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公開番号2025166825
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-06
出願番号2025071992
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及びそれを含む正極
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、高い平均電圧、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である。さらに、経済的でありながら高いエネルギー密度、高い平均電圧、及び優れた寿命特性を有する正極を提供することである。
【解決手段】本発明はリチウム二次用正極活物質、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、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、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10重量部乃至50重量部である。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
正極活物質であって、
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の化合物を含み、層状構造を有する第３粒子と、
を含み、
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重量部乃至５０重量部である、正極活物質。
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
x1
Ｆｅ
y1
Ａ
z1
ＰＯ
4-c1
（前記化学式１において、０．８＜ａ１≦１．２、０．４≦ｘ１≦０．８、０≦ｙ１≦０．６、０≦ｚ１≦０．０５、及び０≦ｃ１≦０．０５であり、ＡはＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、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。）
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｍｎ
x2
Ｂ
y2
Ｏ
4-c2
（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≦ｃ２≦０．０５であり、ＢはＡｌ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。）
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｎｉ
x3
Ｃｏ
y3
Ｍｎ
z3
Ｃ
w1
Ｏ
2-c3
（前記化学式３において、０．８＜ａ３≦１．２、０．５≦ｘ３≦０．８、０≦ｙ３≦０．１０、０．１≦ｚ３≦０．３５、０≦ｗ１≦０．１、及び０≦ｃ３≦０．０５であり、ＣはＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｍｏ、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。）
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
下記化学式４の化合物を含む第４粒子を更に含む、請求項１に記載の正極活物質。
［化学式４］
Ｌｉ
a4
Ｎｉ
x4
Ｍｎ
y4
Ｄ
z4
Ｏ
c4
（前記化学式４において、１．１＜ａ４≦１．６、０．２≦ｘ４≦０．５、０．５≦ｙ４≦０．８、０≦ｚ４≦０．０５、及び２≦ｃ４≦２．３であり、Ｄは酸化数が４である遷移金属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。）
【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１５重量部乃至２５重量部である請求項２に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記第１乃至第３粒子は第１活物質を構成し、
前記第１乃至第４粒子は第２活物質を構成し、
前記第１活物質のＭｎの含量が５０ｍｏｌ％乃至８０ｍｏｌ％であり、
前記第２活物質のＭｎの含量が５０ｍｏｌ％乃至６０ｍｏｌ％である、請求項２に記載の、正極活物質。
【請求項５】
前記第４粒子の第４平均粒径は５μｍ乃至１０μｍである、請求項２に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第１活物質１００重量部を基準に前記第３粒子の含量は３０重量部乃至５０重量部である、請求項４に記載の正極活物質。
【請求項７】
前記第１及び第２粒子はメイン活物質を構成し、
前記第１乃至第３粒子は第１活物質を構成し、
前記第１活物質１００重量部を基準に前記メイン活物質の含量は５０重量部乃至８５重量部である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記正極活物質のＭｎの含量は５０ｍｏｌ％乃至７０ｍｏｌ％である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１及び第２粒子はメイン活物質を構成し、
前記メイン活物質において、前記第１粒子及び第２粒子の混合比は重量を基準に４０：６０乃至６５：３５である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項１０】
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及びそれを含む正極に関し、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及びそれを含む正極に関する。
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しつつある。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】
韓国公開特許第１０－２０１３－０１０７５９７号公報
【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、経済的でありながら高いエネルギー密度、高い平均電圧、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、高い平均電圧、及び優れた寿命特性を有する正極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の化合物を含み、層状構造を有する第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１０重量部乃至５０重量部であり得る。
【０００８】
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
x1
Ｆｅ
y1
Ａ
z1
ＰＯ
4-c1
前記化学式１において、０．８＜ａ１≦１．２、０．４≦ｘ１≦０．８、０≦ｙ１≦０．６、０≦ｚ１≦０．０５、及び０≦ｃ１≦０．０５であり、ＡはＡｌ、Ｔｉ、Ｖ、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。
【０００９】
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｍｎ
x2
Ｂ
y2
Ｏ
4-c2
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≦ｃ２≦０．０５であり、ＢはＡｌ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。
【００１０】
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｎｉ
x3
Ｃｏ
y3
Ｍｎ
z3
Ｃ
w1
Ｏ
2-c3
前記化学式３において、０．８＜ａ３≦１．２、０．５≦ｘ３≦０．８、０≦ｙ３≦０．１０、０．１≦ｚ３≦０．３５、０≦ｗ１≦０．１、及び０≦ｃ３≦０．０５であり、ＣはＡｌ、Ｔｉ、Ｍｇ、Ｚｒ、Ｍｏ、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得る。
（【００１１】以降は省略されています）

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