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公開番号2025166809
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2025069833
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、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】経済的でありながら高いエネルギー密度及び高い作動電圧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用正極活物質、その製造方法、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、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の化合物を含む第3粒子と、を含む。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0.5重量部乃至1.5重量部である。
【選択図】図7
特許請求の範囲【請求項１】
下記化学式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、
下記化学式３の化合物を含む第３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０．５重量部乃至１．５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、０．９≦ｘ１≦１．１、０．００１≦ｙ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５であり、Ｂ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り、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｍｎ
x2
Ｃ
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、ＣはＭｇ、Ａｌ、またはこれらの組み合わせであり、
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｆｅ
x3
Ｄ
y3
Ｏ
4-b3
前記化学式３において、４．９≦ａ３≦５．１、０．９≦ｘ３≦１．０５、０≦ｙ３≦０．０５、０≦ｂ３≦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 810 文字）【請求項２】
前記第３粒子は最初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】
前記第１粒子及び第２粒子はメイン活物質を構成し、
前記メイン活物質のＭｎの含量は５０ｍｏｌ％乃至６０ｍｏｌ％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粒子の混合比は、重量を基準に４：６乃至６：４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状を有する請求項１に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第１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５に記載の正極活物質。
【請求項７】
前記第１粒子は単粒子状を有し、
前記第１粒子の第１平均粒径は０．５μｍ乃至２．５μｍであり、
前記第１一次粒子の平均大きさは２００ｎｍ乃至３００ｎｍである請求項５に記載の正極活物質。
【請求項８】
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乃至１０μｍであり、
前記第１一次粒子の平均大きさは１００ｎｍ乃至２００ｎｍである請求項５に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第２粒子の第２平均粒径は４μｍ乃至１０μｍであり、
前記第２一次粒子の平均大きさは０．５μｍ乃至３μｍである請求項５に記載の正極活物質。
【請求項１０】
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１．５ｗｔ％乃至２．５ｗｔ％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 1,600 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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
韓国特許第１０－２０５０２０８号
【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、経済的でありながら高いエネルギー密度及び高い作動電圧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、経済的でありながら高いエネルギー密度、及び高い効率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、オリビン構造を有する第１粒子と、下記化学式２の化合物を含み、スピネル構造を有する第２粒子と、下記化学式３の化合物を含む第３粒子と、を含み得る。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０．５重量部乃至１．５重量部であり得る。
［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、０．９≦ｘ１≦１．１、０．００１≦ｙ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５であり、Ｂ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り、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｍｎ
x2
Ｃ
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、ＣはＭｇ、Ａｌ、またはこれらの組み合わせであり、
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｆｅ
x3
Ｄ
y3
Ｏ
4-b3
前記化学式３において、４．９≦ａ３≦５．１、０．９≦ｘ３≦１．０５、０≦ｙ３≦０．０５、０≦ｂ３≦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、前記正極集電体の上の正極活物質層と、を含み得る。前記正極活物質層は前記正極活物質と、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、前記正極と、負極集電体と前記負極集電体の上の負極活物質層とを含む負極と、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系第１粒子及びスピネル系第２粒子を適切に混合することで、合剤密度、容量、及びエネルギー密度が向上され得る。なお、犠牲正極として機能する第３粒子を少量含むことで正極活物質の容量が更に向上され得る。本発明によるリチウム二次電池は相対的に高い作動電圧及び優れた寿命を有し得る。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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