Mg、Al、Si、Ti、Zr、Nb、Mo、およびWからなる群より選ばれる少なくとも1種である、請求項1~7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 前記添加元素Mは、Wからなる、請求項1~7のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質。
- 正極、負極、セパレーター、および非水電解質、あるいは、正極、負極、および固体電解質を備え、前記正極に用いられる正極活物質として、請求項1~9のいずれかに記載のリチウムイオン二次電池用正極活物質が用いられている、リチウムイオン二次電池。
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