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公開番号2025168286
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-07
出願番号2025068679
出願日2025-04-18
発明の名称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
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 20100101AFI20251030BHJP(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、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、第2平均粒径を有する第2粒子と、を含む。前記第1粒子の含量及び前記第2粒子の含量の合計100重量%を基準に、第1粒子の含量は、80重量%ないし97.5重量%である。
【選択図】図6
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、第１平均粒径を有する第１粒子と、
下記の化学式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、
前記第１粒子の含量及び前記第２粒子の含量の合計１００重量％を基準に、第１粒子の含量は８０重量％ないし９７．５重量％である正極活物質：
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
z1
Ｆｅ
x1
Ｔｉ
y1
Ｂ
b1
ＰＯ
4-c1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２、０．３≦ｚ１≦０．７（または０．３≦ｚ１＜０．７）、０．３≦ｘ１≦０．７（または０．３≦ｘ１＜０．７）、０．００１≦ｙ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５、０≦ｃ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＋ｚ１＋ｂ１＝１であり、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｎｉ
z2
Ｍｎ
x2
Ｃ
y2
Ｏ
c2
前記化学式２において、１≦ａ２≦１．５、０．３≦ｚ２≦０．７（または０．３≦ｚ２＜０．７）、０．３≦ｘ２≦０．７（または０．３≦ｘ２＜０．７）、０．００１≦ｙ２≦０．１（または０≦ｙ２≦０．１）、２≦ｃ２≦２．３、及びｚ２＋ｘ２＋ｙ２＝１であり、
前記化学式１のＢ及び前記化学式２のＣ各々は、酸化数が３または４である遷移金属からなる群より選択された少なくとも一つの元素である。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
前記第１粒子の含量及び前記第２粒子の含量の合計１００重量％を基準に、前記第１粒子の含量は９０重量％ないし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、互いに凝集された複数個の第１一次粒子を含み、
前記第２粒子は、互いに凝集された複数個の第２一次粒子を含む、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
前記複数個の第１一次粒子の大きさは、５０ｎｍないし２００ｎｍである、請求項３に記載の正極活物質。
【請求項５】
前記複数個の第２一次粒子の大きさは、５０ｎｍないし２００ｎｍである、請求項３に記載の正極活物質。
【請求項６】
前記第２粒子は、多結晶（ｐｏｌｙｃｒｙｓｔａｌ）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粒子と前記第２粒子の混合比は、前記正極活物質内のリチウムを除いた金属元素に対する総含量においてＭｎの含量が２０ａｔ％ないし５０ａｔ％である、
請求項１に記載の正極活物質。
【請求項８】
前記第１粒子のＴｉのドープ量は１，０００ｐｐｍないし３，０００ｐｐｍである、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１平均粒径は、３μｍないし１０μｍで、
前記第２平均粒径は、５μｍないし１０μｍである請求項１に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記第１粒子及び前記第２粒子は、炭素を含有する第１コート層を含み、
前記第１粒子及び前記第２粒子内の炭素の含量は、１．０重量％ないし１．８重量％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、オリビン系リチウム化合物を含む正極活物質、その製造方法及びこれを含むリチウム二次電池に関する。
続きを表示（約 1,700 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。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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】
【０００６】
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、第１平均粒径を有する第１粒子と、下記の化学式２の化合物を含み、第２平均粒径を有する第２粒子と、を含むものの、前記第１粒子の含量及び前記第２粒子の含量の合計１００重量％を基準に、第１粒子の含量は８０重量％ないし９７．５重量％である。
［化学式１］
Ｌｉa1Ｍｎz1Ｆｅx1Ｔｉy1Ｂb1ＰＯ4-c1
前記化学式１において、０．８≦ａ１≦１．２、０．３≦ｚ１≦０．７（または０．３≦ｚ１＜０．７）、０．３≦ｘ１≦０．７（または０．３≦ｘ１＜０．７）、０．００１≦ｙ１≦０．０５、０≦ｂ１≦０．０５、０≦ｃ１≦０．０５、及びｘ１＋ｙ１＋ｚ１＋ｂ１＝１でありうる。
［化学式２］
Ｌｉa2Ｎｉz2Ｍｎx2Ｃy2Ｏc2
前記化学式２において、１≦ａ２≦１．５、０．３≦ｚ２≦０．７（または０．３≦ｚ２＜）０．７、０．３≦ｘ２≦０．７（または０．３≦ｘ２＜０．７））、０．００１≦ｙ２≦０．１（または０≦ｙ２≦０．１）、２≦ｃ２≦２．３、及びｚ２＋ｘ２＋ｙ２＝１でありうる。
【０００７】
前記化学式１のＢ及び前記化学式２のＣ各々は、酸化数が３または４である遷移金属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うる。
【０００８】
本発明の他の概念による正極活物質の製造方法は、第１平均粒径を有する第１粒子を製造することと、第２平均粒径を有する第２粒子を製造することと、前記第１粒子の含量及び前記第２粒子の含量の合計１００重量％を基準に、前記第１粒子の含量は８０重量％ないし９７．５重量％になるように混合することと、を含むことができる。前記第１粒子を製造することは、マンガンリン酸鉄前駆体、リチウムソース、炭素ソース及びドーパントソースを溶媒に投入して混合して第１混合物を形成することと、前記第１混合物を噴霧乾燥で乾燥することと、乾燥された前記第１混合物を焼成することと、を含むことができる。前記第２粒子を製造することは、遷移金属前駆体とリチウムソースを混合して、第２混合物を形成することと、前記第２混合物を噴霧乾燥で乾燥することと、乾燥された前記第２混合物を焼成することと、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、上述の正極活物質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、互いに異なった組成を有する二次粒子である第１粒子と第２粒子を含むことができる。これにより正極活物質層の電気伝導度が向上し、合剤密度が向上し、正極活物質層のバインダの含量を減らすことができる。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を有し、低温特性が向上し、Ｍｎの溶出問題を解決できる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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