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公開番号2025166801
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2025067191
出願日2025-04-16
発明の名称リチウム二次電池用正極活物質、それを含む正極、及びそ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、ならびに、高いエネルギー密度、高い作動電圧、及び高い低温特性有するリチウム二次電池の提供。
【解決手段】本発明はリチウム二次電池用正極活物質及びそれを含むリチウム二次電池に関し、より詳しくは、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平均粒径より小さい第2平均粒径を有する第2粒子と、を含む。前記第1粒子の含量は前記第2粒子の含量より大きい。
【選択図】図6a
特許請求の範囲【請求項１】
下記化学式１の化合物を含み、第１平均粒径を有する第１粒子と、
下記化学式２の化合物を含み、第２平均粒径を有する第２粒子と、を含み、
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
z1
Ｆｅ
x1
Ａ
y1
ＰＯ
4-c1
（化学式１において、０．８＜ａ１≦１．２、０．３≦ｘ１≦０．７、０≦ｙ１≦０．０５、０．３≦ｚ１≦０．７、０＜ｃ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１であり、
ＡはＴｉ、Ｍｇ、Ｖ、及びＮｂからなる群より選択される少なくとも一つの元素である）、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｃｏ
z2
Ｄ
x2
Ｏ
c2
（化学式２において、１＜ａ２≦１．５、０．９≦ｚ２≦１．０、０≦ｘ２≦０．０５、及び２＜ｃ２≦２．３であり、
ＤはＡｌ、Ｔｉ、及びＭｇからなる群より選択される少なくとも一つの元素である）前記第１粒子の含量は前記第２粒子の含量より大きい正極活物質。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記第１粒子及び前記第２粒子の総重量に対し、前記第１粒子は６０重量％乃至９５重量％である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
前記第１粒子は少なくとも一つの第１一次粒子を含み、
前記少なくとも一つの第１一次粒子の大きさは５００ｎｍ乃至２００ｎｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記少なくとも一つの第１一次粒子の前記大きさは前記第２平均粒径より小さい請求項３に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記第１粒子は炭素を含む第１コーティング層を含み、
前記第１粒子内の炭素の含量は１．５重量％乃至２．５重量％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コーティング層を含み、
前記第２コーティング層はＴｉ、Ａｌ、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２粒子は単粒子状を有し、
前記第２平均粒径は３μｍ乃至６μｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記第２粒子のＴｉの含量は前記第１粒子のＴｉの含量より小さい請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記ＤはＴｉとＭｇとを含み、
前記第２粒子内のＴｉの含量は、前記第２粒子内のＭｇの含量より小さい請求項１に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記第１粒子の形態は二次粒子であり、
前記第１平均粒径は３μｍ乃至１０μｍ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、それを含む正極、及びそれを含むリチウム二次電池に関し、より詳しくは、オリビン系リチウム化合物を含む正極活物質、それを含む正極、及びそ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、ノートパソコン、電気自動車など、電池を使用する電子機器の急速な普及に伴って、エネルギー密度が高く、高容量の二次電池の需要が急速に増大されつつある。それによって、リチウム二次電池の性能を向上させる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であって、リチウムイオンが正極及び負極で挿入／脱離される際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。
【０００４】
高いエネルギー密度、高い作動電圧、及び高い電気伝導度を有する正極活物質を提供するために、互いに異なるリチウム遷移金属酸化物の混合物を正極材として使用する技術が試みられている。
【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である。
【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、及び高い低温特性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、下記化学式２の化合物を含み、第２平均粒径を有する第２粒子と、を含み得る。前記第１粒子の含量は前記第２粒子の含量より大きくてもよい。
［化学式１］
Ｌｉa1Ｍｎz1Ｆｅx1Ａy1ＰＯ4-c1
（化学式１において、０．８＜ａ１≦１．２、０．３≦ｘ１≦０．７、０≦ｙ１≦０．０５、０．３≦ｚ１≦０．７、０＜ｃ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＋ｚ１＝１であり、ＡはＴｉ、Ｍｇ、Ｖ、及びＮｂからなる群より選択される少なくとも一つの元素である）、
［化学式２］
Ｌｉa2Ｃｏz2Ｄx2Ｏc2
（化学式２において、１＜ａ２≦１．５、０．９≦ｚ２≦１．０、０≦ｘ２≦０．０５、及び２＜ｃ２≦２．３であり、ＤはＡｌ、Ｔｉ、及びＭｇからなる群より選択される少なくとも一つの元素であり得る）。
【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、正極集電体の上の正極活物質層と、を含み得る。正極活物質層は正極活物質と、導電材と、バインダとを含み得る。
【０００９】
本発明のまた他の概念によるリチウム二次電池は、正極と、負極集電体と、負極集電体の上の負極活物質層とを含む負極と、正極と負極との間のセパレータと、を含み得る。
【発明の効果】
【００１０】
本発明による正極活物質は、オリビン構造の第１粒子と、数μｍサイズの単結晶の第２粒子とを含み得る。それによって正極活物質の合剤密度、容量、高電圧特性、及びエネルギー密度を向上させ得る。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され得る。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し得る。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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