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公開番号2025093321
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-23
出願番号2024217017
出願日2024-12-11
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
出願人三星エスディアイ株式会社,SAMSUNG SDI Co., LTD.
代理人弁理士法人谷・阿部特許事務所
主分類H01M 4/525 20100101AFI20250616BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高温寿命改善効果に優れ、4.8V以上の過充電時にガス発生量が増加することによって、過充電時の発火抑制効果を提供するリチウム二次電池用正極活物質を提供する。
【解決手段】ニッケル系活物質;前記ニッケル系活物質の表面上にあるコバルト含有コーティング層;及び前記コバルト含有コーティング層の表面上にあるホウ素含有コーティング層;を含むリチウム二次電池用正極活物質であって、前記正極活物質は、比表面積が0.45m²/g乃至0.60m²/gであるリチウム二次電池用正極活物質を構成する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ニッケル系活物質；前記ニッケル系活物質の表面上にあるコバルト含有コーティング層；及び前記コバルト含有コーティング層の表面上にあるホウ素含有コーティング層；を含むリチウム二次電池用正極活物質であって、
前記正極活物質は、比表面積が０．４５ｍ
2
／ｇ乃至０．６０ｍ
2
／ｇである、リチウム二次電池用正極活物質。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記ニッケル系活物質は、下記の化学式１で表されるニッケル系活物質である、請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質：
［化１］
Ｌｉ
a
（Ｎｉ
1-x-y-z
Ｃｏ
x
Ｍ
y
Ｍ’
z
）Ｏ
2-δ
（化学式１において、Ｍは、Ｍｎ及びＡｌから選ばれる一つ以上の元素であり、
Ｍ’は、ホウ素（Ｂ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、ジルコニウム（Ｚｒ）及びアルミニウム（Ａｌ）からなるグループから選ばれる一つ又は二つ以上の元素であり、
０．９５≦ａ≦１．３、ｘ≦（１－ｘ－ｙ－ｚ）、ｙ≦（１－ｘ－ｙ－ｚ）、ｚ≦（１－ｘ－ｙ－ｚ）、０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１で、１．９８≦２－δ≦２である）。
【請求項３】
前記ホウ素含有コーティング層は、前記コバルト含有コーティング層と一体に形成される、請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項４】
前記正極活物質のうちニッケルの含量は、７０モル％以上である、請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項５】
前記ニッケル系活物質は、１次粒子が物理的及び／又は化学的方法によって凝集して形成された２次粒子を含む、請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項６】
前記コバルト含有コーティング層は、前記２次粒子の表面及び前記１次粒子の粒界に存在する、請求項５に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項７】
前記ニッケル系活物質は、（ｉ）第１の二次粒子、（ｉｉ）単一粒子、（ｉｉ）単一粒子、及び（ｉｉｉ）単結晶構造を有する粒子のうち１種以上を含む、請求項１に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項８】
前記ニッケル系活物質は、（ｉ）第１の二次粒子；及び（ｉｉｉ）単結晶構造を有する粒子の混合物である、請求項７に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項９】
前記混合物１００重量部のうち（ｉ）第１の二次粒子は、６０重量部乃至９０重量部で含まれ、（ｉｉｉ）単結晶構造を有する粒子は、１０重量部乃至４０重量部で含まれる、請求項８に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
【請求項１０】
前記（ｉ）第１の二次粒子のサイズは１４μｍ乃至１８μｍで、（ｉｉｉ）単結晶構造を有する粒子のサイズは１μｍ乃至７μｍである、請求項７に記載のリチウム二次電池用正極活物質。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
続きを表示（約 1,300 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型パソコン、電気自動車などの電池を使用する電子機器の急速な普及に伴い、エネルギー密度が高く、且つ高容量である二次電池の需要が急速に増大している。これによって、リチウム二次電池の性能向上のための研究開発が活発に行われている。
【０００３】
リチウム二次電池は、リチウムイオンの挿入（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）及び脱離（ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）が可能な活物質を含む正極及び負極と、電解液とを含む電池であって、リチウムイオンが正極及び負極で挿入及び脱離されるときの酸化及び還元反応によって電気エネルギーを生産する。
【０００４】
リチウム二次電池の正極活物質として、ニッケル系活物質が使用されてもよい。ニッケル系活物質は、充放電過程で粒子間の成長及び電解液との副反応によって性能が低下し得るので、これに対する改善が要求される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一実施形態によると、高温寿命改善効果に優れ、４．８Ｖ以上の過充電時にガス発生量が増加することによって、過充電時の発火抑制効果を提供するリチウム二次電池用正極活物質を提供する。
【０００６】
他の実施形態によると、充放電効率の増加、容量改善、ガス発生などの副反応抑制、及び抵抗減少を提供するリチウム二次電池用正極活物質を提供する。
【０００７】
さらに他の実施形態によると、上述したリチウム二次電池用正極活物質の製造方法を提供する。
【０００８】
さらに他の実施形態によると、上述したリチウム二次電池用正極活物質を含む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】
【０００９】
一実施形態によると、リチウム二次電池用正極活物質は、ニッケル系活物質；前記ニッケル系活物質の表面上にあるコバルト含有コーティング層；及び前記コバルト含有コーティング層の表面上にあるホウ素含有コーティング層；を含み、前記リチウム二次電池用正極活物質は、比表面積が０．４５ｍ
2
／ｇ乃至０．６０ｍ
2
／ｇである。
【００１０】
他の実施形態によると、リチウム二次電池用正極活物質の製造方法は、ニッケル系活物質、コバルト化合物及び溶媒を含む混合物から前記ニッケル系活物質の表面上に前記コバルト化合物が湿式コーティングされた第１の正極活物質を製造する段階；前記第１の正極活物質の表面上にホウ素化合物を乾式コーティングすることによって第２の正極活物質を製造する段階；及び前記第２の正極活物質を７００℃乃至７５０℃で熱処理することによってリチウム二次電池用正極活物質を製造する段階；を含み、前記ホウ素化合物は、前記ニッケル系活物質のうちリチウムを除いた遷移金属元素の全体の含量に対して０．２５モル％乃至０．５モル％のホウ素を提供するように乾式コーティングされる。
（【００１１】以降は省略されています）

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