易于估算充电状态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和包括其的锂二次电池，其中，该正极在多层正极混合层中包括包含磷酸铁化合物的第一正极活性材料和包含锂复合金属氧化物的第二正极活性材料，因此可以对二次电池的各个充电状态

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】易于估算充电状态的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种能够易于确定电池的充电状态的锂二次电池
。
[0002]本申请要求于
2022
年4月
13
日提交的韩国专利申请
10
‑
2022
‑
0045866
号的优先权的权益，将该韩国专利申请中公开的全部内容并入作为本说明书的一部分
。

技术介绍

[0003]最近，二次电池不仅广泛应用于便携式电子设备等小型设备，还应用于混合动力车辆和电动车辆的电池组或储能装置等中大型设备
。
[0004]二次电池包括包含正极
、
负极和隔膜的电极组件以及电解质，并且包括将它们作为整体保护的多层外部材料，这样的二次电池可以以配备有多个电芯的电池模块的形式使用
。
[0005]由于将这些二次电池应用于中大型设备需要较高的能量密度，因此通过使用镍含量为
60
％以上的
LiNi
a
Co
b
Mn
c
O2(0.6≤a≤0.9,a+b+c
＝
1)
的具有层状结构的锂镍金属氧化物作为正极活性材料以体现高容量
。
[0006]然而，由于锂镍金属氧化物中镍含量的增加导致结构稳定性降低，因此，特别是高温环境下电池特性的劣化和热稳定性的降低正在成为商业化的障碍
。
[0007]另一方面，由于具有橄榄石结构的磷酸铁锂
(LiFePO4)
具有最优异的结构稳定性，因此它是一种具有优异的寿命特性且在包括过充电和过放电在内的每个方面都具有优异的安全性的具有前景的活性材料
。
特别地，磷酸铁锂
(LiFePO4)
由于
PO4的强结合力而具有优异的高温稳定性，由于铁丰富且廉价，所以其成本低于上述的
LiCoO2、LiNiO2或
LiMn2O4，并且由于其毒性低而对环境的影响较小
。
[0008]然而，如图1所示，磷酸铁锂
(LiFePO4)
在充放电期间的电压变化很小，而且保持恒定，所以难以估算二次电池的充电状态
(SOC)
，相应地，具有难以控制使用二次电池的设备的功率的问题
。
[0009]因此，需要开发一种不仅通过包含磷酸铁锂
(LiFePO4)
作为正极活性材料而具有较高的电池安全性，而且还易于估算电池的充电状态的技术
。
[0010][
现有技术文献
][0011][
专利文献
][0012]韩国专利公开
10
‑
2020
‑
0024980
号
[0013]韩国专利公开
10
‑
2014
‑
0017470
号

技术实现思路

[0014][
技术问题
][0015]因此，本专利技术旨在提供一种锂二次电池，其通过包含磷酸铁锂
(LiFePO4)
作为正极活性材料而具有较高的电池安全性，并且易于估算电池的充电状态
。
[0016][
技术方案
][0017]为了解决上述问题，
[0018]在一个示例性实施方式中，本专利技术提供了一种锂二次电池用正极，其包括：
[0019]正极集流体；和
[0020]设置在正极集流体上的
n(
其中
n≥2)
个正极混合物层，
[0021]其中，正极混合物层包括包含由式1表示的磷酸铁化合物的第一正极活性材料和包含由式2表示的锂复合金属氧化物的第二正极活性材料，
[0022]其中，随着正极混合物层的位置从与正极集流体接触的第一正极混合物层变化到与正极集流体相隔最远的第
n
正极混合物层，各个正极混合物层中包含的第二正极活性材料的含量比降低
。
[0023][
式
1][0024]LiFe
a
M
11
‑
a
XO4[0025][
式
2][0026]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w
M
2v
]O2[0027]在式1和式2中，
[0028]M1是选自由
W、Cu、Fe、V、Cr、Co、Ni、Mn、Ti、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B
和
Mo
组成的组中的一种或多种元素，
[0029]X
是选自由
P、Si、S、As
和
Sb
组成的组中的一种或多种元素，
[0030]a
是
0≤a≤0.5
，
[0031]M2是选自由
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
组成的组中的一种或多种元素
。
[0032]x、y、z、w、v
分别为
1.0≤x≤1.30、0.1≤y<1、0≤z≤1、0≤w≤1、0≤v≤0.1
，其中
y+z+w+v
＝
1。
[0033]本文中，基于正极混合物层的总重量，第二正极活性材料的含量可以小于
10
重量％，并且基于所述各个正极混合物层的重量，在各个正极混合物层中的含量可以为
0.5
重量％至
20
重量％
。
[0034]此外，正极混合物层的总厚度可以为
50
μ
m
至
300
μ
m
，
n
个正极混合物层中与正极集流体接触的第一正极混合物层的厚度可以是正极混合物层总厚度的
10
％至
60
％
。
[0035]此外，随着各个正极混合物层的位置从第一正极活性材料层变化到第
n
正极活性材料层，
n
个正极活性材料层可能趋于第一正极活性材料的平均粒径降低
。
[0036]此外，当应用于二次电池时，正极在
30
％至
70
％的
SOC
范围内每1％的
SOC
可显示
5mV
至
60mV
的电压变化；和
/
或在
65
％至
95
％的
SOC
范围内每1％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，其包括：正极集流体；和设置在所述正极集流体上的
n
个正极混合物层，其中
n≥2
，其中，所述正极混合物层包括包含由式1表示的磷酸铁化合物的第一正极活性材料和包含由式2表示的锂复合金属氧化物的第二正极活性材料，其中，随着正极混合物层的位置从与正极集流体接触的第一正极混合物层变化到与正极集流体相隔最远的第
n
正极混合物层，各个正极混合物层中包含的第二正极活性材料的含量比降低，
[
式
1]LiFe
a
M
11
‑
a
XO4[
式
2]Li
x
[Ni
y
Co
z
Mn
w
M
2v
]O2在式1和式2中，
M1是选自由
W、Cu、Fe、V、Cr、Ti、Co、Ni、Mn、Zr、Zn、Al、In、Ta、Y、La、Sr、Ga、Sc、Gd、Sm、Ca、Ce、Nb、Mg、B
和
Mo
组成的组中的一种或多种元素，
X
是选自由
P、Si、S、As
和
Sb
组成的组中的一种或多种元素，
a
是
0≤a≤0.5
，
M2是选自由
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
组成的组中的一种或多种元素，以及
x、y、z、w、v
分别为
1.0≤x≤1.30、0.1≤y<1、0≤z≤1、0≤w≤1、0≤v≤0.1
，其中
y+z+w+v
＝
1。2.
如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，基于所述正极混合物层的总重量，所述第二正极活性材料的含量小于
10
重量％
。3.
如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，基于各个正极混合物层的重量，各个正极混合物层中的第二正极活性材料的含量为
0.5
重量％至
20
重量％
。4.
如权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：高荣晙，成周桓，郑京焕，
申请(专利权)人：株式会社，
类型：发明
国别省市：