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公開番号2025166808
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2025069828
出願日2025-04-21
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】経済的かつ高いエネルギー密度及び優れた寿命特性を有する正極活物質の提供。
【解決手段】本発明は、リチウム二次電池用正極活物質、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、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、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、化学式3の化合物を含み、層状構造を有する第3粒子と、化学式4の化合物を含む第4粒子と、を含む。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100重量部を基準に前記メイン活物質の含量は、80重量部ないし90重量部である。
【選択図】図7
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、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、を含む正極活物質：
前記正極活物質１００重量部を基準に前記第３粒子の含量は、１０重量部ないし２０重量部であり、
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｆｅ
x1
Ｂ
y1
ＰＯ
4-b1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２、０．１≦ｘ１≦１．０、０．００１≦ｙ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＝１で、Ｂは、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｖ及びＮｂ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
Ｍｎ
x2
Ｍｇ
y2
Ｏ
4-b2
前記化学式２において、０．８≦ａ２≦１．２、１．９≦ｘ２≦２．０５、０≦ｙ２≦０．０５、及び０≦ｂ２≦０．０５であり、
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｎｉ
x3
Ｃｏ
y3
Ｃ
z3
Ｏ
2-b3
前記化学式３において、０．８≦ａ２≦１．２、０．９≦ｘ３≦１．０、０≦ｙ３≦０．１、０≦ｚ３≦０．１、０≦ｂ３≦０．０５、及びｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１で、Ｃは、Ａｌ、Ｍnまたはこれらの組み合わせであり、
［化学式４］
Ｌｉ
a4
Ｆｅ
x4
Ｄ
y4
Ｏ
4-b4
前記化学式４において、４．９≦ａ４≦５．１、０．９≦ｘ４≦１．０５、０≦ｙ４≦０．０５、０≦ｂ４≦０．０５、及びＤはＡｌ、Ｍｇまたはこれらの組み合わせである。
続きを表示（約 800 文字）【請求項２】
前記第４粒子は、初期サイクル後に電気化学的に非活性にな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１００重量部を基準に前記第４粒子の含量は、０．０５重量部ないし１．５重量部である請求項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１００重量部を基準に前記メイン活物質の含量は、７５重量部ないし８５重量部である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記メイン活物質のＭｎ含量は、４０ｍｏｌ％ないし７０ｍｏｌ％である請求項４に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第１粒子は、少なくとも一つの第１一次粒子を含み、
前記第２粒子は、複数個の第２一次粒子が凝集された二次粒子形態を有する請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
前記第１一次粒子の平均大きさは、前記第２一次粒子の平均大きさより小さい請求項６に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記第１粒子は、単粒子形態を有し、
前記第１粒子の第１平均粒径は、０．５μｍないし２．５μｍであり、
前記第１一次粒子の平均大きさは、２００ｎｍないし３００ｎｍである請求項６に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１粒子は、互いに凝集された複数個の一次粒子を含み、
前記第１粒子の第１平均粒径は、３μｍないし１０μｍであり、
前記第１一次粒子の平均大きさは、１００ｎｍないし２００ｎｍである請求項６に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記第２一次粒子の平均大きさは、０．５μｍないし３μｍである請求項６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、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 1,800 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】
韓国出願公開第１０－２０２３－００５７８５８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、経済的かつ高いエネルギー密度及び優れた寿命特性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、経済的かつ高いエネルギー密度及び高い効率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、を含むことができる。前記正極活物質１００重量部を基準に前記第３粒子の含量は、１０重量部ないし２０重量部でありうる。
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｆｅ
x1
Ｂ
y1
ＰＯ
4-b1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２、０．１≦ｘ１≦１．０、０．００１≦ｙ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＝１で、Ｂは、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｖ及びＮｂ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
Ｍｎ
x2
Ｍｇ
y2
Ｏ
4-b2
前記化学式２において、０．８≦ａ２≦１．２、１．９≦ｘ２≦２．０５、０≦ｙ２≦０．０５、及び０≦ｂ２≦０．０５であり、
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｎｉ
x3
Ｃｏ
y3
Ｃ
z3
Ｏ
2-b3
前記化学式３において、０．８≦ａ２≦１．２、０．９≦ｘ３≦１．０、０≦ｙ３≦０．１、０≦ｚ３≦０．１、０≦ｂ３≦０．０５、及びｘ３＋ｙ３＋ｚ３＝１で、Ｃは、Ａｌ、Ｍnまたはこれらの組み合わせであり、
［化学式４］
Ｌｉ
a4
Ｆｅ
x4
Ｄ
y4
Ｏ
4-b4
前記化学式４において、４．９≦ａ４≦５．１、０．９≦ｘ４≦１．０５、０≦ｙ４≦０．０５、０≦ｂ４≦０．０５、及びＤはＡｌ、Ｍｇまたはこれらの組み合わせである。
【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ー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、前記正極と負極との間のセパレーターと、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、オリビン系第１粒子及びスピネル系第２粒子がメイン活物質をなし、層状系第３粒子を混合することで、容量及びエネルギー密度を向上することができる。なお、犠牲正極として機能する第４粒子を少量含むことによって、正極活物質の容量をさらに向上することができる。本発明による正極活物質は、経済的かつ高い作動電圧及びエネルギー密度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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