锂二次电池用正极和包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种锂二次电池用正极以及包含该正极的锂二次电池，其中所述正极通过在正极混合物层中使用含有由化学式1表示的正极添加剂和具有线性结构的导电材料的预分散体作为不可逆添加剂来制造，并通过调节电极薄层电阻以满足特定范围，可以减少在充电和放电期间产生的氧气量，以及容易地改善锂二次电池的充电和放电效率。电和放电效率。电和放电效率。

【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


[0001]本专利技术涉及锂二次电池用正极和包含其的锂二次电池。本申请要求基于2021年6月3日的韩国专利申请10
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2021
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0072238号和2022年4月4日的韩国专利申请10
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2022
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0041454号的优先权权益，并且并入所述韩国专利申请文献中公布的全部内容作为本说明书的一部分。

技术介绍

[0002]近年来，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。
[0003]虽然石墨主要用作锂二次电池的负极材料，但由于石墨具有372mAh/g的小的单位质量容量，因此难以增加锂二次电池的容量。因此，为了增加锂二次电池的容量，作为具有比石墨的能量密度更高的能量密度的非碳类负极材料，已经开发和使用了与锂形成金属间化合物的负极材料，例如硅、锡及其氧化物。然而，在这种非碳类负极材料的情况下，虽然容量大，但初始效率低，存在初始充电/放电期间的锂消耗大，并且不可逆容量损失大的问题。
[0004]在这方面，已经提出了一种克服负极的不可逆容量损失的方法，其使用能够向正极材料提供锂离子源或储库并且在初始循环之后为电化学活性的材料，从而不会降低电池的整体性能。具体地，作为牺牲的正极材料或不可逆添加剂(或过放电抑制剂)，例如，已知向正极应用包含过量锂的氧化物例如Li6CoO4的方法。
[0005]另一方面，常规的不可逆添加剂如Li6CoO4通常通过使钴氧化物等与过量的锂氧化物反应来制备。以这种方式制备的不可逆添加剂结构不稳定，并且随着充电的进行根据如下产生大量的氧气(O2)，并且当不可逆添加剂在二次电池的初始充电期间，即，在电池的激活期间保持不反应时，在随后的充电和放电过程中可能发生反应，从而在电池内部产生副反应或大量氧气。由此产生的氧气可能引起电极组件的体积膨胀等，并且可能是引起电池性能劣化的主要因素之一。
[0006][0007]此外，由于2维渗透网络(percolating network)，常规使用的不可逆添加剂表现出非常低的10
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S/cm的粉末电导率，其接近绝缘体。这种低粉末电导率会增加正极的电阻，并且在这种情况下，在低C倍率下表现出200mAh/g以上的大容量，但是当C倍率增加时，由于随着充电/放电的进行而导致的大电阻，因此性能迅速降低，使得电池的充电/放电容量降低，并且存在难以高速充电和放电的限制。
[0008]因此，存在开发具有优异的电性能以及改善的锂二次电池安全性的锂二级电池的需求。
[0009][相关技术文件][0010]韩国专利公开10
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2019
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0064423号

技术实现思路

[0011]技术问题
[0012]因此，本专利技术的一个目的是提供一种锂二次电池用正极和包含其的锂二次电池，所述正极具有改善的安全性，同时有效地改善锂二次电池的电性能。
[0013]技术方案
[0014]为了解决上述问题，在一个实施方案中，本专利技术提供了一种锂二次电池用正极，该正极包含：
[0015]正极集电器；和
[0016]设置在正极集电器上的正极混合物层，
[0017]其中所述正极混合物层包含正极活性材料、由以下化学式1表示的正极添加剂、第一导电材料和粘合剂；
[0018]其中第一导电材料含有以下中的一种或多种：碳纳米管、石墨纳米纤维、碳纳米纤维、气相生长碳纤维和活性炭纤维；
[0019]正极的薄层电阻为3.0Ω/cm以下，
[0020][化学式1][0021]Li
p
Co
(1
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q)
M
1q
O4[0022]其中，
[0023]M1是选自以下中的一种或多种元素：W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B和Mo，以及
[0024]p和q分别是5≤p≤7和0≤q≤0.5。
[0025]在这种情况下，正极混合物层可以进一步包含第二导电材料，其中第二导电材料可以含有如下中的一种或多种：天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、丹卡黑(Denka black)、科琴黑、Super
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P、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑。
[0026]此外，在正极混合物层中含有第一导电材料和第二导电材料的正极的电极薄层电阻(R12)可以具有如下比率：
[0027]相对于在正极混合物层中单独含有第一导电材料的正极的电极薄层电阻(R1)的比率(R12/R1)为0.5至1.2，或者
[0028]相对于在正极混合物层中单独含有第二导电材料的正极的电极薄层电阻(R2)的比率(R12/R2)为0.1至0.8。
[0029]具体地，在正极混合物层中含有第一导电材料和第二导电材料的正极的电极薄层电阻(R12)可以具有如下比率：
[0030]相对于在正极混合物层中单独含有第一导电材料的正极的电极薄层电阻(R1)的比率(R12/R1)为0.7至1.0，或者
[0031]相对于在正极混合物层中单独含有第二导电材料的正极的电极薄层电阻(R2)的比率(R12/R2)为0.2至0.6。
[0032]此外，正极添加剂可以具有空间群为P42/nmc的四方结构。
[0033]此外，基于100重量份的正极混合物层，正极添加剂的含量可以为0.1至10重量份。
[0034]此外，基于100重量份的正极混合物层，第一导电材料的含量可以为0.1至10重量份。
[0035]此外，当一起包含第一导电材料和第二导电材料时，基于100重量份的正极混合物层，第一导电材料和第二导电材料的总含量可以为0.1至10重量份，并且在这种情况下，基于100重量份的第一导电材料，可以以20至60重量份的量包含第二导电材料。
[0036]另一方面，正极活性材料可以是由以下化学式2表示的锂金属复合氧化物：
[0037][化学式2][0038]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w
M
2v
]O
u
[0039]其中，
[0040]M2是选自以下中的一种或多种元素：W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B和Mo，以及
[0041]x、y、z、w、v和u分别是1.0≤x≤1.30、0.1≤y<0.95、0.01<z≤0.5、0.01<w≤0.5、0≤v≤0.2、1.5≤u≤4.5。
[0042]此外，在一个实施方案中，本专利技术提供了一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂二次电池用正极，所述正极包含：正极集电器；和设置在所述正极集电器上的正极混合物层，所述正极混合物层包含正极活性材料、由以下化学式1表示的正极添加剂、第一导电材料和粘合剂；其中所述第一导电材料含有以下中的一种或多种：碳纳米管、石墨纳米纤维、碳纳米纤维、气相生长碳纤维和活性炭纤维；所述正极的薄层电阻为3.0Ω/cm以下，[化学式1]Li
p
Co
(1
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q)
M
1q
O4其中，M1是选自以下中的一种或多种元素：W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B和Mo，以及p和q分别是5≤p≤7和0≤q≤0.5。2.根据权利要求1所述的正极，其中所述正极混合物层进一步包含第二导电材料，以及所述第二导电材料含有以下中的一种或多种：天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、丹卡黑、科琴黑、Super
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P、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑。3.根据权利要求2所述的正极，其中在所述正极混合物层中含有所述第一导电材料和所述第二导电材料的所述正极的电极薄层电阻(R12)具有如下比率：相对于在所述正极混合物层中单独含有所述第一导电材料的正极的电极薄层电阻(R1)的比率(R12/R1)为0.5至1.2，或者相对于在所述正极混合物层中单独含有所述第二导电材料的正极的电极薄层电阻(R2)的比率(R12/R2)为0.1至0.8。4.根据权利要求2所述的正极，其中在所述正极混合物层中含有所述第一导电材料和所述第二导电材料的所述正极的电极薄层电阻(R12)具有如下比率：相对于在所述正极混合物层中单独含有所述第一导电材料的正极的电极薄层电阻(R1)的比率(R12/R1)为0.7至1.0，或者相对于在所述正极混合物层中单独含有所述第二导电材料的正极的电极薄层电阻(R2)的比率(R12/R2)为0.2至0.6。5.根据权利要求1所述的正极，其中所述正极添加剂具有空间群为P42/nmc的四方结构。6.根据权利要求1所述的正极，其中基于100重量份的所述正极混合物层，所述正极添加剂的含量为0.1至10重量份。7.根据权利要求1所述的正极，其中基于100重量份的所述正极混合物层，所述第一导电材料的含量为0.1至10重量份。8.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：李京燮，吴相丞，金惠显，赵治皓，柳泰求，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：