[發(fā)明專利]二次電池用電極組件和包含其的鋰二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380037080.1
• 申請日: 2013-08-01
• 公開（公告）號: CN104488126B
• 公開（公告）日: 2017-06-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 金壽貞;鄭在彬;樸炳吾
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG化學(xué)
• 主分類號: H01M10/04
• 分類號: H01M10/04;H01M4/505;H01M4/525;H01M4/583
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司11219
• 代理人: 陳海濤,穆德駿

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種二次電池用電極組件和包含其的鋰二次電池。更特別地，本發(fā)明涉及一種電極組件和包含其的鋰二次電池，所述電極組件包含正極、負(fù)極和隔膜，其中所述正極包含鋰鈷基氧化物和鋰鎳基復(fù)合氧化物作為正極活性材料，且所述鋰鎳基復(fù)合氧化物通過與含氟聚合物反應(yīng)而在所述鋰鎳基復(fù)合氧化物的表面上形成涂層，所述負(fù)極包含碳和硅氧化物作為負(fù)極活性材料，運行電壓為2.50V～4.35V，并且所述正極活性材料通過其中所述鈷基氧化物的平均直徑和所述鋰鎳基復(fù)合氧化物的平均直徑不同的雙峰形式而具有高壓實密度(rolling density)。

背景技術(shù)

在近來越來越多地使用的二次電池中，主要使用含鋰的鈷氧化物(LiCoO₂)作為正極活性材料，另外，考慮使用含鋰的錳氧化物如具有層狀晶體結(jié)構(gòu)的LiMnO₂、具有尖晶石晶體結(jié)構(gòu)的LiMn₂O₄等，以及含鋰的鎳氧化物(LiNiO₂)。

在正極活性材料中，LiCoO₂具有優(yōu)異的物理性質(zhì)如優(yōu)異的循環(huán)特性并從而被廣泛使用。然而，LiCoO₂相對昂貴并且其充放電電流容量低，約150mAh/g。另外，LiCoO₂的晶體結(jié)構(gòu)在4.3V以上不穩(wěn)定，從而具有許多問題如因與電解質(zhì)的反應(yīng)而著火。

關(guān)于此，已經(jīng)提議了利用金屬(鋁等)涂布LiCoO₂的外表面的技術(shù)、對LiCoO₂進(jìn)行熱處理或者將LiCoO₂與其他材料混合的技術(shù)等，以使得LiCoO₂可以在高電壓下運行。由這種正極材料構(gòu)成的二次電池在高電壓下不穩(wěn)定或者難以用于制造工藝中。

鋰錳氧化物如LiMnO₂、LiMn₂O₄等的有利之處在于它們包含作為原料豐富且環(huán)境友好的Mn，因此作為能夠替代LiCoO₂的正極活性材料引起了許多注意。然而，這種鋰錳氧化物具有低容量和差的循環(huán)性能。

鋰鎳基氧化物如LiNiO₂等比鈷基氧化物便宜并且當(dāng)充電至4.3V時，鋰鎳基氧化物具有高放電容量。因此，經(jīng)摻雜的LiNiO₂的可逆容量約為200mAh/g，這超過LiCoO₂的容量(約165mAh/g)。然而，LiNiO₂基氧化物具有諸如如下的問題：經(jīng)過重復(fù)充放電伴隨體積變化的晶體結(jié)構(gòu)的快速相變、在循環(huán)期間產(chǎn)生大量氣體等。

為了解決這些問題，提出了其中一部分鎳被其他過渡金屬如錳、鈷等置換的鋰過渡金屬氧化物。盡管被其他金屬置換的鎳基鋰過渡金屬氧化物具有諸如循環(huán)特性和容量特性相對優(yōu)異的優(yōu)點，仍然存在尚未解決的問題如長期使用之后循環(huán)特性的顯著劣化和高溫儲存期間的穩(wěn)定性問題。

另外，移動裝置已經(jīng)持續(xù)地輕質(zhì)化和小型化，并且同時通過提供多種功能而高功能化。另外，二次電池作為電動車輛(EV)、混合動力車輛(HEV)等的電源而引起了注意，其中電動車輛(EV)、混合動力車輛(HEV)等作為解決由現(xiàn)有的汽油車輛、柴油車輛等造成的空氣污染的方案而被提出。因此，可以預(yù)期二次電池的使用增加并從而上述問題以及關(guān)于大量的高電位下的電池穩(wěn)定性和高溫存儲特性的問題突顯出來。

因此，迫切需要開發(fā)一種適用于高容量二次電池并且可以解決高溫穩(wěn)定性問題的技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

因此，完成了本發(fā)明以解決尚未解決的上述和其他技術(shù)問題。

作為各種廣泛且深入的研究和實驗的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人確認(rèn)，當(dāng)使用具有雙峰形式且包含表面處理過的鋰鈷基氧化物和鋰鎳基復(fù)合氧化物的正極活性材料、包含碳和硅氧化物的負(fù)極活性材料制造電極組件時，可以擴展電壓區(qū)域并且可以降低放電終止電壓，從而可以最大化容量，且提高正極活性材料的壓實密度，并從而提高單位體積的容量且還提高高溫儲存特性，由此完成本發(fā)明。

技術(shù)方案