JP5132048B2 - 非水電解質二次電池 - Google Patents

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Description

本発明は、リチウム二次電池などの非水電解質二次電池に関するものである。
近年、ハイブリッド電気自動車用電池として、軽量かつ高出力であることから、リチウムイオン電池が注目されている。その要求特性として、高出力特性だけでなく、広い充電深度範囲で比較的均一な出力特性を示すことが求められている。このような要求は、電池出力に対する制御アルゴリズムを簡素化することによって、システムを低コスト化することを目的としている。
リチウム含有ニッケル−マンガン複合酸化物は、従来、正極活物質として用いられているコバルト酸リチウムに比べ、資源量が豊富なニッケル及びマンガンを用いているため、安価な正極材料として注目されており、特にハイブリッド電気自動車用電池における正極活物質として注目されている。
しかしながら、リチウム含有ニッケル−マンガン酸化物を正極活物質として用いた非水電解質二次電池においては、放電容量が低いという問題、並びに抵抗が高いため出力特性が低いという問題があった。
上記問題を解決するため、特許文献1においては、スピネル構造を有するリチウムマンガン酸化物を混合し、低温出力特性を向上させることが提案されている。しかしながら、放電電位が4V(vs Li/Li+)程度であるスピネル構造を有するリチウムマンガン酸化物を用いると、回生出力特性が十分に得られない上、電池容量が十分に得られないという問題を生じる。また、リチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物についても多くの検討がなされているが、放電末期における抵抗の増加が大きく、広い充電深度の範囲で均一な出力特性が得られず、ハイブリッド電気自動車用電池として適していないものであった。
また、特許文献2においては、遷移金属サイトにリチウムを配置させたLi(LiNiMn)O2の正極材料を用いることで、放電容量が飛躍的に改善される旨記載されているが、前述の出力特性の均一化については未だ不十分であった。
特開2003−92108号公報 米国特許出願公開第2003/0108793号明細書
本発明の目的は、広い充電深度範囲で均一な高出力特性を示すことができ、ハイブリッド電気自動車用二次電池等に適した非水電解質二次電池を提供することにある。
本願発明は、正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、リチウムイオン伝導性を有する非水電解質とを備える非水電解質二次電池であり、遷移金属としてニッケル及びマンガンを含有し、かつ空間群R3mに帰属される結晶構造を有する第1のリチウム含有遷移金属酸化物LiaNixMnyM1z2(式中、a、x、y及びzは、1≦a≦1.5、0.5≦x+y+z≦1、0<x<10<y<1、0≦z、及びz/(x+y+z)≦0.1の関係を満足し、かつM1は、B、Mg、Al、Ti、Cr、V、Nb、Zr
、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)と、遷移金属としてニッケル、マンガン及びコバルトを含有し、かつ空間群R3mに帰属される結晶構造を有する第2のリチウム含有遷移金属酸化物LibNipMnqCorM2s2(式中、b、p、q、r及びsは、1≦b≦1.5、0.5≦p+q+r+s≦1、0<p<1、0<q<10<r<1、0≦s及びs/(p+q+r+s)≦0.1の関係を満足し、かつM2は、B、Mg、Al、Ti、Cr、VNb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)との混合物を、前記正極活物質として用い、第1のリチウム含有遷移金属酸化物におけるNi/Mnのモル比率(x/y)が、1以下であることを特徴としている。
本発明に従い、第1のリチウム含有遷移金属酸化物であるリチウム含有ニッケル−マンガン酸化物LiaNixMnyM1z2(式中、a、x、y及びzは、1≦a≦1.5、0.5≦x+y+z≦1、0<x<10<y<1、0≦z、及びz/(x+y+z)≦0.1の関係を満足し、かつM1は、B、Mg、Al、Ti、Cr、V、Nb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)に、第2のリチウム含有遷移金属酸化物であるリチウム含有ニッケル−マンガン−コバルト酸化物LibNipMnqCorM2s2(式中、b、p、q、r及びsは、1≦b≦1.5、0.5≦p+q+r+s≦1、0<p<1、0<q<10<r<1、0≦s及びs/(p+q+r+s)≦0.1の関係を満足し、かつM2は、B、Mg、Al、Ti、Cr、VNb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)を混合して正極活物質として用いることにより、出力特性が飛躍的に向上し、かつ広い充電深度範囲で均一な出力特性を得ることができる。
本発明において、第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物の混合割合(第1のリチウム含有遷移金属酸化物:第2のリチウム含有遷移金属酸化物)及び第1のリチウム含有遷移金属酸化物とコバルト酸リチウムの混合割合(第1のリチウム含有遷移金属酸化物:コバルト酸リチウム)は、重量比率で、1:9〜9:1の範囲内であることが好ましく、より好ましくは2:8〜8:2の範囲内であり、さらに好ましくは6:4〜4:6の範囲内である。これらの範囲内とすることにより、出力特性が高く、かつ広い充電深度範囲で均一な出力特性を得ることができるという本発明の効果がより効果的に得られる。
第1のリチウム含有遷移金属酸化物LiaNixMny M1 z 2において、x及びyのさらに好ましい範囲は、0<x≦0.5、0.5≦y<1である第2のリチウム含有遷移金属酸化物において、コバルトは、遷移金属の合計の含有量に対し、モル比率で0.2以上含有されていることが好ましい。LibNipMnqCor M2 s 2におけるp、q及びrのさらに好ましい範囲としては、0<p≦0.8、0.5≧r≧0.2、0<q≦0.5である。
第1のリチウム含有遷移金属酸化物及び第2のリチウム含有遷移金属酸化物においては、B、Mg、Al、Ti、Cr、V、Nb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素が、リチウム以外の金属の合計に対しモル比率で0.1以下含有されていてもよい。
また、コバルト酸リチウムにおいても、B、Mg、Al、Ti、Cr、V、Nb、Zr、Sn、Mo、W、及びPから選ばれる1種以上の元素が含有されていてもよい。その含有量としては、リチウム以外の金属の合計に対しモル比率で0.1以下であることが好ましい。
また、本発明における第1のリチウム含有遷移金属酸化物及び第2のリチウム含有遷移金属酸化物において、リチウムの一部は、遷移金属の3bサイトに含有されていてもよい。この場合、初回の充電終止電位を4.45V以上4.65V以下に設定することが、出力特性の向上の観点から好ましい。また、これらの酸化物の粒子径は、1〜20μmの範囲内であることが好ましく、BET比表面積は、0.1〜3m2/gの範囲内であることが好ましい。
本発明における第1のリチウム含有遷移金属酸化物及び第2のリチウム含有遷移金属酸化物は、いずれも空間群R3mに帰属される結晶構造を有している。このような結晶構造は、X線回折測定により確認することができる。また、コバルト酸リチウムも、空間群R3mに帰属される結晶構造を有している。
本発明において用いられる負極活物質は、非水電解質二次電池に用いることができる負極活物質であれば特に限定されるものではないが、炭素材料が好ましく用いられる。
本発明において用いられる非水電解液の溶質(支持塩)としては、一般に非水電解質二次電池の溶質として用いることができるリチウム塩が用いられる。このようなリチウム塩としては、LiPF6、LiBF4、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2、LiN(C25SO2)2、LiN(CF3SO2)(C49SO2)、LiC(CF3SO2)3、LiC(C25SO2)3、LiAsF6、LiClO4、Li210Cl10、Li212Cl12など及びそれらの混合物が例示される。さらに、これらの塩に加え、オキサラト錯体をアニオンとするリチウム塩が含まれていてもよい。このようなリチウム塩としては、リチウム−ビス(オキサラト)ボレートが挙げられる。
本発明において用いる非水電解質の溶媒としては、一般に非水電解質二次電池の電解質の溶媒として用いられているものを用いることができる。これらの中でも、環状カーボネートと鎖状カーボネートの混合溶媒が特に好ましく用いられる。環状カーボネートとしては、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、ビニレンカーボネートなどが挙げられる。鎖状カーボネートとしては、ジメチルカーボネート、メチルエチルカーボネート、ジエチルカーボネートなどが挙げられる。
本発明に従い、第1のリチウム含有遷移金属酸化物に、第2のリチウム含有遷移金属酸化物またはコバルト酸リチウムを混合して正極活物質として用いることにより、出力特性を飛躍的に向上することができ、かつ広い充電深度範囲で均一な出力特性を得ることができる。従って、本発明の非水電解質二次電池を、ハイブリッド電気自動車用二次電池に用いることにより、ハイブリッド電気自動車における制御アルゴリズムを簡素化することができ、システムを低コスト化することができる。
以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲において適宜変更して実施することが可能なものである。
(実施例1)
〔正極活物質の作製〕
本発明における第1のリチウム含有遷移金属酸化物であるリチウム含有ニッケル−マンガン酸化物は、Li2CO3と(Ni0.5Mn0.534をモル比で1.1:1となるように混合し、この混合物を空気雰囲気中900℃で20時間焼成することにより作製した。得られたリチウム含有ニッケル−マンガン酸化物の組成は、Li1.1Ni0.5Mn0.52であった。
本発明における第2のリチウム含有遷移金属酸化物であるリチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物は、以下のようにして作製した。Li2CO3と(Ni0.4Co0.3Mn0.334をモル比で1.15:1となるように混合し、この混合物を空気雰囲気中900℃で20時間焼成することにより作製した。得られたリチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物の組成は、Li1.15Ni0.4Co0.3Mn0.32であった。
得られたリチウム含有ニッケル−マンガン酸化物の粒子径は10μmであり、BET比表面積は1.0m2/gであった。また、リチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物の粒子径は10μmであり、BET比表面積は1.0m2/gであった。また、いずれについても、空間群R3mに帰属される結晶構造を有することをX線回折測定により確認した。
〔正極の作製〕
上記のようにして作製した第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物を、重量比(第1のリチウム含有遷移金属酸化物:第2のリチウム含有遷移金属酸化物)で、8:2となるように混合し、導電剤としての炭素材料と、結着剤としてのポリフッ化ビニリデンを溶かしたN−メチル−2−ピロリドン溶液を、活物質と導電剤と結着剤の重量比が90:5:5となるように混合し、正極スラリーを作製した。作製したスラリーを、集電体としてのアルミニウム箔上に塗布した後、乾燥し、その後圧延ローラーを用いて圧延し、集電タブを取り付けることにより正極を作製した。
〔電解液の作製〕
エチレンカーボネート(EC)とジエチルカーボネート(DEC)とを体積比3:7で混合した溶媒に、溶質としてのLiPF6を1モル/リットルとなるように溶解し、電解液を作製た。
〔三電極式ビーカーセルの作製〕
上記で作製した正極を作用極として用い、対極及び参照極としてリチウム金属を用い、上記電解液を注入して、三電極式ビーカーセルA1を作製した。
(実施例2)
第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物の混合割合を、6:4(重量比)となるように混合する以外は、実施例1と同様にして試験セルA2を作製した。
(実施例3)
第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物の混合割合を、4:6(重量比)となるように混合する以外は、実施例1と同様にして試験セルA3を作製した。
(実施例4)
第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物の混合割合を、2:8(重量比)となるように混合する以外は、実施例1と同様にして試験セルA4を作製した。
(比較例1)
正極活物質として、第1のリチウム含有遷移金属酸化物のみを用いる以外は、実施例1と同様にして試験セルBを作製した。
(比較例2)
正極活物質として、第2のリチウム含有遷移金属酸化物のみを用いる以外は、実施例1と同様にして試験セルCを作製した。
(比較例3)
正極活物質として、第1のリチウム含有遷移金属酸化物と、マンガン酸リチウム(Li1.1Mn1.94)を、8:2(重量比)となるように混合して用いる以外は、実施例1と同様にして試験セルDを作製した。
上記実施例1〜4及び比較例1〜3の各試験セルについて、以下の充放電試験及びIV抵抗測定試験を行った。
〔充放電試験〕
各セルを室温にて、1mAで4300mV(vs Li/Li+)まで充電した後、10分間休止し、その後1mAで2000mV(vs Li/Li+)まで放電し、定格放電容量を算出した。
〔IV抵抗測定試験〕
上記の充放電試験条件で、2000mV(vs Li/Li+)まで放電した後、1mAで定格放電容量のそれぞれ10%及び50%まで充電し、以下の試験を行った。
(1)5mA充電(10秒)→休止(10分)→5mA放電(10秒)→休止(10分)
(2)10mA充電(10秒)→休止(10分)→10mA放電(10秒)→休止(10分)
(3)20mA充電(10秒)→休止(10分)→20mA放電(10秒)→休止(10分)
室温にて、上記(1)〜(3)の充放電試験を順に行い、それぞれの充電時の最高到達電位を計測し、電流値に対する電位変化の傾きからIV抵抗を算出した。IV抵抗と、上記(1)の試験開始時における開始電圧Voから以下の式を用いて出力値を算出した。
出力(W)=(4300−Vo)/IV抵抗×4300
各セルについて測定した定格放電容量、開始電圧Vo、IV抵抗、及び出力を表1(SOC50%の時の出力特性)及び表2(SOC10%の時の出力特性)に示す。
Figure 0005132048
Figure 0005132048
また、図1には、実施例1〜4及び比較例1〜2のIV抵抗及び開始電圧を示している。また、図2には、第1のリチウム含有遷移金属酸化物であるLi1.1Ni0.5Mn0.52の混合比率と出力との関係を示している。図1及び図2から明らかなように、本発明に従い、第1のリチウム含有遷移金属酸化物に、第2のリチウム含有遷移金属酸化物を混合することにより、IV抵抗及び出力が、単純な混合比での加重計算から逸脱し、特異的に向上していることがわかる。また、第2のリチウム含有遷移金属酸化物を混合することにより、開始電圧Voが低下し、出力特性が向上している。スピネル構造を有するマンガン酸リチウム(Li1.1Mn1.94)を混合させた比較例3においては、その放電電位の高さ
に起因する開始電圧Voの上昇により、十分な出力特性が得られていない。
また、表2に示すように、SOC50%時の出力とSOC10%時の出力差は、リチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物のみを用いた比較例2が最も大きくなっている。これに対し、本発明に従い、リチウム含有ニッケル−マンガン酸化物と、リチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物とを混合して用いた実施例1〜4においては、比較例2に比べ、SOC50%時出力とSOC10%時出力の差が小さくなっており、また比較的高い出力が得られている。従って、本発明によれば、広い充電深度範囲において、均一でかつ高い出力を得ることができることがわかる。
上記本発明の効果の作用機構の詳細は明らかではないが、リチウム含有ニッケル−マンガン酸化物に、リチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物を添加することにより、リチウム含有ニッケル−マンガン酸化物の電気化学的活性が改善されるとともに、リチウム含有ニッケル−コバルト−マンガン酸化物の電気化学的活性が高められ、出力特性の充放電深度依存性が低減されるものと考えられる。
(実施例5)
Li2Co3と(Ni0.1Mn0.634をモル比で1.3:0.7となるように混合し、この混合物を空気雰囲気中1000℃で20時間焼成することにより、リチウム含有ニッケル−マンガン酸化物Li1.3Ni0.1Mn0.62を作製し、これを第1の正極活物質とし、第2の正極活物質Li1.15Ni0.4Co0.3Mn0.32との混合比率を重量比で1:1とすること以外は、実施例1と同様にして、試験セルA5を作製した。
(実施例6)
第2の正極活物質として、異元素を含有したコバルト酸リチウムLiCo0.99Zr0.005Mg0.0052を用いること以外は実施例5と同様にして、試験セルA6を作製した。
(比較例4)
正極活物質として、Li1.3Ni0.1Mn0.62のみを用いる以外は、実施例1と同様にして、試験セルEを作製した。
(比較例5)
正極活物質として、異元素を含有したコバルト酸リチウムLiCo0.99Zr0.005Mg0.0052のみを用いること以外は、実施例1と同様にして、試験セルFを作製した。
〔充放電試験〕
各セルを室温にて、1mAで4600mV(vs Li/Li+)まで充電した後、10分間休止し、その後1mAで2000mA(vs Li/Li+)まで放電し、放電容量を算出した。
〔IV抵抗測定試験〕
上記の充放電試験条件で、2000mV(vs Li/Li+)まで放電した後、1mAで放電容量のそれぞれ30%及び70%まで充電し、以下の試験を行った。
(1)5mA充電(10秒)→休止(10分)→5mA放電(10秒)→休止(10分)
(2)10mA充電(10秒)→休止(10分)→10mA放電(10秒)→休止(10分)
(3)20mA充電(10秒)→休止(10分)→20mA放電(10秒)→休止(10分)
室温にて、上記(1)〜(3)の充放電試験を順に行い、それぞれの充電時の最高到達電位を計測し、電流値に対する電位変化の傾きからIV抵抗を算出した。IV抵抗と、上記(1)の試験開始時における開始電圧Voから以下の式を用いて出力値を算出した。
出力(W)=(4300−Vo)/IV抵抗×4300
各セルについて測定した出力及び出力差を表3に示す。
Figure 0005132048
表3に示す試験の結果より明らかなように、Li1.3Ni0.1Mn0.62と、Li1.15Ni0.4Co0.3Mn0.32またはLiCo0.99Zr0.005Mg0.0052とを混合することにより、SOC変化に対する出力変化を著しく低減でき、出力の充電深度依存性の小さい電池を作製することができる。
上記本発明の効果の作用機構の詳細は明らかではないが、マンガン比の大きいリチウム含有ニッケル−マンガン酸化物正極材料は電子伝導性が低いため、他の正極活物質を混合することによるリチウム含有ニッケル−マンガン酸化物の電気化学的活性が改善され、出力の充電深度依存性が低減できる効果がより顕著に現れると考えられる。
本発明に従う実施例1〜4及び比較例1〜2のIV抵抗及び開始電圧を示す図。 第1のリチウム含有遷移金属酸化物と第2のリチウム含有遷移金属酸化物の混合比率と出力との関係を示す図。

Claims (1)

  1. 正極活物質を含む正極と、負極活物質を含む負極と、リチウムイオン伝導性を有する非水電解質とを備える非水電解質二次電池において、
    遷移金属としてニッケル及びマンガンを含有し、かつ空間群R3mに帰属される結晶構造を有する第1のリチウム含有遷移金属酸化物LiaNixMnyM1z2(式中、a、x、y及びzは、1≦a≦1.5、0.5≦x+y+z≦1、0<x<10<y<1、0≦z、及びz/(x+y+z)≦0.1の関係を満足し、かつM1は、B、Mg、Al、Ti、Cr、V、Nb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)と、遷移金属としてニッケル、マンガン及びコバルトを含有し、かつ空間群R3mに帰属される結晶構造を有する第2のリチウム含有遷移金属酸化物LibNipMnqCorM2s2(式中、b、p、q、r及びsは、1≦b≦1.5、0.5≦p+q+r+s≦1、0<p<1、0<q<10<r<1、0≦s及びs/(p+q+r+s)≦0.1の関係を満足し、かつM2は、B、Mg、Al、Ti、Cr、VNb、Zr、Sn及びMoから選ばれる1種以上の元素である。)との混合物を、前記正極活物質として用い、
    前記第1のリチウム含有遷移金属酸化物におけるNi/Mnのモル比率(x/y)が、1以下であることを特徴とする非水電解質二次電池。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020528643A (ja) * 2017-09-19 2020-09-24 エルジー・ケム・リミテッド リチウム二次電池用正極材、この製造方法、これを含むリチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5159133B2 (ja) * 2007-03-23 2013-03-06 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP5159134B2 (ja) * 2007-03-23 2013-03-06 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP2009004285A (ja) * 2007-06-25 2009-01-08 Sanyo Electric Co Ltd 正極活物質、正極活物質の製造方法および非水電解質二次電池
JP5247196B2 (ja) * 2008-03-19 2013-07-24 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JPWO2011016553A1 (ja) * 2009-08-07 2013-01-17 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP5357268B2 (ja) * 2009-12-04 2013-12-04 日産自動車株式会社 電気デバイス用正極材料およびこれを用いた電気デバイス
JP2012048959A (ja) * 2010-08-26 2012-03-08 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池用電極及び非水電解質二次電池
JP5394578B2 (ja) * 2011-02-28 2014-01-22 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池及び非水電解質二次電池用正極
JP5648807B2 (ja) * 2011-03-28 2015-01-07 国立大学法人東京工業大学 リチウム過剰三元系化合物およびその製造方法
US9595708B2 (en) 2013-03-14 2017-03-14 Ovonic Battery Company, Inc. Composite cathode materials having improved cycle life
WO2014142957A1 (en) * 2013-03-15 2014-09-18 Ovonic Battery Company, Inc. Composite cathode materials having improved cycle life
KR20150037085A (ko) * 2013-09-30 2015-04-08 주식회사 엘지화학 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR101666384B1 (ko) 2013-09-30 2016-10-14 주식회사 엘지화학 고전압 리튬 이차전지용 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
FR3012259B1 (fr) * 2013-10-22 2021-01-22 Renault Sas Electrode pour batterie de stockage d'energie electrique comprenant un materiau constitue de lifepo4 et d'au moins deux autres composes particuliers
JP6399388B2 (ja) * 2013-11-28 2018-10-03 パナソニックIpマネジメント株式会社 非水電解質二次電池
JP6519577B2 (ja) * 2016-12-22 2019-05-29 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002100356A (ja) * 2000-09-25 2002-04-05 Seimi Chem Co Ltd リチウム二次電池
JP2003092108A (ja) 2001-07-12 2003-03-28 Mitsubishi Chemicals Corp リチウム二次電池用正極材料、リチウム二次電池用正極及びリチウム二次電池
JP3793054B2 (ja) * 2001-07-27 2006-07-05 日立マクセル株式会社 非水電解質二次電池
AU2002355544A1 (en) 2001-08-07 2003-02-24 3M Innovative Properties Company Cathode compositions for lithium ion batteries
JP3631197B2 (ja) * 2001-11-30 2005-03-23 三洋電機株式会社 非水電解質二次電池
JP2004139743A (ja) * 2002-08-21 2004-05-13 Sanyo Electric Co Ltd 非水電解質二次電池
JP4237074B2 (ja) * 2004-02-16 2009-03-11 ソニー株式会社 非水電解質二次電池用の正極活物質および非水電解質二次電池
KR100578877B1 (ko) * 2004-03-12 2006-05-11 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020528643A (ja) * 2017-09-19 2020-09-24 エルジー・ケム・リミテッド リチウム二次電池用正極材、この製造方法、これを含むリチウム二次電池用正極、及びリチウム二次電池
US11637275B2 (en) 2017-09-19 2023-04-25 Lg Energy Solution, Ltd. Positive electrode material for lithium secondary battery, method of preparing the same, and positive electrode for lithium secondary battery and lithium secondary battery which include the positive electrode material

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