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公開番号2025114514
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-05
出願番号2025010202
出願日2025-01-24
発明の名称正極活物質、その製造方法、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 20100101AFI20250729BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】経済性、高容量および長寿命特性が確保され、高電圧特性と高温特性が改善された正極活物質、その製造方法、およびこれを含む正極とリチウム二次電池を提供する。
【解決手段】ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル-マンガン-アルミニウム系複合酸化物を含有するコア粒子;を含む正極活物質であって、前記コア粒子は複数の1次粒子が凝集してなる2次粒子形態であり、前記2次粒子の平均粒径(D₅₀)は10μm～25μmであり、前記ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル-マンガン-アルミニウム系複合酸化物でリチウムを除いた金属全体100モル%に対するジルコニウムの含有量は0.2モル%～0.8モル%である正極活物質を提供する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル－マンガン－アルミニウム系複合酸化物を含有するコア粒子；を含む正極活物質であって、
前記コア粒子は、複数の１次粒子が凝集してなる２次粒子形態であり、
前記２次粒子の平均粒径（Ｄ
50
）は１０μｍ～２５μｍであり、
前記ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル－マンガン－アルミニウム系複合酸化物でリチウムを除いた金属全体１００モル％に対するジルコニウムの含有量は０．２モル％～０．８モル％である、正極活物質。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル－マンガン－アルミニウム系複合酸化物で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は６０モル％～８０モル％であり、マンガンの含有量は１０モル％以上であり、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３】
前記コア粒子内でアルミニウムの濃度は均一である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル－マンガン－アルミニウム系複合酸化物で、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５】
前記ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル－マンガン－アルミニウム系複合酸化物は、下記化学式１で表される、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
Ｚｒ
v1
Ｍ
1
w1
Ｏ
2-b1
Ｘ
b1
前記化学式１中、０．９≦ａ１≦１．８、０．６≦ｘ１≦０．８、０．１≦ｙ１≦０．３８、０．０１≦ｚ１≦０．０３、０．００２≦ｖ１≦０．００８、０≦ｗ１≦０．２、０．９≦ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＋ｖ１＋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、およびＺｎより選択される一つ以上の元素であり、ＸはＦ、ＰおよびＳより選択される一つ以上の元素である。
【請求項６】
前記コア粒子の表面に位置し、アルミニウムを含有するコーティング層をさらに含む、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
前記正極活物質全体でリチウムを除いた金属全体１００モル％に対する前記コーティング層でのアルミニウム含有量は０．５モル％～１．５モル％である、請求項６に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記コーティング層は、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６に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記コーティング層の厚さは３０ｎｍ～５００ｎｍである、請求項６に記載の正極活物質。
【請求項１０】
一つの正極活物質粒子内で前記コーティング層の厚さの偏差は２０％以下である、請求項６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】
本発明は、正極活物質、その製造方法、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 1,900 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器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使用されている。最近はエネルギー密度の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使用するための研究が活発に行われている。
【０００３】
このような用途に合致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用いられる。しかし、近年、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反面、希少金属であるコバルトを含有している正極活物質の供給量は非常に不足すると予想される。つまり、コバルトは高価で、残っている埋蔵量が多くないため、コバルトを除くか、または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】
本発明は、リチウムニッケル－マンガン－アルミニウム系複合酸化物を含む正極活物質であって、経済性、高容量および長寿命特性が確保され、高電圧特性と高温特性が改善された正極活物質、その製造方法、およびこれを含む正極と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】
【０００５】
本発明の一実施形態では、ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル－マンガン－アルミニウム系複合酸化物を含有するコア粒子；を含む正極活物質であって、前記コア粒子は複数の１次粒子が凝集してなる２次粒子形態であり、前記２次粒子の平均粒径（Ｄ
50
）は１０μｍ～２５μｍであり、前記ジルコニウムがドーピングされた層状型のリチウムニッケル－マンガン－アルミニウム系複合酸化物でリチウムを除いた金属全体１００モル％に対するジルコニウムの含有量は０．２モル％～０．８モル％である正極活物質を提供する。
【０００６】
本発明の他の一実施形態では、ニッケル－マンガン－アルミニウム系複合水酸化物、ジルコニウム原料、およびリチウム原料を混合して熱処理する段階；を含み、前記ニッケル－マンガン－アルミニウム系複合水酸化物の金属全体と前記ジルコニウム原料のジルコニウム総合１００モル％に対して、前記ジルコニウム原料のジルコニウム含有量は０．２モル％～０．８モル％である正極活物質の製造方法を提供する。
【０００７】
本発明の他の一実施形態では、正極集電体、および前記正極集電体上に位置する正極活物質層を含み、前記正極活物質層は、上述した正極活物質を含む正極を提供する。
【０００８】
本発明の他の一実施形態では、前記正極、負極、および電解質を含むリチウム二次電池を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の一実施形態による正極活物質は、生産価格を最小化し、かつ、容量を極大化したもので、長寿命特性が確保され、高電圧での特性および高温特性が改善される。前記正極活物質を適用したリチウム二次電池は、高電圧駆動条件でも高い初期充放電容量および効率を示すことができ、高電圧、高温条件で長寿命特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
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。
実施例１で製造した最終正極活物質の表面に対するＳＥＭ－ＥＤＳイメージである。
実施例１で製造した正極活物質コーティング品の表面に対するＳＥＭイメージである。
実施例１で製造した正極活物質コーティング品の表面に対するＳＥＭイメージである。
実施例２で製造した正極活物質コーティング品の表面に対するＳＥＭイメージである。
実施例２で製造した正極活物質コーティング品の表面に対するＳＥＭイメージである。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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