[發(fā)明專利]用于具有高容量的鋰二次電池的正極添加劑

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201480002937.0
• 申請日: 2014-09-03
• 公開（公告）號: CN104781961A
• 公開（公告）日: 2015-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樸宣姝;尹淑;趙維娜;具滋訓(xùn);樸必圭
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG化學(xué)
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/38;H01M4/525;H01M10/052
• 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

本申請要求2013年9月5日在韓國提交的韓國專利申請案第10-2013-0106746號及2014年9月3日在韓國提交的韓國專利申請案第10-2014-0116894號的優(yōu)先權(quán)，其通過參照方式并入本文。

本公開內(nèi)容涉及要用于具有高容量的鋰二次電池、更具體地為正極含有Li₂NiO₂的鋰二次電池的正極的添加劑，以便改善當(dāng)使用非碳系材料作為負(fù)極活性材料時(shí)容量保持率在初始循環(huán)期間降低的現(xiàn)象。

背景技術(shù)

近來能量儲存技術(shù)已漸受矚目。由于能量儲存技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域已延伸至移動(dòng)裝置如手機(jī)、攝錄像機(jī)與筆記本電腦，以及電動(dòng)機(jī)，對具有高能量密度的作為電源的電池的需求已逐漸增加。鋰二次電池被認(rèn)為是能滿足此需求的最佳電池，其研究早已積極展開。

目前使用的二次電池中，1990年代早期研發(fā)的鋰二次電池包含由能嵌入或脫嵌鋰離子的碳材料制成的負(fù)極、由含鋰的氧化物制成的正極、以及使適量鋰鹽溶于混合有機(jī)溶劑所得的非水性電解質(zhì)溶液。

已使用能嵌入及脫嵌鋰離子的各種碳系材料，包括人造石墨天然石墨及硬碳，作為鋰二次電池的負(fù)極活性材料。這些碳系材料中，石墨相對于鋰具有-0.2V的低放電電壓，因而使用石墨作為負(fù)極活性材料的電池具有3.6V的高放電電壓。因此，這種石墨活性材料由于可在鋰電池能量密度方面提供優(yōu)點(diǎn)且具有良好的可逆性以確保鋰二次電池的長壽命，因而其已經(jīng)被最廣泛地運(yùn)用。然而，制備電極時(shí)石墨活性材料具有提供低容量的低密度(理論密度2.2g/cc)，其在電極的每單位體積能量密度上是不利的，且其在高放電電壓下易于與所使用的有機(jī)電解質(zhì)反應(yīng)，這可能因不正常操作而導(dǎo)致著火或爆炸、電池的過度充電等等。

近來由于鋰二次電池的用途擴(kuò)大，因此對在如高溫和/或低溫的嚴(yán)苛條件下能維持良好性能且即使在高電壓下也能穩(wěn)定充電的鋰二次電池有逐漸增加的需求。

同時(shí)，可能通過將碳系負(fù)極活性材料改成非碳系材料如硅氧化物以改良鋰二次電池的容量特性。然而，包括硅氧化物的一些負(fù)極材料是不可逆的。因此，一些負(fù)極材料在第一次充電時(shí)嵌入鋰離子但在之后的放電中無法脫嵌約20％的鋰離子。因此，在第一次充電循環(huán)后，第一次充電中所使用的正極活性材料的約20％無法參與接下來的充電及放電，而終最使鋰二次電池的效率降低。

為解決此問題，已嘗試制備由碳系材料及硅系材料組成的納米粒子復(fù)合物并將其用作負(fù)極活性材料。通過將碳系材料用作電導(dǎo)體，此納米粒子復(fù)合物能相當(dāng)?shù)馗牧茧姵氐娜萘勘３致省Ｈ欢枷挡牧享氁猿^50重量％的量而過量存在于納米粒子復(fù)合物中以對電池提供較佳的容量保持，這降低了電池容量。另外，盡管碳系材料如上所述過量存在，但仍存在容量在第50次循環(huán)或之后會進(jìn)一步降低而小于1500mAh/g的問題。

因此，需要開發(fā)當(dāng)使用非碳系材料作為負(fù)極材料時(shí)能改善初始循環(huán)期間容量保持率的降低的鋰二次電池。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題

設(shè)計(jì)本公開內(nèi)容以解決上述問題，因此本公開內(nèi)容的目的是提供當(dāng)使用非碳系材料作為負(fù)極材料時(shí)能改善初始循環(huán)期間容量保持率的降低的鋰二次電池。

為此，本公開內(nèi)容提供鋰二次電池，其可在第一次充電時(shí)在負(fù)極供應(yīng)充足的鋰以及補(bǔ)充循環(huán)期間在負(fù)極消耗的鋰。

技術(shù)方案

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本公開內(nèi)容的一個(gè)方面，提供了鋰二次電池，其包括含有化合物L(fēng)i₂NiO₂的正極活性材料，以及含有選自如下任一種的負(fù)極活性材料：Si、SiC、SiO_x(0<x<2)、Sn、SnO₂、Sb、Ge及它們的混合物。

正極活性材料可含有1重量％～10重量％的量的化合物L(fēng)i₂NiO₂。

負(fù)極活性材料可含有1重量％～30重量％的量的選自如下的任一種：Si、SiC、SiO_x(0<x<2)、Sn、SnO₂、Sb、Ge及它們的混合物。