可再充电的锂电池制造技术

本发明专利技术涉及可再充电的锂电池。可再充电的锂电池包括：正电极，所述正电极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括次级颗粒，以及设置在次级颗粒的表面上并且包括锂硼酸盐的硼涂层，在次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，并且所述次级颗粒具有至少一部分径向布置的初级颗粒，次级颗粒包括锂镍类复合氧化物；负电极；在正电极和负电极之间的隔膜；包括碳酸亚乙烯酯的电解质；和含有正电极、负电极、隔膜和电解质的壳体。质的壳体。质的壳体。

【技术实现步骤摘要】
可再充电的锂电池


[0001]本公开涉及确保过充电安全性的可再充电的锂电池。

技术介绍

[0002]便携式信息装置(诸如蜂窝电话、膝上型计算机、智能电话等)或电动汽车已经使用具有高能量密度和易携带性的可再充电的锂电池作为驱动电源。最近，已经积极地进行研究，以使用具有高能量密度的可再充电的锂电池作为用于混合动力汽车或电动汽车的驱动电源或储能电源。
[0003]然而，随着可再充电的锂电池在各个领域的商业化，可出现其中可再充电的锂电池在超过规定的电压值下充电的过充电问题。当过充电时，由于电池内部材料的化学反应，可再充电的锂电池的内部压力和温度可增加，这可能导致诸如热失控等的事故。为了防止这些事故，电池可在内部配备有当电池的内部压力和温度达到预定值或更高值时切断电流的系统。
[0004]然而，当电池的内部温度达到预定值或更高值时，切断电流的温度传感/电流切断系统存在即使在约60℃或更低的一般高温下也运行的问题，因此当运行温度设定为较高时，电流切断系统通常运行较晚，在确保过充电安全方面受到限制。
[0005]当电池内部压力达到预定值或更高时，切断电流的另一温度传感/电流切断系统存在因为即使在过充电后电池内部压力也未以足够快的速度上升，从而过充电安全系统没有正常工作的问题，导致诸如电池放置后爆炸等事故。相应地，需要配备有安全装置的可再充电的锂电池，该安全装置在过充电期间快速地运行，以确保安全性。

技术实现思路

[0006]可再充电的锂电池通过当进行超过规定的电压值的过充电时快速地运行安全装置来确保过充电安全性。
[0007]在实施方式中，可再充电的锂电池包括：正电极，该正电极包括正极活性物质，该正极活性物质包括次级颗粒以及设置在次级颗粒的表面上并且包括锂硼酸盐的硼涂层，在次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，并且次级颗粒具有至少一部分径向布置的初级颗粒，次级颗粒包括锂镍类复合氧化物；负电极；在正电极和负电极之间的隔膜；包括碳酸亚乙烯酯的电解质；和含有正电极、负电极、隔膜和电解质的壳体。
[0008]在根据实施方式的可再充电的锂电池中，在过充电期间当电池中产生大量的气体并且压力充分增加时，过充电安全装置快速地运行而切断电流，并且因此确保了过充电安全性。另外，在运行期间可实现卓越的性能。
附图说明
[0009]图1为示出板状初级颗粒的形状的示意图。
[0010]图2为用于解释次级颗粒中径向的限定的视图。
另一元件“上”时，不存在居间元件。
[0033]另外，在本文中“层”不仅包括当从平面图中观察时在整个表面上形成的形状，而且也包括在部分表面上形成的形状。
[0034]另外，可通过本领域技术人员熟知的方法测量平均粒径，例如，可通过颗粒尺寸分析仪测量，或可通过透射电子显微照片或扫描电子显微照片测量。可选地，可通过使用动态光散射方法进行测量，进行数据分析，对每个颗粒尺寸范围的颗粒数进行计数，并且由此进行计算来获得平均粒径。除非以其他方式限定，否则平均粒径(D50)可意指在颗粒尺寸分布中累积体积为50体积％的颗粒的直径。
[0035]在本文中，“或”不解释为排他性的意思，例如，“A或B”解释为包括A、B、A+B等。
[0036]在实施方式中，可再充电的锂电池包括：正电极，正电极包括正极活性物质，正极活性物质包括次级颗粒以及设置在次级颗粒的表面上并且包括锂硼酸盐的硼涂层，在次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，并且次级颗粒具有至少一部分径向布置的初级颗粒，次级颗粒包括锂镍类复合氧化物；负电极；在正电极和负电极之间的隔膜；包括碳酸亚乙烯酯的电解质；和含有正电极、负电极、隔膜和电解质的壳体。
[0037]当该可再充电的锂电池用规定的电压或更高的电压的异常电压(例如，在约4.5V～约5.0V，例如，约4.7V或更高，或约4.8V或更高的范围内)充电时，电池内部生成大量的气体，使得过充电安全装置快速地运行而切断电流并且进行传热，从而防止诸如火灾等的事故。另外，在规定的电压以下，由于没有另外的气体生成，所以电池可恢复正常运行，并且展示出卓越的性能，诸如循环寿命特性等。
[0038]据报道，当电解质添加剂(诸如碳酸亚乙烯酯等)用于电解质中时，改善了电池的循环寿命。然而，这些电解质添加剂在过充电期间可具有减少生成的气体的量的效果，并且相应地，由于电池的内部压力未以足够快的速度上升，安全装置可不运行，因此可存在诸如过充电后继续热失控等的问题。
[0039]相反，在实施方式中，由于同时施加了特定的正极活性物质，在将碳酸亚乙烯酯添加至电解质时，在规定的电压以下可不生成气体，而是仅当在规定的电压或更高的电压(例如，约4.5V～约5.0V，或约4.7V或更高，或约5.0V或更高)下充电时，才生成大量的气体，使得安全装置快速地运行，成功地确保可再充电的锂电池的过压安全性。另一方面，当可再充电的锂电池在例如约5.0V或更高的过压下充电时，电池中的每单位重量正极活性物质生成的气体的量可为约3cc/g或更高。生成的气体的量可以通过评估例4的方法测量。
[0040]正电极
[0041]根据实施方式的用于可再充电的锂电池的正电极可包括正极集流体和在正极集流体上的正极活性物质层。正极活性物质层可包括正极活性物质，并且可进一步包括粘结剂和/或导电材料。
[0042]正极活性物质
[0043]根据实施方式的用于可再充电的锂电池的正极活性物质包括次级颗粒，以及设置在次级颗粒的表面上并且包括锂硼酸盐的硼涂层，在次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，并且次级颗粒具有至少一部分径向布置的初级颗粒，次级颗粒包括锂镍类复合氧化物。
[0044]硼涂层可设置在次级颗粒的表面上，并且可均匀地涂布在次级颗粒的表面上。硼涂层的锂硼酸盐可表示为氧化锂硼，并且可包括LiBO2、Li3B7O
12
、Li6B4O9、Li3B
11
O
18
、Li2B4O7、
Li3BO3、Li8B6O
13
、Li5B3O7、Li4B2O5、Li
10
B4O
11
、Li8B2O7或其任何组合。
[0045]基于正极活性物质的总重，硼涂层中锂硼酸盐的含量可为约0.02wt％～约0.5wt％，例如，约0.03wt％～约0.4wt％、约0.04wt％～约0.3wt％或约0.05wt％～约0.2％。当满足该含量范围时，硼涂层不充当电阻，可改善正极活性物质的结构稳定性，并且可改善循环寿命特性。另外，该含量范围内的锂硼酸盐与电解质中的碳酸亚乙烯酯产生协同效应，以在过充电期间产生大量的气体，从而改善过充电安全性，并在正常运行期间展示出卓越的性能。
[0046]根据实施方式的正极活性物质可进一步包括暴露在次级颗粒的表面上的初级颗粒内侧的硼掺杂层。
[0047]常规上，当硼涂布在正极活性物质上时，常见的是使用通过在制备锂金属复合氧化物后将锂金属复合氧化物与硼原料以湿式方式或干式方式混合本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可再充电的锂电池，包括：正电极，所述正电极包括正极活性物质，所述正极活性物质包括次级颗粒以及设置在所述次级颗粒的表面上并且包括锂硼酸盐的硼涂层，在所述次级颗粒中聚集了多个初级颗粒，并且所述次级颗粒具有至少一部分径向布置的所述初级颗粒，所述次级颗粒包括锂镍类复合氧化物；负电极；在所述正电极和所述负电极之间的隔膜；包括碳酸亚乙烯酯的电解质；和含有所述正电极、所述负电极、所述隔膜和所述电解质的壳体。2.根据权利要求1所述的可再充电的锂电池，其中当在5V过充电期间，在所述可再充电的锂电池中，每单位重量所述正极活性物质的生成的气体排放量大于或等于3.0cc/g。3.根据权利要求1所述的可再充电的锂电池，其中所述壳体提供有过充电安全装置。4.根据权利要求3所述的可再充电的锂电池，其中所述过充电安全装置是当所述可再充电的锂电池的内部压力达到预定值或更高值时引发开路的装置，或者是当所述可再充电的锂电池的所述内部压力达到所述预定值或更高值时引发短路的装置。5.根据权利要求3所述的可再充电的锂电池，其中当所述可再充电的锂电池的内部压力大于或等于7kgf/cm2时，所述过充电安全装置运行。6.根据权利要求1所述的可再充电的锂电池，其中基于所述电解质的总重，包括的所述碳酸亚乙烯酯的量为0.1wt％～5wt％。7.根据权利要求1所述的可再充电的锂电池，其中在所述正极活性物质中，所述硼涂层的锂硼酸盐包括LiBO2、Li3B7O
12
、Li6B4O9、Li3B
11
O
18
、Li2B4O7、Li3BO3、Li8B6O
13
、Li5B3O7、Li4B2O5、Li
10
B4O
11
、Li8B2O7或其任何组合。8.根据权利要求1所述的可再充电的锂电池，其中基于所述正极活性物质，所述硼涂层的锂硼酸盐的含量为0.02wt％～0.5wt％。9.根据权利要求1所述的可再充电的锂电池，其中所述正极活性物质进一步包括暴露在所述次级颗粒的表面上的所述初级颗粒内侧的硼掺杂层。10.根据权利要求9所述的可再充电的锂电池，其中所述硼掺杂层设置在从暴露于所述次级颗粒的所述表面的所述初级颗粒的外表面起10nm的深度范围内。11.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹弼相，金道猷，金玄凡，朴商仁，刘容赞，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：