锂二次电池用正极和包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种正极和一种锂二次电池，所述正极包含：含镍正极活性材料，所述含镍正极活性材料具有大能量容量；和添加剂，所述添加剂包含金属粒子和锂氧化物。

Positive electrodes for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries containing them

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用正极和包含其的锂二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求在韩国知识产权局于2017年6月27日提交的韩国专利申请2017-0081273号和于2018年6月27日提交的2018-0074359号的权益，其公开内容通过引用被整体并入本文中。
本专利技术涉及一种正极和一种包含其的锂二次电池。
技术介绍
随着移动装置的技术发展和需求的增长，对作为能源的二次电池的需求已经显著增加，并且在这些二次电池中，具有高能量密度、高工作电位、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经被商业化并被广泛使用。锂二次电池是如下二次电池：所述二次电池通常由包含正极活性材料的正极、包含负极活性材料的负极、隔膜和电解质所构成，并通过锂离子的嵌入-脱嵌来充电和放电。因为锂二次电池的优势在于它具有大电动势以及高能量密度并且可以表现出高容量，所以锂二次电池已经被应用于各种领域。已经研究了各种方法以实现锂二次电池的更高容量。具体地，已经尝试了通过使用LCO、LNMCO和LMO中的至少一种材料作为锂二次电池的正极中所包含的正极活性材料来实现锂二次电池的高容量的方法。然而，为了实际增加锂二次电池的容量，必须增加负极的容量以及正极的容量，其中，为此目的，还已经尝试了使用高容量的硅类负极活性材料作为负极的方法。然而，对于硅类负极活性材料来说，因为不可逆容量也很高，所以存在充电和放电效率低的局限。为了解决使用硅类负极活性材料时的不可逆容量的局限，必须将硅类活性材料锂化，但锂化可能成本很高。因此，需要开发一种可以表现出高容量和优异的充电和放电效率并且可以以低成本制备的锂二次电池。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面提供了一种可以通过包含添加剂来实现二次电池的高容量和优异初始容量的正极。本专利技术的另一方面提供了一种锂二次电池，所述锂二次电池通过包含所述正极而具有优异的充电和放电效率以及高容量并可以在无需单独的锂化工序的情况下以低成本制备。本专利技术的另一方面提供了一种可以通过包含金属粒子和锂氧化物来实现二次电池的优异初始容量的正极用添加剂。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种正极，所述正极包含：含镍正极活性材料；和添加剂，所述添加剂包含金属粒子和锂氧化物。根据本专利技术的另一方面，提供了一种锂二次电池，所述锂二次电池包含所述正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜。根据本专利技术的另一方面，提供了一种正极用添加剂，所述正极用添加剂包含金属粒子和锂氧化物。有益效果根据本专利技术，因为在正极的制备期间包含了包含金属粒子和锂氧化物的添加剂，所以添加剂中所包含的金属粒子和锂氧化物在低于锂二次电池的驱动电压(2.5V至4.3V)的条件下反应，以形成锂离子和金属氧化物，其中，锂离子移动到负极，以锂化负极活性材料。因此，因为可以不进一步进行单独的锂化工序，所以可以以低成本制备具有优异容量的锂二次电池。此外，因为通过金属粒子与锂氧化物的反应形成的金属氧化物可以吸附诸如CO或CO2的气体，所以可以防止由于电池充电和放电期间产生的CO或CO2气体导致的稳定性下降，并且还可以减少膨胀。附图说明图1示出了分别包含制备例1和2以及比较制备例1的试验二次电池1至3的充电容量。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术。应理解，说明书和权利要求中所使用的词语或术语不应被解释为常用字典中定义的含义。应进一步理解，基于专利技术人可以适当定义词语或术语的含义以对本专利技术进行最佳解释的原则，所述词语或术语应被解释为具有与其在本专利技术的相关领域背景和技术理念中的含义一致的含义。正极根据本专利技术的实施方案的正极包含：含镍正极活性材料；和包含金属粒子和锂氧化物的添加剂。具体而言，对于正极来说，在正极集电器上形成正极形成用组合物，所述正极形成用组合物包含：含镍正极活性材料；和包含金属粒子和锂氧化物的添加剂。正极集电器不受特别限制，只要其具有导电性且不会在电池中造成不利的化学变化即可，并且可以使用例如：不锈钢；铝；镍；钛；焙烧碳；或用碳、镍、钛、银等中的一种表面处理过的铝或不锈钢。添加剂中所包含的金属粒子可以优选包括选自如下中的至少一种：铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、锰(Mn)和镍(Ni)。特别地，在包含了从上述金属中选择的至少一种金属的粒子的情况下，可以形成具有容量为常规锂过渡金属氧化物的容量的约4倍的纳米尺寸的复合材料，并且，因为所述复合材料具有大的充电/放电电压滞后曲线，所述当将所述复合材料作为正极添加剂来添加时，它可以提高初始充电和放电效率。此外，添加剂中所包含的锂氧化物可以包括选自如下中的至少一种：Li2O、Li2O2和LiO2。因为正极形成用组合物包含含有金属粒子和锂氧化物的添加剂，所以添加剂中所包含的金属粒子和锂氧化物可以在添加剂的驱动电压范围内进行电化学反应，以形成锂离子和金属氧化物。在添加剂形成锂离子和金属氧化物的情况下，当将所述添加剂用在二次电池中时，锂离子随着二次电池的充电和放电移动到负极，以进一步增加电池的容量，并且金属氧化物可以通过吸附在二次电池的充电和放电期间可能产生的诸如CO或CO2的气体来减少膨胀现象。金属粒子可以具有5μm以下、优选1nm至5μm或1nm至1μm、更优选10nm至50nm的平均粒径(D50)。在金属粒子的平均粒径大于5μm的情况下，几乎不会发生与锂氧化物的反应，并且因为随着粒子的平均粒径更小(优选在纳米范围内)而容易发生与锂氧化物的反应，所以可以进一步提高初始容量。金属粒子的平均粒径(D50)可以被定义为粒度分布曲线中50％累积体积处的粒径。例如，可以通过激光衍射法来测量金属粒子的平均粒径(D50)。激光衍射法通常可以测量范围为亚微米级至几毫米的粒径，并且可以获得高度可重复且高分辨率的结果。例如，在金属粒子的平均粒径(D50)的测量方法中，将金属粒子引入市售激光衍射粒度测量仪器(例如MicrotracMT3000)中，并用具有约28kHz的频率和60W的输出的超声波来照射，然后可以计算测量仪器的累积粒径分布中50％处的平均粒径(D50)。例如，添加剂可以以1：0.1至1：4、优选1：0.3至1：4、更优选1：0.3至1：3、最优选1：0.5至1：2的摩尔比包含金属粒子和锂氧化物。在于上述范围内包含金属粒子和锂氧化物的情况下，因为添加剂中所包含的金属粒子和锂氧化物可以在添加剂的驱动电压范围内进行电化学反应，所以当将所述添加剂用在电池中时，可以容易地形成锂离子和金属氧化物并且可以进一步提高二次电池的容量。例如，在以小于1：0.1的摩尔比包含金属粒子和锂氧化物的情况下，因为可以与金属反应的锂氧化物的量小，所以可能不会形成锂离子和金属氧化物，因此容量可能非常低。因此，容量可能会小于用作常规正极的锂金属的容量。相反，在以大于1：4的摩尔比包含金属粒子和锂氧化物的情况下，因为反应的锂氧化物的量小，所以容量可能非常低。正极形成用组合物中所包含的含镍正极活性材料可以包括选自如下中的一种：LiNiO2、Li1+w(Ni1-x-y-zCoxM1yM2z)O2(其中M1和M2各自独立地为选自如下中的任一种：铝(Al)、铁(Fe)、锰(Mn)、钒(V)、铬(Cr)、钛(Ti)、钨(W)、钽(Ta)、镁(Mg)和钼(Mo)，0≤w≤1，0≤x<1，0≤y<本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正极，包含：含镍正极活性材料；和添加剂，所述添加剂包含金属粒子和锂氧化物。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.06.27 KR 10-2017-00812731.一种正极，包含：含镍正极活性材料；和添加剂，所述添加剂包含金属粒子和锂氧化物。2.根据权利要求1所述的正极，其中所述添加剂包含选自如下中的金属粒子：铁(Fe)、钴(Co)、铬(Cr)、锰(Mn)、镍(Ni)以及它们的组合。3.根据权利要求1所述的正极，其中所述添加剂包含选自如下中的锂氧化物：Li2O、Li2O2、LiO2以及它们的组合。4.根据权利要求1所述的正极，其中以1：0.1至1：4的摩尔比包含所述金属粒子和所述锂氧化物。5.根据权利要求1所述的正极，其中基于所述正极的总重量，以1重量份至99重量份的量包含所述含镍正极活性材料。6.根据权利要求1所述的正极，其中基于所述正极的总重量，以0.1重量份至100重量份的量包含所述添加剂。7.根据权利要求1所述的正极，其中所述含镍正极活性材料的驱动电压在2.5V至4.3V的范围内。8.根据权利要求1所述的正极，其中所述添加剂的驱动电压小于2.5V。9.根据权利要求1所述的正极，其中所述金属粒子具有5μm以下的平均粒径。10.根据权利要求...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋周容，金锡九，金忍哲，金珠利，李明基，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR