用于锂二次电池的正电极和包括其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种用于锂二次电池的正电极和包括其的锂二次电池，其中所述正电极包括：集电器；活性物质层，所述活性物质层形成在集电器上并且包括能够嵌入和脱嵌锂的化合物；和涂层，所述涂层形成在活性物质层上并且包括水性粘合剂和平均粒径(D50)为2μm或更小的化学式1的化合物。[化学式1]LiaFe1‑xMxPO4(化学式1中，0.90≤A≤1.8，0≤X≤0.7，并且M为Mg、Co、Ni或其组合)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂二次电池的正电极和包括其的锂二次电池
公开了一种用于锂二次电池的正电极和包括其的锂二次电池。
技术介绍
锂二次电池作为小型便携式电子设备的电源，近年来引起了人们的关注。这种锂二次电池包括：包括正极活性物质的正电极、包括负极活性物质的负电极、设置在正电极和负电极之间的隔板以及电解质。正极活性物质可包括包含锂和过渡金属并且具有能够嵌入锂离子的结构的氧化物，比如LiCoO2、LiMn2O4、LiNi1-xCoxO2(0<x<1)等。负极活性物质可包括能够嵌入/脱嵌锂的各种基于碳的物质，比如人造石墨、天然石墨、硬碳等，或基于Si的活性物质。
技术实现思路
技术问题一个实施方式提供了用于锂二次电池的正电极，该正电极具有提供优异性的改进的热安全性和循环寿命特性。另一实施方式提供了包括该正电极的锂二次电池。技术方案一个实施方式提供了用于锂二次电池的正电极，该正电极包括：集电器；活性物质层，所述活性物质层形成在所述集电器上，并且包括能够嵌入和脱嵌锂的化合物；和涂层，所述涂层形成在活性物质层上，并且包括水性粘合剂和平均粒径(D50)为2μm或更小的化学式1的化合物：[化学式1]LiaFe1-xMxPO4在化学式1中，0.90≤a≤1.8，0≤x≤0.7，并且M为Co、Ni、Mn或其组合。化学式1的化合物的平均粒径(D50)可为0.2μm至1μm。涂层的厚度为1μm至13μm。水性粘合剂可为具有抗氧化性的水性粘合剂。涂层可进一步包含增稠剂。涂层的厚度相对于活性物质层的厚度的比率可为30:1至10:1。化学式1的化合物与水性粘合剂的混合比可为24:1至50:1的重量比。另一实施方式提供了一种锂二次电池，其包括：正电极；包括负极活性物质的负电极；和电解质。本专利技术的其他实施方式包括在以下详细描述中。有益效果根据实施方式的锂二次电池的正电极可表现出优异的热安全性和循环寿命特性。附图说明图1示意性地说明了根据本专利技术实施方式的正电极的结构。图2示意性地说明了本专利技术实施方式的锂二次电池的结构。图3是根据实施例1制备的正电极的SEM横截面照片。图4是显示包括根据实施例1和比较例1制造的正电极的半电池的充电和放电特性的图。图5是显示包括根据实施例1和比较例2制造的正电极的半电池的充电和放电特性的图。图6是显示根据包括根据实施例1制造的正电极的半电池的穿刺测试的温度和电压变化的图。图7是图5所示的穿刺测试的照片。图8是显示根据包括根据比较例1制造的正电极的半电池的穿刺测试的温度和电压变化的图。图9是图8所示的穿刺测试的照片。图10是显示包括根据实施例1和比较例1制造的正电极的半电池的差示扫描量热法(DSC)测量结果的图。图11是显示根据实施例1和比较例3的锂二次电池单电池的循环寿命特性的图。图12是显示根据实施例1和比较例3的锂二次电池单电池的阻抗的图。图13是显示根据实施例1和比较例4的锂二次电池单电池的循环寿命特性的图。具体实施方式下文详细描述了本专利技术的实施方式。然而，这些实施方式是示例性的，本专利技术不限于此，并且本专利技术由权利要求的范围所限定。根据本专利技术的实施方式的用于锂二次电池的正电极包括：集电器；活性物质层，所述活性物质层形成在集电器上并且包括能够嵌入和脱嵌锂的化合物；和涂层，所述涂层形成在活性物质层上并且包括水性粘合剂和平均粒径(D50)为2μm或更小的化学式1的化合物：[化学式1]LiaFe1-xMxPO4在化学式1中，0.90≤a≤1.8，0≤x≤0.7，并且M为Co、Ni、Mn或其组合。这样，在根据实施方式的正电极中，活性物质层设置在集电器和涂层之间，但当在集电器上形成涂层，并且在涂层上形成活性物质层，即在集电器和活性物质层之间形成涂层时，化学式1的化合物具有低的电子导电性，并因此电阻和输出特性劣化。化学式1的化合物的平均粒径(D50)可为2μm或更小，或0.2μm至1μm。当化学式1的化合物的平均粒径(D50)大于1μm时，电子导电性劣化，因而由化学式1表示的化合物的利用率降低，电池电阻增加，并因此循环寿命特性可能劣化。在本说明书中，当没有另外提供定义时，平均直径(D50)表示颗粒分布中累积体积为约50vol％的颗粒的直径。水性粘合剂可为抗氧化粘合剂，并且例如，可以使用在4.45V(相对于Li+)或更低的正电极电位下具有抗氧化性的任何水性粘合剂。这种水性粘合剂的例子可为苯乙烯-丁二烯橡胶、基于丙烯酸酯的化合物、基于酰亚胺的化合物、基于聚偏二氟乙烯的化合物、基于聚乙烯吡咯烷酮的化合物、基于腈的化合物、基于乙酸酯的化合物、基于纤维素的化合物、基于氰基的化合物。基于丙烯酸酯的化合物的具体例子可为聚丙烯酸(PAA)、聚甲基丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸异丁酯、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚丙烯酸乙基己酯(聚(丙烯酸2-乙基己酯))或其组合。基于酰亚胺的化合物的具体例子可为聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺或其组合。此外，基于聚偏二氟乙烯的化合物的具体例子可为聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氯乙烯、聚偏二氟乙烯-共-四氟乙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氟乙烯、聚偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯和聚偏二氟乙烯-共-氟化乙烯(ethylenefluoride)-六氟丙烯(PVdF)、聚偏二氟乙烯-三氯乙烯或其组合，并且基于聚乙烯吡咯烷酮的化合物的具体例子可为聚乙烯吡咯烷酮或其组合。此外，基于腈的化合物的具体例子可为聚丙烯腈、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物或其组合，基于乙酸酯的化合物的具体例子可为聚乙酸乙烯酯、聚乙烯-共-乙酸乙烯酯、乙酸纤维素、乙酸丁酸纤维素、乙酸丙酸纤维素或组合物，基于纤维素的化合物的具体例子可为氰乙基纤维素、羧甲基纤维素或其组合，并且基于氰基的化合物的具体例子可为氰乙基蔗糖。具有优异抗氧化性的粘合剂可与化学式1的化合物以及活性物质层中能够可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物充分结合，从而牢固地保持涂层与活性物质层之间的结合。当在涂层中使用水性粘合剂时，对电极没有损害的水可用作形成涂层的溶剂。当将有机粘合剂而非水性粘合剂用于涂层时，有机溶剂用作形成涂层的溶剂，但对电极造成损坏，即引起回弹问题，因此可能劣化电子导电性，过度增加电池厚度，并在结构上对活性物质层有负面影响。涂层的厚度可为1μm至13μm，并且在一个实施方式中，可为2μm至4μm。当涂层的厚度包含在该范围内时，可加强安全性。活性物质层的厚度可为60μm至70μm，并且在一个实施方式中，可为30μm至70μm。当活性物质层的厚度在该范围内时，能量密度可随着变厚而增加。此外，涂层的厚度相对于活性物质层的厚度的比率可为30:1至10:1。当涂层的厚度与活性物质层的厚度的比率包含在该范围内时，可获得提高安全性并使能量密度劣化最小化的涂层。特别是，当涂层的厚度和活性物质层的厚度在该范围内，并因此涂层的厚度相对于活性物质层的厚度的比率包含在该范围内时，由于取决于活性物质层厚度的涂层厚度适当，因此可加强安全性。活性物质层的厚度可为正电极制造期间压缩工艺之后的厚度。化学式1的化合物与水性粘合剂的混合比可为24:1至50:1或43:1至50:1的重量比。当化学式1的化合物与水性粘合剂的混合比包含在该范围内时，从能量密度、粘附性、分散性等方面，作为适当比率可能是有利的。涂层可进一本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂二次电池的正电极，其包括：集电器；活性物质层，所述活性物质层形成在所述集电器上并且包括能够嵌入和脱嵌锂的化合物；和涂层，所述涂层形成在所述活性物质层上并且包括水性粘合剂和平均粒径(D50)为2μm或更小的化学式1的化合物：[化学式1]LiaFe1‑xMxPO4其中，在化学式1中，0.90≤a≤1.8，0≤x≤0.7，并且M为Mg、Co、Ni或其组合。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.04 KR 10-2016-01465741.一种用于锂二次电池的正电极，其包括：集电器；活性物质层，所述活性物质层形成在所述集电器上并且包括能够嵌入和脱嵌锂的化合物；和涂层，所述涂层形成在所述活性物质层上并且包括水性粘合剂和平均粒径(D50)为2μm或更小的化学式1的化合物：[化学式1]LiaFe1-xMxPO4其中，在化学式1中，0.90≤a≤1.8，0≤x≤0.7，并且M为Mg、Co、Ni或其组合。2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的正电极，其中化学式1的所述化合物的平均粒径(D50)为0.2μm至1μm。3.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：全卜奎，南重铉，石薰，刘喜恩，尹延曦，陈牧延，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR