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公開番号2025117572
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-08-12
出願番号2025013451
出願日2025-01-30
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 20100101AFI20250804BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】高密度、高容量、長寿命特性、および高いエネルギー密度を実現することができる正極活物質と、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。
【解決手段】一実施形態による正極活物質は、層状型のリチウムニッケル-マンガン系複合酸化物を含み、複数の1次粒子が凝集された2次粒子形態である第1正極活物質;層状型のリチウムニッケル-マンガン系複合酸化物を含み、前記第1正極活物質より小さい平均粒径(D₅₀)を有し、単粒子形態である第2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み、単粒子形態である第3正極活物質;を含む。
【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み、複数の１次粒子が凝集された２次粒子形態である第１正極活物質；
層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含み、前記第１正極活物質より小さい平均粒径（Ｄ
50
）を有し、単粒子形態である第２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み、単粒子形態である第３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、第２正極活物質、および第３正極活物質の合計１００重量％に対して、第１正極活物質は３０重量％～９０重量％含まれ、第２正極活物質は５重量％～４０重量％で含まれ、第３正極活物質は５重量％～３０重量％で含まれる、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項３】
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量が６０モル％～８０モル％であり、マンガンの含量が１５モル％以上である、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項４】
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】
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】
前記層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物で、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】
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で表されるものである、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
上記化学式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から選択される一つ以上の元素であり、ＸはＦ、Ｐ、およびＳから選択される一つ以上の元素である。
【請求項８】
前記第１正極活物質の平均粒径（Ｄ
50
）は１０μｍ～２５μｍである、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項９】
前記第１正極活物質は、複数の１次粒子が凝集された２次粒子形態のコア粒子；および
前記コア粒子の表面に位置し、Ａｌを含むコーティング層；をさらに含む、請求項１に記載の正極活物質。
【請求項１０】
前記第２正極活物質の平均粒径（Ｄ
50
）は０．５μｍ～８μｍ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】
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ものである。
続きを表示（約 1,800 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】
このような用途に符合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使用される。しかし、最近、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が含有された正極活物質の供給量は非常に不足することと予想される。即ち、コバルトは高価であり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】
高密度、高容量、長寿命特性、および高いエネルギー密度を実現することができる正極活物質と、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】
一実施形態で、層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含み、複数の１次粒子が凝集された２次粒子形態である第１正極活物質；層状型のリチウムニッケル－マンガン系複合酸化物を含み、前記第１正極活物質より小さい平均粒径（Ｄ
50
）を有し、単粒子形態である第２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み、単粒子形態である第３正極活物質；を含む正極活物質を提供する。
【０００６】
他の一実施形態で、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前記正極活物質を含む正極を提供する。
【０００７】
他の一実施形態で、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】
一実施形態による正極活物質は生産価格を最小化しながら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ペレット密度が高くて高いエネルギー密度を実現することができ、長寿命特性を実現することができる。
【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した断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示した断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示した断面図である。
一実施形態によるリチウム二次電池を概略的に示した断面図である。
実施例１で製造した第１正極活物質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で製造した第３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３正極活物質に対するＳＥＭイメージである。
【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、本発明は様々の異なる形態で実現することができ、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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