特許 7128245 リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法、及びこれを含むリチウム二次電池

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-22

(45)【発行日】2022-08-30

(54)【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、及びこれを含むリチウム二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/505 20100101AFI20220823BHJP

   H01M 4/525 20100101ALI20220823BHJP

   H01M 4/36 20060101ALI20220823BHJP

   C01G 53/00 20060101ALI20220823BHJP

【ＦＩ】

H01M4/505

H01M4/525

H01M4/36 E

C01G53/00 A

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2020174737

(22)【出願日】2020-10-16

(65)【公開番号】P2021068701

(43)【公開日】2021-04-30

【審査請求日】2020-10-16

(31)【優先権主張番号】10-2019-0130033

(32)【優先日】2019-10-18

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2020-0051074

(32)【優先日】2020-04-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】517113750

【氏名又は名称】エコプロ ビーエム カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】ＥＣＯＰＲＯ ＢＭ ＣＯ．， ＬＴＤ．

(74)【代理人】

【識別番号】100114775

【弁理士】

【氏名又は名称】高岡 亮一

(74)【代理人】

【識別番号】100121511

【弁理士】

【氏名又は名称】小田 直

(74)【代理人】

【識別番号】100202751

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 明代

(74)【代理人】

【識別番号】100208580

【弁理士】

【氏名又は名称】三好 玲奈

(74)【代理人】

【識別番号】100191086

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 香元

(72)【発明者】

【氏名】チェ ムン ホ

(72)【発明者】

【氏名】ホ ギョン ジェ

(72)【発明者】

【氏名】チェ スン ヒョン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン アルム

(72)【発明者】

【氏名】カン ジュ キョン

【審査官】冨士 美香

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－０７０７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／０５３３５７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－１２２２３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１３８３５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０８９２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１８／０４３６６９（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／５０５

Ｈ０１Ｍ ４／５２５

Ｈ０１Ｍ ４／３６

Ｃ０１Ｇ ５３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

下記［化１］で示されるリチウム過剰層状酸化物（ｏｖｅｒｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｌａｙｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ：ＯＬＯ）を含む正極活物質であって、
一次粒子が凝集して二次粒子を形成し、３００ｎｍ～１０μｍの大きさを有する一次粒子が、前記二次粒子を構成する全一次粒子中の５０～１００体積％であり、
前記正極活物質は、下記［化２］で示される物質をさらに含むものである、
二次電池用正極活物質。
［化１］

（式中、０＜ｒ≦０．６、０＜ａ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、及び０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１であり、前記Ｍ１は、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｗ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｖ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓ、Ｂ、及びＢｉのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上である。）
［化２］

（式中、０＜ａ≦７、０＜ｂ≦１５であり、Ｍ１’は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＷのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上である。）

【請求項2】

前記正極活物質の二次粒子の平均粒径は、２μｍ～２０μｍである、請求項１に記載の二次電池用正極活物質。

【請求項3】

前記［化１］中の前記Ｍ１は、前記一次粒子を成長させる融剤（フラックス）として作用するドーパントである、請求項１に記載の二次電池用正極活物質。

【請求項4】

前記［化１］中の前記Ｍ１は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＷのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上である、請求項３に記載の二次電池用正極活物質。

【請求項5】

前記［化１］中の前記Ｍ１は、前記正極活物質を構成する金属の全モル数に対して、０．００１～１０モル％で含まれる、請求項１に記載の二次電池用正極活物質。

【請求項6】

前記正極活物質の充填密度（ｐａｃｋｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ）は、２．０～４．０（ｇ／ｃｃ）である、請求項１に記載の二次電池用正極活物質。

【請求項7】

前記正極活物質の比表面積（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）は、０．１～１．５（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）である、請求項１に記載の二次電池用正極活物質。

【請求項8】

前記リチウム過剰層状酸化物において、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＭｎ金属の全モル数に対するリチウムのモル数の割合（Ｌｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ））は、１．１～１．６である、請求項１に記載の二次電池用正極活物質。

【請求項9】

前記リチウム過剰層状酸化物において、Ｎｉの全モル数に対するＭｎのモル数の割合（Ｍｎ／Ｎｉ）は、１～４．５である、請求項１に記載の二次電池用正極活物質。

【請求項10】

Ｎｉ、Ｃｏ、及びＭｎのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上の元素を含む正極活物質前駆体を製造するステップ；及び
前記正極活物質前駆体に、リチウム化合物及び前記［化１］中のＭ１を含む化合物を混合して焼成するステップ；
を含む、請求項１に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。

【請求項11】

前記前駆体を製造するステップの後でかつ焼成するステップの前に、３００～６００℃で製造された前駆体を焙焼するステップをさらに含む、請求項１０に記載の二次電池用正極活物質の製造方法。

【請求項12】

請求項１に記載の正極活物質を含む二次電池。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リチウム過剰層状酸化物（ｏｖｅｒｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｌａｙｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ：ＯＬＯ）を含む正極活物質に関し、より詳しくは、一次粒子を成長させる融剤（フラックス）として作用するドーパントにより一次粒子の大きさが調節されたリチウム二次電池用正極活物質、その製造方法、及びこれを含むリチウム二次電池に関する。

【背景技術】

【0002】

スマートホン、ＭＰ３プレーヤー、タブレットＰＣのようなモバイル電子機器の発展に伴い、電気エネルギーを貯蔵可能な二次電池に対する需要が急増している。特に、電気自動車、中大型のエネルギー貯蔵システム、及び高エネルギー密度が要求される携帯機器が登場し、リチウム二次電池に対する需要が増加しつつある。

【0003】

近年、最も脚光を浴びている正極活物質として、リチウムニッケルマンガンコバルト酸化物Ｌｉ（Ｎｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_２）Ｏ_２（式中、ｘ、ｙ、ｚは、それぞれ独立した酸化物組成元素の原子分率であり、０＜ｘ≦１、０＜ｙ≦１、０＜ｚ≦１、及び０＜ｘ＋ｙ＋ｚ≦１を満たす。）がある。この材料は、正極活物質として盛んに研究が行われて使用されてきたＬｉＣｏＯ_２より高電圧で使用されるため、高容量を出すという長所があり、また、Ｃｏ含有量が相対的に少ないため、低価格であるという長所がある。しかし、レート特性（ｒａｔｅ ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ）及び高温での寿命特性が十分でないという短所を有する。

【0004】

それで、既存の Ｌｉ（Ｎｉ_ｘＣｏ_ｙＭｎ_２）Ｏ_２を凌駕する、高い可逆容量を示すリチウム過剰層状酸化物（ｏｖｅｒｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｌａｙｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ：ＯＬＯ）をリチウム二次電池に適用するための研究が行われている。

【0005】

しかし、寿命サイクル中に発生する電圧降下（ｖｏｌｔａｇｅ ｄｅｃａｙ）現象が問題となっているが、これは、寿命サイクル中、遷移金属の移動による、スピネルに類似の構造からキュービック（ｃｕｂｉｃ）までの相転移によるものである。このような電圧降下現象は、リチウム二次電池の商用化のためには、必ず解決する必要がある課題である。また、充填密度が低いという点も改善する必要がある問題である。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の実施例に係るリチウム過剰層状酸化物を含む二次電池用正極活物質は、一次粒子の成長を調節することにより、従来の多結晶ＯＬＯに比べて、エネルギー密度が増加し、粒子の比表面積が減少するように調節することを目的としている。

【0007】

また、本発明は、正極活物質粒子の内部構造の安定性を向上させるためのドーパント物質を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の実施例に係るリチウム過剰層状酸化物（ｏｖｅｒｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｌａｙｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ：ＯＬＯ）は、下記［化１］で示され、一次粒子が凝集して二次粒子を形成し、３００ｎｍ～１０μｍの大きさを有する一次粒子が、前記二次粒子を構成する全一次粒子中の５０～１００体積％である。

【0009】

［化１］

（式中、０＜ｒ≦０．６、０＜ａ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、及び０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１であり、前記Ｍ１は、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｗ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｖ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓ、Ｂ、及びＢｉのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上である。）

【0010】

本発明の実施例に係る前記正極活物質において、前記一次粒子は、不規則形状（ｉｒｒｅｇｕｌａｒ）であり、一次粒子の大きさとは、最長の長さを意味する。

【0011】

本発明の実施例に係る前記正極活物質は、前駆体状態での一次粒子の大きさよりも正極活物質状態での一次粒子の大きさの方が大きくなり、（ドーパントを追加した正極活物質の一次粒子の大きさ）／（ドーパントを追加しない正極活物質の一次粒子の大きさ）の比が、１以上、好ましくは、５０以上である。

【0012】

本発明の実施例に係る前記正極活物質は、１μｍ～２μｍの大きさを有する一次粒子が、前記リチウム過剰層状酸化物の全体に対して、５０～１００体積％の含有量で含まれ得る。

【0013】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の前記二次粒子の平均粒径は、２μｍ～２０μｍであることができる。

【0014】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質において、前記［化１］中の前記Ｍ１は、前記リチウム過剰層状酸化物において前記一次粒子の成長を誘導する融剤（フラックス）として作用するドーパントであることができる。

【0015】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質において、前記［化１］中の前記Ｍ１は、Ｎｂ、Ｔａ、Ｍｏ、及びＷのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上であり、前記Ｍ１は、ＮｂまたはＴａであることができる。

【0016】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質において、前記Ｍ１は、前記リチウム過剰層状酸化物の全体に対して、０．００１～１０モル％で含まれ得る。

【0017】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質において、前記Ｍ１は、Ｎｂであり、前記Ｎｂは、リチウム過剰層状酸化物の全体に対して、０．１～１モル％で含まれ得る。

【0018】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質は、［化２］Ｌｉ_ａＭ１’Ｏ_ｂ（式中、０＜ａ≦７、０＜ｂ≦１５であり、Ｍ１’は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＷのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上である。）をさらに含むことができる。前記［化２］のＬｉ_ａＭ１’Ｏ_ｂ は、一次粒子間の成長を誘導するドーパントがリチウムと反応して生成される物質であることができる。

【0019】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質は、一次粒子の成長に伴い、ＸＲＤ分析時に、Ｉ（１０４）での半値幅（ＦＷＨＭ（ｄｅｇ．））が、同じ条件で焼成する場合、Ｍ１が含まれていない物質に対して、Ｍ１を含むことによって、５～５０％の割合で減少することができる。

【0020】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の体積当たりのエネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）は、２．７～４．０（Ｗｈ／Ｌ）であることができる。

【0021】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の体積当たりのエネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）は、Ｍ１が含まれていない物質に対して、５～３０％の割合で増加することができる。

【0022】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の充填密度（ｇ／ｃｃ）は、２．０～４．０（ｇ／ｃｃ）であることができる。

【0023】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の比表面積（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）は、０．１～１．５（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）であることができる。

【0024】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の比表面積（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）は、一次粒子の成長に伴い、Ｍ１が含まれていない物質に対して、２５～８０％の割合で減少することができる。

【0025】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質において、Ｎｉ、Ｃｏ、又はＭｎのうちから選択された金属の全モル数に対するリチウムのモル数の割合（Ｌｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ））は、１．１～１．６であることができる。

【0026】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質において、Ｎｉの全モル数に対するＭｎのモル数の割合（Ｍｎ／Ｎｉ）は、１～４．５であることができる。

【0027】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質は、単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）構造のＬｉ_２ＭｎＯ_３と、菱面体晶系（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造のＬｉＭＯ_２とが混在している固溶体相（ｐｈａｓｅ）であり、前記Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍ１のうちから選択される少なくともいずれか１つ以上であることができる。

【0028】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質は、初期充放電プロファイルの４．４Ｖ領域において、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３による平坦な区間（ｐｌａｔｅａｕ）を示すことができる。

【0029】

本発明の実施例に係る前記正極活物質の製造方法は、Ｎｉ、Ｃｏ及びＭｎのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上の元素を含む正極活物質前駆体を製造するステップ；及び、前記正極活物質前駆体に、リチウム化合物及び前記［化１］中のＭ１を含む化合物を混合して焼成するステップ；を含む。

【0030】

本発明の実施例に係る前記正極活物質の製造方法では、前駆体状態での一次粒子の大きさよりも正極活物質状態での一次粒子の大きさの方が大きくなり、（ドーパントを追加した正極活物質の一次粒子の大きさ）／（ドーパントを追加しない正極活物質の一次粒子の大きさ）の比が、１以上、好ましくは、５０以上である。

【0031】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の製造方法において、前記焼成するステップの温度は、７５０～９５０℃であることができる。

【0032】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の製造方法において、前記前駆体を製造するステップの後でかつ焼成するステップの前に、得られた前駆体を焙焼するステップをさらに含むことができ、前記焙焼するステップの温度は、３００～６００℃であることができる。

【0033】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の製造方法において、前記Ｍ１は、Ｎｂであり、前記Ｎｂを含む化合物は、Ｎｂ_２Ｏ_５であることを特徴とする。

【0034】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の製造方法において、前記焼成ステップ後、前記焼成された正極活物質を水洗及び乾燥するステップをさらに含むことができる。

【0035】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質の製造方法において、前記焼成ステップ後、前記焼成された正極活物質を熱処理するステップをさらに含むことができる。

【0036】

本発明の実施例に係る二次電池は、前記正極活物質を含む。

【発明の効果】

【0037】

本発明の実施例に係る、リチウム過剰層状酸化物を含む二次電池用正極活物質は、正極活物質粒子の内部構造の安定性を向上させるためのドーパント物質を含むことにより、従来知られた多結晶リチウム過剰正極活物質（ＯＬＯ）に比べて、一次粒子が単結晶化され、これによって、充填密度が改善されると共にエネルギー密度が改善され、粒子の比表面積が減少する。

【0038】

また、前記正極活物質を含む二次電池は、従来知られた多結晶リチウム過剰正極活物質（ＯＬＯ）を使用した場合に比べて、比表面積が減少することで正極活物質の表面部が減少するため、寿命及び電圧降下の問題が顕著に低減されている。

【図面の簡単な説明】

【0039】

【図1】本発明の比較例及び実施例による正極活物質のＳＥＭ分析画像である。

【図2A】２ａ及び２ｂは、本発明の比較例及び実施例による正極活物質断面のＳＥＭ分析画像である。

【図2B】２ａ及び２ｂは、本発明の比較例及び実施例による正極活物質断面のＳＥＭ分析画像である。

【図3A】３ａ及び３ｂは、本発明の比較例及び実施例による正極活物質のＥＤＸ分析結果を示す図である。

【図3B】３ａ及び３ｂは、本発明の比較例及び実施例による正極活物質のＥＤＸ分析結果を示す図である。

【図4】本発明の比較例及び実施例による正極活物質のＸＲＤ分析結果示す図である。

【図5】本発明の比較例及び実施例による正極活物質のＸＲＤ分析結果示す図である。

【図6】本発明の比較例及び実施例による正極活物質のＸ線回折（Ｘ－ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ：ＸＲＤ）分析の測定結果及びＩ（１０４）での半値幅（ＦＷＨＭ（ｄｅｇ．））を比較したグラフである。

【図7】本発明の比較例及び実施例による正極活物質の充填密度（Ｐａｃｋｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ、ｇ／ｃｃ）を比較したグラフである。

【図8】本発明の比較例及び実施例による正極活物質の比表面積（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）を比較したグラフである。

【図9】本発明の比較例及び実施例による正極活物質の初期電圧プロファイルを比較したグラフである。

【図10】本発明の比較例及び実施例による正極活物質の体積当たりのエネルギー密度を比較したグラフである。

【図11】本発明の比較例及び実施例による正極活物質のサイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）による容量維持率（ｃａｐａｃｉｔｙ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）を比較したグラフである。

【図12】本発明の比較例及び実施例による正極活物質のサイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）による容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）を比較したグラフである。

【図13】本発明の比較例及び実施例による正極活物質のサイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）による電圧保持率（ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）を比較したグラフである。

【図14】本発明の比較例及び実施例による正極活物質のサイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）による公称電圧（ｎｏｍｉｎａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）を比較したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0040】

本発明において使用される「含む」といった表現は、他の実施例を含む可能性を内包する開放型用語（ｏｐｅｎ－ｅｎｄｅｄ ｔｅｒｍｓ）と理解されるべきである。

【0041】

本発明において使用される「好ましい」及び「好ましく」は、所定の環境下で所定の利点を提供し得る本発明の実施形態を指称するものであり、本発明の範疇から他の実施形態を排除するのではない。

【0042】

以下、本発明の一実施例による正極活物質について詳述する。

【0043】

本発明の実施例に係る正極活物質は、リチウム過剰層状酸化物（ｏｖｅｒｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｌａｙｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ：ＯＬＯ）を含む。

【0044】

前記リチウム過剰層状酸化物は、単斜晶系（ｍｏｎｏｃｌｉｎｉｃ）構造のＬｉ_２ＭｎＯ_３と、菱面体晶系（ｒｈｏｍｂｏｈｅｄｒａｌ）構造のＬｉＭＯ_２とが混在している固溶体相（ｐｈａｓｅ）であることができ、前記Ｍは、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｍ１のうちから選択される少なくともいずれか１つ以上であることができる。

【0045】

また、本発明の実施例に係る前記過剰層状酸化物は、初期充放電プロファイルの４．４Ｖの領域においてＬｉ_２ＭｎＯ_３による平坦な区間（ｐｌａｔｅａｕ）を有することができる。本発明の実施例に係る前記リチウム過剰層状酸化物は、初期充電の過程で、リチウムに対して、４．４Ｖの領域までは Ｌｉ_２ＭｎＯ_３相が電気化学的に非活性状態であり、４．４Ｖ以上では、Ｌｉ_２ＭｎＯ_３相からリチウムが脱離する反応、及び酸素発生（ｏｘｙｇｅｎ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）が起こることがあり得る。

【0046】

本発明の実施例に係る前記リチウム過剰層状酸化物は、下記［化１］で示される。
［化１］

（式中、０＜ｒ≦０．６、０＜ａ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１、及び０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＜１であり、前記Ｍ１は、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｗ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｖ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓ、Ｂ、及びＢｉのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上である。）

【0047】

Ｎｉ、Ｃｏ又はＭｎのうちから選択される金属の全モル数に対して、リチウムのモル％の割合（Ｌｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ））は、１．１～１．６であることができる。

【0048】

前記［化１］で示されるリチウム過剰層状酸化物において、Ｎｉ、Ｃｏ又はＭｎのうちから選択される金属の全モル数に対して、リチウムのモル数の割合（Ｌｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ））は、１．１～１．６、１．２～１．６、１．２～１．５、１．２～１．４、又は１．２～１．３であることができる。

【0049】

前記［化１］中、前記ｘの値は、０超～０．５、０超～０．４、０超～０．３、０超～０．２、又は０超～０．１であることができる。

【0050】

前記［化１］中、前記ｙの値は、０超～０．５、０超～０．４、０超～０．３、０超～０．２、又は０超～０．１であることができる。

【0051】

また、Ｎｉの全モル数に対して、Ｍｎのモル数の割合（Ｍｎ／Ｎｉ）が、１～４．５、１～４、２～４．５、２～４、３～４．５、又は３～４であることができる。

【0052】

本発明に係る正極活物質は、リチウム及びマンガンが豊富な酸化物であって、Ｍｎ及びＬｉの含有量と結晶粒界密度との割合を所定の範囲に調節することにより、密度及び電圧降下の問題などを効率よく改善することが可能である。

【0053】

本発明の酸化物は、層状構造であって、リチウム原子層と、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、又はＭ１の金属原子層とが、酸素原子層を経て交互に重なるような層状構造を有することができる。

【0054】

前記正極活物質の層状構造の層をなす面は、Ｃ軸に垂直な方向に結晶配向性を有することができ、この場合、前記正極活物質中に含まれるリチウムイオンの移動性が向上し、前記正極活物質の構造安定性が増大することで、電池に適用すると、初期容量特性、出力特性、抵抗特性、及び長寿命特性が向上できる。

【0055】

また、一例として、本発明による前記リチウム過剰層状酸化物を含む正極活物質は、単結晶（ｓｉｎｇｌｅ－ｃｒｙｓｔａｌ）構造を有することができる。

【0056】

本発明の実施例に係る前記正極活物質は、一次粒子が凝集して二次粒子を形成することができ、前記一次粒子の大きさは、０．０１～１０μｍであることができる。

【0057】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質は、３００ｎｍ～５μｍの大きさを有する一次粒子が、前記二次粒子を構成する全一次粒子中、５０～１００体積％、７０～１００体積％、又は１００体積％に調節され得る。

【0058】

また、本発明の実施例に係る前記正極活物質は、３００ｎｍ～１０μｍの大きさを有する一次粒子が、前記二次粒子を構成する全一次粒子中、５０～１００体積％、７０～１００体積％、又は１００体積％に調節され得る。

【0059】

また、一例として、前記正極活物質は、５００ｎｍ超～１０μｍの大きさを有する一次粒子が、前記二次粒子を構成する全一次粒子中、５０～１００体積％、７０～１００体積％、又は１００体積％に調節され得る。

【0060】

また、一例として、前記正極活物質は、１μｍ～２μｍの大きさを有する一次粒子が、二次粒子を構成する一次粒子の全体に対して、５０～１００％の含有量で含まれ得る。

【0061】

また、一例として、前記正極活物質は、１μｍ～１０μｍの大きさを有する一次粒子が、前記リチウム過剰層状酸化物の全体に対して、５０～１００体積％、７０～１００体積％、又は、１００体積％に調節され得る。

【0062】

また、一例として、前記正極活物質は、１μｍ超の大きさを有する一次粒子が、前記リチウム過剰層状酸化物の全体に対して、５０～１００体積％、７０～１００体積％、又は１００体積％に調節され得る。

【0063】

また、一例として、前記正極活物質は、２μｍ以上の大きさを有する一次粒子が、前記リチウム過剰層状酸化物の全体に対して、５０～１００体積％、５０～７０体積％未満に調節され得る。

【0064】

前記一次粒子の大きさとは、粒子の最長の長さを意味する。

【0065】

また、一例として、前記正極活物質の一次粒子の平均粒径は、５００ｎｍ超～１０μｍ、又は１μｍ～１０μｍに調節され得る。

【0066】

本発明において、平均粒径とは、粒径分布曲線において体積累積量の５０％に相当する粒径と定義される。前記平均粒径は、例えば、レーザー回折法（ｌａｓｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を用いて測定することができる。

【0067】

本発明は、リチウム過剰層状酸化物において、一次粒子の大きさを増大させて単結晶構造を有するように調節することにより、同じ条件下で焼成を行った場合、ＸＲＤ分析時に、Ｉ（１０４）での半値幅（ＦＷＨＭ（ｄｅｇ．））が、Ｍ１が含まれていない比較例に比べて、Ｍ１が含まれている場合は、５～２５％、５～２０％、１０～２５％、又は１０～２０％の割合で減少するように調節することができる。

【0068】

また、本発明による正極活物質は、リチウム過剰層状酸化物において、一次粒子の大きさを増大させて単結晶構造を有するように調節することにより、体積当たりのエネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）が、Ｍ１が含まれていない比較例に比べて、Ｍ１が含まれている場合は、５～２５％、５～２０％、１０～２５％、又は１０～２０％の割合で増加するように調節することができる。

【0069】

また、本発明による正極活物質は、前記リチウム過剰層状酸化物において、一次粒子の大きさを増大させて単結晶構造を有するように調節することにより、比表面積（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）が、Ｍ１が含まれていない比較例に比べて、Ｍ１が含まれている場合は、２０～８０％の割合で減少するように調節することができる。

【0070】

従来、リチウム過剰層状酸化物は、サイクリング中において電圧が降下するという問題があった。電圧降下は、サイクリング中、遷移金属の移動によるスピネル（ｓｐｉｎｅｌ）に類似の構造からキュービック（ｃｕｂｉｃ）までの相転移によるものであり、このような現象は、主に正極活物質の表面部において発生する。本発明は、前記一次粒子の成長を誘導し、前記正極活物質が単結晶を有するように調節することにより、体積当たりのエネルギー密度を増加させ、比表面積を減少させ、正極活物の表面部が減少されるようになり、寿命及び電圧降下の問題を解消することが可能となる。本発明において、前記一次粒子の成長誘導は、ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ＆ ｏｓｔｗａｌｄ ｒｉｐｅｎｉｎｇ ＆ ｐａｒｔｉｃｌｅ ａｇｇｒｅｇａｔｉｏｎの概念をいずれも含む。

【0071】

さらに、比表面積の減少によって電解液との副反応発生の問題を解消することが可能となる。

【0072】

本発明による正極活物質では、単結晶構造に相当する部分が多いほど、多結晶において発生する電圧降下の問題を改善することが可能となる。

【0073】

本発明による正極活物質は、一次粒子間の成長を誘導するドーパント（ｄｏｐａｎｔ）として、前記［化１］中のＭ１を含む。より好ましくは、前記Ｍ１は、前記リチウム過剰層状酸化物において、一次粒子間の成長を誘導する融剤（フラックス）として作用するドーパントであって、格子の構造にドーピングされ得る。一実施例として、リチウム化合物との焼成ステップにおいて、前記融剤（フラックス）ドーパントを添加、混合して共に熱処理を行うことで、一次粒子の大きさが増大するように調節することができる。融剤として作動するとは、一次粒子間の成長によって一次粒子の大きさを増大させるドーパントとして作用可能であることを意味する。

【0074】

前記Ｍ１は、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｙ、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｂ、Ｐ、Ｚｒ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｗ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｌａ、Ｇａ、Ｍｇ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｓｃ、Ｖ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｓ，Ｂ、及びＢｉのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上であり、より好ましくは、一次粒子の大きさをより成長させて、特定の範囲に、より適宜に調節し得る、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＷのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上であることができ、最も好ましくは、Ｎｂ及びＴａのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上であることができる。

【0075】

本発明による正極活物質において、前記一次粒子間の成長を誘導するドーパント元素を、リチウム化合物との焼成ステップで混合して共に熱処理を行う場合、正極活物質の表面部が減少することで、寿命及び電圧降下の問題を改善することが可能となる。

【0076】

本発明による正極活物質は、前記正極活物質の表面と内部に前記ドーパント元素が均一に含まれるようになり、これによって、正極活物質の構造安定性が向上し、寿命特性及び熱的安定性が向上できる。

【0077】

本発明による正極活物質において、前記Ｍ１は、前記リチウム過剰層状酸化物の全体に対して、０．０１～３モル％で含まれ得る。また、０．１～２モル％、より好ましくは、０．１～１モル％で含まれ得る。一次粒子の成長を誘導する融剤として含まれるドーパントＭ１が上記の範囲を超過する場合、リチウム複合酸化物が過量となって容量及び効率低下の原因となり、上記の範囲未満である場合、一次粒子を成長させる効果が十分に得られない。

【0078】

また、本発明の実施例に係る前記二次電池用正極活物質は、下記［化２］で示されるリチウム過剰層状酸化物（ｏｖｅｒｌｉｔｈｉａｔｅｄ ｌａｙｅｒｅｄ ｏｘｉｄｅ：ＯＬＯ）をさらに含むことができる。
［化２］

（式中、０＜ａ≦７、０＜ｂ≦１５であり、前記Ｍ１’は、Ｂａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｐ、Ｙ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｍｏ、Ｔａ、及びＷのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上である。）

【0079】

前記［化２］のＬｉ_ａＭ１’Ｏ_ｂは、一次粒子間の成長を誘導するドーパントがリチウムと反応して生成される物質であることができる。

【0080】

本発明の実施例に係る前記正極活物質のＸＲＤ分析時、Ｉ（１０４）での半値幅（ＦＷＨＭ（ｄｅｇ．））は、０．１～２．４５（ｄｅｇ．）であることができるが、前記値は、マンガンの含有量に応じて変化し得る。それで、前記ドーパントＭ１の添加及び含有量を調節して半値幅の減少率を調節することにより、寿命及び電圧降下の問題を解消することができる。

【0081】

また、前記ドーパントＭ１の添加及び含有量を調節して得られる一実施例による正極活物質の体積当たりのエネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）は、２．７～４．０（Ｗｈ／Ｌ）であることができる。

【0082】

また、ドーパントＭ１の添加及び含有量を調節して得られる一実施例による正極活物質の比表面積（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）は、０．０１～２（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）であることができる。

【0083】

本発明の実施例に係る前記正極活物質粒子の平均粒径は、０．１～３０μｍ、又は０．１～２５μｍ、又は０．１～２０μｍ、又は０．１～１５μｍ、又は０．１～１０μｍであることができる。

【0084】

本発明の実施例に係るリチウム過剰層状酸化物を含む正極活物質は、一次粒子が成長して二次粒子が形成されるような構造であることができる。

【0085】

また、前記正極活物質の粒子形態は、繊維、膜、又は球状であることができるが、より好ましくは、球状である。

【0086】

本発明において、平均粒径は、粒径分布曲線において、体積累積量の０％に相当する粒径と定義される。前記平均粒径は、例えば、レーザ回折法（ｌａｓｅｒ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を用いて測定することができる。

【0087】

なお、前記一次粒子の形状は、棒状（ｒｏｄ）、板状（ｐｌａｔｅ）、球状（ｓｐｈｅｒｉｃａｌ）、楕円状（ｅｌｌｉｐｓｅ）、円盤状（ｄｉｓｋ）、不規則形状（ｉｒｒｅｇｕｌａｒ）であることができる。好ましくは、前記一次粒子の形状は、板状又は不規則形状のいずれか１つ以上である。

【0088】

本発明の実施例に係る前記正極活物質は、一次粒子の大きさが調節されることにより、二次粒子中の前記一次粒子の数が、１～１０，０００個、１～１，０００個、１～１００個、１～１０個に調節され得る。

【0089】

本発明の実施例に係る前記正極活物質は、コーティング層をさらに含むことができる。

【0090】

前記コーティング層は、Ｐ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ａｌ、Ｐｒ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ａｌ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｃａ、Ｍｎ、Ｔｉ、Ｓｍ、Ｚｒ、Ｆｅ、Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｍｇ、Ｂｉ、Ｌｉ、Ｗ、Ｃｏ、Ｚｒ、Ｂ、Ｂａ、Ｆ、Ｋ、Ｎａ、Ｖ、Ｇｅ、Ｇａ、Ａｓ、Ｓｒ、Ｙ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｉｎ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓ、Ｆｒ、Ｓｃ、Ｃｕ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｃｄ、Ｓｂ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｒｅ、Ｏｓ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｐｂ、Ｂｉ、及びＰｏのうちから選択されるいずれか１つ以上のコーティング物質を含むことができるが、これらに制限されない。

【0091】

前記コーティング層は、前記正極活物質とリチウム二次電池に含まれる電解液との接触を遮断して副反応の発生を抑制することで、寿命特性が向上し、充填密度が増加され、コーティング層によって、リチウムイオン伝導体として作用すること可能となる。

【0092】

また、前記コーティング層は、前記一次粒子の粒界（ｇｒａｉｎ ｂｏｕｎｄａｒｙ）の間に形成され得る。

【0093】

また、前記コーティング層の厚さは、０．１～５００ｎｍであることができる。
前記コーティング層は、前記正極活物質表面の全体に形成又は部分的に形成され得る。

【0094】

また、前記コーティング層は、単層コーティング、二重層コーティング、粒界コーティング、均一コーティング、又は島状コーティングの形態であることができる。

【0095】

本発明の実施例に係る前記リチウム過剰層状酸化物を含む正極活物質において、前記正極活物質は、正極活物質粒子の内外部、即ち、二次粒子の内外部又は一次粒子の内外部の少なくとも一部において、前記Ｎｉ、Ｃｏ、Ｍｎ、及びＭ１のうちの少なくともいずれか１つ以上が濃度勾配を示す濃度勾配部を含むことができる。

【0096】

本発明の実施例に係る正極活物質において、前記一次粒子内にリチウムイオン拡散経路を設けることができる。

【0097】

本発明の実施例に係る正極活物質において、前記層状構造の層をなす面は、一次粒子内でＣ軸に垂直な方向に結晶配向性を有し、一次粒子の内部又は外部に、正極活物質粒子の中心方向にリチウムイオン移動経路を設けることができる。

【0098】

以下、本発明の一実施例による正極活物質の製造方法について詳述する。

【0099】

本発明の実施例に係る前記二次電池用正極活物質の製造方法は、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＭｎのうちから選択される少なくともいずれか１つ以上の元素を含む正極活物質の前駆体を製造するステップを含む。

【0100】

前記前駆体を製造するため、ニッケル、コバルト、マンガン、ドーパントの原料物質として、それぞれの金属元素含有硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、ハライド、水酸化物、又はオキシ水酸化物などを使用することができ、水などの溶媒に溶解可能なものであれば、特に制限されることなく使用可能である。

【0101】

また、前記前駆体を製造するため、共沈（ｃｏ－ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ）、噴霧乾燥（ｓｐｒａｙ－ｄｒｙｉｎｇ）、固相法、湿式粉砕、流動層乾燥法、振動乾燥法などで行うことができる。

【0102】

本発明の実施例に係る前記二次電池用正極活物質の製造方法は、前記得られた正極活物質の前駆体に、リチウム化合物、及び一次粒子間の成長を誘導する融剤として含まれるドーパントである前記［化１］中のＭ１を含む化合物を混合して焼成するステップを行う。

【0103】

本発明は、リチウム化合物との焼成ステップにおいて、一次粒子間の成長を誘導する融剤として含まれるドーパントＭ１、フラックスドーパントを添加することで一次粒子を成長させ、正極活物質の表面部が減少されるようになり、結果的に寿命及び電圧降下の問題を解消することが可能となる。

【0104】

本発明に係る二次電池用正極活物質の製造方法において、前記リチウム化合物は、リチウム含有硫酸塩、硝酸塩、酢酸塩、炭酸塩、シュウ酸塩、クエン酸塩、ハライド、水酸化物、又はオキシ水酸化物などを使用可能であるが、これらに制限されない。

【0105】

また、前記焼成ステップの温度は、７５０～９５０℃、８００～９５０℃、８５０～９５０℃であることができる。

【0106】

また、前記前駆体製造ステップの後でかつ後述の焼成ステップの前に、得られた前駆体を焙焼するステップをさらに含むことができ、前記焙焼ステップの温度は、３００～６００℃、４００～６００℃、５００～６００℃であることができる。

【0107】

前記前駆体を焙焼するステップは、昇温及び維持を繰り返して行うか、昇温、維持、冷却、再昇温、維持、及び冷却の順に行うことができる。

【0108】

また、前記焼成ステップの後、前記焼成された正極活物質を水洗及び乾燥させるステップをさらに含むことができる。

【0109】

さらに、上述のステップを行った後、正極活物質の内部又は外部にコーティング層を形成するステップを含むことができ、前記コーティング層は、乾式コーティング、湿式コーティング、ＣＶＤコーティング、又はＡＬＤコーティング法により形成することができる。しかし、前記コーティング法は、前記正極活物質の一部にコーティング層を形成可能であれば、これらに制限されない。

【0110】

前記正極活物質の製造方法について、上述の正極活物質に関する記述がいずれも適用可能である。

【0111】

本発明の実施例に係る二次電池は、上述の正極活物質を含む。

【0112】

前記正極活物質は、上述の通りであり、バインダー、導電材、及び溶媒としては、二次電池の正極集電体上に使用可能なものであれば、特に制限されない。

【0113】

前記リチウム二次電池は、具体的に、正極、前記正極に対向して位置する負極、前記正極と負極との間に電解質を含むことができるが、二次電池として使用可能なものであれば、特に制限されない。

【0114】

以下、実施例を挙げて本発明を詳述するが、本発明の範囲は、これらの実施例によって制限されない。

【0115】

＜実施例１＞正極活物質の製造
合成
共沈法（ｃｏ－ｐｒｅｃｉｐｉｔａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ）を用いて球形のＮｉ_０．２Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．７ＣＯ_３前駆体の合成を行った。

【0116】

９０Ｌ級の反応器で、ＮｉＳＯ_４・６Ｈ_２Ｏ、ＣｏＳＯ_４・７Ｈ_２Ｏ、及びＭｎＳＯ_４・Ｈ_２Ｏを、２０：１０：７０のモル比（ｍｏｌｅ ｒａｔｉｏ）で混合した２．５Ｍの複合遷移金属硫酸水溶液に、２５ｗｔ％のＮａＣＯ_３と２８ｗｔ％のＮＨ_４ＯＨとを投入した。この時、反応器内のｐＨは、８．０～１１．０、温度は、４５～５０℃に維持した。また、 得られた前駆体が酸化しないように、不活性ガスであるＮ_２を反応器に投入した。合成撹拌完了後、フィルタプレス（Ｆｉｌｔｅｒ Ｐｒｅｓｓ：Ｆ／Ｐ）装備を用いて洗浄及び脱水を行った。最後に脱水品を１２０℃で２日間乾燥し、７５μｍ（２００ｍｅｓｈ）の篩にかけて４～２０μｍのＮｉ_０．２Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．７ＣＯ_３の前駆体を得た。

【0117】

焙焼
前記得られた前駆体を、Ｂｏｘ焼成炉で、Ｏ_２又はＡｉｒ（５０Ｌ／ｍｉｎ）の雰囲気を維持しながら、２℃／分で昇温し、５５０℃で１～６時間維持した後、炉冷（ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｏｌｉｎｇ）を行った。

【0118】

焼成
前記焙焼された前駆体を、Ｌｉ／（Ｎｉ＋Ｃｏ＋Ｍｎ）の比率が１．４５となるようにＬｉＯＨ又はＬｉ_２ＣＯ_３を秤量し、また、一次粒子間の成長を誘導する融剤ドーパント（Ｆｌｕｘ ｄｏｐａｎｔ）としてＮｂ_２Ｏ_５を０．３モル％秤量し、ミキサー（Ｍａｎｕａｌ ｍｉｘｅｒ：ＭＭ）を用いて混合した。

【0119】

混合品を、Ｂｏｘ焼成炉で、Ｏ_２又はＡｉｒ（５０Ｌ／ｍｉｎ）の雰囲気を維持しながら、２℃／分で昇温し、焼成温度９００℃で７～１２時間維持した後、炉冷（ｆｕｒｎａｃｅ ｃｏｏｌｉｎｇ）を行い、正極活物質を製造した。

【0120】

実施例１で製造された正極活物質の組成は、Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍｎ：Ｎｂ＝１５．３：１５．１：９．３：５９．８：０．４（ｗｔ％）であった。

【0121】

＜実施例２＞正極活物質の製造
上述の実施例１の焼成ステップにおいて融剤ドーパントとしてＮｂ_２Ｏ_５を０．６モル％混合した以外は、実施例１と同様にして正極活物質を製造した。

【0122】

実施例２で製造された正極活物質の組成は、Ｌｉ：Ｎｉ：Ｃｏ：Ｍｎ：Ｎｂ＝１５．０：１４．８：９．３：６０．０：０．８（ｗｔ％）であった。

【0123】

＜比較例１＞正極活物質の製造
上述の実施例１の焼成ステップにおいて融剤ドーパントとしてＮｂ_２Ｏ_５を混合しない以外は、実施例１と同様にして正極活物質を製造した。

【0124】

＜比較例２＞正極活物質の製造
上述の実施例２の焼成ステップにおいて融剤ドーパントとしてアンモニウムニオベートオキサレート（Ｃ_４Ｈ_４ＮＮｂＯ_９ｘＨ_２Ｏ）を混合した以外は、実施例２と同様にして正極活物質を製造した。

【0125】

＜実験例＞ＳＥＭ測定
上述の実施例及び比較例で製造された正極活物質のＳＥＭ測定を行い、その結果を図１に示す。

【0126】

図に示されるように、上述の実施例１による正極活物質の一次粒子の大きさは、比較例に比べて大きさが増大し、一次粒子間の成長を誘導する融剤ドーパントとして添加されるＮｂ_２Ｏ_５の添加量を増加させるほど一次粒子の大きさが増大することが確認された。

【0127】

本発明の実施例によって製造される正極活物質の場合、一次粒子の大きさが３００ｎｍ～５μｍと測定され、既存のナノサイズの一次粒子でなく、サブミクロン（ｓｕｂ－ｍｉｃｒｏｎ）サイズの一次粒子に調節可能であることが確認された。

【0128】

比較例２では、Ｎｂ化合物は、同じく０．６モル％を加えたが、比較例１で使用されたＮｂ化合物とは異なって、Ｎｂをより少量に０．３モル％添加した実施例１に比べて、粒子の大きさが小さく形成されることが確認された。

【0129】

＜実験例＞断面ＳＥＭ測定
上述の実施例及び比較例で製造された正極活物質の断面ＳＥＭを測定し、その結果を図２ａ及び図２ｂに示す。

【0130】

図２ａは、上述の比較例１で製造された正極活物質の断面ＳＥＭ像であって、正極活物質の二次粒子の外部に存在する一次粒子だけでなく、二次粒子の内部に存在する一次粒子の大きさが小さいことが確認された。

【0131】

また、図２ｂは、上述の実施例２で製造された正極活物質の断面ＳＥＭ像であって、正極活物質の二次粒子の外部に存在する一次粒子だけでなく、二次粒子の内部に存在する一次粒子の大きさも成長したことが確認された。

【0132】

＜実験例＞ＥＤＸの測定
上述の実施例及び比較例で製造された正極活物質のＥＤＸ写真を測定し、その結果を図３ａ及び図３ｂに示す。

【0133】

図３ａは、上述の実施例２で製造された融剤ドーパントが加えられた正極活物質のＥＤＸ結果を示すものであって、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＭｎの元素だけでなく、一次粒子間の成長を誘導する融剤ドーパントとして添加されるＮｂが、粒子内に均一に含まれていることが確認された。

【0134】

図３ｂは、上述の比較例１で製造された融剤ドーパントが加えられない正極活物質のＥＤＸ結果を示すものであって、Ｎｉ、Ｃｏ、及びＭｎの元素のみが粒子内に均一に含まれていることが確認された。

【0135】

＜実験例＞ＸＲＤ分析
本発明の実施例又は比較例で製造された正極活物質のＸＲＤ分析結果を、図４～図６に示す。ＸＲＤ分析は、ＣｕＫα ｒａｄｉａｔｉｏｎ＝１．５４０６Å波長で使用された。

【0136】

図４から、フラックスドーパントを添加する場合、ＸＲＤ分析時、リチウム過剰層状酸化物の主ピーク（ｍａｊｏｒ ｐｅａｋ）であるＩ（００３）が低い角度で移動（ｓｈｉｆｔｉｎｇ）することが確認された。これは、フラックスドーパントであるＮｂがリチウム過剰層状酸化物の格子内にドーピングされた証拠であると確認される。

【0137】

図５から、本発明の実施例２によってＮｂが混合された場合、ＸＲＤ分析時に、Ｌｉ_３ＮｂＯ_４によるピークが現われることが確認された。

【0138】

図６から、上述の実施例による正極活物質のＸＲＤ分析時に、Ｉ（１０４）での半値幅（ＦＷＨＭ（ｄｅｇ．））は、比較例に比べて減少し、一次粒子間の成長を誘導する融剤ドーパントの含有量を増加させるほど半値幅が減少することが確認された。

【0139】

より具体的に、一次粒子間の成長を誘導する融剤ドーパントとしてＮｂを０．３モル％添加して７．５％の減少率に調節され、０．６モル％を添加して１７．３％の減少率に調節されることが確認された。同じ温度で焼成したにもかかわらず、ドーパントを添加して一次粒子の大きさを調節することができ、これによって、Ｉ（１０４）での半値幅を調節可能であることが確認された。

【0140】

＜実験例＞充填密度測定
図７から、上述の実施例による正極活物質の充填密度（ｐａｃｋｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ、ｇ／ｃｃ）は、上述の比較例に比べて増加し、フラックスドーパントの含有量を増加させるほど充填密度が増加することが確認された。

【0141】

＜実験例＞ＢＥＴ測定
図８から、上述の実施例による正極活物質の比表面積（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）は、比較例に比べて減少し、融剤ドーパントの含有量を増加させるほど比表面積（ＢＥＴ、ｍ^２／ｇ）が増加されることが確認された。より具体的に、融剤ドーパントとしてＮｂを０．３モル％添加すると、比表面積が６０％減少し、０．６モル％を添加すると、比表面積が８０％以上減少することが確認された。

【0142】

＜実験例＞電気化学特性測定
図９から、一次粒子の成長を誘導する融剤ドーパントを焼成ステップで添加した実施例では、そうでない比較例に比べて、優れた電圧特性が得られることが確認された。このように、比較例に比べてリチウム過剰層状酸化物を含む正極活物質の初期充放電容量が増加するのは、融剤ドーパントによりインタースラブ（ｉｎｔｅｒ－ｓｌａｂ）が増加し、また、イオン伝導体コーティング層の存在によって、リチウムイオン（Ｌｉイオン）のキネティックス（ｋｉｎｅｔｉｃｓ）が増加するためである。

【0143】

図１０から、上述の実施例による正極活物質の体積当たりのエネルギー密度（Ｗｈ／Ｌ）は、比較例に比べて増加し、融剤ドーパントの含有量を増加させるほど増加することが確認された。より具体的に、融剤ドーパントとしてＮｂを０．３モル％を添加して９．１％の増加率に調節され、０．６モル％を添加して１４．９％の増加率に調節されることが確認された。

【0144】

図１１から、融剤ドーパントを焼成ステップで添加した実施例では、そうでない比較例に比べて、優れた電圧特性が得られ、融剤ドーパントの含有量を増加させるほどサイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）による容量維持率（ｃａｐａｃｉｔｙ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）が維持されることが確認された。

【0145】

図１２から、融剤ドーパントを焼成ステップで添加した実施例では、そうでない比較例に比べて、優れた電圧特性が得られ、融剤ドーパントの含有量を増加させるほどサイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）による容量（ｃａｐａｃｉｔｙ）が維持されることが確認された。

【0146】

図１３から、融剤ドーパントを焼成ステップで添加した実施例では、そうでない比較例に比べて、優れた電圧特性が得られ、融剤ドーパントの含有量を増加させるほどサイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）による電圧保持率（ｖｏｌｔａｇｅ ｒｅｔｅｎｔｉｏｎ）が維持されることが確認された。

【0147】

図１４から、融剤ドーパントを焼成ステップで添加した実施例では、そうでない比較例に比べて、優れた電圧特性が得られ、融剤ドーパントの含有量を増加させるほどサイクル数（ｃｙｃｌｅ ｎｕｍｂｅｒ）による公称電圧（ｎｏｍｉｎａｌ ｖｏｌｔａｇｅ）が維持されることが確認された。

【0148】

上述の実験結果を下記の表１に示す。

【表1】

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】