特許ウォッチ

公開番号2025166798
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2025066095
出願日2025-04-14
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 20100101AFI20251029BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】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。
【解決手段】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、より詳細には、化学式1の化合物を含み、オリビン構造を有する第1粒子、化学式2の化合物を含み、スピネル構造を有する第2粒子、化学式3の化合物を含み、層状構造を有する第3粒子、及び化学式4の化合物を含む第4粒子、を含む正極活物質に関する。正極活物質の全体重量に対する第4粒子の重量比は0.5wt%乃至5wt%である。
【選択図】図6A
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質であって、
下記の化学式１の化合物を含み、オリビン構造を有する第１粒子と、
下記の化学式２の化合物を含み、スピネル構造を有する第２粒子と、
下記の化学式３の化合物を含み、層状構造を有する第３粒子と、
下記の化学式４の化合物を含む第４粒子と、
を含み、
前記正極活物質の全体重量に対する前記第４粒子の重量比は、０．５ｗｔ％乃至５ｗｔ％である、正極活物質。
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
b1
Ｆｅ
x1-
Ａ
y1
ＰＯ
4-c1
（前記化学式１で、０．８≦ａ１≦１．２、０．５≦ｂ１≦０．９、０．１≦ｘ１≦０．５、０≦ｙ１≦０．０５、０≦ｃ１≦０．０５、及びｂ１＋ｘ１＋ｙ１＝１であり、Ａは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、及びＭｇからなる群から選択された少なくとも１つの元素である。）
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｍｎ
b2
Ｂ
x2
Ｏ
4-c2
（前記化学式２で、０．８≦ａ２≦１．２、１．９≦ｂ２≦２．０５、０≦ｘ２≦０．０５、及び０≦ｃ２≦０．０５であり、Ｂは、Ｍｇ及びＡｌからなる群から選択された少なくとも１つの元素である。）
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｎｉ
b3
Ｃｏ
x3
Ｍｎ
y3
Ｃ
z1
Ｏ
2-c3
（前記化学式３で、０．８≦ａ３≦１．２、０．５≦ｂ３≦０．８、０≦ｘ３≦０．１０、０．１≦ｙ３≦０．３５、０≦ｚ１≦０．１、０≦ｃ３≦０．０５、及びｂ３＋ｘ３＋ｙ３＋ｚ１＝１であり、Ｃは、Ａｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｍｏ、及びＮｂからなる群から選択された少なくとも１つの元素である。）
［化学式４］
Ｌｉ
a4
Ｎｉ
b4
Ｄ
x4
Ｏ
2-c4
（前記化学式４で、１．９≦ａ４≦２．１、０．９≦ｂ４≦１．０、０≦ｘ４≦０．０１５、及び０≦ｃ４≦０．０５であり、ＤはＡｌである。）
続きを表示（約 860 文字）【請求項２】
前記第４粒子は、最初のサイクルの後に電気化学的に非活性されるように構成される請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
前記正極活物質の全体重量に対する前記第４粒子の重量比は、０．５ｗｔ％乃至１．５ｗｔ％である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記第１粒子及び前記第２粒子は、メイン活物質を構成し、
前記正極活物質の１００重量部を基準に前記メイン活物質の含量は、６５重量部乃至９５重量部である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記第１粒子及び前記第２粒子は、メイン活物質を構成し、
前記メイン活物質のＭｎ含量が、前記メイン活物質中のリチウムを除く遷移金属の総量に基づき５０ｍｏｌ％乃至８０ｍｏｌ％である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第１粒子及び前記第２粒子の混合比は、重量を基準に７：３乃至３：７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、少なくとも１つの第１一次粒子を含み、
前記第２粒子は、複数の第２一次粒子が凝集された２次粒子形状を有する請求項１に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記第１一次粒子の平均サイズは、前記第２一次粒子の平均サイズより小さい請求項７に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１粒子は、単粒子形状を有し、
前記第１粒子の第１平均粒径、０．５μｍ乃至２．５μｍであり、
前記第１一次粒子の平均サイズは、１００ｎｍ乃至２００ｎｍである請求項７に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記第１粒子は、互いに凝集された複数の１次粒子を含み、
前記第１粒子の第１平均粒径は、３μｍ乃至１０μｍであり、
前記第１一次粒子の平均サイズは、５０ｎｍ乃至１５０ｎｍである請求項７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、より詳細には、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ものである。
続きを表示（約 1,200 文字）【背景技術】
【０００２】
最近、携帯電話、ノートパソコン、電気自動車等電池を使用する電子機器の急速な普及に伴い、エネルギー密度が高く高容量である二次電池の需要が急速に増大している。したがって、リチウム二次電池の性能向上のための研究開発が活発に行われている。
【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として、リチウムイオンが正極及び負極で挿入／脱離される時の酸化及び還元反応によって電気エネルギーを生産する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
韓国公開特許第２０２１－００８０２４９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である。
【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、オリビン構造を有する第１粒子、下記の化学式２の化合物を含み、スピネル構造を有する第２粒子、下記の化学式３の化合物を含み、層状構造を有する第３粒子、及び下記の化学式４の化合物を含む第４粒子、を含むことができる。
【０００８】
前記正極活物質の全重量に対する前記第４粒子の重量比は０．５ｗｔ％乃至５ｗｔ％、または０．５ｗｔ％乃至１．５ｗｔ％である。
【０００９】
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
b1
Ｆｅ
x1
Ａ
y1
ＰＯ
4-c1
前記化学式１で、０．８≦ａ１≦１．２、０．５≦ｂ１≦０．９、０．１≦ｘ１≦０．５、０≦ｙ１≦０．０５、０≦ｃ１≦０．０５、及びｂ１＋ｘ１＋ｙ１＝１であり、ＡはＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、及びＭｇから成された群で選択された少なくとも１つの元素であり、
【００１０】
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｍｎ
b2
Ｂ
x2
Ｏ
4-c2
前記化学式２で、０．８≦ａ２≦１．２、１．９≦ｂ２≦２．０５、０≦ｘ２≦０．０５、及び０≦ｃ２≦０．０５であり、ＢはＭｇ及びＡｌから成された群で選択された少なくとも１つの元素であり、
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許