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公開番号2025074070
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-13
出願番号2024188945
出願日2024-10-28
発明の名称正極活物質、これを含む正極、およびリチウム二次電池
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 4/525 20100101AFI20250502BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高密度、高容量、および長寿命特性を実現することができる正極活物質、これを適用した正極、およびリチウム二次電池を提供すること。
【解決手段】層状型のリチウムニッケル-マンガン系複合酸化物を含む第1正極活物質、およびリチウムを除いた金属全体に対するリチウムのモル比が1.1～3であり、リチウムを除いた金属全体100モル%に対するマンガンの含有量が60モル%以上であるリチウム-マンガン-リッチ複合酸化物を含む第2正極活物質を含む正極活物質、これを含む正極およびリチウム二次電池に関する。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含む第１正極活物質、および
リチウムを除いた金属全体に対するリチウムのモル比が１．１～３であり、リチウムを除いた金属全体１００モル％に対するマンガンの含有量が５０モル％以上であるリチウム－マンガン－リッチ複合酸化物を含む第２正極活物質を含む、正極活物質。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
第１正極活物質と第２正極活物質の総合１００重量％に対して、第１正極活物質は６０重量％～９５重量％で含まれ、第２正極活物質は５重量％～４０重量％で含まれる、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物は、リチウムを除いた金属全体１００モル％に対するニッケルの含有量が６０モル％～８０モル％であり、マンガンの含有量が１０モル％以上である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物は、アルミニウムをさらに含み、リチウムを除いた金属全体１００モル％に対するアルミニウムの含有量は１モル％～３モル％である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項５】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物内でアルミニウムの濃度は均一である、請求項４に記載の正極活物質。
【請求項６】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物において、リチウムを除いた金属全体１００モル％に対するコバルトの含有量は０モル％～０．０１モル％である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項７】
第１正極活物質の前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物は、化学式１で表される、請求項１に記載の正極活物質：
［化学式１］
Ｌｉ
a1
Ｎｉ
x1
Ｍｎ
y1
Ａｌ
z1
Ｍ
1
w1
Ｏ
2-b1
Ｘ
b1
化学式１中、０．９≦ａ１≦１．８、０．６≦ｘ１≦０．８、０．１≦ｙ１≦０．４、０≦ｚ１≦０．０３、０≦ｗ１≦０．３、０．９≦ｘ１＋ｙ１＋ｚ１＋ｗ１≦１．１、および０≦ｂ１≦０．１であり、Ｍ
1
はＢ、Ｂａ、Ｃａ、Ｃｅ、Ｃｒ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｍｏ、Ｎｂ、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、ＹおよびＺｒより選択される１つ以上の元素であり、ＸはＦ、ＰおよびＳより選択される１つ以上の元素である。
【請求項８】
第１正極活物質は、層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含有するコア粒子、および
前記コア粒子の表面に位置し、Ａｌ、Ｂ、Ｍｇ、Ｔｉ、Ｖ、Ｗ、Ｙ、Ｚｒ、またはこれらの組み合わせを含有するコーティング層を含む、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記コーティング層はＡｌを含有し、前記コア粒子表面を連続的に囲むシェル形態である、請求項８に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記コーティング層の厚さは５ｎｍ～２００ｎｍ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、正極活物質、これを含む正極、および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】
携帯電話、ノートパソコン、スマートフォンなどの移動情報端末器の駆動電源として高いエネルギー密度を有しながらも携帯が容易なリチウム二次電池が主に使用されている。最近はエネルギー密度の高いリチウム二次電池をハイブリッド自動車や電気自動車の駆動用電源または電力貯蔵用電源として使用するための研究が活発に行われている。
【０００３】
このような用途に合致するリチウム二次電池を実現するために多様な正極活物質が検討されている。そのうち、リチウムニッケル系酸化物、リチウムニッケルマンガンコバルト複合酸化物、リチウムニッケルコバルトアルミニウム複合酸化物、リチウムコバルト酸化物などが主に正極活物質として用いられる。しかし、近年、大型、高容量、または高エネルギー密度のリチウム二次電池に対する需要は急増する反面、希少金属であるコバルトを含有している正極活物質の供給量は非常に不足すると予想される。つまり、コバルトは高価で、残っている埋蔵量が多くないため、コバルトを除くか、またはその含有量を減少させた正極活物質に対する開発が必要な状況である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、高密度、高容量、および長寿命特性を実現することができる正極活物質、これを適用した正極、およびリチウム二次電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態では、層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含む第１正極活物質、およびリチウムを除いた金属全体に対するリチウムのモル比が１．１～３であり、リチウムを除いた金属全体１００モル％に対するマンガンの含有量が６０モル％以上であるリチウム－マンガン－リッチ複合酸化物を含む第２正極活物質を含む正極活物質を提供する。
【０００６】
本発明の他の一実施形態では、正極集電体、および前記正極集電体上に位置する正極活物質層を含み、前記正極活物質層は、上述した正極活物質を含む正極を提供する。
【０００７】
本発明のさらに他の一実施形態では、前記正極、負極、および電解質を含むリチウム二次電池を提供する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の一実施形態による正極活物質は、生産価格を最小化し、かつ容量を極大化したもので、長寿命特性が確保され、高電圧での特性と高温保存特性が改善される。前記正極活物質を適用したリチウム二次電池は、高電圧駆動条件でも高い初期充放電容量および効率を示すことができ、長寿命特性を実現することができ、高電圧および高温駆動によるガス発生問題を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示す断面図である。
実施例１で製造した第１正極活物質の大粒子に対する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。
実施例１で製造した第１正極活物質の大粒子に対する走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）イメージである。
実施例１で製造した第１正極活物質の小粒子に対するＳＥＭイメージである。
実施例１で製造した第１正極活物質の小粒子に対するＳＥＭイメージである。
実施例１で製造した第２正極活物質に対するＳＥＭイメージである。
実施例１で製造した第２正極活物質に対するＳＥＭイメージである。
実施例１と比較例１で製造した正極合剤密度を比較したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、具体的な実施形態についてこの技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施することができるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。
（【００１１】以降は省略されています）

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