具有改善的高速率放电特性的二次电池制造技术

提供了一种包含具有低电解质可湿性的阴极活性材料作为主要成分 的二次电池，其能通过将含全氟化磺酰氨基取代基的聚合物(“添加剂”) 加入到阴极混合物和/或电解质中而改善高速率放电特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及具有改善的高速率放电特性的二次电池。更具体而言，次电池，其能通过将含全氟化磺酰氨基取代基的聚合物(添加剂)加入 到阴极混合物和/或电解质中而改善高速率放电特性。
技术介绍
科技发展和对移动设备需求的增长已导致了对作为能量来源的二 次电池的需求的快速增长。鉴于这种趋势，大量研究已集中在了这样一 些二次电池上，它们能满足消费者的多种需求并具有高能量密度和电压。锂二次电池使用金属氧化物如LiCo02作为阴极活性材料，使用碳材 料作为阳极活性材料，并且通过将多孔聚烯烃隔离膜置于阳极和阴极之 间并加入含锂盐如LiPFe的非水性电解质而制备。当充电时，锂离子由 阴极活性材料脱嵌并嵌入阳极的碳层。相反，当放电时，锂离子由阳极 的碳层脱嵌并嵌入阴极活性材料。在此，非水性电解质用作锂离子在阳 极和阴极之间移动通过的介质。所述锂二次电池在电池的工作电压范围 内必须基本稳定并且必须具有能以足够快的速率转移离子的能力。在制备锂二次电池的最后步骤中将非水性电解质引入电池。在此， 为了缩短制备电池所需要花费的时间以及优化电池性能，需要确保电解 质对电极的快速完全湿润。作为锂二次电池的非水性电解质，主要使用非质子有机溶剂，例如 碳酸亚乙酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)和2-曱基四氢呋喃。所述电解 质为极性溶剂，其具有能有效溶解和解离电解质盐的极性，同时又为无 活性氢物质的非质子溶剂。此外，由于电解质中存在的大量相互作用， 所述电解质通常表现出高的粘度和表面张力。因此，锂二次电池的非水地润湿电极材料；所述粘合剂例如聚四氟乙烯、聚偏二氟乙^r等::如以下将阐明的，由低亲和性造成的无法容易地润湿，为电池的速率特性 恶化的主要原因之一。此外，随着常规大量用作二次电池阴极活性材料的锂钴氧化物(LiCo02)中所含钴(Co)的费用增加，已做出了多种尝试通过使用多 种过渡金属混合氧化物代替LiCo02或通过其组合使用而降低阴极活性 材料的费用。然而，这些方法使得高速率放电特性恶化。由于高速率放 电特性主要取决于锂离子的迁移率(速率特性)，可通过提高阴极活性 材料上电解质的可湿性而改善速率特性来改善高速率放电特性和循环 特性。关于这一点，已知多种用于改善电极上电解质可湿性的技术。例如， 曰本未经审查专利公布号2002-305023和美国专利No. 6， 245, 465公开 了一种改善电极上电解质可湿性的方法，即将用多种官能团——如氟化 烷基——取代的氟化物(例如全氟化聚醚)和砜引入电解质溶剂。此外，日本未经审查专利爿>布号2000-082471和2003-096232公开 了一种通过以下方式而具有改善的可湿性的电解质通过使用两性表面 活性剂(例如羧酸盐类型表面活性剂)或者通过使用聚环氧乙烷(PEO) 和聚环氧丙烷(PPO )的共聚物，该共聚物用具有低聚环氧烷结构的交联 剂取代。同时，韩国专利申请7^布号2001-066272 Al和1996-027036 Al 开了通过将聚环氧乙烷(PEO )基或聚环氧丙烷(PPO )基聚合物与多种 锂盐和茂金属混合而制备的聚合物电解质；而日本未经审查专利公布号 1997-306501 7>开了一种加入了具有有4几电解质亲和性的油酸酰胺表面 活性剂的有机电解质。然而，前述常规现有技术的二次电池被证实由于高内阻而具有以下 问题和缺点所制备电池的整体工作特性差或至少未发挥所想要的高速 率放电特性
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的一个目的为解决上述问题以及其它尚未解决的技术 问题。为了解决上述问题和缺点而进行了多个广泛而深入的研究和实验，结果是，本专利技术的专利技术人已发现，相对于对电解质具有低可湿性的阴极活性材料而言，当将一种能改善电解质可湿性的材料加入到阴极混合物或电解质时，可大幅度地改善电池的高速率放电特性而不造成总体工作特性和电池性能的恶化。基于这些发现已完成了本专利技术。技术方案根据本专利技术的一个方面，上述和其它目的可通过提供一种包含具有低电解质可湿性的阴极活性材料作为主要成分的二次电池而实现，其中将含全氟化磺酰氨基取代基的聚合物(添加剂)加入到阴极混合物和/或电解质中而改善高速率放电特性。本专利技术的二次电池通过将上述添加剂加入到阴极混合物和/或电解质中而大幅度地改善阴极活性材料的可湿性，并因此由于降低的电荷转移阻力而提高锂离子的迁移率，从而导致高速率放电特性的大幅度改善。并且可优选包括含至少两种过渡金属元素的多ia分阴极活性材料。一般而言，单过渡金属氧化物，例如锂钴氧化物(LiCo02)等，由小颗粒(初级粒子)的独立相组成。另一方面，二元过渡金属氧化物(例如锂镍-钴氧化物、锂镍-锰氧化物、锂锰-钴氧化物等)和三元过渡金属氧化物(例如锂镍-锰-钴氧化物)通常具有其中初级粒子凝聚形成次级粒子的凝聚体次级粒子结构。这些多组分过渡金属氧化物，与单过渡金属氧化物相比，表现出显著低的晶体中锂离子扩散速率；因此优选制备小颗粒形式的氧化物以补偿所述锂离子的慢扩散速率。此外，为了制备独立相初级粒子形式的多组分过渡金属氧化物，必须在制备过程期间提高烧结温度。然而，提高烧结温度可导致晶体结构的非均一。因此，烧结温度应降低以形成均一晶体结构，但所述低烧结温度又可使粒子直径的生长受限。基于这些原因，多组分过渡金属氧化物，例如二元过渡金属氧化物和三元过渡金属氧化物，以初级粒子的凝聚体次级粒子形式制备，并且所述凝聚结构限制了电解质接近颗粒表面。因此，多组分过渡金属氧化物的速率特性通常劣于单过渡金属氧化物。因此，本专利技术二次电池中的阴极活性材料优选含有具有低电解质可湿性的凝聚体次级粒子结构的多组分过渡金属氧化物作为主要成分。更5具体而言，多组分过渡金属氧化物的含量，基于阴极活性材料的总重量，在5重量％以上、优选20重量％以上的范围内。因此，前述添加剂可改善在具有凝聚体次级粒子结构的多组分过渡金属氧化物上电解质的可湿性，从而将锂离子的扩散速率提高到对应于初级粒子的水平。对多组分过渡金属氧化物无具体限制，只要它们为具有低电解质可湿性的凝聚体结构的材料即可。优选，锂镍-锰-钴氧化物可用作多组分过渡金属氧化物。锂镍-锰-钴氧化物的一个典型实例可为LiNii/3Mn1/3Coi/302。添加剂加入到电解质中时，基于电解质的总重量，优选含量为0. 01至10重量％。如果添加剂的含量过低，则难以达到加入添加剂所想要的效果。另一方面，如果添加剂的含量过高，这可不良地导致由于电解质的粘度提高而造成的溶液灌注过程问题。此外，当添加剂直接包含于阴极活性材料时，基于阴极混合物的总重量，优选加入0. 05至5重量％的添加剂。如果添加剂的含量过低，则难以达到所想要的加入效果。另一方面，如果添加剂的含量过高，这可不良地导致由于内阻提高而造成的电池工作特性恶化。含全氟化磺酰氨基取代基的聚合物为能改善阴极活性材料上电解质可湿性的添加剂；其实例可包括其中聚环氧乙烷(PEO)和聚环氧丙烷(PPO)的嵌段共聚结构的任一端或两端具有一个或多个全氟化磺酰氨基取代基的改性共聚物。PE0-PP0嵌段共聚物具有由亲水聚环氧乙烷(PEO)链和疏水聚环氧丙烷(PP0)链作为重复单元组成的结构。PE0-PP0嵌段共聚物对电池的工作机理具有极小的不利作用。PE0-PP0嵌本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含具有低电解质可湿性的阴极活性材料作为主要成分的二次电池，其中将含全氟化磺酰氨基取代基的聚合物（“添加剂”）加入到阴极混合物和／或电解质中而改善高速率放电特性。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2006.9.18 KR 10-2006-00898961.一种包含具有低电解质可湿性的阴极活性材料作为主要成分的二次电池，其中将含全氟化磺酰氨基取代基的聚合物(“添加剂”)加入到阴极混合物和/或电解质中而改善高速率放电特性。2. 权利要求l的电池，其中对电解质具有低可湿性的阴极活性材 料为含至少两种过渡金属元素的多组分阴极活性材料。3. 权利要求2的电池，其中多组分阴极活性材料具有其中初级粒 子凝聚形成次级粒子的凝聚体次级粒子结构。4. 权利要求2的电池，其中多组分过渡金属氧化物的含量，基于 阴极活性材料的总重量，在20重量％以上的范围内。5. 权利要求2的电池，其中多组分过渡金属氧化物为锂镍-锰-钴 氧化物。6. 权利要求1的电池，其中添加剂，基于电解质的总重量，以0. ...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋承佑，金东明，崔权永，金容呈，金种僖，吴东明，申宝罗，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：KR