包含含表面活性剂的电极活性材料的锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供一种锂二次电池，包括含有锂过渡金属化合物的阴极以及含有石墨碳的阳极，并向阴极与／或阳极中加入表面活性剂，藉此表面活性剂的添加改善电解质在电极上的湿润性，从而提高电池容量并且改善电池的速率特性与循环特性，并且明显缩短电池制备工艺时间。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种锂二次电池，该电池包括含有锂过渡金属化合物的 阴极以及含有石墨碳的阳极，同时在该阴极和/或该阳极中添加了表面活 性剂，藉由表面活性剂的添加改善电解质在电极上的湿润性，从而提高 电池容量并改善电池的速率特性与循环特性，并明显地缩短了电池的制 备时间。
技术介绍
移动设备的技术发展与需求增加导致二次电池作为能量来源的需求 急速增加。其中，大量的研究集中在具有高能量密度与高放电电压的锂 二次电池上。此类锂二次电池现今可于市场上获得并已广泛使用。锂二次电池使用金属氧化物例如LiCoO,作为阴极活性材料，使用含 碳材料作为阳极活性材料，并通过在阳极与阴极之间放置多孔聚烯烃 (porous polyolefin)隔离片，然后加入含有锂盐例如LiPFe的非水性电 解质完成制造。充电过程中，锂离子从阴极活性材料中释出然后嵌入阳 极的碳层中。相反，在放电过程中，锂离子从阳极的碳层中释放，然后 嵌入阴极活性材料中。此处，非水性电解质充当介质，通过该非水性电 解质，锂离子可在阴极与阳极间之间移动。这样的锂二次电池在电池的 操作电压范围内必须是基本稳定的，并且必须具有以足够快的速率转移 离子的能力。非水性电解质于制造锂二次电池的最后一步置入电池中。此处，为 了减少制造电池的时间并优化电池性能，必须确保电解质可将电极快速 并完全地湿润。作为用于锂二次电池的非水性电解质，主要使用非质子有机溶剂， 例如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)以及2-曱基四氢呋喃。这样的电 解质是具有一定程度极性的极性溶剂，该极性能够有效地溶解并解离电 解质盐，同时也是不具有活性氧物质的非质子溶剂。此外，由于电解质 之间广泛的相互影响，此类电解质通常呈现出高的粘度与表面张力。因此，锂二次电池所用的非水性电解质对含有粘合剂例如聚四氟乙烯、聚 偏氟乙烯等的电极材料呈现低亲和性，因此造成不能轻易地润湿电极材 料。由于低亲和性造成的不易湿润(下文将作详细说明)是引起电池制 造时间增加这一效率低下的主要原因之一。同时，随着对诸如移动电话、笔记本电脑以及MP3播放器等小体积 设备的高度偏好引起的锂二次电池的需求增加，最近要求锂二次电池小 型化并具有严格的结构。再者，高能量密度电池的使用导致制造电池时 电极载荷与厚度的增加。然而，由于具有亲水特性的电解质无法深度渗 透至具有疏水特性的电极之中，因此造成电池容量降低，这又使电池速 率特性与循环特性下降。因此，常规
已尝试藉由使用特定的工艺技术解决此类问 题，例如增加高温老化处理或者施加真空或压力以便于提高电解质在电 极上的湿润性。然而，此类方法需承受附加工艺与延长的生产时间造成 的额外费用这一沉重负担。为此，本
强烈需要开发这样的技术它能通过增加电解质 对电极的润湿性来缩短电池制造时间并改善电池性能
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的目的在于解决上述问题以及其它尚未被解决的技术 问题。由于为解决上述问题而进行的大量广泛而深入的研究和实验，如下 所述，本专利技术的专利技术人已发现将表面活性剂加入锂二次电池的阴极和/ 或阳极，可以使电解质轻易地渗透至电极材料之中，同时对电池运行的 不良副作用最小，因此不再需要改善润湿性的额外工艺，并由此能改善 电池性能。本专利技术系根据该发现而完成。技术方案根据本专利技术的一个方面，可通过提供以下锂二次电池实现上述及其 它目的，所述锂二次电池包括含有锂过渡金属化合物的阴极以及含有石 墨碳的阳极，同时将表面活性剂加入阴极与阳极之一或二者中。根据本专利技术，表面活性剂的添加改善了电解质在电极上的湿润性， 由此提升电池容量，并改善电池速率特性与循环特性，并可明显缩短电 池的制造时间。一般而言，表面活性剂具有亲水性部位与疏水性部位，因此对具有 亲水性质的电解质以及具有疏水性质的电极均呈现亲和性。因此，将此 类表面活性剂加入电极后，表面活性剂的亲水性部位对亲水性电解质将 具有高度亲和性，而表面活性剂的疏水性部位对疏水性电极具有高度亲 和性。因此，经由表面活性剂的媒介作用，电解质可以轻易渗透至电极 内。因此，能改善电解质在电极上的湿润性。表面活性剂的添加量为待添加的电极混合物总重量的O. 01至20重 量°/ ，更优选为O. l至l. 0重量％。电极混合物为电极活性材料的混合物， 如有必要，包括粘合剂与导电材料。例如，阴极混合物通常包括混有粘 合剂和导电材料的阴极活性材料。若表面活性剂的含量过低，则难以实 现对电解质在电极上的湿润性的所需改善结果。另一方面，若表面活性 剂的含量过高，则可能不合需要地产生与电池的其他性能退化相关的问 题，这是由于粘合剂和导电材料的添加量降低所致。表面活性剂可加入阴极与阳极之一或两者中。因为包含于电池阳极 内电解质的量远低于阴极内的量，因此特别优选将表面活性剂加入阳极 中。与添加表面活性剂相关的常规
中，将表面活性剂加入电解 质中而非电极中的一些技术是已知的。即，为了降低电池内的不可逆性， 使用无定形碳材料作为阳极活性材料，已知一种将表面活性剂加入电解 质中的方法， 一旦电池开始充/放电，所述表面活性剂就会在阳极活性材 料表面形成固态电解质界面薄膜。虽然将表面活性剂加入电解质中这一 手段通过降低不可逆性提供了电池容量并改善了电池的速率特性，但此 举可能导致表面活性剂内在特性改变，因为在最初的充/放电过程期间，薄膜。另一方面，本专利技术涉及将表面活性剂加入电极中，并且具有以下显 著不同表面活性剂的内在性质能保持未变，同时不会引起这类电化学 反应。此外，由于电解质在电极上的湿润性的改善，电池制造时间能得 以明显缩短，这是上述常规
所无法获得的本专利技术的独有特点。大体而言，表面活性剂可分为阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性离子表面活性剂以及非离子表面活性剂。电池通过电化学反应 经由锂离子的迁移运转。因此，本专利技术的表面活性剂优选为非离子表面 活性剂。非离子表面活性剂的典型实例包括但不限于聚氧乙烯烷基醚、 聚氧乙烯脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基酚醚、山梨糖醇脂肪酸酯、聚氧乙烯 山梨糖醇脂肪酸酯、蔗糖脂肪酸酯等等。特别是，更优选具有亲水性部位与疏水性部位两者的嵌段共聚物作 为本专利技术的表面活性剂。通常，嵌段共聚物指的是这样一种共聚物，其中具有给定量的一类 单体的链与具有给定量的另一类不同性质的单体的链进行化学连接。作 为本专利技术的优选表面活性剂，嵌段共聚物是通过由亲水性单体组成的链 与由疏水性单体组成的链之间的化学键的相交形成的共聚物，其特征在 于嵌段共聚物本身具有亲水性部位与疏水性部位两者。作为嵌段共聚物特别优选的实例，可提及的是PEO-PPO嵌段共聚物。 PEO-PPO嵌段共聚物具有以亲水性聚环氧乙烷(PEO)链与疏水性聚环氧丙 烷(PPO)链作为重复单元所组成的结构。PE0-PPO共聚物对电池的运行枳^ 理影响甚^:。如上文所述，由于分子结构内所拥有的亲水性与疏水性部 位，PEO-PPO嵌段共聚物还可显著改善电解质在电极上的湿润性。优选地， PEO单元在PEO-PPO嵌段共聚物内的含量为占共聚物总重量的40至80%范 围内。PEO-PPO嵌段共聚物中，具有PEO-PPO-PEO结构的三嵌段共聚物特别 优选。PEO单元在PEO-PPO-PEO三嵌段共聚物本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池，包括含锂过渡金属化合物的阴极以及含石墨碳的阳极，其中将表面活性剂加入阴极、阳极或阴极与阳极两者中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：康银珠，李香穆，洪起哲，禹正圭，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]