JP5441328B2 - カソード活物質及びこれを採用したリチウム電池 - Google Patents

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Description

本発明は、カソード活物質及びこれを採用したリチウム電池に係り、初期の不可逆容量を最小化させて電極特性を改善できるカソード活物質及びこれを採用したリチウム電池に関する。
一般的に、リチウム電池用カソード活物質としては、LiNiO、LiCoO、LiMn、LiFePO、LiNiCo1−x(0≦x≦1)、Ni1−x−yCoMn(0≦x≦0.5,0≦y≦0.5)などの遷移金属化合物の酸化物が使われており、高容量が要求されるフローによって複合系酸化物が代案として提示されている。
このような複合系酸化物のうち一つであるxLiMO‐(1−x)LiMeOは、基本的にLiMOとLiMeOとの複合体として構成される。前記複合体を構成するLiMOでMnが使用されるLiMnOの例を見れば、下記の反応式に表したようにMnが4+の酸化数を持つので、充電時に追加酸化されずに酸素がリチウムと共にLiOの形態で脱離される過程を経る。放電時には脱離された酸素が可逆的に材料の内部に入れないため、リチウムのみ材料内部に挿入され、同時にMnは3+に還元される。したがって、初期充電時には2個のLiが脱離され、放電時には1個のLiが挿入される原理により理論的初期効率が50%に留まる。
(充電)LiMn4+→Mn4++Li
(放電)Mn4++Li→LiMn3+
さらにxLiMO‐(1−x)LiMeO複合系システムの場合、高容量を具現するためにLiMOの含有量比を50%以上に増大させているので、このような不可逆容量減少問題は至急な解決課題となっている。
本発明が解決しようとする技術的課題は、初期充電過程で不可逆容量の減少を最小化できるカソード活物質を提供することである。
本発明が解決しようとする他の技術的課題は、前記カソード活物質を採用したリチウム電池を提供することである。
前記技術的課題を達成するために本発明は、下記化学式1の複合物と、遷移金属酸化物と、を含むことを特徴とするカソード活物質を提供する。
<化1>
xLiMO‐(1−x)LiMeO
(式中、0<x≦0.8であり、Mは、Mn、Ti、及びZrからなる群から選択された少なくとも一つ以上の金属であり、Meは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Mg、Zr及びBからなる群から選択された少なくとも一つ以上のものである。)
本発明の一具現例によれば、前記遷移金属酸化物は、リチウム非含有遷移金属酸化物であることが望ましい。
本発明の一具現例によれば、前記遷移金属酸化物は、バナジウム含有酸化物、マンガン含有酸化物、鉄含有酸化物、チタン含有酸化物、コバルト含有酸化物、ニッケル含有酸化物、モリブデン含有酸化物及びタングステン含有酸化物からなる群から選択される一つ以上であることが望ましい。
本発明の一具現例によれば、前記遷移金属酸化物は、バナジウム含有酸化物またはマンガン含有酸化物であることが望ましい。
本発明の一具現例によれば、前記遷移金属酸化物は、VO(2≦x<2.5)またはVであることが望ましい。
本発明の一具現例によれば、前記遷移金属酸化物の含有量は、カソード活物質の総重量に対して50重量%以下であることが望ましい。
本発明の一具現例によれば、前記遷移金属酸化物の含有量は、カソード活物質総重量に対して3ないし20重量%であることが望ましい。
本発明の一具現例によれば、前記化学式1の複合物でxは、0.1ないし0.6の範囲が望ましい。
前記他の技術的課題を達成するために本発明は、前記カソード活物質を採用したリチウム電池を提供する。
本発明によるカソード活物質は、複合系システムに電気化学的に活性の遷移金属酸化物を添加することによって初期不可逆容量の減少を抑制でき、電池内部で発生する酸素の発生を抑制して安全性を改善することもできる。このような本発明によるカソード活物質を採用したカソードは、対極との設計を容易にして高容量カソード材料の有用性をさらに向上させる。
以下、本発明をさらに詳細に説明する。
本発明によるカソード活物質は、複合系カソードの電気化学的特性を向上させるために電気化学的に活性の遷移金属酸化物を添加したことを特徴とし、初期放電時にカソード内部に挿入され得ないリチウムを活用することによって、初期充電量に対する不可逆容量の減少比率を大きく低下させて、アノードとの電池設計時に有利に適用できるようになる。また、安定性の障害となりうる酸素発生などを抑制するので、安定性の確保にもさらに効率的に備えることができる。
本発明によるカソード活物質は、下記化学式1の複合物に遷移金属酸化物を添加して得られる。
<化1>
xLiMO‐(1−x)LiMeO
式中、0<x≦0.8であり、M及びMeは、互いに独立的に金属イオンを表す。
前記化学式1の複合物に添加される遷移金属酸化物は、前記複合系システムで充電過程では反応に参加しないが、放電過程で還元がなされるので、充電過程で脱離されたリチウムを追加的に受け入れて初期放電時にカソード内部に挿入され得ないリチウムを活用できるようになり、これは結局、不可逆容量の減少比率を最小化する。
前記複合系物質としてxLiMn4+‐(1−x)LiMeOを使用し、前記遷移金属酸化物としてVを使用する場合、本発明によるカソード活物質は次のような反応を経る。
(充電)xLiMn4+‐(1−x)LiMeO+yV→xMn4+‐(1−x)MeO+(1−x)Li‐xLiO+yV
(放電)xMn4+‐(1−x)MeO+yV+(1+z)Li→xLiMn3+‐(1−x)LiMeO+zLi・yV
ただし、0<y<1、0<z<1
前記反応式で、初期充電時にMnは+4の酸化数を持つので追加酸化されず、リチウムは酸素と共に脱離される。添加物として加えられたVは、初期充電過程では反応に参加しないが、放電過程では還元(+5→+3)がなされ、Mnも同様に+4の酸化数から+3に還元がなされる。このような還元工程によって充電時に脱離されたLiがこれらと結合し、Vが添加されることによってリチウムがカソード内部に挿入される含有量を追加的に増大させる。したがって、初期充電時には2個のリチウムが脱離され、放電時には1個のリチウムが挿入される原理により50%未満に過ぎない前記化学式1の複合物構成成分LiMnOの理論的初期効率を、前記遷移金属を添加することによってそれ以上に向上させる。
本発明によるカソード活物質で、前記化学式1の複合物に添加される遷移金属酸化物としては、リチウム非含有遷移金属酸化物を添加でき、例えば、バナジウム含有酸化物、マンガン含有酸化物、鉄含有酸化物、チタン含有酸化物、コバルト含有酸化物、ニッケル含有酸化物、モリブデン含有酸化物及びタングステン含有酸化物からなる群から選択される一つ以上の遷移金属酸化物を添加できる。理論的に反応がなされる電圧の高いバナジウム含有酸化物あるいはマンガン含有酸化物を使用することが望ましい。前記バナジウム含有酸化物としては、VO(2≦x<2.5)またはVを例とすることができる。
このような遷移金属化合物は、前記カソード活物質の総重量を基準に50重量%以下、望ましくは、3ないし20重量%の含有量で使用できる。前記含有量が50重量%を超過する場合には活物質の含有量が減少し、容量などが減少して望ましくない。
本発明によるカソード活物質に使われる前記化学式1の複合物は、燃焼合成法を通じて製造でき、例えば、金属塩、例えば、炭酸塩、アセト酸塩形態の出発物質を酸水溶液に溶解させてゾルを形成し、水分を蒸発させて得られたゲルを燃焼させた後、追加熱処理により目的とする前記化学式1の複合物粉末を形成する。
これと異なる方法として、前記化学式1の複合物は、LiOH及び/またはKOHを使用する塩基条件下で熱水工程で製造でき、このような工程は加圧条件、例えば、5ないし35気圧及び100ないし150℃の温度範囲を持つ加圧オートクレーブで6ないし12時間程度行うことが望ましい。
前記化学式1の複合物を製造する具体的な工程及び物性は、米国特許第6,677,082号明細書及び米国特許出願公開第2006/0051673号明細書に開示されており、引用によって本明細書に統合されている。
<化1>
xLiMO‐(1−x)LiMeO
式中、0<x≦0.8で、MはMn、Ti、及びZrからなる群から選択された少なくとも一つ以上の金属であり、Meは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Mg、Zr、Bからなる群から選択された少なくとも一つ以上のものである。
前記化学式1の複合物でMeは、Ni、Co、Mn、Crからなる群から選択された少なくとも一つ以上の金属を含むことが望ましい。
前記化学式1の複合物でxは、LiMOとLiMeOとのモル比を決定する要素として作用し、0<x≦0.8の範囲を持ち、望ましくは0.1ないし0.6の範囲を持つ。前記xが0.8を超過する場合には、導電度低下のような問題があるため望ましくない。
前記本発明によるカソード活物質を採用したリチウム電池は次のように製造できる。
まず、前記本発明の一実施例によるカソード活物質、導電剤、結合剤及び溶媒を混合してカソード活物質組成物を準備する。前記カソード活物質組成物をアルミニウム集電体上に直接コーティング及び乾燥してカソード極板を準備する一方、前記カソード活物質組成物を別途の支持体上にキャスティングした後、この支持体から剥離して得たフィルムを前記アルミニウム集電体上にラミネーティングしてカソード極板を製造することもできる。
前記導電剤としてはカーボンブラックを使用し、結合剤としてはフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート、ポリテトラフルオロエチレン及びその混合物、スチレンブタジエンゴム系ポリマーを使用し、溶媒としては、N−メチルピロリドン、アセトン、水などを使用する。この時、カソード活物質、導電剤、結合剤及び溶媒の含有量は、リチウム電池で通例的に使用するレベルである。
前述したカソード極板の製造時と同様に、アノード活物質、導電剤、結合剤及び溶媒を混合してアノード活物質組成物を製造し、これを銅集電体に直接コーティングするか、別途の支持体上にキャスティングし、この支持体から剥離させたアノード活物質フィルムを銅集電体にラミネーティングしてアノード極板を得る。この時、アノード活物質、導電剤、結合剤及び溶媒の含有量はリチウム電池で通例的に使用するレベルである。
前記アノード活物質としては、リチウム金属、リチウム合金、炭素材またはグラファイトを使用する。アノード活物質組成物で導電剤、結合剤及び溶媒は、カソードの場合と同じものを使用できる。場合によっては、前記カソード電極活物質組成物及びアノード電極活物質組成物に可塑剤をさらに付加して電極板の内部に気孔を形成することもできる。
前記カソード極板とアノード極板とはセパレータにより分離され、前記セパレータとしては、リチウム電池で通例的に使われるものならばいずれも使用できる。特に電解質のイオン移動に対して低抵抗でありつつ電解液含湿能力に優れたものが望ましい。例えば、ガラスファイバ、ポリエステル、テフロン(登録商標)、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、その化合物のうち選択された材質であり、不織布または織布形態であってもよい。これをさらに詳細に説明すれば、リチウムイオン電池の場合には、ポリエチレン、ポリプロピレンのような材料からなる巻取り可能なセパレータを使用し、リチウムイオンポリマー電池の場合には有機電解液含湿能力に優れたセパレータを使用するが、このようなセパレータは下記の方法によって製造できる。
すなわち、高分子樹脂、充填剤及び溶媒を混合してセパレータ組成物を準備した後、前記セパレータ組成物を電極の上部に直接コーティング及び乾燥してセパレータフィルムを形成するか、または前記セパレータ組成物を支持体上にキャスティング及び乾燥した後、前記支持体から剥離させたセパレータフィルムを電極上部にラミネーティングして形成できる。
前記高分子樹脂は特別に限定されず、電極板の結合剤に使われる物質がいずれも使用できる。例えば、フッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレンコポリマー、ポリフッ化ビニリデン、ポリアクリロニトリル、ポリメチルメタクリレート及びその混合物を使用できる。特に、ヘキサフルオロプロピレン含有量が8ないし25重量%であるフッ化ビニリデン/ヘキサフルオロプロピレンコポリマーを使用することが望ましい。
前述したようなカソード極板とアノード極板との間にセパレータを配置して電池構造体を形成する。このような電池構造体をワインディングするか、折り畳んで円筒形電池ケースやまたは角形電池ケースに入れた後、有機電解液を注入すればリチウムイオン電池が完成される。
また前記電池構造体をバイセル構造に積層した後、これを有機電解液に含浸させて、得られた結果物をポーチに入れて密封すれば、リチウムイオンポリマー電池が完成する。
前記リチウム電池を構成する有機電解液は、リチウム塩、及び高誘電率溶媒と低沸点溶媒とからなる混合有機溶媒を含むことができる。
本発明に使われる高誘電率溶媒としては、当業界で通例的に使われるものならば特別に制限されず、例えば、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のような環状カーボネートまたはγ−ブチロラクトンなどを使用できる。
また、低沸点溶媒も当業界に通例的に使われるものであり、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネートのような鎖型カーボネート、ジメトキシエタン、ジエトキシエタンまたは脂肪酸エステル誘導体などを使用でき、特別に制限されない。
前記高誘電率溶媒と低沸点溶媒との混合体積比は1:1ないし1:9であることが望ましく、前記範囲を外れる時には放電容量及び充放電寿命の側面で望ましくない。
また前記リチウム塩は、リチウム電池で通例的に使われるものならばいずれも使用可能であり、LiClO、LiCFSO、LiPF、LiN(CFSO)、LiBF、LiC(CFSO、及びLiN(CSOからなる群から選択された一つ以上の化合物が望ましい。
有機電解液中の前記リチウム塩の濃度は0.5ないし2M程度であることが望ましいが、リチウム塩の濃度が0.5M未満であれば、電解液の伝導度が低くなって電解液性能が落ち、2.0Mを超過する時には電解液の粘度が増大してリチウムイオンの移動性が低下するという問題点があって望ましくない。
以下では、本発明を実施例及び比較例を挙げてさらに詳細に説明するが、本発明がこれに限定されるものではない。
[比較例1]
リチウムカーボネート0.024モルを、ニッケルアセテート0.008モル、コバルトアセテート0.0016モル及びマンガンアセテート0.0224モルと共に薄い硝酸水溶液50mlに溶解させた後、クエン酸水溶液50ml及びエチレングリコール30mlを添加してゾルを製造した。次いで、60℃のホットプレートで12時間以上攪拌及び加熱して水を蒸発させた後、ゲルの燃焼反応をホットプレートで同一に行って燃焼を通じてゲルを完全に分解させた。次いで、空気を流しつつ約950℃の温度で約5時間熱処理した後、ステンレス板上でケンチング(急冷)しつつ目的とする複合物0.6Li[Li1/3Mn2/3]O‐0.4LiNi0.5Co0.1Mn0.4を粉末状に製造した。
最終合成された粉末は、活物質と導電剤(Ketjen Black,EC−600JD)とを均一に混合した後、PVDFバインダー溶液を添加して活物質:導電剤:バインダーが93:3:4の重量比になるようにスラリーを製造した。15μm厚さのアルミニウムホイール上に製造されたスラリーをコーティングした後、乾燥してカソード極板を製造し、追加真空乾燥してコインセル(CR2016タイプ)を製造した。製造されたコインセルを使用して充放電実験を行い、前記コインセルの製造時に対極としては金属リチウムを使用し、電解質としては1.3M LiPFを含むエチレンカーボネート(EC):ジエチルカーボネート(DEC)=3:7の混合溶媒を使用した。充放電条件は、充電時に4.6Vまで20mA/gで定電流の充電後に定電圧を加えて電流が2mA/gに落ちるまで維持した。放電は、2Vまで20mA/gの定電流放電させた。前記充放電試験結果を図1ないし図3に図示した。
[実施例1]
前記比較例1で得られた複合物0.6Li[Li1/3Mn2/3]O‐0.4LiNi0.5Co0.1Mn0.4の活物質、バナジウム酸化物(VO)ナノワイヤ及び導電剤(ケッチェンブラック)を、複合物:バナジウム酸化物:導電剤=83.7:9.3:3重量比で混合して均一な混合物を作った。次いで、PVDFバインダー溶液を添加して複合物:バナジウム酸化物:導電剤:バインダーが83.7:9.3:3:4の重量比になるようにスラリーを製造した。電極の製造、コインセルの製造及び充放電試験法は比較例1と同一に実施した。充放電結果は図2及び図3に図示し、図2は、充放電サイクル特性を示しており、図3は、サイクルによる放電容量が初期充電容量に対して何%維持されているかを示す。
[実施例2]
比較例1で得られた複合物0.6Li[Li1/3Mn2/3]O‐0.4LiNi0.5Co0.1Mn0.4、バナジウム酸化物(V)粉末及び導電剤(ケッチェンブラック)を、複合物:バナジウム酸化物:導電剤=83.7:9.3:3重量比で混合して均一な混合物を作った。次いで、PVDFバインダー溶液を添加して複合物:バナジウム酸化物:導電剤:バインダーが83.7:9.3:3:4の重量比になるようにスラリーを製造した。電極の製造、コインセルの製造及び充放電試験法は比較例1と同一に実施した。充放電結果は図1ないし図3に図示し、図1は、前記Vがカソード活物質対比10重量%の重量比で含まれた場合の初期充放電曲線を図示し、図2は、充放電サイクル特性を示し、図3は、サイクルによる放電容量が初期充電容量に対して何%維持されているかを示す。
本発明によるカソード活物質の改善された電気化学的特性は、図2及び図3から分かり、特に、図2を見れば、放電容量はバナジウム酸化物を活物質対比10重量%の含有量で混合した場合と混合しない場合とが大きい差を表していないことが確認でき、これは、前記バナジウム酸化物がカソード電極内で電気化学的に活性であることが分かる。これは、図1に示したように、低電圧区間で現れているバナジウムイオンの酸化及び還元による電位平坦領域からも分かる。さらに初期充電容量に対する放電容量の比率は、図3に示したように大幅に改善されたことが分かる。
すなわち、初期充放電効率は、比較例1の83%と比較してVOナノワイヤを活物質対比10重量%混合すれば91%に、Vを10重量%混合すれば94%に大きく向上した。また2番目のサイクルでもこの値は、Vが混合された場合に89%と高く維持されたが、比較例1のカソードの場合には78%まで低下した。
本発明は、リチウム電池関連の技術分野に好適に用いられる。
比較例1による活物質の充放電曲線と実施例2による混合電極の充放電曲線とを示すグラフである。 比較例1による活物質と実施例1及び実施例2による混合電極とのサイクル特性を示すグラフである。 比較例1による活物質と実施例1及び実施例2による混合電極との初期充電量に対するサイクル別放電量の比率を示すグラフである。

Claims (12)

  1. 下記化学式1の複合物と、
    遷移金属酸化物と、を含むことを特徴とするカソード活物質であって、
    <化1>
    xLiMO‐(1−x)LiMeO
    式中、0<x≦0.8であり、
    Mは、Mn、Ti、及びZrからなる群から選択された少なくとも一つ以上の金属であり、
    Meは、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Al、Mg、Zr及びBからなる群から選択された少なくとも一つ以上のものであり、
    前記遷移金属酸化物はVO (2≦x<2.5)またはV である、カソード活物質。
  2. 前記遷移金属酸化物の含有量は、カソード活物質の総重量に対して50重量%以下であることを特徴とする請求項1に記載のカソード活物質。
  3. 前記遷移金属酸化物の含有量は、カソード活物質の総重量に対して3ないし20重量%の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のカソード活物質。
  4. 前記Meは、Cr、Mn、Co及びNiからなる群から選択された少なくとも一つ以上の金属であることを特徴とする請求項1に記載のカソード活物質。
  5. 前記xは、0.1ないし0.6の範囲であることを特徴とする請求項1に記載のカソード活物質。
  6. 請求項1ないしのうちいずれか1項に記載のカソード活物質を含むカソードと、
    アノードと、
    有機電解液と、を含むことを特徴とするリチウム電池。
  7. 前記アノードは、アノード活物質、導電剤、結合剤及び溶媒を含むことを特徴とする請求項に記載のリチウム電池。
  8. 前記アノード活物質は、リチウム金属、リチウム合金、炭素材またはグラファイトであることを特徴とする請求項に記載のリチウム電池。
  9. セパレータをさらに含むことを特徴とする請求項に記載のリチウム電池。
  10. 前記有機電解液は、リチウム塩、高誘電率溶媒及び低沸点溶媒の混合溶媒を含むことを特徴とする請求項に記載のリチウム電池。
  11. 前記高誘電率溶媒は、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のような環状カーボネート、γ−ブチロラクトンまたはこれらの混合物であることを特徴とする請求項10に記載のリチウム電池。
  12. 前記低沸点溶媒は、ジメチルカーボネート、エチルメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、ジメトキシエタン、ジエトキシエタン、脂肪酸エステル誘導体またはこれらの混合物であることを特徴とする請求項10に記載のリチウム電池。
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Families Citing this family (41)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080182171A1 (en) * 2006-12-18 2008-07-31 Hideaki Maeda Composition for negative electrode of non-aqueous rechargeable battery and non-aqueous rechargeable battery prepared by using same
JP5270089B2 (ja) * 2006-12-18 2013-08-21 三星エスディアイ株式会社 非水二次電池用負極材料の製造方法及びそれを用いた非水二次電池の製造方法
KR101328986B1 (ko) * 2007-06-12 2013-11-13 삼성에스디아이 주식회사 복합 활물질을 포함하는 캐소드 및 이를 채용한 리튬 전지
US8835027B2 (en) * 2007-09-21 2014-09-16 Uchicago Argonne, Llc Positive electrodes for lithium batteries
KR101430616B1 (ko) * 2007-12-18 2014-08-14 삼성에스디아이 주식회사 캐소드 및 이를 채용한 리튬 전지
US8187752B2 (en) * 2008-04-16 2012-05-29 Envia Systems, Inc. High energy lithium ion secondary batteries
FR2932175B1 (fr) * 2008-06-05 2011-06-03 Commissariat Energie Atomique Materiau d'electrode positive forme d'un oxyde de type lamellaire pour accumulateur au lithium.
JP5392813B2 (ja) * 2008-10-31 2014-01-22 日産自動車株式会社 リチウムイオン電池とその使用方法
JP5282966B2 (ja) * 2009-05-27 2013-09-04 トヨタ自動車株式会社 リチウムイオン二次電池
US9249034B2 (en) 2009-09-30 2016-02-02 Toda Kogyo Corporation Positive electrode active substance particles and process for producing the same, and non-aqueous electrolyte secondary battery
US9281526B1 (en) * 2009-12-02 2016-03-08 Hrl Laboratories, Llc Batteries with replenishable storage capacities
CN102754246A (zh) * 2010-01-11 2012-10-24 安普雷斯股份有限公司 可变容量电池组件
WO2011105833A2 (ko) * 2010-02-24 2011-09-01 주식회사 엘지화학 출력 향상을 위한 양극 활물질 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
JP5149926B2 (ja) * 2010-03-05 2013-02-20 株式会社日立製作所 リチウムイオン二次電池用正極、リチウムイオン二次電池、これを搭載した乗り物および電力貯蔵システム
JP5382061B2 (ja) 2010-06-22 2014-01-08 日亜化学工業株式会社 非水電解液二次電池用正極組成物及び該正極組成物を用いた正極スラリー
JP2012099316A (ja) * 2010-11-01 2012-05-24 Toyota Industries Corp リチウムイオン二次電池用正極活物質およびリチウムイオン二次電池
JP2012142155A (ja) 2010-12-28 2012-07-26 Sony Corp リチウム二次電池、正極活物質、正極、電動工具、電動車両および電力貯蔵システム
JP2012142154A (ja) 2010-12-28 2012-07-26 Sony Corp リチウムイオン二次電池、電動工具、電動車両および電力貯蔵システム
FR2970376B1 (fr) 2011-01-07 2013-01-25 Commissariat Energie Atomique Materiau d'electrode positive biphase pour accumulateur au lithium et son procede de synthese
KR101288973B1 (ko) * 2011-05-04 2013-07-24 삼성전자주식회사 전극활물질, 그 제조방법 및 이를 채용한 전극 및 리튬전지
CN102226298B (zh) * 2011-06-17 2012-12-05 北京理工大学 一种金属氧化物纳米线的制备方法
WO2013002513A2 (ko) 2011-06-30 2013-01-03 주식회사 엘지화학 향상된 레이트 특성의 이차전지용 양극 활물질
WO2013052494A1 (en) * 2011-10-03 2013-04-11 A123 Systems, Inc. Cathode materials including an oxygen-gettering compound and an ion-storage compound
KR101382797B1 (ko) * 2012-03-22 2014-04-08 삼성정밀화학 주식회사 리튬이온 이차전지용 양극활물질 및 그것을 포함하는 리튬이온 이차전지
KR20130127859A (ko) * 2012-05-15 2013-11-25 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지용 양극 슬러리 조성물 및 이를 포함하는 리튬이차전지 및 리튬이차전지의 제조방법
JP5958119B2 (ja) * 2012-06-27 2016-07-27 日亜化学工業株式会社 非水電解液二次電池用正極組成物
KR101835586B1 (ko) 2012-08-23 2018-03-07 삼성에스디아이 주식회사 복합양극활물질, 이를 채용한 양극 및 리튬 전지
KR101975394B1 (ko) 2012-09-12 2019-05-07 삼성에스디아이 주식회사 복합양극활물질, 이를 채용한 양극과 리튬전지 및 그 제조방법
JP5708610B2 (ja) * 2012-10-04 2015-04-30 日産自動車株式会社 リチウムイオン電池
KR102007411B1 (ko) * 2013-01-07 2019-10-01 삼성에스디아이 주식회사 양극 활물질, 이를 포함하는 양극과 리튬 전지, 및 상기 양극 활물질의 제조방법
US10224538B2 (en) 2013-01-16 2019-03-05 Samsung Sdi Co., Ltd. Positive electrode for rechargeable lithium battery and rechargeable lithium battery including the same
KR20140095901A (ko) * 2013-01-25 2014-08-04 삼성에스디아이 주식회사 고전압용 리튬 이차전지
KR102156796B1 (ko) * 2013-03-08 2020-09-16 삼성전자주식회사 탄소 코팅 형성 방법
US9748561B2 (en) * 2013-03-08 2017-08-29 Samsung Electronics Co., Ltd. Methods of forming carbon coatings
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
KR102223228B1 (ko) * 2013-05-08 2021-03-04 바스프 에스이 구형 입자들, 그것의 제조 및 용도
CN105556732B (zh) * 2013-10-04 2018-04-03 旭化成株式会社 电解液和锂离子二次电池
CN104466170B (zh) * 2014-12-02 2017-06-30 中南大学 一种表面包覆Li2TiO3的钴酸锂基复合正极材料及其制备方法
DE102015226359A1 (de) 2015-12-21 2017-06-22 Volkswagen Aktiengesellschaft Performancesteigerung von Hochenergiekathodenmaterialien durch SiOx-Partikel
WO2019008465A1 (en) * 2017-07-07 2019-01-10 Csir DOUBLES MATERIALS OF ACTIVE CATHODE

Family Cites Families (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1605582A (en) * 1923-10-29 1926-11-02 Nat Carbon Co Inc Depolarizing composition and process of making the same
JP3601124B2 (ja) * 1995-09-22 2004-12-15 株式会社デンソー 非水溶液を用いる二次電池の正極活物質、および正極。
KR100326457B1 (ko) * 1999-03-10 2002-02-28 김순택 리튬 이차 전지용 양극 활물질 및 그 제조 방법
JP4177529B2 (ja) * 1999-08-30 2008-11-05 松下電器産業株式会社 非水電解質二次電池用負極、および非水電解質二次電池
WO2001090249A1 (fr) * 2000-05-24 2001-11-29 Mitsubishi Paper Mills Limited Composition geliforme, compositions geliformes a conduction ionique contenant ladite composition en tant que base et batteries et elements electrochimiques obtenus a l'aide desdites compositions
US6680143B2 (en) * 2000-06-22 2004-01-20 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
US6677082B2 (en) * 2000-06-22 2004-01-13 The University Of Chicago Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
US6972134B2 (en) * 2000-09-25 2005-12-06 Samsung Sdi Co., Ltd. Method of preparing positive active material for rechargeable lithium batteries
CA2320661A1 (fr) * 2000-09-26 2002-03-26 Hydro-Quebec Nouveau procede de synthese de materiaux limpo4 a structure olivine
US6753112B2 (en) * 2000-12-27 2004-06-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Positive electrode active material and non-aqueous secondary battery using the same
US6878490B2 (en) * 2001-08-20 2005-04-12 Fmc Corporation Positive electrode active materials for secondary batteries and methods of preparing same
US7393476B2 (en) * 2001-11-22 2008-07-01 Gs Yuasa Corporation Positive electrode active material for lithium secondary cell and lithium secondary cell
US7695867B2 (en) * 2002-03-22 2010-04-13 Lg Chem, Ltd. Method for regulating terminal voltage of cathode during overdischarge and cathode active material for lithium secondary battery
JP2004179160A (ja) * 2002-11-26 2004-06-24 Samsung Sdi Co Ltd リチウム−硫黄電池用正極
US7491467B2 (en) * 2002-12-17 2009-02-17 Mitsubishi Chemical Corporation Negative electrode for nonaqueous electrolyte secondary battery and nonaqueous electrolyte secondary battery using the same
US20040121234A1 (en) * 2002-12-23 2004-06-24 3M Innovative Properties Company Cathode composition for rechargeable lithium battery
US20040185346A1 (en) * 2003-03-19 2004-09-23 Takeuchi Esther S. Electrode having metal vanadium oxide nanoparticles for alkali metal-containing electrochemical cells
JP4061586B2 (ja) * 2003-04-11 2008-03-19 ソニー株式会社 非水電解質二次電池用正極活物質及びそれを用いた非水電解質二次電池
WO2004107480A2 (en) * 2003-05-28 2004-12-09 National Research Council Of Canada Lithium metal oxide electrodes for lithium cells and batteries
DE602004004956T2 (de) * 2003-08-20 2007-11-08 Samsung SDI Co., Ltd., Suwon Elektrolyt für wiederaufladbare Lithium-Batterie und wiederaufladbare Lithium-Batterie enthaltend denselben
KR101065307B1 (ko) * 2004-01-19 2011-09-16 삼성에스디아이 주식회사 리튬이차전지용 캐소드 활물질 및 이를 이용한 리튬이차전지
KR100674011B1 (ko) * 2004-02-07 2007-01-24 주식회사 엘지화학 전자 전도성 물질로 피복된 전극 첨가제 및 이를 포함하는리튬 이차전지
US7635536B2 (en) 2004-09-03 2009-12-22 Uchicago Argonne, Llc Manganese oxide composite electrodes for lithium batteries
CA2578870C (en) * 2004-09-03 2016-01-26 The University Of Chicago Manganese oxide composite electrodes for lithium batteries
KR100695109B1 (ko) * 2005-02-03 2007-03-14 삼성에스디아이 주식회사 유기전해액 및 이를 채용한 리튬 전지
US7892676B2 (en) * 2006-05-11 2011-02-22 Advanced Lithium Electrochemistry Co., Ltd. Cathode material for manufacturing a rechargeable battery
JP4337875B2 (ja) * 2006-12-29 2009-09-30 ソニー株式会社 正極合剤、ならびに非水電解質二次電池およびその製造方法
JP5407117B2 (ja) * 2007-06-26 2014-02-05 日産自動車株式会社 リチウムイオン電池

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