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公開番号2025129133
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-04
出願番号2025023288
出願日2025-02-17
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 20100101AFI20250828BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】容量特性、初期充放電効率、および高温寿命特性を向上させる正極活物質の提供。
【解決手段】層状型リチウムニッケル-マンガン系複合酸化物を含み、複数の1次粒子が凝集してなる2次粒子形態のコア粒子、前記コア粒子の表面に位置するアルミニウムコーティング層を含む第1正極活物質、および層状型リチウムニッケル-マンガン系複合酸化物を含み、単粒子形態のコア粒子、および前記コア粒子の表面に位置するアルミニウムコーティング層を含み、第1正極活物質よりも小さい平均粒径(D₅₀)を有する第2正極活物質を含む正極活物質であり、化成以降1C=200mAh/g、0.2C、および印加電流0.5mA～0.7mAの条件で評価した、電圧に応じたdQ/dVグラフにおいて、1番目のピークでの電圧(V)に対するピーク強度(H)の比(H/V)は、(2.20×10²)～(3.10×10²)である正極活物質。
【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１次粒子が凝集してなる２次粒子形態のコア粒子、および前記コア粒子の表面に位置するアルミニウムコーティング層を含む第１正極活物質、および
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、単粒子形態のコア粒子、および前記コア粒子の表面に位置するアルミニウムコーティング層を含み、第１正極活物質よりも小さい平均粒径（Ｄ
50
）を有する第２正極活物質を含む正極活物質であり、
化成以降１Ｃ＝２００ｍＡｈ／ｇ、０．２Ｃ、および印加電流０．５ｍＡ～０．７ｍＡの条件で評価した、電圧に応じたｄＱ／ｄＶグラフにおいて、１番目のピークでの電圧（Ｖ）に対するピーク強度（Ｈ）の比（Ｈ／Ｖ）は、（２．２０×１０
2
）～（３．１０×１０
2
）である、正極活物質。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記ｄＱ／ｄＶグラフの１番目のピークにおいて、電圧（Ｖ）は、３．６０Ｖ～３．８５Ｖの範囲に位置し、ピーク強度（Ｈ）は、８００ｍＡｈ／ｇＶ～１０００ｍＡｈ／ｇＶの範囲である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
前記ｄＱ／ｄＶグラフは、３．６０Ｖ～３．８５Ｖの電圧範囲で一つのピークだけ含む請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
化成時の電圧に応じたｄＱ／ｄＶグラフは、３．６０Ｖ～３．８５Ｖの電圧範囲で２つのピークを示す請求項３に記載の正極活物質。
【請求項５】
化成時の電圧に応じたｄＱ／ｄＶグラフは、１番目の電圧値（Ｖ
1
）および２番目の電圧値（Ｖ
2
）でピークを示し、Ｖ
1
＜Ｖ＜Ｖ
2
を満たす請求項４に記載の正極活物質。
【請求項６】
化成時の電圧に応じたｄＱ／ｄＶグラフにおいて、１番目の電圧値（Ｖ
1
）でのピーク強度がＨ
1
であり、２番目の電圧値（Ｖ
2
）でのピーク強度がＨ
2
である時、Ｈ
1
＜Ｈ＜Ｈ
2
を満たす請求項５に記載の正極活物質。
【請求項７】
（Ｈ
1
／Ｖ
1
）＜（Ｈ／Ｖ）＜（Ｈ
2
／Ｖ
2
）を満たす請求項６に記載の正極活物質。
【請求項８】
第１正極活物質と第２正極活物質の合計１００重量％に対して、第１正極活物質は、６０重量％～９５重量％で含まれ、第２正極活物質は、５重量％～４０重量％で含まれる請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
第１正極活物質の前記２次粒子の平均粒径（Ｄ
50
）は、１０μｍ～２０μｍであり、
第２正極活物質の前記単粒子の平均粒径（Ｄ
50
）は、１μｍ～８μｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項１０】
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、および第２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、同じか異なり、それぞれ独立して、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 1,800 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持ち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。近年、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保存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】
このような用途に適合するリチウム二次電池を実現するために、様々な正極活物質が検討されている。その中で、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に使用される。ところで、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一方、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と予想される。すなわち、コバルトは、高くて残っている埋蔵量が多くないため、コバルトを除いたり、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】
リチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含む正極活物質として、エネルギー密度を高め、高温および高電圧での性能を改善して、容量特性、初期充放電効率、および高温寿命の特性を向上させる。
【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１次粒子が凝集してなる２次粒子形態のコア粒子、および前記コア粒子の表面に位置するアルミニウムコーティング層を含む第１正極活物質、および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、単粒子形態のコア粒子、および前記コア粒子の表面に位置するアルミニウムコーティング層を含み、第１正極活物質よりも小さい平均粒径（Ｄ
50
）を有する第２正極活物質を含む正極活物質として、化成以降１Ｃ＝２００ｍＡｈ／ｇ、０．２Ｃ、および印加電流０．５ｍＡ～０．７ｍＡの条件で評価した、電圧に応じたｄＱ／ｄＶグラフにおいて、１番目のピークでの電圧値（Ｖ）に対するピーク強度（Ｈ）の比（Ｈ／Ｖ）は、（２．２０×１０
2
）～（３．１０×１０
2
）である正極活物質を提供する。
【０００６】
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、前述の正極活物質を含む正極を提供する。
【０００７】
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】
【０００８】
一実施形態に係る正極活物質は、生産コストを最少化しながら容量とエネルギー密度を最大化したもので、長寿命特性が確保され、高電圧での特性と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、高い初期充放電容量および効率を示すことができ、優れた高温寿命の特性と高温保存特性を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
一実施形態に係るリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態に係るリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態に係るリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態に係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のハーフセルに対する化成時のｄＱ／ｄＶグラフである。
実施例１のハーフセルに対する化成以後標準充放電時のｄＱ／ｄＶグラフである。
比較例１のハーフセルに対する化成時と標準充放電時のｄＱ／ｄＶグラフである。
比較例２のハーフセルに対する化成時と標準充放電時のｄＱ／ｄＶグラフである。
【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、この技術分野で通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は、様々な異なる形態で実施することができ、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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