新型二次电池、电池模块、电池组和装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种锂二次电池、电池模块、电池组和装置，所述锂二次电池包含：正极，所述正极包含磷酸铁锂和层状锂镍锰钴氧化物作为正极活性材料；和负极，所述负极包含负极活性材料，在由磷酸铁锂整体提供的50％荷电状态(SOC)的点处，所述负极活性材料与磷酸铁锂具有3.10V以上的电位差。

New secondary batteries, battery modules, battery packs and devices

【技术实现步骤摘要】
新型二次电池、电池模块、电池组和装置本申请是分案申请。其原申请的PCT申请号为PCT/KR2014/004986，中国申请号为201480007889.4，申请日为2014年6月5日，专利技术名称为“新型二次电池”。
本专利技术涉及锂二次电池，其包含：正极，所述正极包含磷酸铁锂和层状锂镍锰钴氧化物作为正极活性材料；和负极，所述负极包含负极活性材料，在由磷酸铁锂整体提供的50％荷电状态(SOC)的点处，所述负极活性材料与磷酸铁锂具有3.10V以上的电位差。
技术介绍
随着移动装置的日益发展，对这种移动装置的需求在增加，对作为移动装置用能源的二次电池的需求也已在快速增加。在这种二次电池中，锂二次电池具有高能量密度、高工作电位、长循环寿命和低自放电率，现在已经市售并被广泛使用。此外，近年来，随着对环境问题的不断关注，已经对能够替代导致空气污染的、使用化石燃料的车辆(如汽油和柴油车辆)的电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)进行了大量研究。现在主要将镍金属氢化物(Ni-MH)二次电池用作电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)的电源。另一方面，对具有高能量密度、高放电电压和高输出稳定性的锂二次电池也进行了大量研究，且一些锂二次电池已在市售。锂二次电池被构造为具有如下结构：用含有锂盐的非水电解质对电极组件进行浸渍，所述电极组件包含正极和负极以及置于正极与负极之间的多孔隔膜，所述正极和负极各自具有施加至集电器的活性材料。将锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂镍氧化物或锂复合氧化物用作锂二次电池的正极活性材料。主要将碳用作锂二次电池的负极活性材料。使用硅化合物或硫酸盐化合物作为锂二次电池的负极活性材料也在考虑之中。在制造用于需要高功率特性的车辆的电池时，越来越有必要使用能够在低电压范围内提高功率的正极材料。磷酸铁锂(LiFePO4)比已经广泛使用的常规正极活性材料诸如三元材料(LiNiMnCoO2)或尖晶石锰(LiMn2O4)具有更低的电压范围。关于高功率，已经将非晶质碳(硬碳、软碳等)用作二次电池的负极活性材料。然而，关于非晶质碳，放电末端的工作电压高。因此在将磷酸铁锂用作二次电池的正极活性材料的情况下，功率增加的效果是不足的。因此，对于能够根本解决以上问题的技术存在高的需求。
技术实现思路
技术问题已经完成了本专利技术从而解决以上问题和尚未解决的其它技术问题。作为为解决如上所述问题而进行的多种广泛和深入研究及试验的结果，本申请的专利技术人已经发现，在如下情况下可以提高放电末端的功率，其中锂二次电池包含：正极，所述正极包含磷酸铁锂和层状锂镍锰钴氧化物作为正极活性材料；和负极，所述负极包含与磷酸铁锂具有3.10V以上的电位差的负极活性材料。基于这些发现完成了本专利技术。技术方案根据本专利技术的一方面，通过提供如下的锂二次电池可以实现以上和其它目的，所述锂二次电池包含：正极，所述正极包含磷酸铁锂和层状锂镍锰钴氧化物作为正极活性材料；和负极，所述负极包含负极活性材料，在由磷酸铁锂整体提供的50％荷电状态(SOC)的点处，所述负极活性材料与磷酸铁锂具有3.10V以上的电位差。锂二次电池被构造为具有如下结构：用含有锂盐的非水电解液对电极组件进行浸渍，在所述电极组件中隔膜被置于正极与负极之间。例如通过将包含正极活性材料的正极混合物施加至正极集电器并对所述正极混合物进行干燥而制备正极。根据需要，正极混合物可以进一步选择性地包含粘合剂、导电剂和填料。通常，正极集电器具有3μm～500μm的厚度。正极集电器没有特别限制，只要所述正极集电器显示高导电性同时所述正极集电器在该正极集电器所应用的电池中不引起任何化学变化即可。例如，正极集电器可以由不锈钢、铝、镍、钛或塑性碳制成。或者，正极集电器可以由表面用碳、镍、钛或银处理过的铝或不锈钢制成。另外，正极集电器可以具有在其表面处形成的微小的不规则图案从而增加正极活性材料的附着力。正极集电器可以以诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布体的多种形式构成。正极活性材料是能够引起电化学反应的材料。正极活性材料可以为过渡金属氧化物。根据本专利技术，将磷酸铁锂用作正极活性材料。所述磷酸铁锂可以为由LiFePO4表示的橄榄石结构的磷酸铁锂。磷酸铁锂显示低导电性。由于这一原因，可以将导电材料涂布在磷酸铁锂的表面上，使得能够将磷酸铁锂用作正极活性材料。可以将任何电学上传导的材料用作所述导电材料。例如，所述导电材料可以为碳或导电聚合物。另外，根据本专利技术，除了磷酸铁锂以外，锂二次电池还可以包含由下式表示的层状锂镍锰钴氧化物。Li1+zNibMncCo1-(b+c+d)MdO(2-e)Ae其中-0.5≤z≤0.5，0.6≤b≤0.9，0.05≤c≤0.35，0≤d≤0.2，0≤e≤0.2，b+c+d<1，M＝Al、Mg、Cr、Ti、Si或Y，且A＝F、P或Cl。通常，在镍的含量相对于其它过渡金属为0.6以上的情况下，镍阳离子(Ni2+)的量是相对增加的。在这种情况下，能够移动锂离子的电荷的量增加，因此锂二次电池可以具有高容量。然而对于锂镍基氧化物，随着Ni的量增加，在烧制期间的Ni2+的含量增加，因此在高温下氧过度离解。即，锂镍基氧化物的晶体结构显示低的稳定性。由于这一原因，优选镍的含量不超过0.9。在具体实施例中，磷酸铁锂和锂镍锰钴氧化物可以以30：70～5：95，特别是20：80～5：95的重量百分比进行混合。在磷酸铁锂的含量高于30％的情况下，由于具有相对小的可用容量的磷酸铁锂而导致锂二次电池的整体能量密度显著降低。由于这一原因，优选不将所述锂二次电池用于需要在有限的空间内输出昀大能量的车辆用电池。另一方面，在磷酸铁锂的含量小于10％的情况下，由磷酸铁锂的添加导致的在低SOC区域的功率辅助效果不显著，这是不可取的。通常添加导电剂，使得基于包含正极活性材料的混合物的总重量，所述导电剂具有1重量％～30重量％。导电剂没有特别限制，只要所述导电剂显示高导电性同时所述导电剂在该导电剂所应用的电池中不引起任何化学变化即可。例如，可以将以下用作导电剂：石墨诸如天然石墨或人造石墨；炭黑类材料诸如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑；导电纤维如碳纤维或金属纤维；金属粉末如氟化碳粉末、铝粉末或镍粉末；导电晶须如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物如二氧化钛；和聚亚苯基衍生物。粘合剂是有助于活性材料与导电剂之间的结合并有助于活性材料与集电器之间的结合的组分。基于包含正极活性材料的混合物的总重量，通常以1重量％～30重量％的量添加所述粘合剂。作为粘合剂的实例，可以使用的有：聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-双烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶和多种共聚物。填料是任选地用于抑制电极膨胀的组分。填料没有特别限制，只要所述填料由纤维材料制成同时所述填料在该填料所应用的电池中不引起化学变化即可。作为填料的实例，可以使用的有：烯烃类聚合物如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料如玻璃纤维和碳纤维。另一方面，例如通过将包含负极活性材料的负极混合物施加至负极集电器并对所述负极混合物进行干燥而制备负极。根据需要，可以选择性地将前述导电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂二次电池，其包含：正极，所述正极包含磷酸铁锂和层状锂镍锰钴氧化物作为正极活性材料；和负极，所述负极包含负极活性材料，在由磷酸铁锂整体提供的50％荷电状态(SOC)的点处，所述负极活性材料与磷酸铁锂具有3.10V以上的电位差，其中，所述磷酸铁锂和所述锂镍锰钴氧化物以15：85～5：95的重量百分比进行混合，其中，所述负极活性材料为石墨类材料，所述石墨类材料涂布有非晶质碳，其中，所述石墨类材料为天然石墨和人造石墨的混合物，并且基于所述混合物的总重量，所述人造石墨的含量为5重量％～20重量％，用于需要长寿命的车辆。

【技术特征摘要】
2013.06.05 KR 10-2013-00644211.一种锂二次电池，其包含：正极，所述正极包含磷酸铁锂和层状锂镍锰钴氧化物作为正极活性材料；和负极，所述负极包含负极活性材料，在由磷酸铁锂整体提供的50％荷电状态(SOC)的点处，所述负极活性材料与磷酸铁锂具有3.10V以上的电位差，其中，所述磷酸铁锂和所述锂镍锰钴氧化物以15：85～5：95的重量百分比进行混合，其中，所述负极活性材料为石墨类材料，所述石墨类材料涂布有非晶质碳，其中，所述石墨类材料为天然石墨和人造石墨的混合物，并且基于所述混合物的总重量，所述人造石墨的含量为5重量％～20重量％，用于需要长寿命的车辆。2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述磷酸铁锂为橄榄石结构的磷酸铁锂。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑元喜，赵敏善，金信奎，李民熙，崔承烈，李在宪，郑根昌，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR