具有起火抑制结构的锂二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种具有起火抑制结构的锂二次电池以及制造该锂二次电池的方法。更具体而言，提供了一种通过将包含高容量单元电芯的能量密度高的高容量单元定位于包含低容量单元电芯的能量密度相对低的低容量单元的上部和下部来抑制锂二次电池起火的方法。和下部来抑制锂二次电池起火的方法。和下部来抑制锂二次电池起火的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有起火抑制结构的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种具有起火抑制结构的锂二次电池。更具体而言，本专利技术旨在提供一种具有能够通过调整能量密度不同的单元电芯的堆叠位置而抑制起火(ignition)的结构的锂二次电池。
[0002]本申请要求2021年10月25日在韩国提交的韩国专利申请No.10
‑
2021
‑
0142601的优先权，所述韩国申请的公开内容通过引用全部并入本文。

技术介绍

[0003]锂二次电池通常由包含正极、负极、电解质和隔膜的电池电芯组成。在软包电芯(一种电池电芯的类型)的情况下，具有以下形式：电极组件(其中堆叠有多个由正极、负极和隔膜组成的单个单元电芯)与电解质一起装在软包状的电池外壳中。
[0004]电解质和隔膜是影响电池性能(例如电池输出和安全性)的重要材料，但是直接决定电池能量密度的是正极和负极的电极活性材料。特别地，正极活性材料对电池能量密度有更大的影响。虽然通过减小集流体(活性材料的支持物)的厚度或减小隔膜的厚度以增加电池能量密度是可行的，但这只是间接方法之一。
[0005]在现有的电池系统中，锂离子最初包含于正极。当电池充电时，正极中的锂以还原状态储存到用例如石墨等材料制成的负极中，并且正极被氧化，换言之，每逸出一个锂原子，正极就失去一个电子。如果这些变化不能得到缓冲，则会发生破坏性的变化，例如正极材料的分解或相变，且重复充放电变得不可能。因此，需要能够充当氧化还原过程的缓冲物而不引起破坏行为的元素，并且使用氧化数能够灵活变化的过渡金属元素作为正极的化学组分。另外，因为应当维持允许锂离子可逆地进出的晶体结构，所以还应当包含构成会维持此结构的框架的元素。因此，锂二次电池用正极材料包含三个部分：通过在正极和负极之间传输而决定充电容量的锂、能够实现可逆的氧化还原反应的过渡金属、以及充当维持晶体结构的框架的氧化物。
[0006]通常，在商用的电压范围内能量密度随着镍含量增加而增加，但可能在稳定性方面存在易于损坏的问题。
[0007]因为电池外壳充当隔绝物，所以可能存在电极组件内部产生的热量无法释放到外界的情况，此情况可能导致锂二次电池由于过热而起火。具体而言，随着在各个单元电芯中产生的热量叠加，电池电芯内部的温度会指数级上升，从而引起电池内部过热。
[0008]因为锂二次电池的能量密度近来正在增加，需要一种方法来抑制由于单元电芯中产生的上述热量叠加而导致的过热现象。
[0009]现有技术文献
[0010]韩国专利公开10
‑
2019
‑
0024709号。

技术实现思路

[0011]技术问题
[0033]在化学式2和化学式3中
[0034]x、y、z、w和v分别满足1.0≤x≤1.30，0≤y<1，0<z≤0.6，0<w≤0.6，0≤v≤0.2；D是选自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中的一种或多种元素，且p和q分别满足5≤p≤7，0≤q≤0.2；E是选自P、Al、Mg、Ni、Co、Mn、Ti、Ga、Cu、V、Nb、Zr、Ce、In、Zn和Y中的一种或多种元素，且a和b分别满足4≤a≤6，0≤b≤0.5。
[0035]例如，非镍化合物可以由选自LiFePO4、Li6CoO4、Li6Co
0.5
Zn
0.5
O4、Li6Co
0.7
Zn
0.3
O4、Li2FeSiO4、Li5FeO4和Li6FeO4中的一种或多种化合物组成。
[0036]另外，基于电极组件中单元电芯的总数，组成低容量单元的低容量单元电芯的数量的比例可以是20％至40％。
[0037]有利效果
[0038]根据本专利技术，即使从电池电芯内部的电极组件部分地产生高温热量，其仍然具有抑制锂电池过热和起火的效果。
附图说明
[0039]图1示明了一种常见的单元电芯的构造。
[0040]图2示明了一种包含常见的电极组件和电池外壳的锂二次电池。
[0041]图3示明了本专利技术的电极组件的构造。
[0042]图4示明了实施例和比较例中制造的电极组件的结构
[0043]图5是示明了实施例和比较例中的二次电池的初始容量测量结果的图。
具体实施方式
[0044]在下文中，本专利技术的具体构造将会参照附图和各种实施方式进行详细描述。以下描述的实施方式以实例的方式示出以帮助理解本专利技术，附图是为了帮助理解本专利技术而并非按照比例绘制的，且某些组件的尺寸可能被夸大。
[0045]由于本专利技术可以进行各种改变并且可以采取各种形式，因此具体实施方式在附图中示出并在文中详细描述。然而，它并不旨在将本专利技术限制为特定的公开形式，并且应当理解为包括本专利技术包含的精神和技术范围中的所有修改、等同物或替代物。
[0046]电池电芯1000通常包含电极组件，且在电极组件中堆叠有多个单元电芯。
[0047]图1示明了包含于常见的电池电芯中的单元电芯110
’
的构造。
[0048]参考图1，单元电芯110
’
采用堆叠有正极111
’
、负极112
’
以及设置在正极111
’
和负极112
’
之间的隔膜113
’
的形式。
[0049]图2夸大地示出了在电池电芯1000中常见的软包形式电池电芯1000的构造。
[0050]参考图2，电池电芯1000包含堆叠有多个单元电芯的电极组件100
’
、容纳并包裹电极组件100
’
的电池外壳200
’
、以及注入电池外壳200
’
并包含于其中的电解质120
’
。
[0051]包含具有高能量密度的正极111
’
活性材料的电池电芯1000可能从内部产生高温热量。由于密封的结构，电池电芯1000的内部可能过热，并在严重情况下电池电芯1000可能起火。当多个单元电芯中的每一个的正极111
’
活性材料中产生高温热量时，每层中产生的热量叠加，并且电池外壳200
’
的内部可能变成温度高于电池电芯1000可承受的燃点的环境。
[0052]本专利技术的锂二次电池包含电池电芯1000，所述电池电芯1000包含含有多个单元电芯的电极组件100，以及收纳所述电极组件100的电池外壳200
’
。
[0053]单元电芯包含含有正极活性材料的正极、含有负极活性材料的负极以及设置在正极和负极之间的隔膜。虽然未示出，但是分别在正极集流体和负极集流体上施加和包含正极和负极。
[0054]用于锂二次电池
的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种具有起火抑制结构的锂二次电池，其包含：包含多个单元电芯的电极组件，和容纳所述电极组件的电池外壳；所述电极组件包含位于中间部分的低容量单元和位于所述低容量单元上部和下部的高容量单元，并且所述低容量单元堆叠有低容量单元电芯，所述高容量单元堆叠有高容量单元电芯。2.如权利要求1所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，所述低容量单元的能量密度低于所述高容量单元的能量密度。3.如权利要求1所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，所述单元电芯包含负极、正极和设置在正极与负极之间的隔膜。4.如权利要求3所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，所述正极包含含镍的镍化合物，或者包含不含镍的非镍化合物。5.如权利要求3所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，所述低容量单元由在正极中包含镍化合物的低容量单元电芯组成，并且基于所述镍化合物中的100摩尔％的过渡金属，所述低容量单元电芯中包含的镍化合物的镍含量少于60摩尔％；所述高容量单元由在正极中包含镍化合物的高容量单元电芯组成，并且基于所述镍化合物中的100摩尔％的过渡金属，所述高容量单元电芯中包含的镍化合物的镍含量为60摩尔％以上。6.如权利要求4所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，所述低容量单元由在正极活性材料中包含非镍化合物的低容量单元电芯组成，所述高容量单元由在正极活性材料中包含镍化合物的高容量单元电芯组成。7.如权利要求6所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，基于所述高容量单元电芯中包含的镍化合物中的100摩尔％的过渡金属，所述镍化合物的镍含量为60摩尔％以上。8.如权利要求6所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，基于100摩尔％，所述高容量单元电芯中包含的镍化合物的镍含量为60摩尔％以下。9.如权利要求4所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，所述镍化合物包含以下化学式1所示的氧化物，[化学式1]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w
A
v
]O2A是选自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中的一种或多种元素，且x、y、z、w和v分别满足1.0≤x≤1.30，0<y<1，0<z≤0.6，0<w≤0.6，0≤v≤0.2。10.如权利要求4所述的具有起火抑制结构的锂二次电池，其中，所述镍化合物由选自LiNiO2、LiNi
0.5
Co
0.5

【专利技术属性】
技术研发人员：崔舜炯，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：