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公開番号2025165882
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-05
出願番号2025063585
出願日2025-04-08
発明の名称リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法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 20100101AFI20251028BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法及びこれを含むリチウム二次電池の提供。
【解決手段】化学式1の化合物を含み、第1平均粒径を有する第1粒子と、化学式2の化合物を含み、第1平均粒径より小さい第2平均粒径を有する第2粒子を含むリチウム二次電池用正極活物質。
[化学式1]Li_a1Mn_z1Fe_x1B1_y1PO_4-b1、0.8≦a1≦1.2、0.4≦z1≦0.9、0.1≦x1≦0.6、0≦y1≦0.05、0≦b1≦0.05、及びx1+y1+z1=1で、
[化学式2]Li_a2Fe_x2B2_y2PO_4-b2、0.8≦a2≦1.2、0.950≦x2≦0.999、0.001≦y2≦0.05、0≦b2≦0.05、及びx2+y2=1であり、化学式1のB1及び化学式2のB2各々は、Ti及びMgからなる群より選択された少なくとも一つの元素である。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
下記の化学式１の化合物を含み、第１平均粒径を有する第１粒子と、
下記の化学式２の化合物を含み、前記第１平均粒径より小さい第２平均粒径を有する第２粒子と、を含むものの、
前記第２粒子の含量は、前記第１粒子の含量より大きい正極活物質：
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
z1
Ｆｅ
x1
Ｂ１
y1
ＰＯ
4-b1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２、０．４≦ｚ１≦０．９、０．１≦ｘ１≦０．６、０≦ｙ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１で、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｆｅ
x2
Ｂ２
y2
ＰＯ
4-b2
前記化学式２において、０．８≦ａ２≦１．２、０．９５０≦ｘ２≦０．９９９、０．００１≦ｙ２≦０．０５、０≦ｂ２≦０．０５、及びｘ２＋ｙ２＝１であり、
前記化学式１のＢ１及び前記化学式２のＢ２各々は、Ｔｉ及びＭｇからなる群より選択された少なくとも一つの元素である。
続きを表示（約 740 文字）【請求項２】
前記第１粒子は、凝集された複数の第１一次粒子を含み、
前記第２粒子は、少なくとも一つの第２一次粒子を含み、
前記複数の第１一次粒子の大きさは、前記第２一次粒子の大きさより小さい請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
前記第１一次粒子の大きさは、５０ｎｍないし１５０ｎｍである請求項２に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記第１粒子と前記第２粒子との混合比は、４０：６０ないし１０：９０である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記正極活物質内のリチウムを除いた金属元素に対するＭｎの含量は、１０ａｔ％ないし３０ａｔ％である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記正極活物質の合剤密度は、２．０ｇ／ｃｃないし２．５ｇ／ｃｃである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
前記第１粒子は、炭素を含有する第１コート層を含み、
前記第１粒子内の炭素の含量は、１．５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８】
前記第２粒子は、炭素を含有する第２コート層を含み、
前記第１粒子内の炭素の含量は、前記第２粒子内の炭素の含量より大きい請求項７に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１粒子の空隙率は、３０％ないし５０％である請求項１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、０．３ないし０．７５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】
本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、その製造方法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、その製造方法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 1,400 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。
【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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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導電度を有する正極活物質を提供することにある。
【０００５】
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、高い作動電圧及び高い低温特性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】
【０００６】
本発明の概念による、正極活物質は、下記の化学式１の化合物を含み、第１平均粒径を有する第１粒子と、下記の化学式２の化合物を含み、前記第１平均粒径より小さい第２平均粒径を有する第２粒子を含むことができる。前記第２粒子の含量は、前記第１粒子の含量より大きくてもよい。
［化学式１］
Ｌｉa1Ｍｎz1Ｆｅx1Ｂ１y1ＰＯ4-b1
【０００７】
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２、０．４≦ｚ１≦０．９、０．１≦ｘ１≦０．６、０≦ｙ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１でありうる。
［化学式２］
Ｌｉa2Ｆｅx2Ｂ２y2ＰＯ4-b2
【０００８】
前記化学式２において、０．８≦ａ２≦１．２、０．９５０≦ｘ２≦０．９９９、０．００１≦ｙ２≦０．０５、０≦ｂ２≦０．０５、及びｘ２＋ｙ２＝１でありうる。
【０００９】
前記化学式１のＢ１及び前記化学式２のＢ２各々は、Ｔｉ及びＭｇ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うる。
【００１０】
本発明の他の概念による、正極活物質の製造方法は、第１平均粒径を有する第１粒子を製造すること、前記第１平均粒径より小さい第２平均粒径を有する第２粒子を製造すること、前記第１粒子と前記第２粒子とを混合することを含むことができる。前記第１粒子を製造することは、マンガンリン酸鉄前駆体、第１リチウムソース、第１炭素ソース及び第１ドーパントソースを混合して第１混合物を形成することと、前記第１混合物を噴霧乾燥で乾燥することと、乾燥された前記第１混合物を焼成することとを含むことができる。前記第２粒子を製造することは、リン酸鉄前駆体、第２リチウムソース、第２炭素ソース及び第２ドーパントソースを混合して第２混合物を形成することと、前記第２混合物を湿式粉砕することと、前記第２混合物を乾燥することと、乾燥された前記第２混合物を焼成することとを含むことができる。前記第２粒子の含量が前記第１粒子の含量より大きいように混合されうる。
（【００１１】以降は省略されています）

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