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公開番号2025165410
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-04
出願番号2025070367
出願日2025-04-22
発明の名称リチウム二次電池用正極活物質、これを含む正極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 4/58 20100101AFI20251027BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】本発明は、高いエネルギー密度、高い作動電圧、及び高い伝導度を有する正極活物質を提供することを課題とする。
【解決手段】本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、これを含む正極、及びこれを含むリチウム二次電池に関し、さらに詳細には、下記化学式1の化合物を含む第1粒子を含む正極活物質であって、第1粒子は、少なくとも一つの一次粒子を含み、前記一次粒子の平均大きさは、50nmないし300nmである正極活物質である。
[化学式1]Li_aMn_xFe_1-xM_yPO_4-b
化学式1において、0.8≦a≦1.2、0.2≦x≦0.8、0≦y≦0.05及び0≦b≦0.05であり、Mは、Al、Mg、Zr、V、Zn、Nb、K、Y、B及びCuからなる群より選択された少なくとも一つの元素であり、第1粒子は、Tiをさらに含み、第1粒子のTi含量は、1000ppmないし9,000ppmである。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
下記化学式１で表れる化合物を含む第１粒子を含む正極活物質であって、
前記第１粒子は、少なくとも一つの一次粒子（ｐｒｉｍａｒｙｐａｒｔｉｃｌｅ）を含み、
前記一次粒子の大きさは、５０ｎｍないし３００ｎｍである正極活物質：
［化学式１］
Ｌｉ
a
Ｍｎ
x
Ｆｅ
1-x
Ｍ
y
ＰＯ
4-b
前記化学式１において、０．８≦ａ≦１．２、０．２≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０５及び０≦ｂ≦０．０５であり、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｋ、Ｙ、Ｂ及びＣｕからなる群より選択された少なくとも一つの元素であり、
前記第１粒子は、Ｔｉをさらに含み、
前記第１粒子のＴｉの含有量は、１０００ｐｐｍないし９，０００ｐｐｍである。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
ｘは、０．５ないし０．８である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
Ｍは、ＭｇまたはＶである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記第１粒子は、炭素を含有するコート層を含み、
前記第１粒子内の炭素の含有量は、１．０重量％ないし２．５重量％である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記第１粒子は、単粒子形態を有し、
前記第１粒子の第１平均粒径は、０．２μｍないし２．５μｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第１粒子は、互いに凝集された複数個の一次粒子を含み、
前記第１粒子の第２平均粒径は、１μｍないし２０μｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
前記一次粒子の平均の大きさは、２０ｎｍないし２００ｎｍである請求項６に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記第１粒子は、前記複数個の一次粒子間の界面上の粒径コート層をさらに含み、
前記粒径コート層は、炭素を含有する請求項６に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１粒子の空隙率は、２０％ないし６０％である請求項６に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記第１粒子の粒度分析器（Ｐａｒｔｉｃｌｅｓｉｚｅａｎａｌｙｚｅｒ）で分析したＳｐａｎ値は０．５ないし７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、リチウム二次電池用正極活物質、これを含む正極及びこれを含むリチウム二次電池に関し、さらに詳細には、オリビン系リチウム化合物を含む正極活物質、これを含む正極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 1,700 文字）【背景技術】
【０００２】
最近、携帯電話、ノート型コンピュータ、電気自動車など電池を使用する電子機器の急速な補給に伴って、エネルギー密度が高く、かつ高容量である二次電池の需要が急速に増大しつつある。これに伴って、リチウム二次電池の性能向上のための研究開発が盛んに進められている（特許文献１）。
【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を含む電池であって、リチウムイオンが正極及び負極から挿入／脱離される時の酸化及び還元反応により電気エネルギーを生産する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
韓国特許第１０－２５５３５７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、高いエネルギー密度、高い作動電圧、及び高い伝導度を有する正極活物質を提供することにある。
【０００６】
本発明が解決しようとする他の課題は、高いエネルギー密度、高い作動電圧、高い低温特性、及び長い寿命を有するリチウム二次電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施例による正極活物質は、下記化学式１で表れる化合物を含む第１粒子を含み、第１粒子は、少なくとも一つの一次粒子（ｐｒｉｍａｒｙｐａｒｔｉｃｌｅ）を含み、一次粒子の平均大きさは、５０ｎｍないし３００ｎｍであり得る。
［化学式１］
Ｌｉ
a
Ｍｎ
x
Ｆｅ
1-x
Ｍ
y
ＰＯ
4-b
化学式１において、０．８≦ａ≦１．２、０．２≦ｘ≦０．８、０≦ｙ≦０．０５及び０≦ｂ≦０．０５であり、Ｍは、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｖ、Ｚｎ、Ｎｂ、Ｋ、Ｙ、Ｂ及びＣｕからなる群より選択された少なくとも一つの元素であり、第１粒子は、Ｔｉをさらに含み、第１粒子のＴｉの含量は、１０００ｐｐｍないし９０００ｐｐｍであり得る。
【発明の効果】
【０００８】
本発明による正極活物質は、電気伝導度、容量及びエネルギー密度が向上することができる。本発明によるリチウム二次電池は、低温及び寿命特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
本発明の実施例によるリチウム二次電池を簡略に示した概念図である。
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。
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。
本発明の実施例によるリチウム二次電池の正極活物質層の拡大図である。
本発明の実施例によるリチウム二次電池の正極活物質層の拡大図である。
本発明の実施例による正極活物質の製造方法を説明するためのフローチャートである。
本発明の実施例の正極活物質に対するＳＥＭイメージである。
本発明の比較例の正極活物質に対するＳＥＭイメージである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書で、ある構成要素が他の構成要素上にあると言及される場合に、それは他の構成要素上に直接形成されるか、又はそれらの間に第３の構成要素が介在されることができることを意味する。しかし、本発明は以下で開示される実施形態に限定されることではなく、さまざまな形態で実施されることができ、多様な変更を加えることができる。単なる、本実施形態の説明を通じて本発明の開示が完全になるようにし、本発明が属する技術分野の通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されているものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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