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公開番号2025130725
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-08
出願番号2025029973
出願日2025-02-27
発明の名称正極活物質、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 20100101AFI20250901BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高密度、高容量、および長寿命特性を実現し、高温保存ガス発生量を低減させることができる正極活物質と、これを適用した正極およびリチウム二次電池を提供する。
【解決手段】一実施形態による正極活物質は、層状型のリチウムニッケル-マンガン系複合酸化物を含み、複数の1次粒子が凝集された2次粒子形態であるコア粒子;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;および前記1次粒子の表面に位置し、コバルトを含有する粒界コーティング部;を含む。
【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次粒子が凝集された２次粒子形態であるコア粒子；
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；および
前記１次粒子の表面に位置し、コバルトを含有する粒界コーティング部；
を含む正極活物質。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
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量が６０モル％～８０モル％であり、マンガンの含量が１５モル％以上である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
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４】
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でアルミニウムの濃度は均一である、請求項３に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物で、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６】
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、Ｚｒ、およびＺｎから選択される一つ以上の元素であり、ＸはＦ、Ｐ、およびＳから選択される一つ以上の元素である。
【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％に対する前記アルミニウムコーティング層のアルミニウム含量は０．１モル％～３．０モル％である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記アルミニウムコーティング層上にジルコニウム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９】
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％に対する前記ジルコニウムコーティング層のジルコニウム含量は０．１モル％～１．５モル％である、請求項８に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記アルミニウムコーティング層は、前記コア粒子表面を連続的に囲むシェル形態である、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、これを含む正極およびリチウム二次電池に関するものである。
続きを表示（約 1,600 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反面、希少金属であるコバルトが含有された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。即ち、コバルトは高価であり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】
高密度、高容量、および長寿命特性を実現し、高温保存ガス発生量を低減させることができる正極活物質と、これを適用した正極および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】
一実施形態で、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次粒子が凝集された２次粒子形態であるコア粒子；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；および前記１次粒子の表面に位置し、コバルトを含有する粒界コーティング部；を含む正極活物質を提供する。
【０００６】
他の一実施形態で、（ｉ）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次粒子が凝集された２次粒子形態であるコア粒子を準備する段階；（ｉｉ）水系溶媒とアルミニウム原料を含有するアルミニウムコーティング溶液を準備する段階；（ｉｉｉ）前記アルミニウムコーティング溶液に前記コア粒子を投入し混合した後に乾燥してコーティング品を製造する段階；および（ｉｖ）前記コーティング品とコバルト原料を乾式混合して熱処理して正極活物質を得る段階；を含む正極活物質の製造方法を提供する。
【０００７】
他の一実施形態で、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】
一実施形態による正極活物質は、高密度、高容量、および長寿命特性を実現し、高温保存ガス発生量を低減させることができる。
【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した図面である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示した図面である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示した図面である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示した図面である。
実施例１で製造した正極活物質の断面に対するＳＥＭ－ＥＤＳイメージである。
実施例１で製造した正極活物質の断面に対するＳＥＭ－ＥＤＳイメージである。
実施例１で製造した正極活物質の断面におけるコバルト元素のマッピングのＳＥＭ－ＥＤＳ分析画像である。
【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することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々の異なる形態で実現することができ、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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