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公開番号2025165897
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-05
出願番号2025068022
出願日2025-04-17
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 20100101AFI20251028BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】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の提供。
【解決手段】リチウム二次電池用正極活物質は、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、前記第1平均粒径より大きい第2平均粒径を有する第2粒子と、を含むものの、前記第1粒子と前記第2粒子の混合比は、95:5ないし99.5:0.5である。
【選択図】図6a
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平均粒径より大きい第２平均粒径を有する第２粒子と、を含み、
前記第１粒子と前記第２粒子の混合比は、９５：５ないし９９．５：０．５の正極活物質：
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
b1
Ｆｅ
x1
Ｂ
y1
ＰＯ
4-c1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２，０．５≦ｂ１≦０．９、０．１≦ｘ１≦０．５，０．００１≦ｙ１≦０．０５，０≦ｃ１≦０．０５及びｂ１＋ｘ１＋ｙ１＝１で、Ｂは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ及びＡｌ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、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｆｅ
b2
Ｏ
c2
前記化学式２において、１≦ａ２≦５，０．９≦ｂ２≦１．１、及び２≦ｃ２≦４である。
続きを表示（約 680 文字）【請求項２】
前記混合比は、９９：１ないし９９．５：０．５である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
前記第１粒子及び前記第２粒子の各々は、単粒子形態を有する請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記第１粒子は、複数個の１次粒子が互いに付着された２次粒子形態を有し、
前記第２粒子は、単粒子形態を有する請求項１に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記第１粒子は、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１．５ｗｔ％ないし２．５ｗｔ％である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第２粒子は、第２コート層を含み、
前記第２コート層は、ボロン含有化合物、アルミニウム含有化合物またはこれらの組み合わせを含む請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
前記第１平均粒径は、０．４μｍないし１０μｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記第２平均粒径は、４μｍないし１０μｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記正極活物質の圧縮密度は、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１０】
正極集電体と、
前記正極集電体上の正極活物質層と、を含み、
前記正極活物質層は、請求項１に記載の正極活物質、導電材及びバインダを含むリチウム二次電池用正極。
（【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 1,400 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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
韓国特許出願公開第２０１２－００８７５４０号明細書
【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導電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、高い充放電効率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】
【０００７】
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平均粒径より大きい第２平均粒径を有する第２粒子と、を含む。前記第１粒子と前記第２粒子の混合比は、９５：５ないし９９．５：０．５でありうる。
［化学式１］
Ｌｉa1Ｍｎb1Ｆｅx1Ｂy1ＰＯ4-c1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２，０．５≦ｂ１≦０．９、０．１≦ｘ１≦０．５，０．００１≦ｙ１≦０．０５，０≦ｃ１≦０．０５及びｂ１＋ｘ１＋ｙ１＝１で、Ｂは、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ及びＡｌ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。
［化学式２］
Ｌｉa2Ｆｅb2Ｏc2
前記化学式２において、１≦ａ２≦５，０．９≦ｂ２≦１．１、及び２≦ｃ２≦４である。
【０００８】
本発明の他の概念による、リチウム二次電池用正極は、正極集電体と、前記正極集電体上の正極活物質層とを含むことができる。前記正極活物質層は、前記正極活物質、導電材及びバインダを含むことができる。
【０００９】
本発明のさらに他の概念による、リチウム二次電池は、前記正極と、負極集電体及び前記負極集電体上の負極活物質層を含む負極と、前記正極と前記負極との間のセパレータとを含むことができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による正極活物質は、数百ナノメートルサイズのオリビン系第１粒子を含むことができる。本発明による正極活物質は、犠牲正極として機能する数マイクロメートルサイズの単結晶形態の第２粒子を含むことができる。これにより、本発明の正極活物質の合剤密度、容量及びエネルギー密度が向上することができる。本発明による正極活物質層は、相対的に少ない量のバインダでも正極集電体に円滑に付着できる。本発明によるリチウム二次電池は、相対的に高い平均電圧を有することができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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