包含电极添加物的锂二次电池用电极以及使用该电极的锂二次电池制造技术

公开一种包含Ｌｉ↓［２］ＣｕＯ↓［２］作为添加物的电极，以及具有该电极的锂二次电池。该添加物被添加到阴极以调整不可逆反应的不平衡，该不可逆反应发生于锂二次电池的阴极与阳极之间，从而提高锂二次电池的容量而无需在锂二次电池过度放电后使锂二次电池的性能退化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术关于一种包含Li2CuO2做为电极添加物的锂二次电池用的电极，以及一种使用该电极的锂二次电池。
技术介绍
近来，随着移动通讯与电子信息科技的发展，对于轻巧且高容量的锂二次电池产生大量的需求。然而，现有锂二次电池在阴极与阳极间的不可逆反应中表现出不平衡的现象，因此现有的二次电池无法完全展现其全部电量。此外，阴极与阳极间不可逆反应的不平衡导致锂二次电池的过度放电，并造成阳极电位过度地升高。为了解决与锂二次电池电量相关的问题，能够提供锂离子的特定化合物被添加至阴极中，以使锂二次电池的电量增加。此特定化合物包含Li2MO2(M＝Ni，Cu)等。例如，美国专利第5,744,265号公开一种“锂电池”，其中阴极活性材料是通过添加Li2CuO2而得，Li2CuO2相对于加LiMn2O4的锂具有较小的电化学位能，因而其在电量-位能图表中提供阴极端3V-稳定高度。因此，可以确保稳定的放电区，而不会造成电压突然下降约3V，因而增加了锂电池的电量。然而，上述方法必须大量地使用Li2CuO2，因而造成成本的问题。此外，其必须特别使用具有尖晶石结构的LiMn2O4做为阴极活性材料。同时，过度放电是影响锂离子二次电池的长期性能的因素之一。过度放电是指电池过度放电超过预设范围的状态。在锂二次电池的情况中，如果阴极与阳极间的电位差(电压)在2.75V至4.2V的范围内，一般称为“正常操作状态”。若电位差小于2.75V，其称为“过度放电状态”。当上述过度放电状态持续超过预设的时间，电池将无法反复-->充电/放电，因此电池寿命大幅减小且电池性能降低。造成电池过度放电状态的因素之一是阴极与阳极间不可逆反应的不平衡。在锂二次电池的情况中，阴极与阳极间的电位差可以通过放电的操作而降低。用于降低阴极与阳极间电位差的方法有两个，一是对应于阳极的电位而降低阴极的电位，另一个是对应于阴极的电位而增加阳极的电位。上述方法可依据阴极与阳极的不可逆电量而变化。在极端的情况下，阴极与阳极间的电位差变成小于2.75V，导致锂二次电池的过度放电状态。此外，阳极的电位因电池的过度放电或其他放电操作而可能上升至或超过3.4V。在锂二次电池的情况中，主要使用铜做为阳极电极收集器。因此，铜离子可以在3.4V左右从做为阳极收集器的铜箔中电化学洗提而出。若铜离子堆叠在阳极上，则锂二次电池的性能会降低。
技术实现思路
技术问题因此，极需提供一种方法或一种装置，其能够有效地抑制过度放电或阳极电位的异常增加。本专利技术的专利技术人发现电池电量可以增加，并且可通过添加Li2CuO2至阴极做为电极添加物而调节阴极与阳极间的不可逆反应。因此，本专利技术的一个目的在于提供一种锂二次电池用电极，其中将Li2CuO2添加至阴极，因而增加锂二次电池的电量，并避免锂二次电池被过度放电，而不会因过度放电而降低锂二次电池的性能。此外，本专利技术的另一目的在于提供一种使用其电极的锂二次电池。-->本专利技术更有另一目的在于提供一种方法，其通过添加Li2CuO2至锂二次电池的阴极而能调整锂二次电池阴极与阳极间的不可逆反应的不平衡现象。本专利技术更还有另一目的在于提供一种方法，其通过添加Li2CuO2至锂二次电池的阴极而避免锂二次电池的阳极电位升高至或超过3.4V。技术方案本专利技术提供一种包含Li2CuO2做为电极添加物的锂二次电池用电极。优选地，其电极是阴极且Li2CuO2是阴极添加物。在本专利技术的一个实施例中，阴极添加物Li2CuO2的含量依据包含阴极活性材料及其他添加物的阴极材料其总重而可以为0.5wt％至10wt％。优选地，阴极添加物Li2CuO2的含量占阴极材料的总重量的0.5wt％至5wt％。为了预防锂二次电池过度放电，阴极第一次循环的不可逆电量必须大于阳极第一次循环的不可逆电量。阴极的不可逆电量可依据电池的最初充电/放电效率而估算出，其可以下列方程式计算：也就是说，若电池的最初充电/放电效率低，电极的不可逆电量就高。此后，阴极添加物Li2CuO2的含量及电极效率间的关系将参考图3说明。若阴极添加物Li2CuO2的含量是基于该阴极材料的总重量的少于0.5wt％，则阴极的效率等于或大于94％，该阴极的效率可能高过表现优选性能(94-94.5％)的现有阳极材料的效率，所以阴极添加物Li2CuO2无法做为预防过度放电的添加物。-->相对地，若阴极添加物Li2CuO2的含量依据阴极材料的总重而超过10wt％，则阴极效率降至或低于76％，其是低于表现较高效率的现有阳极材料的效率，阳极材料如天然石墨或Si基阳极材料，故阴极添加物Li2CuO2可以做为预防过度放电的添加物。然而，阴极的不可逆电量却大幅地增加，因此锂离子无法嵌入/解嵌入的无效空间(dead space)在阴极中也大幅地增加，因而降低了电池的电量。举例来说，若在阴极材料中添加约10wt％的阴极添加物Li2CuO2，电池的可逆电量(电池中可逆转使用的电量)约为130mAh。此可逆电量值低于展现出较低电量的包含具有尖晶石结构的阴极活性材料LiMn2O4的电池的可逆电量值，因此电池的电量可能降低。根据本专利技术，与阴极添加物Li2CuO2共同使用的阴极活性材料优选为具有层状结构。优选地，阴极活性材料在电压-电量图表中具有电位高度等于或大于3V的稳定高度。优选地，阴极活性材料包含LiCoO2、LiNiO2及Li(Ni1-xCo1-yMn1-z)O2(x+y+z＝1)等。也就是说，本专利技术可使用LiCoO2、LiNiO2等做为具有层状结构的阴极活性材料。特别是，本专利技术可使用3-成分阴极活性材料，如Li(Ni1-xCo1-yMn1-z)O2(x+y+z＝1)，其近来被广泛地运用以达成获得高电量的目的。根据本专利技术的阴极添加物Li2CuO2的功能不同于添加至现有的具有尖晶石结构的阴极活性材料中的Li2CuO2的功能。举例来说，美国专利第5,744,265号所公开的锂电池采用具有尖晶石结构的阴极活性材料，及因阴极活性材料的特殊结构而添加Li2CuO2至阴极活性材料中做为阴极添加物。若将Li2CuO2添加至阴极活性材料(LiMn2O4)中，锂离子从Li2CuO2产生，以致于在展现约3V的稳定电位时的放电操作期间有过多的锂离子。因此，发生下列相位变化：-->LiMn2O4+Li(锂离子嵌入)→Li(1+x)Mn2O4，其中0≤x≤1。因此，可逆使用的锂的含量可因上述电化学反应而增加，以致于其电量也随之增加。然而，虽然电量可随上述电化学反应而增加，但是其也增加了阴极的效率，以致于其难以抑制过度放电。这是因为阴极效率的降低有助于抑制过度放电。相反地，根据本专利技术，Li2CuO2被添加至具有层状结构的阴极活性材料中，其不具有在放电操作中锂离子嵌入其中的空间。即，具有层状结构的阴极活性材料对电化学反应表现非常稳定，因此引起锂离子嵌入的相位转变不会发生在阴极活性材料中。因此，不同于随相位转变而增加电量的美国专利第5,744,265号所公开的锂电池，本专利技术通过采取从Li2CuO2提供足够的锂离子以弥补在阳极处的不可逆反应的方式增加Li2CuO2至阴极来增加电量。这可以降低阴极的效率以便防止过度放电。此外，本专利技术不同于日本专利早期公开第6-111821号中所公开的电池，该电池是通过降低电压本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池的阴极，是由阴极材料形成，该阴极材料包含：　　　　阴极活性材料，该阴极活性材料能嵌入／解嵌入锂离子；以及　　　　Ｌｉ↓［２］ＣｕＯ↓［２］，作为阴极添加物；　　　　其中Ｌｉ↓［２］ＣｕＯ↓［２］的含量是基于该阴极材料的总重的０．５ｗｔ％至１０ｗｔ％。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】KR 2005-4-1 10-2005-00275061.一种锂二次电池的阴极，是由阴极材料形成，该阴极材料包含：阴极活性材料，该阴极活性材料能嵌入/解嵌入锂离子；以及Li2CuO2，作为阴极添加物；其中Li2CuO2的含量是基于该阴极材料的总重的0.5wt％至10wt％。2.如权利要求1所述的阴极，其中该阴极活性材料是锂过渡金属化合物，该锂过渡金属化合物具有层状结构。3.如权利要求1所述的阴极，其中该阴极活性材料是选自由LiCoO2、LiNiO2以及Li(Ni1-xCo1-yMn1-z)O2(x+y+z＝1)所组成的组中的一种。4.如权利要求1所述的阴极，其中该阴极活性材料的含量是基于该阴极材料的总重量的0.5wt％至5wt％。5.一种锂二次电池，包含：阴极，该阴极包含锂过渡金属氧化物，以及Li2CuO2，该锂过渡金属氧化物能嵌入/解嵌入锂离子；阳极，该阳极包含能嵌入/解嵌入锂离子的石墨、碳、锂金属或合金；隔离板；以及电解质，该电解质包含锂盐及电解质化合物。6.如权利要求5所述的锂二次电池，其中Li2CuO2的含量是基于该阴极材料的总重量的0.5wt％至10wt％。7.如权利要求5所述的锂二次电池，其中该阴极活性材料的含量-->是基于该阴极材料的总重量的0.5wt％至5wt％。8.如权利要求5所述的锂二次电池，其中该锂过渡金属氧化物是选自由LiCoO2、LiNiO2以及Li(Ni1-xCo1-yMn1-z)O2(x+...

【专利技术属性】
技术研发人员：高恩英，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]