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公開番号2025165917
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-05
出願番号2025071249
出願日2025-04-23
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】低温容量、平均電圧、エネルギー密度及び寿命が向上した電池特性を有し、かつ集電体との接着力も高い正極活物質、その製造方法並びにリチウム二次電池を提供する。
【解決手段】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、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。第1粒子及び前記第2粒子の各々は、球状の2次粒子形態を有し、第1粒子の含量は、第2粒子の含量以上であるリチウム二次電池用正極活物質。
[化学式1]Li_a1Mn_w1Fe_x1Ti_y1B1_z1PO_4-b1であり、
[化学式2]Li_a2Fe_x2Ti_y2B2_z2PO_4-b2であり、
化学式1のB1及び化学式2のB2各々は、酸化数が4である遷移金属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粒子及び前記第２粒子の各々は、球状の２次粒子形態を有し、
前記第１粒子の含量は、前記第２粒子の含量以上である正極活物質：
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
w1
Ｆｅ
x1
Ｔｉ
y1
Ｂ１
z1
ＰＯ
4-b1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２，０．３≦ｗ１≦０．７，０．３≦ｘ１≦０．７，０≦ｙ１≦０．０５，０≦ｚ１≦０．０５，０≦ｂ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＋ｚ１＋ｗ１＝１であり、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｆｅ
x2
Ｔｉ
y2
Ｂ２
z2
ＰＯ
4-b2
前記化学式２において、０．８≦ａ２≦１．２，０．９００≦ｘ２≦０．９９９、０．００１≦ｙ２≦０．０５，０≦ｚ２≦０．０５，０≦ｂ２≦０．０５、及びｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝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、酸化数が４である遷移金属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 830 文字）【請求項２】
前記第１粒子と前記第２粒子の混合比は、５０：５０ないし９９：１である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
前記第１粒子は、互いに凝集した複数個の第１一次粒子を含み、
前記第２粒子は、互いに凝集した複数個の第２一次粒子を含み、
前記複数個の第１一次粒子の大きさは、前記複数個の第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４】
前記複数個の第１一次粒子の大きさは、５０ｎｍないし２００ｎｍである、請求項３に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記複数個の第２一次粒子の大きさは、２００ｎｍないし３００ｎｍである、請求項３に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第１粒子のＴｉ含量が前記第２粒子のＴｉ含量より大きい、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
前記第１粒子の前記Ｔｉ含量は、１，０００ｐｐｍないし３，０００ｐｐｍであり、
前記第２粒子の前記Ｔｉ含量は、１，０００ｐｐｍないし３，０００ｐｐｍである、請求項６に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記第１粒子と前記第２粒子の混合比は、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の含量が２５ａｔ％ないし７０ａｔ％である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１平均粒径は１μｍないし７μｍで、
前記第２平均粒径は３μｍないし１０μｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記第１粒子及び第２粒子は、炭素を含有する第１コート層を含み、
前記第１粒子内の炭素含量は、１．５重量％ないし２．０重量％であり、
前記第２粒子内の炭素含量は、１．０重量％ないし１．９重量％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 1,600 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】
韓国出願公開２０１４－００６８８９３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、低温容量、平均電圧、エネルギー密度及び寿命が向上した電池特性を有し、かつ集電体との接着力も高い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、低温容量、平均電圧、エネルギー密度及び寿命が向上した電池特性を有し、かつ集電体との接着力も高い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粒子と、を含むことができる。前記第１粒子の含量は、前記第２粒子の含量以上であってもよい。
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
w1
Ｆｅ
x1
Ｔｉ
y1
Ｂ１
z1
ＰＯ
4-b1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２，０．３≦ｗ１≦０．７，０．３≦ｘ１≦０．７，０≦ｙ１≦０．０５，０≦ｚ１≦０．０５，０≦ｂ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＋ｚ１＋ｗ１＝１でありうる。
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｆｅ
x2
Ｔｉ
y2
Ｂ２
z2
ＰＯ
4-b2
前記化学式２において、０．８≦ａ２≦１．２，０．９００≦ｘ２≦０．９９９、０．００１≦ｙ２≦０．０５，０≦ｚ２≦０．０５，０≦ｂ２≦０．０５、及びｘ２＋ｙ２＋ｚ２＝１でありうる。
【０００８】
前記化学式１のＢ１及び前記化学式２のＢ２各々は、酸化数が４である遷移金属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。
【０００９】
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と、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粒子を製造することと、前記第１粒子と前記第２粒子を５０：５０乃至９９：１の混合比で混合することと、を含むことができる。
【００１０】
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チタン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、乾燥した前記第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チタン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混合物を噴霧乾燥で乾燥することと、乾燥した前記第２混合物を焼成することと、を含むことができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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