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公開番号2025106811
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-16
出願番号2025000116
出願日2025-01-06
発明の名称正極活物質とこれを含む正極およびリチウム二次電池
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 20100101AFI20250709BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】エネルギー密度が高く、高電圧駆動条件で優れた寿命特性を実現し、高温保存特性に優れた正極活物質を提供する。
【解決手段】層状型のリチウムニッケル-マンガン系複合酸化物を含み、複数の一次粒子が凝集してなる二次粒子状であり、前記二次粒子の平均粒径(D₅₀)は10μm～25μmである第1正極活物質と、層状型のリチウムニッケル-コバルト系複合酸化物を含み、単粒子状であり、前記単粒子の平均粒径(D₅₀)は0.5μm～8μmである第2正極活物質とを含む正極活物質と、これを含む正極およびリチウム二次電池に関する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含み、複数の一次粒子が凝集してなる二次粒子状であり、前記二次粒子の平均粒径（Ｄ
50
）は１０μｍ～２５μｍである第１正極活物質と、
層状型のリチウムニッケル－コバルト系複合酸化物を含み、単粒子状であり、前記単粒子の平均粒径（Ｄ
50
）は０．５μｍ～８μｍである第２正極活物質とを含む正極活物質。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
第１正極活物質および第２正極活物質の総１００重量％に対して、第１正極活物質は６０重量％～９５重量％含まれ、第２正極活物質は５重量％～４０重量％含まれる、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物は、リチウムを除いた金属全体１００モル％に対するニッケルの含有量が６０モル％～８０モル％であり、マンガンの含有量が１０モル％以上である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物は、アルミニウムをさらに含み、リチウムを除いた金属全体１００モル％に対するアルミニウムの含有量は１モル％～３モル％である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項５】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物内においてアルミニウムの濃度は均一である、請求項４に記載の正極活物質。
【請求項６】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物において、リチウムを除いた金属全体１００モル％に対するコバルトの含有量は０モル％～０．０１モル％である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物は、化学式１で表されるものである、請求項１に記載の正極活物質：
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｎｉ
x1
Ｍｎ
y1
Ａｌ
z1
Ｍ
1
w1
Ｏ
2-b1
Ｘ
b1
化学式１中、０．９≦ａ１≦１．８、０．６≦ｘ１≦０．８、０．１≦ｙ１≦０．４、０≦ｚ１≦０．０３、０≦ｗ１≦０．３、０．９≦ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１．１、および０≦ｂ１≦０．１であり、Ｍ
1
は、Ｂ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、およびＺｒより選択される１つ以上の元素であり、Ｘは、Ｆ、ＰおよびＳより選択される１つ以上の元素である。
【請求項８】
第１正極活物質は、層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含むコア粒子と、
前記コア粒子の表面に位置し、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｚｎ、Ｚｒ、またはこれらの組み合わせを含むコーティング層とを含む、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記コーティング層は、Ａｌを含み、前記コア粒子の表面を連続的に囲むシェル形態である、請求項８に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記コーティング層の厚さは５ｎｍ～２００ｎｍである、請求項８に記載の正極活物質。
（【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】
正極活物質とこれを含む正極およびリチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
携帯電話、ノートパソコン、スマートフォンなどの移動情報端末の駆動電源として高いエネルギー密度を有しながらも携帯が容易なリチウム二次電池が主に用いられている。最近は、エネルギー密度が高いリチウム二次電池をハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用電源または電力貯蔵用電源として用いるための研究が活発に行われている。
【０００３】
このような用途に符合するリチウム二次電池を実現するために多様な正極活物質が検討されている。そのうち、リチウムニッケル系酸化物、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物、リチウムコバルト酸化物などが主に正極活物質として使用される。しかし、最近、大型、高容量、または高エネルギー密度のリチウム二次電池に対する需要は急増するのに対し、希少金属のコバルトが含まれている正極活物質の供給量は非常に不足することが予想される。つまり、コバルトは高価格で残っている埋蔵量が多くないため、コバルトを除外したりその含有量を減少させた正極活物質に対する開発が必要な状況である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
エネルギー密度が高く、高電圧駆動条件で優れた寿命特性を実現し、高温保存特性に優れた正極活物質を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一実施形態では、層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含み、複数の一次粒子が凝集してなる二次粒子状であり、前記二次粒子の平均粒径（Ｄ
50
）は１０μｍ～２５μｍである第１正極活物質と、層状型のリチウムニッケル－コバルト系複合酸化物を含み、単粒子（ｓｉｎｇｌｅｐａｒｔｉｃｌｅ）状であり、前記単粒子の平均粒径（Ｄ
50
）は０．５μｍ～８μｍである第２正極活物質とを含む正極活物質を提供する。
【０００６】
他の実施形態では、正極集電体と、前記正極集電体上に位置する正極活物質層とを含み、前記正極活物質層は、前述した正極活物質を含む正極を提供する。
【０００７】
他の実施形態では、前記正極と、負極と、電解質とを含むリチウム二次電池を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
一実施形態により製造された正極活物質は、体積あたりの容量とエネルギー密度が高く、高電圧条件での初期充放電効率と寿命特性に優れ、高温保存特性に優れている。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、具体的な実施形態について、この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詳細に説明する。しかし、本発明は種々の異なる形態で実現可能であり、ここで説明する実施形態に限定されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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