[發(fā)明專利]富鋰反鈣鈦礦化合物、包含其的鋰二次電池電解質(zhì)以及包含其的鋰二次電池

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780026714.1
• 申請日: 2017-09-21
• 公開（公告）號: CN109075390B
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樸世浩;鄭燦燁;成多榮;張民哲;樸恩囧;樸昶勛
• 申請（專利權(quán)）人: 株式會社LG化學(xué)
• 主分類號: H01M10/0562
• 分類號: H01M10/0562;H01M10/0585;H01M10/052;H01M12/08
• 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

本發(fā)明涉及一種富鋰反鈣鈦礦化合物及其用途，更特別地，涉及一種具有新型結(jié)構(gòu)的富鋰反鈣鈦礦化合物以及使用該富鋰反鈣鈦礦化合物的電解質(zhì)，在該新型結(jié)構(gòu)中Li₃OCl化合物中有摻雜劑替換，其中摻雜劑替代O位點(diǎn)而不是本領(lǐng)域中已知的陰離子Cl位點(diǎn)。該富鋰反鈣鈦礦化合物具有高鋰離子傳導(dǎo)率和優(yōu)異的熱穩(wěn)定性，因此能夠被用作在高溫下工作的鋰二次電池用電解質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請要求2016年9月30日提交的韓國專利申請第10-2016-0126258號和2017年9月15日提交的韓國專利申請第10-2017-0118438號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，其公開內(nèi)容通過引用被整體并入本文中。

本發(fā)明涉及：具有反鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的新型富鋰反鈣鈦礦化合物；包含該富鋰反鈣鈦礦化合物的鋰二次電池用電解質(zhì)；以及包含該電解質(zhì)的鋰二次電池。

背景技術(shù)

隨著目前對環(huán)境問題的關(guān)注日益增加，已經(jīng)對可以替代使用化石燃料的車輛如汽油車輛、柴油車輛等的電動車輛和混合動力電動車輛進(jìn)行了大量的研究，所述使用化石燃料的車輛被視為大氣污染的主要原因之一。盡管已主要使用鎳金屬氫化物二次電池作為用于這樣的電動車輛、混合動力車輛等的電源，但已經(jīng)對具有高能量密度和放電電壓、長循環(huán)壽命和低自放電率的鋰二次電池的使用積極地進(jìn)行了研究，并且一些鋰二次電池處于商業(yè)化的階段。

已主要使用碳材料作為這種鋰二次電池的負(fù)極活性材料，并且考慮使用鋰金屬、硫化合物等。此外，已主要使用含鋰的鈷氧化物(LiCoO₂)作為正極活性材料，并且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)。此外，已使用各種材料(例如液體電解質(zhì)、固體電解質(zhì)、聚合物電解質(zhì)等)作為電解質(zhì)。

鋰二次電池的缺點(diǎn)在于，由于在高溫(例如90℃以上)下熱穩(wěn)定性低，因此可能發(fā)生內(nèi)部短路現(xiàn)象，并且電池會膨脹并爆炸。特別地，當(dāng)使用液體電解質(zhì)時(shí)，可能發(fā)生電解質(zhì)的泄漏。由于這一原因，提出了固體電解質(zhì)或聚合物電解質(zhì)作為替代的電解質(zhì)，但是不能確保令人滿意的鋰離子傳導(dǎo)率。

近年來，已經(jīng)提出了具有例如Li₃OBr或Li₃OCl的化學(xué)結(jié)構(gòu)即富鋰反鈣鈦礦(下文中被稱為“LiRAP”)晶體結(jié)構(gòu)的化合物。因?yàn)檫@些化合物具有非常優(yōu)異的鋰離子傳導(dǎo)率并且在高溫下也是穩(wěn)定的，所以這些化合物已被作為下一代電解質(zhì)的替代物而進(jìn)行了研究。

反鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)指的是一種類似于鈣鈦礦的結(jié)構(gòu)，即晶體結(jié)構(gòu)中的陽離子和其它構(gòu)成元素之間具有不同位置的結(jié)構(gòu)。鈣鈦礦結(jié)構(gòu)通常由ABX₃表示，其中A表示一價(jià)陽離子，B表示二價(jià)陽離子，X表示一價(jià)陰離子。在反鈣鈦礦結(jié)構(gòu)(ABX₃)中，X是指諸如堿金屬的陽離子，而A和B是指陰離子。根據(jù)A、B和X上存在何種原子(或官能團(tuán))，已知數(shù)百種不同類型的鈣鈦礦和反鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)，并且這些不同類型的鈣鈦礦和反鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)在導(dǎo)體、半導(dǎo)體和非導(dǎo)體中也具有不同的電學(xué)特性。

Xujie Lu等人提出了Li₃OCl作為LiRAP，其中該材料在室溫下具有0.85×10^-3S/cm的高離子傳導(dǎo)率水平，并且提出了該材料可以被用作電解質(zhì)，這是因?yàn)橛捎谠摬牧系木哂兴姆较嗟恼痪w結(jié)構(gòu)，該材料在高溫下具有優(yōu)異的穩(wěn)定性[Yusheng Zhao等人，Superionic Conductivity in Lithium-Rich Anti-Perovskites(富鋰反鈣鈦礦中的超離子傳導(dǎo)性)，J.Am.Chem.Soc.(美國化學(xué)學(xué)會期刊)，2012，134(36)，pp15042-15047；美國專利申請第2013-0202971號]。