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公開番号2025168656
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-11
出願番号2025070371
出願日2025-04-22
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 4/131 20100101AFI20251104BHJP(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。
【解決手段】本発明はリチウム二次電池用正極及びこれを含むリチウム二次電池に関し、より詳細には、集電体、及び前記集電体上の第1正極活物質層、及び前記第1正極活物質層上の第2正極活物質層を含む二次電池用正極である。前記第1活物質層は化学式1で表現され、単粒子である第1粒子と化学式2で表現される第2粒子を含み、前記第2活物質層は化学式3で表現され、複数の一次粒子が凝集された二次粒子形状を有する第3粒子を含む。前記第1粒子の含量が前記第2粒子の含量より大きい。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項１】
集電体と、
前記集電体上の第１正極活物質層と、
前記第１正極活物質層上の第２正極活物質層と、を含み、
前記第１正極活物質層は、下記の化学式１のオリビン構造化合物を含み、単粒子形状を有する第１粒子、及び下記の化学式２のスピネル構造化合物を含む第２粒子を含み、
前記第２正極活物質層は、下記の化学式３のオリビン構造化合物を含み、複数の一次粒子が凝集された二次粒子形状を有する第３粒子を含み、
前記第１粒子の重量が前記第２粒子の重量より大きいリチウム二次電池用正極。
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
z1
Ｆｅ
x1
Ｂ１
y1
ＰＯ
4-c1
前記化学式１で、Ｂ１は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｇから成された群から選択された１つ以上の元素であり、０．８＜ａ１≦１．２、０．４≦ｚ１≦０．８、０．２≦ｘ１≦０．６、０≦ｙ１≦０．０５、０＜ｃ１≦０．０５であり、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｍｎ
x2
Ｂ２
y2
Ｏ
4-c2
前記化学式２で、Ｂ２は、Ａｌ、Ｍｇから成された群から選択された１つ以上の元素であり、０．８＜ａ２≦１．２、１．９≦ｘ２≦２．０５、０≦ｙ２≦０．０５、０＜ｃ２≦０．０５であり、
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｍｎ
z3
Ｆｅ
x3
Ｂ３
y3
ＰＯ
4-c3
前記化学式３で、Ｂ３は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｇから成された群から選択された１つ以上の元素であり、０．８＜ａ３≦１．２、０．４≦ｚ３≦０．８、０≦ｘ３≦０．６、０≦ｙ３≦０．０５、０＜ｃ３≦０．０５である。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
前記正極内の前記第１粒子、第２粒子、及び第３粒子の総重量に対して、前記第２粒子の重量は、１５重量％乃至３０重量％である請求項１に記載のリチウム二次電池用正極。
【請求項３】
前記第１正極活物質層に対する前記第２正極活物質層の厚さ比は、０．８乃至１．２である請求項１に記載のリチウム二次電池用正極。
【請求項４】
前記正極内のマンガン（Ｍｎ）総ドーピング量は、０．５０乃至０．６０である請求項１に記載のリチウム二次電池用正極。
【請求項５】
前記第２粒子は、複数の一次粒子が凝集された二次粒子形状を有し、
前記二次粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、３μｍ乃至１０μｍである請求項１に記載のリチウム二次電池用正極。
【請求項６】
前記第３粒子の前記複数の一次粒子の平均サイズは、５０ｎｍ乃至１５０ｎｍであり、
前記第３粒子の平均粒径（Ｄ５０）は、３μｍ乃至７μｍである請求項１に記載のリチウム二次電池用正極。
【請求項７】
前記第３粒子の空隙率は、２０％乃至４０％である請求項１に記載のリチウム二次電池用正極。
【請求項８】
前記第３粒子の粒度分析器（ＰａｒｔｉｃｌｅＳｉｚｅＡｎａｌｙｚｅｒ）で分析したＳｐａｎ値は、０．３乃至０．７５である請求項１に記載のリチウム二次電池用正極。
【請求項９】
集電体と、
前記集電体上の第１正極活物質層と、
前記第１正極活物質層上の第２正極活物質層と、を含み、
前記第１正極活物質層は、下記の化学式１のオリビン構造化合物を含み、単粒子形状を有する第１粒子、下記の化学式２のスピネル構造化合物を含む第２粒子、及び第１機能性添加剤を含み、
前記第２正極活物質層は、下記の化学式３のオリビン構造化合物を含み、複数の一次粒子が凝集された二次粒子形状を有する第３粒子、及び第２機能性添加剤を含み、
前記第１及び第２機能性添加剤の各々は、導電材及びバインダーを含み、
前記第１正極活物質層内の前記第１機能性添加剤の重量比は、前記第２正極活物質層内の前記第２機能性添加剤の重量比より小さいリチウム二次電池用正極。
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
z1
Ｆｅ
x1
Ｂ１
y1
ＰＯ
4-c1
前記化学式１で、Ｂ１は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｇから成された群から選択された１つ以上の元素であり、０．８＜ａ１≦１．２、０．４≦ｚ１≦０．８、０．２≦ｘ１≦０．６、０≦ｙ１≦０．０５、０＜ｃ１≦０．０５であり、
［化学式２］
Ｌｉ
a2
Ｍｎ
x2
Ｂ２
y2
Ｏ
4-c2
前記化学式２で、Ｂ２は、Ａｌ、Ｍｇから成された群から選択された１つ以上の元素であり、０．８＜ａ２≦１．２、１．９≦ｘ２≦２．０５、０≦ｙ２≦０．０５、０＜ｃ２≦０．０５であり、
［化学式３］
Ｌｉ
a3
Ｍｎ
z3
Ｆｅ
x3
Ｂ３
y3
ＰＯ
4-c3
前記化学式３で、Ｂ３は、Ａｌ、Ｔｉ、Ｖ、Ｍｇから成された群から選択された１つ以上の元素であり、０．８＜ａ３≦１．２、０．４≦ｚ３≦０．８、０≦ｘ３≦０．６、０≦ｙ３≦０．０５、０＜ｃ３≦０．０５である。
【請求項１０】
前記第１機能性添加剤の前記重量比に対する前記第２機能性添加剤の前記重量比は、１．５乃至３．０である請求項９に記載のリチウム二次電池用正極。
（【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、より詳細には、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ものである。
続きを表示（約 1,000 文字）【背景技術】
【０００２】
最近、携帯電話、ノートパソコン、電気自動車等電池を使用する電子機具の急速な普及に伴うエネルギー密度が高くて高容量である二次電池の需要が急速に増大されている。したがって、リチウム二次電池の性能向上のための研究開発が活発に進行されている。
【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として、リチウムイオンが正極及び負極で挿入／脱離される時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】
韓国出願公開第２０１５－００２４７０３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にある。
【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リチウム二次電池正極は、集電体、前記集電体上の第１正極活物質層、及び前記第１正極活物質層上の第２正極活物質層を含むことができる。
【０００８】
前記第１正極活物質層は、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、及び下記の化学式２の化合物を含み、スピネル構造を有する第２粒子を含むことができ、
前記第２正極活物質層は下記の化学式３の化合物を含み、オリビン構造を有する第３粒子を含むことができる。
【０００９】
前記第１粒子は単粒子形状を有することができ、前記第３粒子は複数の一次粒子が凝集された二次粒子形状を有することができる。
【００１０】
前記第１粒子の重量が前記第２粒子の重量より大きくてもよい。
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｍｎ
z1
Ｆｅ
x1
Ｂ１
y1
ＰＯ
4-c1
（【００１１】以降は省略されています）

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