特許 7150380 正極添加剤、その製造方法、これを含む正極およびリチウム二次電池

(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】2022-09-30

(45)【発行日】2022-10-11

(54)【発明の名称】正極添加剤、その製造方法、これを含む正極およびリチウム二次電池

(51)【国際特許分類】

   H01M 4/62 20060101AFI20221003BHJP

   C01G 53/00 20060101ALI20221003BHJP

【ＦＩ】

H01M4/62 Z

C01G53/00 A

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2019566799

(86)(22)【出願日】2018-11-27

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-07-30

(86)【国際出願番号】 KR2018014725

(87)【国際公開番号】W WO2019103576

(87)【国際公開日】2019-05-31

【審査請求日】2019-12-03

(31)【優先権主張番号】10-2017-0159731

(32)【優先日】2017-11-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(31)【優先権主張番号】10-2018-0147752

(32)【優先日】2018-11-26

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】521065355

【氏名又は名称】エルジー エナジー ソリューション リミテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100188558

【弁理士】

【氏名又は名称】飯田 雅人

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ジ・ヘ・キム

(72)【発明者】

【氏名】ビョンチュン・パク

(72)【発明者】

【氏名】ジュンミン・ハン

(72)【発明者】

【氏名】ワン・モ・ジュン

【審査官】渡部 朋也

(56)【参考文献】

【文献】韓国公開特許第１０－２００６－０００８５６８（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１４２１５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２００５／０１１８４９６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】国際公開第２０１２／１７６９０３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１６－００２６４０２（ＫＲ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｍ ４／６２

Ｃ０１Ｇ ５３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

全体組成が下記の化学式１で表されるコア；および
前記コアの表面に位置し、リン（Ｐ）化合物を含むコーティング層；を含む正極添加剤であって、
前記コーティング層は、
前記正極添加剤の総量中、５００～９０００ｐｐｍ含まれるものである、正極添加剤：
［化学式１］
｛ｘ（Ｌｉ_２＋ａＮｉ_ｂＭ_１－ｂＯ_２＋ｃ）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝
前記化学式１において、
Ｍは、２価の陽イオンまたは３価の陽イオンを形成する金属元素のうちの１以上であり、
－０．２≦ａ≦０．２であり、０．５≦ｂ≦１．０であり、－０．２≦ｃ≦０．２であり、
０．７≦ｘ≦０．８６であり、０．０７≦ｙ≦０．１５であり、０．０７≦ｚ≦０．１５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。

【請求項2】

前記リン（Ｐ）化合物は、
リン酸リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、Ｌｉ_３ＰＯ_４）、第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）からなる群より選択される１種以上を含む、請求項１に記載の正極添加剤。

【請求項3】

前記コアは、
下記の化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を含み、全体組成が前記化学式１で表されるものである、請求項１または２に記載の正極添加剤：
［化学式１－１］
Ｌｉ_２＋ａＮｉ_ｂＭ_１－ｂＯ_２＋ｃ
前記化学式１－１において、
Ｍ、ａ、ｂ、およびｃは、前記化学式１と同一である。

【請求項4】

ｙ＝ｚである、請求項１から３の何れか一項に記載の正極添加剤。

【請求項5】

前記コアは、
ＦｅＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定時、
２θが３０～３５°の範囲、３５～４０°の範囲、および５５～６０°の範囲のうちの少なくとも１つ以上の範囲で、前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）によるピークが検出されるものである、請求項４に記載の正極添加剤。

【請求項6】

前記コアの総量（１００重量％）中、前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の含有量は、０重量％超過１５重量％以下である、請求項４または５に記載の正極添加剤。

【請求項7】

前記コアは、
ＦｅＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定時、
２θが３５～４０°の範囲、４０～４５°の範囲、および５０～５５°の範囲のうちの少なくとも１つ以上の範囲で、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）によるピークが検出されるものである、請求項４から６の何れか一項に記載の正極添加剤。

【請求項8】

前記コアの総量（１００重量％）中、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）の含有量は、０重量％超過１５重量％以下である、請求項４から７の何れか一項に記載の正極添加剤。

【請求項9】

下記の化学式３で表されるニッケル系酸化物を準備する段階；
前記ニッケル系酸化物およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の混合物を熱処理して、全体組成が下記の化学式１で表されるコアを得る段階；および
前記コアおよび第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）の混合物を６００～８００℃で熱処理して、前記コアの表面にコーティング層を形成する段階；を含む、正極添加剤の製造方法：
［化学式３］
（Ｎｉ_ｄＭ_１－ｄ）Ｏ_２
前記化学式３において、
Ｍは、２価の陽イオンまたは３価の陽イオンを形成する金属元素であり、
０．５≦ｄ≦１．０であり、
［化学式１］
｛ｘ（Ｌｉ_２＋ａＮｉ_ｂＭ_１－ｂＯ_２＋ｃ）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝
前記化学式１において、
Ｍは、２価の陽イオンまたは３価の陽イオンを形成する金属元素のうちの１以上であり、
－０．２≦ａ≦０．２であり、０．５≦ｂ≦１．０であり、－０．２≦ｃ≦０．２であり、
０．７≦ｘ＜１．０であり、０＜ｙ≦０．１５であり、０＜ｚ≦０．１５であり、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。

【請求項10】

前記コアの表面にコーティング層を形成する段階；は、
不活性雰囲気で行われるものである、請求項９に記載の正極添加剤の製造方法。

【請求項11】

前記コアを得る段階；は、
不活性雰囲気で行われるものである、請求項９または１０に記載の正極添加剤の製造方法。

【請求項12】

前記コアを得る段階；は、
６００～８００℃で行われるものである、請求項９から１１の何れか一項に記載の正極添加剤の製造方法。

【請求項13】

請求項１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14】

前記正極添加剤は、
前記正極合剤の総量（１００重量％）中、１～３０重量％含まれるものである、請求項１３に記載の正極合剤。

【請求項15】

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金属；およびリチウム；の複合酸化物のうちの１種以上を含むものである、請求項１３または１４に記載の正極合剤。

【請求項16】

導電材、バインダー、またはこれらの混合物；をさらに含むものである、請求項１３から１５の何れか一項に記載の正極合剤。

【請求項17】

請求項１３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。

【請求項18】

前記負極は、
炭素系負極活物質、リチウム金属、リチウム金属の合金、Ｓｉ、ＳｉＯ_ｘ（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、ＳｎＯ_２、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含む、請求項１７に記載のリチウム二次電池。

【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２７日付の韓国特許出願第１０－２０１７－０１５９７３１号および２０１８年１１月２６日付の韓国特許出願第１０－２０１８－０１４７７５２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、正極添加剤、その製造方法およびこれ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】

リチウム二次電池は、リチウムイオンの可逆的な挿入および脱離が可能な電極活物質を負極および正極にそれぞれ適用し、電解質を介してリチウムイオンの移動を実現し、各電極における酸化および還元反応によって電気的エネルギーを生成する。

【0004】

しかし、リチウム二次電池の初期充放電時（１^ＳＴ ｃｙｃｌｅ ｃｈａｒｇｅ－ｄｉｓｃａｒｇｅ）、負極に挿入（電池充電）された後、脱離（電池放電）するリチウムイオン、および正極から脱離（電池充電）した後、再度回収（電池放電）できないリチウムイオンがそれぞれ必然的に発生する。これは、２つの電極の不可逆容量と連係される。

【0005】

２つの電極の不可逆容量の差が大きいほど、正極の初期効率が減少し、電池の駆動中のエネルギー密度が次第に減少して、電池寿命が減少することがある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の一実施形態では、２つの電極の不可逆容量のアンバランスを相殺させ、正極の初期充電容量を増加させながらも、電池内のガスの発生を抑制することができる、正極添加剤を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の実施形態の利点および特徴、そしてそれらを達成する方法は、詳細に後述する実施例を参照すれば明確になるであろう。しかし、本発明は以下に開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる多様な形態で実現可能であり、単に本実施例は本発明の開示が完全になるようにし、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は請求項の範疇によってのみ定義される。

【0008】

以下、本発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。

【0009】

本願明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているとする時、これは、「直接的に連結」されている場合のみならず、その中間に他の素子を挟んで「電気的に連結」されている場合も含む。

【0010】

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。

【0011】

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。

【0012】

本願明細書全体において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した意味で使用され、本願の理解のために正確であるか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。

【0013】

本願明細書全体において使用される程度の用語「～（する）段階」または「～の段階」は、「～のための段階」を意味しない。

【0014】

本願明細書全体において、マーカッシュ形式の表現に含まれている「これらの組み合わせ（ら）」の用語は、マーカッシュ形式の表現に記載の構成要素からなる群より選択される１つ以上の混合または組み合わせを意味するものであって、前記構成要素からなる群より選択される１つ以上を含むものを意味する。

【0015】

本願明細書全体において、「Ａおよび／またはＢ」の記載は、「ＡまたはＢ、またはＡおよびＢ」を意味する。

【0016】

正極添加剤
本発明の一実施形態では、全体組成が下記の化学式１で表されるコア；および前記コアの表面に位置し、リン（Ｐ）化合物を含むコーティング層；を含む、正極添加剤を提供する：
［化学式１］
｛ｘ（Ｌｉ_２＋ａＮｉ_ｂＭ_１－ｂＯ_２＋ｃ）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝
前記化学式１において、Ｍは、２価の陽イオンまたは３価の陽イオンを形成する金属元素のうちの１以上、例えば、Ｃｕ、Ｍｇ、Ｐｔ、およびＡｌを含む群より選択される１以上の金属元素であってもよく、－０．２≦ａ≦０．２であり、０．５≦ｂ≦１．０であり、－０．２≦ｃ≦０．２であり、０．７≦ｘ＜１．０であり、０＜ｙ≦０．１５であり、０＜ｚ≦０．１５である。

【0017】

一実施形態の正極添加剤において、前記コアは、リチウム１モル水準である通常の正極活物質に比べて過剰のリチウムを含み、電池の初期充放電時、リチウムを不可逆的に放出できるものである。

【0018】

一方、一実施形態の正極添加剤において、前記コーティング層は、前記コアの表面に残留するリチウム副産物（Ｌｉ_２ＣＯ_３、ＬｉＯＨなど）を除去して、電池の持続的な充放電工程においてガスの発生を抑制できるものである。

【0019】

したがって、一実施形態の正極添加剤は、正極活物質と共に正極に適用されて、電池の初期充放電時、２つの電極の不可逆容量のアンバランスを相殺させ、正極の初期充電容量を増加させながらも、電池内のガスの発生を抑制するのに寄与することができる。

【0020】

以下、一実施形態の正極添加剤に含まれるコアおよびコーティング層の各構成を詳しく説明する。

【0021】

コーティング層
一実施形態の正極添加剤において、前記コアは反応性が高くて、一般的な空気（ａｉｒ）雰囲気で二酸化炭素（ＣＯ_２）、水分（Ｈ_２Ｏ）などと反応して、その表面に炭酸リチウム（Ｌｉ_２ＣＯ_３）、水酸化リチウム（ＬｉＯＨ）などのリチウム副産物を形成することができる。

【0022】

しかし、前記リチウム副産物は、電池内で電気化学的な反応に参加できないだけでなく、電池内に気体（Ｇａｓ）を発生させて、電池の初期容量、初期充放電効率などを減少させる問題がある。

【0023】

そこで、前記リチウム副産物を除去して、電池の初期特性の低下を抑制する必要がある。ただし、前記コアを単純に洗浄（ｗａｓｈｉｎｇ）する場合、前記コアにおいて重要な因子（Ｌｉ_２Ｏ）までも前記リチウム副産物と共に除去される恐れがあり、洗浄後の乾燥過程でむしろ再び副産物が増加する可能性もあり、洗浄後の再汚染などによって前記リチウム副産物が除去されるのに限界があったりもする。

【0024】

したがって、一実施形態の正極添加剤では、前記コアを単純に洗浄（ｗａｓｈｉｎｇ）せず、その表面にコーティング層を形成することによって、前記コアにおいて重要な因子（Ｌｉ_２Ｏ）は保護するものの、前記コーティング層を形成する過程において前記リチウム副産物をガスの発生が不可能な他の化合物に転換させた。

【0025】

より詳しい内容は後述するが、前記コアと第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）の混合物を熱処理することによって、前記コアの表面に前記コーティング層を形成することができる。

【0026】

前記コーティング層を形成する過程において、前記コアの表面に前記第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）がコーティングされるだけでなく；前記第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）と前記リチウム副産物、例えば、ＬｉＯＨとの反応によって形成されたＬｉ_３ＰＯ_４形態のコーティング層が形成される。

【0027】

前記コーティング層に含まれる化合物は、共通して、リン（Ｐ）を含み、電池内でガスの発生が不可能な化合物であってもよい。ただし、前記コーティング層に含まれるリン（Ｐ）化合物およびその原料は、前記コアにおいて重要な因子（Ｌｉ_２Ｏ）とは反応せず、むしろ電池内で前記コアと電解質との直接的な接触を防止して副反応を抑制することができる。

【0028】

一方、前記コーティング層は、前記正極添加剤の総量中、５００～９０００ｐｐｍ含まれる。これは、前記コアおよび前記第１リン酸アンモニウムの混合物の総量に対して、前記第１リン酸アンモニウムの含有量を５００～９０００ｐｐｍに制御することによって、調節可能なものである。具体的には、前記コアおよび前記第１リン酸アンモニウムの混合物の総量に対して、前記第１リン酸アンモニウムの含有量を５００～９０００ｐｐｍ、例えば、１０００～８０００ｐｐｍ、１０００～７０００ｐｐｍ、１０００～６０００ｐｐｍ、１０００～５０００ｐｐｍ、１０００～４０００ｐｐｍ、１０００～３０００ｐｐｍなどに制御することによって、前記正極添加剤の総量中、前記コーティング層の含有量を５００～９０００ｐｐｍ、例えば、１０００～８０００ｐｐｍ、１０００～７０００ｐｐｍ、１０００～６０００ｐｐｍ、１０００～５０００ｐｐｍ、１０００～４０００ｐｐｍ、１０００～３０００ｐｐｍなどに容易に調節することができるのである。

【0029】

コア
一方、一実施形態の正極添加剤において、前記コアは、下記の化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を含み、全体組成が前記化学式１で表されるものであってもよい。

【0030】

［化学式１－１］
Ｌｉ_２＋ａＮｉ_ｂＭ_１－ｂＯ_２＋ｃ
前記化学式１－１において、Ｍ、ａ、ｂ、およびｃは、前記化学式１と同一である。

【0031】

これは、ニッケル系酸化物（（Ｎｉ_ｄＭ_１－ｄ）Ｏ_ｘ、ここで、Ｍは、２価の陽イオンまたは３価の陽イオンを形成する金属元素、０．５≦ｄ≦１．０、１．８≦ｘ≦２．２）およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を原料として製造される。

【0032】

理論上では、前記ニッケル系酸化物（（Ｎｉ_ｄＭ_１－ｄ）Ｏ_ｘ）および前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を化学量論的１：１のモル比で配合した後、熱処理する時、配合された全量が１：１のモル比で反応して、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物を形成することができ、未反応原料は残存しない。

【0033】

しかし、実際の工程では、前記ニッケル系酸化物（（Ｎｉ_ｄＭ_１－ｄ）Ｏ_ｘ）および前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を１：１のモル比で配合した後、熱処理しても、配合された全量が１：１のモル比で反応できず、未反応原料が必然的に残存しうる。これに関連して、これまで知られた研究では、未反応原料を単純に不純物扱いしてこれを除去し、理論組成を有する物質（つまり、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物）だけを回収して正極添加剤としていたに過ぎない。

【0034】

しかし、本研究では、これまで知られた研究とは異なり、未反応原料を除去せず、理論組成を有する物質（つまり、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物）と共に回収して、前記コアとしたのである。このようなコアは、むしろその未反応原料、特にリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の存在により、余分のＬｉを正極に提供することができ、正極の初期充電容量をさらに高めることができるのである。

【0035】

具体的には、前記コアは、ニッケル系酸化物およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を１：１．０２～１：０．９８の化学量論的モル比で配合した後、熱処理し、未反応原料の除去工程なしに得られたものである。

【0036】

これによるコアにおいて、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、および前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）はそれぞれ結晶質で、ＦｅＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で検出される。

【0037】

言い換えれば、ＦｅＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）を用いて、前記コアを定性分析および定量分析すれば、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、および前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の各存在の有無はもちろん、各存在量が確認できる。

【0038】

具体的には、ＦｅＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定時、２θが３０～３５°の範囲、３５～４０°の範囲、および５５～６０°の範囲のうちの少なくとも１つ以上の範囲でメインピーク（ｍａｉｎ ｐｅａｋ）が現れるのは、前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）によるものと考えられる。

【0039】

これは、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物のメインピーク強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を１００（Ｒｅｆ．）とした時、０超過１５以下、具体的には０超過１４以下、０超過１３以下、例えば０超過１２以下の強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）で現れる。これから、前記コアの総量（１００重量％）中、リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の含有量が０重量％超過１５重量％以下、具体的には０重量％超過１４重量％以下、０重量％超過１３重量％以下、例えば０重量％超過１２重量％以下であることが分かる。

【0040】

また、ＦｅＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定時、２θが３５～４０°の範囲、４０～４５°の範囲、および５０～５５°の範囲のうちの少なくとも１つ以上の範囲でメインピーク（ｍａｉｎ ｐｅａｋ）が現れるのは、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）によるものと考えられる。

【0041】

これは、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物のメインピーク強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を１００（Ｒｅｆ．）とした時、０超過１５以下、具体的には０超過１４以下、０超過１３以下、例えば０超過１２以下の強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）で現れる。これから、前記コアの総量（１００重量％）中、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）の含有量が０重量％超過１５重量％以下、具体的には０重量％超過１４重量％以下、０重量％超過１３重量％以下、例えば０重量％超過１２重量％以下であることが分かる。

【0042】

最後に、ＦｅＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定時、２θが１８～２１°の範囲、２４～２７°の範囲、および４３～４６°の範囲のうちの少なくとも１つ以上の範囲でメインピーク（ｍａｉｎ ｐｅａｋ）が現れる。このようなメインピークは、空間群（ｐｏｉｎｔ ｇｒｏｕｐ）がＩｍｍｍの斜方晶系（Ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）の結晶構造によって現れ、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物によるものである。

【0043】

その含有量は、前記コアの総量（１００重量％）から、前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の含有量と前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）の含有量を除することによって求められる。

【0044】

このような定量分析および定性分析の結果を総合的に考慮すれば、前記コアには、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、および前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）が含まれ、その全体組成が前記化学式１と同一であることが分かる。具体的には、前記化学式１において、ｘ、ｙ、ｚはそれぞれ、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、および前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の重量比と関係がある。

【0045】

例えば、前記化学式１において、０．７≦ｘ＜１．０であり、０＜ｙ≦０．１５であり、０＜ｚ≦０．１５であってもよく；０．７２≦ｘ＜１．０であり、０＜ｙ≦０．１４であり、０＜ｚ≦０．１４であってもよく；０．７４≦ｘ≦１．０であり、０＜ｙ≦０．１３であり、０＜ｚ≦０．１３であってもよく；０．７４≦ｘ＜１．０であり、０＜ｙ≦０．１３であり、０＜ｚ≦０．１３であってもよく；０．７６≦ｘ＜１．０であり、０＜ｙ≦０．１２であり、０＜ｚ≦０．１２であってもよい。この範囲で各成分によるシナジー効果が現れるが、これは例示に過ぎず、これによって本発明が限るものではない。

【0046】

前記コアにおいて、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、および前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の存在形態は特に限定されない。例えば、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）粒子およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）粒子が前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物粒子の表面に付着している複合体形態であるか、前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）粒子およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）粒子が前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物粒子に付着せず別途に存在する混合物形態であってもよい。ここで、「粒子」は、一次粒子、または一次粒子が凝集した二次粒子であってもよい。

【0047】

一方、前記コアは、電池の初期充電時の電圧、例えば２．５～４．２５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）でリチウムイオンおよび酸素を不可逆的に放出し、その後、全体組成が下記の化学式２に転換される。

【0048】

［化学式２］
｛ｘ（Ｌｉ_１＋ａＮｉ_ｂＭ_１－ｂＯ_２＋ｃ）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝
（前記化学式２において、Ｍ、ａ、ｂ、ｃ、ｘ、ｙ、およびｚはそれぞれ、化学式１と同一であってもよい。）

【0049】

前記化学式２に転換されたコアにおいて、Ｌｉ_１＋ａＮｉ_ｂＭ_１－ｂＯ_２＋ｃは、通常の正極活物質と同様に、リチウムイオンの可逆的な挿入および脱離が可能なものであってもよい。もちろん、前記化学式２に転換されたコアの表面には、依然として前記コーティング層が存在しうる。

【0050】

よって、一実施形態の正極添加剤は、負極の初期不可逆容量を補償する添加剤でかつ、リチウムの可逆的な挿入および脱離を可能にする活物質として活用できる。ただし、前記化学式２に転換されたコアは、Ｌｉ含有量およびその構造的限界によって、通常の正極活物質に比べて小さい可逆容量を有することができ、具体的には３００～３５０ｍＡｈ／ｇの可逆容量を有することができる。よって、電池の初期性能を向上させると同時に、長期寿命特性を確保しようとする場合、目的の電池特性により、一実施形態の正極添加剤と共に正極活物質を適切な配合比で混合して使用することができる。

【0051】

正極添加剤の製造方法
本発明の他の実施形態では、下記の化学式３で表されるニッケル系酸化物を準備する段階；前記ニッケル系酸化物およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の混合物を熱処理して、コアを得る段階；および前記コアおよび第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）の混合物を熱処理して、前記コアの表面にコーティング層を形成する段階；を含む、正極添加剤の製造方法を提供する。このような製造方法により、前述した正極添加剤が得られる。

【0052】

［化学式３］
（Ｎｉ_ｄＭ_１－ｄ）Ｏ_２
前記化学式３において、Ｍは、２価の陽イオンまたは３価の陽イオンを形成する金属元素であり、０．５≦ｄ≦１．０である。

【0053】

一実施形態の製造方法において、前記化学式３で表されるニッケル系酸化物を準備する段階；は、ニッケル水酸化物（Ｎｉ（ＯＨ）_２）単独；または、ニッケル水酸化物（Ｎｉ（ＯＨ）_２）およびＭを含む化合物の混合物；を熱処理する段階であってもよい。

【0054】

前記ニッケル水酸化物（Ｎｉ（ＯＨ）_２）単独；または、ニッケル水酸化物（Ｎｉ（ＯＨ）_２）およびＭを含む化合物の混合物；の熱処理は、５００～７００℃の温度範囲で５～２０時間不活性雰囲気で行われる。

【0055】

この段階において、前記ニッケル水酸化物（Ｎｉ（ＯＨ）_２）を単独で熱処理する場合、前記化学式３においてｄ＝１であるニッケル酸化物（ＮｉＯ_ｘ）が形成される。これとは異なり、前記ニッケル水酸化物（Ｎｉ（ＯＨ）_２）およびＭを含む化合物の混合物を熱処理する場合、前記化学式のｄ＝１でない、Ｍがドーピングされたニッケル系酸化物（［Ｎｉ_ｄＭ_１－ｄ］Ｏ_ｘ）が形成される。

【0056】

一実施形態の製造方法において、前記ニッケル系酸化物およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の混合物を熱処理する段階は、前記ニッケル系酸化物および前記リチウム酸化物は１：１（±０．０２）のモル比で混合し、６００～８００℃の温度範囲で１０～２０時間不活性雰囲気で熱処理するものであってもよい。

【0057】

前記ニッケル系酸化物およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の混合物を熱処理する時、配合された全量が１：１のモル比で反応できず、前記ニッケル系酸化物（（Ｎｉ_ｄＭ_１－ｄ）Ｏ_ｘ）の一部と前記リチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）の一部とが反応して、前記化学式１－１で表されるリチウムニッケル酸化物を形成し、未反応原料が残存しうる。これによる収得物の全体組成とその効果に関する説明は、前述した通りである。

【0058】

一方、一実施形態の製造方法中、前記コアの表面にコーティング層を形成する段階；において、リン（Ｐ）化合物を含むコーティング層が形成される。具体的には、前記コアの表面に前記第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）がコーティングされるだけでなく；前記第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）と前記リチウム副産物、例えば、ＬｉＯＨとの反応によって形成されたリン酸リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、Ｌｉ_３ＰＯ_４）形態のコーティング層が形成される。

【0059】

ここで、配合された原料（つまり、前記コアおよび前記第１リン酸アンモニウム）の総量中、前記第１リン酸アンモニウムの量を５００～９０００ｐｐｍに調節することができる。これにより、得られる正極添加剤の総量中、コーティング層の含有量が５００～９０００ｐｐｍに調節可能である。

【0060】

この範囲で、前記コアの表面に残留するリチウム副産物（Ｌｉ_２ＣＯ_３、ＬｉＯＨなど）、特にＬｉＯＨ形態の副産物を効果的に除去して、電池の持続的な充放電工程においてガスの発生を抑制することができる。ただし、この範囲は例示に過ぎず、これによって前記一実施形態の正極添加剤は限定されない。

【0061】

正極合剤
本発明のさらに他の実施形態では、前述した正極添加剤；および正極活物質；を含む正極合剤を提供する。

【0062】

前記一実施形態の正極合剤は、前述した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。

【0063】

前記一実施形態の正極合剤の総量（１００重量％）において、前記正極添加剤は、１～３０重量％で適用することができる。具体的には、前記正極添加剤が前記範囲で配合される時、電池の初期充放電で（つまり、１^ｓｔ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（つまり、２^ｎｄ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。

【0064】

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は限定されない。

【0065】

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、特に限定されない。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金属；およびリチウム；の複合酸化物のうちの１種以上を含むものであってもよい。

【0066】

より具体的な例を挙げると、前記正極活物質として、下記の化学式のうちのいずれか１つで表現される化合物を使用することができる。Ｌｉ_ａＡ_１－ｂＲ_ｂＤ_２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０≦ｂ≦０．５である）；Ｌｉ_ａＥ_１－ｂＲ_ｂＯ_２－ｃＤ_ｃ（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８、０≦ｂ≦０．５、および０≦ｃ≦０．０５である）；ＬｉＥ_２－ｂＲ_ｂＯ_４－ｃＤ_ｃ（上記式中、０≦ｂ≦０．５、０≦ｃ≦０．０５である）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１－ｂ－ｃ}Ｃｏ_ｂＲ_ｃＤ_α（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）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１－ｂ－ｃ}Ｃｏ_ｂＲ_ｃＯ_２－αＺ_α（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）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１－ｂ－ｃ}Ｃｏ_ｂＲ_ｃＯ_２－αＺ_２（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）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１－ｂ－ｃ}Ｍｎ_ｂＲ_ｃＤ_α（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）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１－ｂ－ｃ}Ｍｎ_ｂＲ_ｃＯ_２－αＺ_α（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）；Ｌｉ_ａＮｉ_{１－ｂ－ｃ}Ｍｎ_ｂＲ_ｃＯ_２－αＺ_２（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）；Ｌｉ_ａＮｉ_ｂＥ_ｃＧ_ｄＯ_２（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。）；Ｌｉ_ａＮｉ_ｂＣｏ_ｃＭｎ_ｄＧｅＯ_２（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。）；Ｌｉ_ａＮｉＧ_ｂＯ_２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０．００１≦ｂ≦０．１である。）；Ｌｉ_ａＣｏＧ_ｂＯ_２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０．００１≦ｂ≦０．１である。）；Ｌｉ_ａＭｎＧ_ｂＯ_２（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０．００１≦ｂ≦０．１である。）；Ｌｉ_ａＭｎ_２Ｇ_ｂＯ_４（上記式中、０．９０≦ａ≦１．８および０．００１≦ｂ≦０．１である。）；ＱＯ_２；ＱＳ_２；ＬｉＱＳ_２；Ｖ_２Ｏ_５；ＬｉＶ_２Ｏ_５；ＬｉＴＯ_２；ＬｉＮｉＶＯ_４；Ｌｉ_{（３－ｆ）}Ｊ_２（ＰＯ_４）_３（０≦ｆ≦２）；Ｌｉ_{（３－ｆ）}Ｆｅ_２（ＰＯ_４）_３（０≦ｆ≦２）；およびＬｉＦｅＰＯ_４。

【0067】

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。

【0068】

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よいし、これについては、当該分野で従事す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。

【0069】

前記一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気伝導性材料であればいずれのものでも使用可能であり、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。

【0070】

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。

【0071】

リチウム二次電池
本発明のさらに他の実施形態では、前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を提供する。

【0072】

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、駆動中のエネルギー密度の低下が抑制されて寿命特性が優れたものになる。

【0073】

前記一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。

【0074】

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は限定されない。

【0075】

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。

【0076】

具体的には、前記正極は、正極集電体上に正極活物質、導電材、および／またはバインダーの混合物である電極合剤を塗布した後、乾燥して製造され、必要に応じては、前記混合物に充填剤をさらに添加してもよい。

【0077】

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限るものではなく、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できる。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。

【0078】

前記導電材は、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１～５０重量％添加される。このような導電材は、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限るものではなく、例えば、天然黒鉛や人造黒鉛などの黒鉛；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、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、サーマルブラックなどのカーボンブラック；炭素繊維や金属繊維などの導電性繊維；フッ化カーボン、アルミニウム、ニッケル粉末などの金属粉末；酸化亜鉛、チタン酸カリウムなどの導電性ウィスカー；酸化チタンなどの導電性金属酸化物；ポリフェニレン誘導体などの導電性素材などが使用できる。

【0079】

一方、前記弾性を有する黒鉛系物質が導電材として使用可能であり、前記物質と共に使用されてもよい。

【0080】

前記バインダーは、活物質と導電材などの結合と集電体に対する結合に助力する成分であって、通常、正極活物質を含む混合物の全体重量を基準として１～５０重量％添加される。このようなバインダーの例としては、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコール、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－ジエンターポリマー（ＥＰＤＭ）、スルホン化ＥＰＤＭ、スチレンブチレンゴム、フッ素ゴム、多様な共重合体などが挙げられる。

【0081】

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限るものではなく、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。

【0082】

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。

【0083】

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、ＳｉＯ_ｘ（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、ＳｎＯ_２、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。

【0084】

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限るものではなく、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。

【0085】

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。

【0086】

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。

【0087】

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。

【0088】

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。

【0089】

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。

【0090】

前記無機固体電解質としては、例えば、Ｌｉ_３Ｎ、ＬｉＩ、Ｌｉ_５ＮＩ_２、Ｌｉ_３Ｎ－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、ＬｉＳｉＯ_４、ＬｉＳｉＯ_４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、Ｌｉ_２ＳｉＳ_３、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４、Ｌｉ_４ＳｉＯ_４－ＬｉＩ－ＬｉＯＨ、Ｌｉ_３ＰＯ_４－Ｌｉ_２Ｓ－ＳｉＳ_２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。

【0091】

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、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＢ_１０Ｃｌ_１０、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣＦ_３ＳＯ_３、ＬｉＣＦ_３ＣＯ_２、ＬｉＡｓＦ_６、ＬｉＳｂＦ_６、ＬｉＡｌＣｌ_４、ＣＨ_３ＳＯ_３Ｌｉ、（ＣＦ_３ＳＯ_２）_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。

【0092】

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もよい。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。

【0093】

一つの具体例において、ＬｉＰＦ_６、ＬｉＣｌＯ_４、ＬｉＢＦ_４、ＬｉＮ（ＳＯ_２ＣＦ_３）_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。

【0094】

前記一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される。

【0095】

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】

【0096】

前記一実施形態の正極添加剤を正極に適用したリチウム二次電池は、負極の初期不可逆容量が減少し、正極の初期容量および効率が効果的に増加し、駆動中のエネルギー密度の低下が抑制されて寿命特性が優れたものになる。

【図面の簡単な説明】

【0097】

【図1】製造例１～３、および比較例１の各リチウム二次電池に対する初期充放電特性を示すグラフである。

【図2】実施例１～６の各電池と、製造例１～３および比較例１の各電池に対して、充放電回数（１ｓｔ～４ｔｈ ｃｙｃｌｅ）によるガスの発生量を測定して記録したグラフである。

【図3】実施例１～６の各電池と、比較例１の各電池に対して、初期（１ｓｔ）充放電特性を測定して記録したグラフである。

【図4】比較例２～４、実施例７および８の各電池に対して、初期（１^ｓｔ）充放電特性および長期充放電（～２００^ｔｈ）特性を測定して記録したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0098】

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。

【0099】

Ｉ．リチウムニッケル酸化物、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を含むコアの利点の確認

【0100】

＜製造例１：｛ｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝、ｘ＝０．８６、ｙ＝０．０７、ｚ＝０．０７、ベア（Ｂａｒｅ）＞
（１）コアの製造
ニッケル水酸化物前駆体のＮｉ（ＯＨ）_２を６００℃の不活性雰囲気で１０時間熱処理して、ニッケル系酸化物ＮｉＯを得た。

【0101】

前記ニッケル系酸化物ＮｉＯをリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）と１：１．１のモル比（ＮｉＯ：Ｌｉ_２Ｏ）で混合し、６８０℃の（不活性雰囲気）で１８時間熱処理した。この時、昇温および冷却速度は１分あたり５℃に固定した。

【0102】

前記熱処理終了後、｛ｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝、ｘ＝０．８６、ｙ＝０．０７、ｚ＝０．０７を最終的に得て、これを製造例１とした。

【0103】

前記化学式は、後述する実験例１から計算されたものである。

【0104】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
製造例１のコアを正極添加剤に適用して正極を製造し、前記製造された正極を含むリチウム二次電池を製造した。

【0105】

具体的には、製造例１のコア（正極添加剤）である｛０．８６（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）｝・｛０．０７ＮｉＯ｝・｛０．０７Ｌｉ_２Ｏ｝、導電材（Ｓｕｐｅｒ－Ｐ、デンカブラック）、およびバインダー（ＰＶｄＦ）を８５：１０：５（正極添加剤：導電材：バインダー）の重量比で有機溶媒（ＮＭＰ）内で混合してスラリー状の正極合剤に製造した後、前記正極合剤をアルミニウム集電体上に塗布して、１２０℃の真空オーブンで３０分乾燥して正極を製造した。

【0106】

対極としてはリチウム金属（Ｌｉ－ｍｅｔａｌ）を用い、電解液としてはエチレンカーボネート（ＥＣ、Ｅｔｈｙｌｅｎｅ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）：ジメチルカーボネート（ＤＭＣ、Ｄｅｍｅｔｈｙｌ Ｃａｒｂｏｎａｔｅ）の体積比が１：２の混合溶媒にビニレンカーボネート（ＶＣ）２重量％を溶液に溶解させたものを使用した。

【0107】

前記各構成要素を用い、通常の製造方法により、２０３２半電池（ｈａｌｆ ｃｏｉｎ ｃｅｌｌ）を作製した。

【0108】

＜製造例２：｛ｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝、ｘ＝０．８０、ｙ＝０．１０、ｚ＝０．１０、ベア（Ｂａｒｅ）＞
（１）コアの製造
前記ニッケル系酸化物ＮｉＯをリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）と１：１．２のモル比で混合した点を除き、残りは製造例１と同様にして、｛ｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝、ｘ＝０．８０、ｙ＝０．１０、ｚ＝０．１０を得て、これを製造例２のコア（正極添加剤）とした。

【0109】

前記化学式は、後述する実験例１から計算されたものである。

【0110】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
製造例１のコア（正極添加剤）の代わりに製造例２のコア（正極添加剤）を用いた点を除き、残りは製造例１と同様にして、製造例２の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0111】

＜製造例３：｛ｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝、ｘ＝０．７６、ｙ＝０．１２、ｚ＝０．１２、ベア（Ｂａｒｅ）＞
（１）コアの製造
前記ニッケル系酸化物ＮｉＯをリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）と１：１．３のモル比で混合した点を除き、残りは製造例１と同様にして、｛ｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝、ｘ＝０．７６、ｙ＝０．１２、ｚ＝０．１２を得て、前記化学式は、後述する実験例１から計算されたものである。

【0112】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
製造例１のコア（正極添加剤）の代わりに製造例３のコア（正極添加剤）を用いた点を除き、残りは製造例１と同様にして、製造例３の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0113】

＜比較例１：ｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）、ｘ＝０．８６、ベア（Ｂａｒｅ）＞
（１）正極添加剤の製造
製造例１と同様に製造した正極添加剤を製造した後、未反応ニッケル系酸化物ＮｉＯおよびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を４００メッシュ（ｍｅｓｈ）の篩（Ｓｉｅｖｅ）を通してろ過して、空間群（ｐｏｉｎｔ ｇｒｏｕｐ）がＩｍｍｍの斜方晶系（Ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）の結晶構造を有するｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）、ｘ＝０．８６を最終的に得て、これを比較例１の正極添加剤とした。

【0114】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
製造例１の正極添加剤の代わりに比較例１の正極添加剤を用いた点を除き、残りは製造例１と同様にして、比較例１の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0115】

＜実験例１：コアのＸ線回折（ＸＲＤ）分析＞
製造例１～３および比較例１の各コア（正極添加剤）に対して、ＣｕＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）分析を実施し、その結果を下記表１に記録した。

【0116】

具体的には、リチウムニッケル酸化物および前記ニッケル酸化物（ＮｉＯ）は結晶質で、ＦｅＫαＸ線（Ｘ－ｒα）によるＸ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）で検出される。

【0117】

特に、定量分析は、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ－Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）測定後、強度（ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）の計算により得た。

【0118】

【表1】

【0119】

比較例１は、空間群（ｐｏｉｎｔ ｇｒｏｕｐ）がＩｍｍｍの斜方晶系（Ｏｒｔｈｏｒｈｏｍｂｉｃ）の結晶構造を有するものであることがすでに知られている。しかし、前記表１の構造分析の結果から、比較例１と、製造例１～３が同一の結晶構造を有することが分かる。したがって、製造例１～３も、Ｌｉ_２＋ａＮｉ_ｂＭ_１－ｂＯ_２＋ｃで表される化合物を含むことが分かる。

【0120】

前記表１の定量分析の結果から、比較例１は、Ｌｉ_２Ｏが検出されなかったことを確認することができる。しかし、製造例１～３は、総量（１００重量％）中、７重量％（製造例１）、１０重量％（製造例２）、および１２重量％（製造例３）で、それぞれＬｉ_２Ｏが検出されたことを確認することができる。

【0121】

＜実験例２：コアを正極添加剤に適用した電池の初期充放電特性評価＞
製造例１～３および比較例１の各電池に対して、次の条件で初期充放電特性を評価した。その評価結果は図１および下記表２に記録した。

【0122】

充電：０．１Ｃ、ＣＣ／ＣＶ、４．２５Ｖ、０．０５Ｃ カットオフ
放電：０．１Ｃ、ＣＣ、２．５Ｖ、カットオフ

【0123】

図１および下記表２によれば、比較例１に比べて、製造例１～３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たことを確認することができる。

【0124】

【表2】

【0125】

製造例１～３では、一実施形態の正極添加剤においてコアによって電池の初期性能が向上する効果を確認するために、各正極添加剤を通常の正極活物質と同一の配合量にして正極合剤を製造し、正極とリチウム二次電池を製造した。

【0126】

先に説明したように、前記コアは、電池の初期充電時の電圧、例えば２．５～４．２５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）でリチウムイオンおよび酸素を不可逆的に放出し、その後、リチウムイオンの可逆的な挿入および脱離が可能な組成に転換される。したがって、製造例１～３のように、前記コアは、負極の初期不可逆容量を補償する添加剤でかつ、リチウムの可逆的な挿入および脱離を可能にする活物質として活用できる。

【0127】

ただし、Ｌｉ含有量およびその構造的限界によって、通常の正極活物質に比べて小さい可逆容量を有することができるので、電池の初期性能を向上させると同時に、長期寿命特性を確保しようとする場合、目的の電池特性により、前記コアを含む一実施形態の正極添加剤と共に、正極活物質を適切な配合比で混合して使用することができる。

【0128】

ＩＩ．リチウムニッケル酸化物、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を含むコアおよびリン化合物コーティング層を含む正極添加剤の利点の確認
＜実施例１（コア：製造例１、コーティング量：２０００ｐｐｍ）＞
（１）正極添加剤の製造
すべての工程を製造例１と同様にして、｛ｘ（Ｌｉ_２ＮｉＯ_２）｝・｛ｙ（ＮｉＯ）｝・｛ｚ（Ｌｉ_２Ｏ）｝、ｘ＝０．８６、ｙ＝０．０７、ｚ＝０．０７を最終的に得て、これを実施例１のコアとした。

【0129】

前記実施例１のコアと第１リン酸アンモニウム（ａｍｍｏｎｉｕｍ ｐｈｏｓｐｈａｔｅ、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４）とを混合し、この混合物を７００℃の不活性雰囲気で１０時間熱処理して、実施例１の正極添加剤を得た。

【0130】

ただし、前記混合時、混合物の総量に対して、前記第１リン酸アンモニウムは２０００ｐｐｍとなるようにした。

【0131】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
製造例１のコア（正極添加剤）の代わりに実施例１の正極添加剤を用いた点を除き、残りは製造例１と同様にして、実施例１の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0132】

＜実施例２（コア：製造例１、コーティング量：５００ｐｐｍ）＞
（１）正極添加剤の製造
前記実施例１のコアと第１リン酸アンモニウムとの混合時、混合物の総量に対して、前記第１リン酸アンモニウムは５００ｐｐｍとなるようにした点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例２の正極添加剤を得た。

【0133】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
実施例１の正極添加剤の代わりに実施例２の正極添加剤を用いた点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例２の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0134】

＜実施例３（コア：製造例１、コーティング量：４０００ｐｐｍ）＞
（１）正極添加剤の製造
前記実施例１のコアと第１リン酸アンモニウムとの混合時、混合物の総量に対して、前記第１リン酸アンモニウムは４０００ｐｐｍとなるようにした点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例３の正極添加剤を得た。

【0135】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
実施例１の正極添加剤の代わりに実施例３の正極添加剤を用いた点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例３の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0136】

＜実施例４（コア：製造例１、コーティング量：８０００ｐｐｍ）＞
（１）正極添加剤の製造
前記実施例１のコアと第１リン酸アンモニウムとの混合時、混合物の総量に対して、前記第１リン酸アンモニウムは８０００ｐｐｍとなるようにした点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例４の正極添加剤を得た。

【0137】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
実施例１の正極添加剤の代わりに実施例４の正極添加剤を用いた点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例４の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0138】

＜実施例５（コア：製造例２、コーティング量：２０００ｐｐｍ）＞
（１）正極添加剤の製造
前記製造例１の代わりに前記製造例２のコアを用いた点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例５の正極添加剤を得た。

【0139】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
実施例１の正極添加剤の代わりに実施例５の正極添加剤を用いた点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例５の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0140】

＜実施例６（コア：製造例３、コーティング量：２０００ｐｐｍ）＞
（１）正極添加剤の製造
前記製造例１の代わりに前記製造例３のコアを用いた点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例６の正極添加剤を得た。

【0141】

（２）正極およびリチウム二次電池（コインハーフセル）の製造
実施例１の正極添加剤の代わりに実施例６の正極添加剤を用いた点を除き、残りは実施例１と同様にして、実施例６の正極およびリチウム二次電池を製造した。

【0142】

＜実験例３：コーティング層形成の有無および構成成分の確認＞
実施例１の正極添加剤に対して、ＸＰＳ分析により、製造例１のコアの表面にコーティング層が形成されたか、形成されたならばその成分がどうかを確認するために、ＸＰＳ分析を実施した。

【0143】

より具体的には、実施例１の正極添加剤に対して、ＸＰＳ分析法での結合エネルギー（Ｂｉｎｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ）の測定結果、約１３４ｅＶでピーク（ｐｅａｋ）が検出された。これは、当業界で広く知られたＬｉ_３ＰＯ_４の結合エネルギー（Ｂｉｎｄｉｎｇ Ｅｎｅｒｇｙ）と一致するものである。

【0144】

したがって、実施例１の正極添加剤は、ＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４をコーティング原料とするコーティング層形成工程により、製造例１のコアの表面に存在するリチウム副産物のＬｉＯＨとＮＨ_４Ｈ_２ＰＯ_４とが反応して、前記コアの表面にＬｉ_３ＰＯ_４を含むコーティング層が形成されたことが分かる。

【0145】

ここでは、実施例１の正極添加剤についてのみ確認したが、実施例１と同一の原料と工程を用いた実施例２～６も、各コアの表面に実施例１と同一の成分のコーティング層が形成され、ただし、そのコーティング量のみ異なると推論される。

【0146】

＜実験例４：コーティング層の形成による、Ｌｉ副産物の低減特性評価＞
実施例１～６の各正極添加剤と、製造例１～３および比較例１の各コアに対して、初期ｐＨおよび表面に残留するＬｉ副産物の含有量を測定した。その測定結果は下記表３に記載した。

【0147】

ただし、その測定において、初期ｐＨはｐＨ滴定（ｔｉｔｒａｔｉｏｎ）方法を利用し、各正極添加剤１０ｇをＨ_２Ｏ １００ｍｌに入れて、５分間撹拌した（ｓｔｉｒｒｉｎｇ）後、０．１Ｎ ＨＣｌ滴定をした。ｐＨ滴定（ｔｉｔｒａｔｉｏｎ）時に最初に生じる変曲点を基準として、塩基部分の量をＬｉＯＨの含有量で測定し、全体Ｌｉ副産物の含有量をそれぞれ測定した後、全体Ｌｉ副産物の含有量からＬｉＯＨの含有量を引いた値をＬｉ_２ＣＯ_３の含有量として計算した。

【0148】

ここで、各含有量は、正極添加剤またはコアの総量（１００重量％）を基準として、ＬｉＯＨおよびＬｉ_２ＣＯ_３の各含有量と、これらのリチウム副産物の総量を表したものである。

【0149】

【表3】

【0150】

前記表３から、コア内のＬｉ_２Ｏ量が増加するほど、リチウム副産物の含有量も増加するが、実施例１～６の各正極添加剤のようにリン（Ｐ）化合物を形成することによって、リチウム副産物を低減させることが分かる。

【0151】

さらに、実施例１～６においても、リン（Ｐ）化合物のコーティング量が増加するほど、リチウム副産物がより効果的に低減されることが分かる。

【0152】

＜実験例５：コーティング層の形成による、電池ガス発生の低減特性評価＞
実施例１～６の各電池と、製造例１～３および比較例１の各電池に対して、次の条件で初期（１^ｓｔ ｃｙｃｌｅ）充電時のガスの発生量と、充放電回数（１^ｓｔ～４^ｔｈ ｃｙｃｌｅ）によるガスの発生量を測定した。具体的には、電気化学質量分析器（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｍａｓｓ ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｅｒ、ＤＥＭＳ）を用いて、各電池の充電時に出るガス圧力をリアルタイムで測定した。

【0153】

充電：０．１Ｃ、ＣＣ／ＣＶ、４．２５Ｖ、０．０５Ｃ カットオフ
放電：０．１Ｃ、ＣＣ、２．５Ｖ、カットオフ

【0154】

その測定結果は、下記表４に記載し、図２に示した。

【0155】

【表4】

【0156】

＜実験例６：コーティング層の形成による、電池の初期充放電の向上特性評価＞
実施例１～６の各電池と、製造例１～３および比較例１の各電池に対して、次の条件で初期充放電特性を評価した。その評価結果は図３および下記表５に記録した。

【0157】

充電：０．１Ｃ、ＣＣ／ＣＶ、４．２５Ｖ、０．０５Ｃ カットオフ
放電：０．１Ｃ、ＣＣ、２．５Ｖ、カットオフ

【0158】

下記表５によれば、比較例１に比べて、製造例１～３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たことを確認することができる。さらに、製造例１～３に比べて、実施例１～６で正極の初期効率がさらに増加したことを確認することができる。ただし、コーティング含有量が過度に多くなると、初期充電容量の減少の可能性があり、５００～９０００ｐｐｍ内に制御する必要はある。

【0159】

【表5】

【0160】

前記表５と共に、前記表３および４、図２および３を総合的に検討すれば、前記製造例１～３のコアは、電池の初期充電時の電圧、例えば２．５～４．２５Ｖ（ｖｓ．Ｌｉ／Ｌｉ^＋）でリチウムイオンおよび酸素を不可逆的に放出することによって、比較例１に比べて、負極の初期不可逆容量を減少させ、正極の初期効率を増加させるが、リチウム副産物の存在によって正極の初期効率を増加させるのに限界があることが分かる。

【0161】

それに対し、実施例１～６において、前記製造例１～３のコアにコーティング層を形成することによって、正極の初期効率をさらに改善できることが分かる。これは、実施例１～６の各正極添加剤が、コアによる効果（つまり、負極の初期不可逆容量の減少、正極の初期効率の増加）をそのまま有しながらも、コーティング層によるリチウム副産物の除去、ガス発生抑制効果を有するので、電池の初期特性がさらに改善したと考えられる。

【0162】

一方、実施例１～６では、一実施形態の正極添加剤に電池の初期性能が向上する効果を確認するために、各正極添加剤を通常の正極活物質と同一の配合量にして正極合剤を製造し、正極とリチウム二次電池を製造した。ただし、電池の初期性能を向上させると同時に、長期寿命特性を確保しようとする場合、目的の電池特性により、一実施形態の正極添加剤と共に、正極活物質を適切な配合比で混合して使用することができる。

【0163】

ＩＩＩ．リチウムニッケル酸化物、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を含むコアおよびリン化合物コーティング層を含む正極添加剤の実際の適用形態の例示
＜実施例７および８：実施例１の正極添加剤および正極活物質の混合適用＞
実施例１の正極添加剤を実際に適用する形態で、正極活物質と共に実施例１の正極添加剤を適用して正極を製造し、前記製造された正極を含むリチウム二次電池を製造した。

【0164】

具体的には、実施例１の正極添加剤（コア：製造例１、コーティング量：２０００ｐｐｍ）、正極活物質のＮＣＭ（ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２）、導電材（Ｓｕｐｅｒ－Ｐ、デンカブラック）、およびバインダー（ＰＶｄＦ）を有機溶媒（ＮＭＰ）内で混合してスラリー状の正極合剤に製造した後、前記正極合剤をアルミニウム集電体上に塗布して、１２０℃の真空オーブンで３０分乾燥して、実施例７および８の各正極を製造した。

【0165】

ただし、実施例７および８において、実施例１の正極添加剤：正極活物質：導電材：バインダーの重量比はそれぞれ、４．８２５：９１．６７５：１．５：２（実施例７）および９．６５：８６．８５：１．５：２．０（実施例８）とした。

【0166】

実施例１の正極の代わりに実施例７および８の各正極を用いて、実施例１と同様の方法でそれぞれの２０３２半電池（ｈａｌｆ ｃｏｉｎ ｃｅｌｌ）を作製した。

【0167】

＜比較例２：正極活物質の単独適用＞
そのいずれの正極添加剤も用いず、実施例１の正極添加剤の代わりにそれと同量の正極活物質（ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２）を用いて、実施例１と同様の方法で正極を製造し、前記製造された正極を含むリチウム二次電池を製造した。

【0168】

＜比較例３および４：製造例１の正極添加剤および正極活物質の混合適用＞
製造例１の正極添加剤を実際に適用する形態で、正極活物質と共に製造例１の正極添加剤を適用して正極を製造し、前記製造された正極を含むリチウム二次電池を製造した。

【0169】

具体的には、製造例１の正極添加剤（コア：製造例１、Ｂａｒｅ）、正極活物質のＮＣＭ（ＬｉＮｉ_０．８Ｃｏ_０．１Ｍｎ_０．１Ｏ_２）、導電材（Ｓｕｐｅｒ－Ｐ、デンカブラック）、およびバインダー（ＰＶｄＦ）を有機溶媒（ＮＭＰ）内で混合してスラリー状の正極合剤に製造した後、前記正極合剤をアルミニウム集電体上に塗布して、１２０℃の真空オーブンで３０分乾燥して、比較例３および４の各正極を製造した。

【0170】

ただし、比較例３および４において、製造例１の正極添加剤：正極活物質：導電材：バインダーの重量比はそれぞれ、４．８２５：９１．６７：１．５：２（製造例３）および９．６５：８６．８５：１．５：２．０（製造例４）とした。

【0171】

実施例１の正極の代わりに比較例３および４の各正極を用いて、実施例１と同様の方法でそれぞれの２０３２半電池（ｈａｌｆ ｃｏｉｎ ｃｅｌｌ）を作製した。

【0172】

＜実験例７：正極添加剤の実際の適用形態評価（電池の初期容量および寿命特性評価）＞
具体的には、２５℃の常温で次の条件で、比較例２～４、実施例７および８の各電池の充放電を進行させた。その結果を図４および下記表６に示した。

【0173】

充電：０．２Ｃ、ＣＣ／ＣＶ、４．２５Ｖ、０．００５Ｃ カットオフ
放電：０．２Ｃ、ＣＣ、２．５Ｖ、カットオフ

【0174】

図４および下記表６によれば、正極活物質だけを適用した場合（比較例２）に比べて、製造例１の正極添加剤または実施例１の正極添加剤を正極活物質と混合して適用した場合（比較例３および４、実施例７および８）、電池の初期充電容量および寿命特性がすべて改善されることが確認される。

【0175】

また、添加剤：活物質の重量比が同一の場合において、製造例１の正極添加剤よりは、実施例１の正極添加剤を適用する時、電池の初期充電容量および寿命特性がさらに改善されることが確認される。

【0176】

【表6】

【0177】

上記の結果を実験例１～６と総合してみる時、比較例３および４、実施例７および８に共通して適用されたコア（リチウムニッケル酸化物、ニッケル酸化物（ＮｉＯ）、およびリチウム酸化物（Ｌｉ_２Ｏ）を含むコア）は、電池の初期充電時の電圧で正極活物質よりも優先してリチウムイオンおよび酸素を不可逆的に放出することによって、負極の初期不可逆容量を補償し、正極の初期充電容量を増加させるという利点があることを確認することができる。

【0178】

ただし、前記コアをコーティングしない場合、リチウム副産物の存在によって正極の初期効率を増加させるのに限界があり、前記コアをリン化合物でコーティングした場合、コアによる効果（つまり、負極の初期不可逆容量の減少、正極の初期効率の増加）をそのまま有しながらも、コーティング層によるリチウム副産物の除去、ガス発生抑制効果を有するので、電池の初期特性がさらに改善されたと考えられる。

【0179】

さらに、図４および前記表６によれば、電池のサイクル進行回数が同一の時、比較例２～４の容量保持率に比べて、各比較例と対応する組成を有する実施例７または８の容量保持率がより高いことを確認することができる。

【0180】

このような容量保持率の差は、電池のサイクル進行回数が増加するほどさらに激しくなるが、特に、比較例２の１００サイクル駆動後、初期容量に比べて９２．８％の容量のみ維持され、２００サイクル駆動後には８９．５％の容量のみ維持されることを確認することができる。それに対し、実施例７および８の場合、それぞれの初期容量に比べて、１００サイクル駆動後に９４．８％以上の容量が維持され、２００サイクル駆動後にも９２．５％以上の容量が維持されることを確認することができる。これは、一実施形態の正極添加剤によって、正極の初期容量が増加した状態で電池サイクルが進行する場合、損失する容量が減少することを意味する。また、先に言及したように、電池の初期充電時の電圧で一実施形態の正極添加剤がリチウムイオンおよび酸素を不可逆的に放出した後、リチウムイオンの可逆的な挿入および脱離が可能な組成に転換されて、電池のサイクル進行中にも容量の実現に一部寄与することを意味したりもする。

【0181】

さらに、添加剤のコアの組成、添加剤および活物質の配合比が同一の条件で、添加剤表面のコーティングの有無により、電池の初期特性および長期駆動特性が異なることを確認することができる。具体的には、比較例３に比べて、実施例７の電池の初期特性および長期駆動特性が改善され、比較例４に比べて、実施例８の電池の初期特性および長期駆動特性が改善されたことが確認される。

【0182】

これは、添加剤のコアの組成、添加剤および活物質の配合比が同一の条件で、添加剤の表面がコーティングされた場合、そのコアの表面に残留するリチウム副産物（Ｌｉ_２ＣＯ_３、ＬｉＯＨなど）が除去されて、電池内のガスの発生が抑制されることによる効果と考えられる。

【0183】

一方、実施例７および８のうち、電池の初期充電容量および寿命特性がさらに改善されたのは、一実施形態の正極添加剤の含有量がより高い正極合剤を用いた、実施例８である。これは、一実施形態の正極添加剤の含有量が高い正極合剤を使用するほど、電池の初期充電容量をより向上させ、それによって電池の寿命をより効果的に改善できることを意味する。したがって、先に言及したように、電池の初期性能を向上させると同時に、長期寿命特性を確保しようとする場合、目的の電池特性により、一実施形態の正極添加剤と共に正極活物質を適切な配合比で混合して使用することができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】