[發明專利]具有提高的倍率特性的鋰二次電池

在審

• 申請號: 201380019108.9
• 申請日: 2013-04-18
• 公開（公告）號: CN104221206A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: 全鐘昊;金庾錫;梁斗景;金瑟琪
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M10/0569
• 分類號: H01M10/0569;H01M4/525;H01M4/485;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

技術領域

本發明涉及一種具有提高的倍率特性的鋰二次電池。更具體地，本發明涉及一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包含正極、負極、設置在所述正極與所述負極之間的隔膜以及電解質，其中所述電解質包含環狀碳酸酯類材料和丙酸酯類材料的混合溶劑，所述正極包含具有特殊式的鋰錳復合氧化物作為正極活性材料，且所述負極包含具有特殊式的鋰金屬氧化物作為負極活性材料。

背景技術

隨著對移動裝置技術的持續開發和對其需求的日益增加，對作為電源的二次電池的需求急劇增加。在這些二次電池中，具有高能量密度和運行電壓、長循環壽命和低自放電率的鋰二次電池可商購獲得并被廣泛使用。

另外，隨著對環境問題的日益關注，正在對電動車輛(EV)、混合電動車輛(HEV)等進行研究，所述電動車輛和混合電動車輛等能夠代替使用化石燃料的車輛如汽油車輛、柴油車輛等，所述使用化石燃料的車輛是造成后來空氣污染的一個主要原因。作為EV、HEV等的電源，主要使用鎳金屬-氫化物(Ni-MH)二次電池。然而，對具有高能量密度、高放電電壓和高輸出穩定性的鋰二次電池進行了積極研究，且一部分鋰二次電池可商購獲得。

鋰二次電池具有其中電極組件浸漬有含鋰鹽的非水電解質的結構，所述電極組件包含：通過將正極活性材料涂布在正極集電器上而制備的正極、通過將負極活性材料涂布在負極集電器上而制備的負極以及設置在所述正極與所述負極之間的多孔隔膜。

這些鋰二次電池通常將金屬氧化物如鋰鈷基氧化物、鋰錳基氧化物、鋰鎳基氧化物等用作正極活性材料，并將碳質材料用作負極活性材料，通過將聚烯烴類多孔隔膜設置在負極與正極之間并利用含鋰鹽如LiPF₆等的非水電解質對制得的結構進行浸漬，制造這種鋰二次電池。當對鋰二次電池進行充電時，正極活性材料的鋰離子脫嵌，然后嵌入負極的碳層中。當對鋰二次電池進行放電時，碳層的鋰離子脫嵌，然后嵌入正極活性材料中。在這點上，非水電解質充當鋰離子在負極與正極之間遷移的介質。

這種電解質基本要求在電池的運行電壓范圍即0～4.2V下具有穩定性，并具有在足夠高的速率下遷移離子的能力。為了滿足所述要求，將混合溶劑用作電解質溶劑，所述混合溶劑通過將環狀碳酸酯化合物如碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯等與線性碳酸酯化合物如碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯等進行適當混合來制備。

然而，鋰二次電池具有高的運行電勢并由此高能量可以瞬間流過其中。因此，當鋰二次電池過充至4.2V以上時，電解質開始分解，且當電解質的溫度升高時，電解質可以容易地達到燃點，這導致燃燒的概率高。

另外，近來，作為將常規材料用作電極活性材料的替代，對將尖晶石結構的鋰錳復合氧化物用作正極活性材料或將鋰金屬氧化物如鋰鈦氧化物用作負極活性材料進行了研究。

特別地，在鋰錳復合氧化物中，具有式Li_xNi_yMn_2-yO₄(其中y＝0.01～0.6)的尖晶石結構的鋰鎳錳復合氧化物，由于其具有4.7V的平均電壓而用作用于高電壓應用的活性材料，并達到電解質的氧化電勢，由此電解質被氧化，導致產生諸如氣體等的副產物，這劣化二次電池的安全性。

因此，迫切需要開發一種電解質，所述電解質不會造成這些問題，在高電壓下穩定，并提高倍率特性。

發明內容

技術問題

因此，為了解決上述問題并解決尚未解決的其他技術問題而完成了本發明。

作為各種廣泛且細致研究和實驗的結果，本發明的發明人發現，如下所述，當將包含環狀碳酸酯類材料和丙酸酯類材料的混合溶劑的電解質應用到包含鋰錳復合氧化物作為正極活性材料并包含鋰金屬氧化物作為負極活性材料的鋰二次電池時，能夠實現期望的效果，由此完成了本發明。

技術方案

根據本發明的一個方面，提供一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包含正極、負極、設置在所述正極與所述負極之間的隔膜、以及電解質，其中所述電解質包含環狀碳酸酯類材料和丙酸酯類材料的混合溶劑，所述正極包含由下式1表示的鋰錳復合氧化物作為正極活性材料，且所述負極包含由下式2表示的鋰金屬氧化物作為負極活性材料：

Li_xM_yMn_2-yO_4-zA_z???????(1)