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公開番号2025166822
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2025071986
出願日2025-04-24
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、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、を含み、
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：
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
x1
Ｆｅ
y1
Ｂｚ
1
ＰＯ
4-b1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２，０．５≦ｘ１≦０．９、０．１≦ｙ１≦０．５、０．００１≦ｚ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５、及び０．９≦ｘ１＋ｙ１≦１．２であり、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
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る。
続きを表示（約 870 文字）【請求項２】
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２一次粒子を含む二次粒子形態であり、
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２粒子の含量は、１５重量部ないし３０重量部である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記正極活物質内のリチウムを除いた金属元素の総重量に対するＭｎの含量は、５０ｍｏｌ％ないし６０ｍｏｌ％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、炭素を含有するコート層を含み、
前記第１粒子内の炭素含量は、１．５ｗｔ％ないし２．５ｗｔ％である請求項１に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第１粒子の第１一次粒子の平均大きさは、前記第２粒子の第２一次粒子の平均大きさより小さい請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
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粒子の第１一次粒子の平均大きさは、１００ｎｍないし２００ｎｍである請求項１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第１一次粒子を含み、
前記第１粒子の第１平均粒径は、３μｍないし１０μｍであり、
前記複数個の第１一次粒子の平均大きさは、５０ｎｍないし１５０ｎｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１粒子は、前記第１一次粒子間の界面上の粒界コート層をさらに含み、
前記粒界コート層は、炭素を含む請求項８に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記第１粒子の空隙率は、２０％ないし４０％である請求項８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 1,400 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】
米国特許第１０５９３９４６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、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、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、を含むことができる。前記第１粒子の含量は、前記第２粒子の含量より大きいのでありうる。
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
x1
Ｆｅ
y1
Ｂｚ
1
ＰＯ
4-b1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２，０．５≦ｘ１≦０．９、０．１≦ｙ１≦０．５、０．００１≦ｚ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５、及び０．９≦ｘ１＋ｙ１≦１．２であり、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
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うる。
【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、前記正極と前記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粒子ベースに、スピネル構造を有する第２粒子を混合することによって、合剤密度、容量及びエネルギー密度を向上することができる。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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