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公開番号2025176190
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-12-03
出願番号2025155473,2023541876
出願日2025-09-18,2022-11-18
発明の名称リチウム二次電池
出願人エルジーエナジーソリューションリミテッド
代理人弁理士法人RYUKA国際特許事務所
主分類H01M 10/052 20100101AFI20251126BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】正極と負極をそれぞれ構成する活物質の種類、および各成分の含量の特定の組合で最適の電池性能を具現するリチウム二次電池を提供する。
【解決手段】正極;負極;前記正極と負極との間に備えられた分離膜;および電解質を含むリチウム二次電池であって、前記正極は、正極集電体、および前記正極集電体上に備えられた正極活物質層を含み、前記負極は、負極集電体、および前記負極集電体上に備えられた負極活物質層を含み、前記正極活物質層は、ニッケル、コバルト、およびマンガンを含み、リチウムを除いた金属の中で、ニッケルを80モル%以上100モル%未満含み、単一粒子形態のリチウム複合遷移金属化合物を含む正極活物質を含み、前記負極活物質層は、総負極活物質100重量部を基準として、Si/C系活物質を3重量部以上含む、リチウム二次電池、およびこれを含む電池モジュール、並びに電池パックが提供される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
正極；負極；前記正極と前記負極との間に備えられた分離膜；および電解質を含むリチウム二次電池であって、
前記正極は、正極集電体、および前記正極集電体上に備えられた正極活物質層を含み、前記負極は、負極集電体、および前記負極集電体上に備えられた負極活物質層を含み、
前記正極活物質層は、ニッケル、コバルト、およびマンガンを含み、リチウムを除いた金属の中で、ニッケルを８０モル％以上１００モル％未満含み、単一粒子（ｓｉｎｇｌｅｐａｒｔｉｃｌｅ）形態のリチウム複合遷移金属化合物を含む正極活物質を含み、
前記負極活物質層は、総負極活物質１００重量部を基準として、Ｓｉ／Ｃ系活物質を３重量部以上含む、リチウム二次電池。
続きを表示（約 660 文字）【請求項２】
前記負極活物質層は、総負極活物質１００重量部を基準として、Ｓｉ／Ｃ系活物質を１０重量部以下含む、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項３】
前記Ｓｉ／Ｃ系活物質の容量は、１，５００ｍＡｈ／ｇ～３，０００ｍＡｈ／ｇである、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項４】
前記ニッケル、コバルト、およびマンガンを含み、リチウムを除いた金属の中で、ニッケルを８０モル％以上１００モル％未満含み、単一粒子形態のリチウム複合遷移金属化合物は、総正極活物質１００重量部に対して、９０重量部～１００重量部で含まれる、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項５】
前記正極活物質層は、正極バインダーおよび導電材をさらに含む、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項６】
前記負極活物質層は、炭素系活物質をさらに含む、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項７】
前記Ｓｉ／Ｃ系活物質は、ＸＲＤ回折パターンでＳｉＣピークを有せず、ＳｉとＣの合計量に対して、Ｓｉを９０重量％以上含む、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項８】
前記リチウム二次電池が、円筒形電池である、請求項１に記載のリチウム二次電池。
【請求項９】
請求項１～８のいずれか一項に記載のリチウム二次電池を含む、電池モジュール。
【請求項１０】
請求項９に記載の電池モジュールを含む、電池パック。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０２１年１１月１９日付けにて韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０－２０２１－０１６０７６５号の出願日の利益を主張し、当該韓国特許出願の文献に開示された内容のすべては本明細書に含まれる。
続きを表示（約 2,000 文字）【０００２】
本出願は、リチウム二次電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
最近、携帯電話、ノート型パソコン、電気自動車だけでなく、電動工具、掃除機など電池を用いる電子機器の急速な普及に伴い、小型、軽量でありながらも、相対的に高容量および／または高出力の二次電池の需要が急速に増大している。特に、リチウム二次電池は、軽量であるとともに高エネルギー密度を有していて、電子機器の駆動電源として脚光を浴びている。そのため、リチウム二次電池の性能向上のための研究開発の努力が活発になされている。
【０００４】
リチウム二次電池は、リチウムイオンの挿入（ｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎｓ）および脱離（ｄｅｉｎｔｅｒｃａｌａｔｉｏｎ）が可能な活物質からなる正極と負極との間に有機電解液またはポリマー電解液を充電させた状態で、リチウムイオンが正極および負極で挿入／脱離される時の酸化と還元反応によって電気エネルギーが生成される。
【０００５】
リチウム二次電池の正極活物質としては、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ
２
）、リチウムニッケル酸化物（ＬｉＮｉＯ
２
）、リチウムマンガン酸化物（ＬｉＭｎＯ
２
またはＬｉＭｎ
２
Ｏ
４
など）、リチウムリン酸鉄化合物（ＬｉＦｅＰＯ
４
）などが使用されていた。この中でも、リチウムコバルト酸化物（ＬｉＣｏＯ
２
）は、作動電圧が高く容量特性に優れるという利点から広く使用されており、高電圧用正極活物質として適用されている。しかしながら、コバルト（Ｃｏ）の値上がりおよび供給不安定のため、電気自動車などの分野の動力源として大量使用するには限界があり、これを代替可能な正極活物質の開発の必要性が高まっている。
【０００６】
したがって、コバルト（Ｃｏ）の一部をニッケル（Ｎｉ）とマンガン（Ｍｎ）で置換したニッケルコバルトマンガン系リチウム複合遷移金属酸化物（以下、簡単に「ＮＣＭ系リチウム複合遷移金属酸化物」とする）が開発された。最近には、ＮＣＭ系リチウム複合遷移金属酸化物におけるニッケル含有量を増加させて容量を増加させる技術が研究されている。しかしながら、ニッケルの含量の高い高濃度ニッケル（Ｎｉ－ｒｉｃｈ）正極活物質の場合、熱安定性の低下と電気化学反応の時、副反応の増加による抵抗増加、およびガスの発生が増加するという短所がある。
【０００７】
一方、リチウム二次電池の負極活物質としては、黒鉛が主に利用されているが、黒鉛は単位質量当たりの容量が３７２ｍＡｈ／ｇと小さいため、リチウム二次電池の高容量化が難しい。これによって、リチウム二次電池の高容量化のために、黒鉛よりも高いエネルギー密度を有する非炭素系負極材料として、シリコン、錫およびこれらの酸化物などのような負極材料が開発されている。しかしながら、このような非炭素系負極材料の場合、容量は大きいが、初期効率が低くて、初期充放電の間にリチウムの消耗量が大きく、不可逆容量損失が大きいという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らは、限定された空間内に設計されるリチウム二次電池において、正極と負極をそれぞれ構成する活物質の種類、および各成分の含量の特定の組合で最適の電池性能を具現することができることを見出し、本発明に至った。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本出願の一実施態様は、正極、負極、および前記正極と前記負極との間に備えられた分離膜、および電解質を含むリチウム二次電池であって、
前記正極は、正極集電体、および前記正極集電体上に備えられた正極活物質層を含み、前記負極は、負極集電体、および前記負極集電体上に備えられた負極活物質層を含み、
前記正極活物質層は、ニッケル、コバルト、およびマンガンを含み、リチウムを除いた金属の中でニッケルを８０モル％以上１００モル％未満含み、単一粒子（ｓｉｎｇｌｅｐａｒｔｉｃｌｅ）形態のリチウム複合遷移金属化合物を含む正極活物質を含み、
前記負極活物質層は、総負極活物質１００重量部を基準として、Ｓｉ／Ｃ系活物質を３重量部以上含む、リチウム二次電池を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本明細書に記載された実施態様によれば、限定された空間内に設けられるリチウム二次電池のエネルギー密度を増加させ、高出力性能を向上させることができ、電池サイクル性能も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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