用于锂二次电池的电极和包括其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种用于可再充电锂电池的电极和包括该电极的可再充电锂电池，该电极包括：集流体、位于集流体上的安全功能层以及位于安全功能层上的活性物质层，其中，功能安全层包括可热膨胀聚合物和具有小于或等于2μm的粒径的活性物质。的粒径的活性物质。的粒径的活性物质。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂二次电池的电极和包括其的锂二次电池


[0001]公开了一种用于可再充电锂电池的电极和包括该电极的可再充电锂电池。

技术介绍

[0002]诸如蜂窝电话、膝上型计算机、智能电话等的便携式信息装置或电动车辆已经使用具有高能量密度和易于便携性的可再充电锂电池作为驱动电源。近来，已经积极地进行了使用具有高能量密度的可再充电锂电池作为用于混合动力车辆或电动车辆的驱动电源或电力存储电源的研究。这种可再充电锂电池的主要研究问题之一是改善安全性。例如，当可再充电锂电池由于内部短路、过充电或过放电而变热并且发生电解质分解反应和热失控时，电池的内部压力会快速增大，从而引起电池的爆炸。在它们之中，当发生可再充电锂电池的内部短路时，存储在每个电极中的高电能在短路的正极和负极处立即传导，并且爆炸的风险非常高。由于这种爆炸除了简单地损坏可再充电锂电池之外，还可能对用户造成致命伤害，因此迫切需要开发一种能够改善可再充电锂电池的稳定性的技术。

技术实现思路

[0003]技术问题
[0004]本专利技术提供了一种用于可再充电锂电池的电极和包括该电极的可再充电锂电池，该电极在诸如热暴露、穿透、挤压、冲击等的问题时能够通过增大电池的内阻来防止电池的过热或爆炸，以确保热安全性和物理安全性以及保持优异的电池性能。
[0005]技术方案
[0006]在实施例中，用于可再充电锂电池的电极包括：集流体、在集流体上的安全功能层和在安全功能层上的活性物质层，其中，安全功能层包括可热膨胀聚合物和具有小于或等于2μm的粒径的活性物质。
[0007]另一实施例提供了一种可再充电锂电池，该可再充电锂电池包括电极、隔膜和电解液。
[0008]有益效果
[0009]根据实施例的用于可再充电锂电池的电极和包括该电极的可再充电锂电池可以表现出优异的电池性能(诸如高循环寿命特性等)，以及在诸如热暴露、穿透、挤压、冲击等的问题时通过增大电池的内阻来防止电池的过热或爆炸的优异效果。
附图说明
[0010]图1是示出根据实施例的可再充电锂电池的示意图。
[0011]图2是示例1中制造的电极的剖面的扫描电子显微镜照片。
[0012]图3是示出示例1和对比示例1的电池单体的根据温度的电阻增加率的曲线图。
[0013]图4是示出示例1至示例3和对比示例1的电池单体的外部短路评价的曲线图。
[0014]图5是示出示例1和对比示例1的电池单体的室温循环寿命特性的曲线图。
[0015]图6是示出示例1和对比示例1的电池单体的高温循环寿命特性的曲线图。
[0016]图7是示出对比示例1的电池单体的穿透安全性评价的结果的照片。
[0017]图8是示出示例1的电池单体的穿透安全性评价的结果的照片。
[0018]图9是示出对比示例1的电池单体的热安全性评价结果的照片。
[0019]图10是示出示例1的电池单体的热安全性评价结果的照片。
[0020]图11是示出对比示例1的电池单体的碰撞安全性评价结果的照片。
[0021]图12是示出示例1的电池单体的碰撞安全性评价结果的照片。
[0022]图13是示出示例1和对比示例2的电池单体的根据电压的容量评价的曲线图。
具体实施方式
[0023]在下文中，将详细地描述具体实施例，使得本领域普通技术人员可以容易地实现它们。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不被解释为限于这里阐述的示例实施例。
[0024]这里使用的术语仅用于描述实施例，而不旨在限制本专利技术。除非上下文另外清楚地指出，否则单数表述包括复数表述。
[0025]在这里，应当理解的是，诸如“包含”、“包括”或“具有”的术语旨在表示存在所体现的特征、数量、步骤、元件或其组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、元件或其组合的可能性。
[0026]在附图中，为了清楚起见，层、膜、面板、区域等的厚度被夸大，并且在整个说明书中，同样的附图标记表示同样的元件。将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称为“在”另一元件“上”时，它可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在居间元件。
[0027]另外，这里的“层”不仅包括当从平面图观看时形成在整个表面上的形状，而且包括形成在部分表面上的形状。
[0028]另外，平均粒径可以通过本领域技术人员公知的方法来测量，例如，可以通过粒度分析仪来测量，或者可以通过透射电子显微照片或扫描电子显微照片来测量。可选地，能够通过使用动态光散射法测量，执行数据分析，计算每个粒度范围的颗粒数，并由此计算来获得平均粒径值。除非另有定义，否则平均粒径(D50)可以是指在粒度分布中具有50体积％的累积体积的颗粒的直径。
[0029]在实施例中，用于可再充电锂电池的电极包括集流体、在集流体上的安全功能层和在安全功能层上的活性物质层，其中，安全功能层包括热膨胀聚合物和具有小于或等于2μm的粒径的活性物质。
[0030]用于可再充电锂电池的电极通过在诸如热暴露、穿透、挤压、冲击的物理问题时增大电阻并限制锂离子和电子的移动以使电流难以流动而具有抑制电池过热和爆炸的优异效果。具体地，与将可热膨胀聚合物添加到活性物质层中或将其作为单独层引入电极中的常规方法相比，用于可再充电锂电池的电极由于安全功能层本身的容量表现可以实现高容量和高能量密度电池而几乎没有能量密度损失，具有在正常充电和放电期间使电池的性能最大化的优点，由于具有2μm或更小的粒度的微粒活性物质而表现出安全功能层的增大的强度，另外，当活性物质层被压缩时具有保护集流体的效果。
[0031]例如，安全功能层可以以1:9至9:1(并且例如，2:8至8:2、3:7至7:3或4:6至6:4)的重量比包括热膨胀聚合物和具有小于或等于2μm的粒径的活性物质。在这种情况下，当发生物理问题时，安全功能层可以有效地抑制电池的过热和爆炸，同时使电池的基本性能最大化。
[0032]具有小于或等于2μm的粒径的活性物质可以具有例如10nm至2μm、10nm至1.5μm、10nm至1.2μm、10nm至1μm、10nm至900nm、50nm至1.2μm、100nm至1.2μm、200nm至1.2μm、300nm至1.2μm、400nm至1.2μm或500nm至1.2μm的粒径(D50)。另外，具有小于或等于2μm的粒径的活性物质可以是例如具有1.5μm或更小的粒径的活性物质或者具有1.2μm或更小的粒径的活性物质。当包括在安全功能层中的活性物质满足所述粒径范围时，可以具有在物理问题时抑制电池的过热和爆炸以及使电池的基本性能最大化并实现高容量和高能量密度的优异效果。
[0033]具有小于或等于2μm的粒径的活性物质可以包括能够可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物。能够可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物可以包括例如磷酸铁锂、氧化锂钴、氧化锂锰、氧化锂镍、锂镍过渡金属复合氧化物或其组合。在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于可再充电锂电池的电极，所述用于可再充电锂电池的电极包括：集流体；安全功能层，在所述集流体上；以及活性物质层，在所述安全功能层上，其中，所述安全功能层包括可热膨胀聚合物和具有小于或等于2μm的粒径的活性物质。2.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的电极，其中，所述安全功能层以1:9至9:1的重量比包括所述可热膨胀聚合物和具有小于或等于2μm的所述粒径的所述活性物质。3.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的电极，其中，具有小于或等于2μm的所述粒径的所述活性物质包括能够可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物，并且能够可逆地嵌入和脱嵌锂的所述化合物是磷酸铁锂、氧化锂钴、氧化锂锰、氧化锂镍、锂镍过渡金属复合氧化物或其组合。4.根据权利要求3所述的用于可再充电锂电池的电极，其中，能够可逆地嵌入和脱嵌锂的所述化合物是LiFePO4、LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi
x
M
1y
M
2z
O2或它们的组合，其中，0<x<1，0<y<1，0≤z<1，x+y+z＝1，M1和M2均独立地为选自于Co、Mn、Al、Cr、Fe、V、Mg、Ti、Zr、Nb、Mo、W、Cu、Zn、Ga、In、Sn、La和Ce中的至少一种元素。5.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的电极，其中，具有小于或等于2μm的所述粒径的所述活性物质包括能够可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物和在所述化合物表面上的碳涂层。6.根据权利要求5所述的用于可再充电锂电池的电极，其中，基于100wt％的具有小于或等于2μm的所述粒径的所述活性物质，以1wt％至20wt％的量包括碳涂层。7.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的电极，其中，具有小于或等于2μm的所述粒径的所述活性物质具有10nm至1μm的粒径。8.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的电极，其中，基于100wt％的安全功能层，以5wt％至80wt％的量包括具有小于或等于2μm的所述粒径的所述活性物质。9.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的电极，其中，所述可热...

【专利技术属性】
技术研发人员：金秀贤，金德贤，金泰中，金贤熙，安滈镕，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：