用于提高输出的锂二次电池复合电极用活性材料和包含所述活性材料的锂二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种用于提高输出的锂二次电池用复合电极和包含所述复合电极的锂二次电池，其中，在其中具有混合的两种以上活性材料的复合电极中，具有小粒度的活性材料通过聚集和二次粒化以使得混合活性材料粒子具有均匀尺寸的方式包含在复合电极中，由此电导率提高以具有高输出特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于提高输出的锂二次电池复合电极用活性材料和包含所述活性材料的锂二次电池
本文中公开的本专利技术涉及用于提高输出的锂二次电池复合电极用活性材料以及包含所述活性材料的锂二次电池，更特别地，涉及锂二次电池用电极和包含所述电极的锂二次电池，其中，在其中具有混合的两种以上活性材料的复合电极中，具有小粒度的活性材料通过聚集和二次粒化以使得混合活性材料粒子具有均匀的尺寸范围的方式形成复合电极，由此电导率提高以具有高输出特性。
技术介绍
随着关于移动装置的技术进步和需求的日益提高，对用作能源的二次电池的要求也日益提高。在这种二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低自放电速率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。此外，随着对环境问题的日益关注，已经积极地对能够代替化石燃料车辆如汽油车辆和柴油车辆的电动车辆和混合电动车辆进行了大量研究，所述化石燃料车辆是空气污染的一个主要因素。近来，已经积极地对将具有高能量密度和放电电压的锂二次电池用作这种电动车辆和混合电动车辆的电源进行了研究，且某些研究正处于商业化阶段。特别地，为了代替目前使用的LiMn2O4，已经对电动车辆用大容量锂二次电池的正极材料的开发进行了各种研究，近来，为了开发高容量电池，已经对LiNixMnyCo1-x-yO2三元层状氧化物的使用进行了大量研究。然而，关于三元层状氧化物，由于在过充期间的稳定性方面存在限制，所以为了克服这种限制，已经积极地对在过充期间不会释放O2的在正极活性材料中使用三元层状氧化物和具有橄榄石结构的LiMPO4(M=Fe、Mn、Co和Ni)锂金属磷酸盐、尤其是使用Fe的LiFePO4的复合电极进行了研究。上述复合电极比单组分电极具有更高的容量，且会在寿命特性和过充安全性方面更好。因此，可提供用作中型和大型装置的电源的锂二次电池。然而，关于上述的包含LiFePO4的复合电极，由于电导率可能差，所以已经已知的是通过提高导电剂的含量来制备电极的技术。然而，关于通过使用上述方法制备的电极，可能难以提高锂二次电池的输出特性，这是因为在锂二次电池的放电期间会展现大的电阻。因此，提高电极的电导率已经成为研究锂二次电池的重要问题。特别地，关于用作中型和大型装置的电源的锂二次电池，因为要求高输出特性并必须防止输出快速下降的现象，所以迫切需要引入一种技术以克服上述限制。典型地，为了提高由具有两种以上组分的复合材料形成的电极的电导率，已经尝试向电极中添加大量导电剂的方法。然而，必须一起添加粘合剂以在活性材料粒子之间进行结合或将活性材料布置在电极集电器上，从而形成电极。电极中所含的导电剂的含量越大，则不具有导电性的粘合剂的含量也越大。结果，当包含大量导电剂和粘合剂时，不仅电极的厚度会增大，而且电极的能量密度也会因在电极中活性材料的量相对下降而明显下降，且电导率会随所包含的粘合剂的含量而同样下降。因此，典型地，尽管添加大量导电剂，但是提高电极活性材料的电导率所产生的效果仍不足，且相反会发生二次电池的容量和输出特性的下降。
技术实现思路
技术问题在进行深入研究和各种实验之后，本专利技术的专利技术人发现了上述由其中具有混合的两种以上化合物的复合材料构成的电极的电导率下降的原因。这是由具有不同电导率的组分之间的粒度差造成的。即，该问题的原因是，当两种以上混合材料的粒度差大时，表面积差变大，由此，电极中所含的导电剂的绝对量集中在具有更大表面积的任意一种化合物上。即，当导电剂集中在具有更大表面积的任意一种活性材料上时，分布在其他活性材料的表面上的导电剂的绝对量变得相对小，且因为与使用由单种组分构成的电极的情况相比，导电剂的绝对量变得不足，所以相反会得到高电阻。结果，整个电极的电导率就下降，且即使在导电剂的量可连续增加的情况中，上述限制仍会重复，由此会得到相同的结果。本专利技术提供一种锂二次电池用复合电极，其中使两种以上活性材料之间的粒度差最小化，以将导电剂均匀分布在由两种以上活性材料构成的复合电极中，结果，即使在不向复合电极中添加过量导电剂的条件下，电导率仍明显提高。本专利技术还提供一种高容量锂二次电池，所述锂二次电池通过包含上述电极而具有明显提高的输出特性。技术方案本专利技术的实施方案提供包含两种以上活性材料的复合电极，其中所述两种以上活性材料中具有相对最小粒度的活性材料(小粒子活性材料)的粒子(初级粒子)聚集并二次粒化(二次粒子)以具有类似于其他混合活性材料的粒度。在某些实施方案中，小粒子活性材料的初级粒子可由纳米级粒子构成。在其他实施方案中，纳米级初级粒子可具有约5nm～约200nm的尺寸范围。在另外的其他实施方案中，基于复合电极的总量，小粒子活性材料的含量范围可以为约10重量%～约60重量%。在其他实施方案中，相对于小粒子活性材料的总量，在所述小粒子活性材料中包含的二次粒子的含量范围可以为约30重量%～约100重量%。在其他实施方案中，通过将所述初级粒子和导电剂进行聚集可制备所述小粒子活性材料的二次粒子。在另外的实施方案中，基于二次粒子的总重量，导电剂的含量范围可以为约0.5重量%～约5重量%在另外的实施方案中，导电剂可以为选自如下物质中的一种或多种物质的混合物：炭黑，包括乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑或热裂法炭黑；或具有石墨烯或石墨的晶体结构的材料。在另外的实施方案中，所述复合电极可以为正极。在另外的实施方案中，所述小粒子活性材料可以为由如下化学式1表示的橄榄石结构的活性材料：[化学式1]LiMPO4(其中M为选自钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)和铁(Fe)中的一种或多种元素)。在更多另外的实施方案中，所述小粒子活性材料可以为LiFePO4。在另外的实施方案中，除了LiFePO4之外，复合电极活性材料还可包含由化学式2表示的三元含锂金属氧化物：[化学式2]LiNixMnyCo1-x-yO2，0<x<0.5，0<y<0.5。在另外的实施方案中，所述三元含锂金属氧化物可以为Li[Ni1/3Co1/3Mn1/3]O2。在另外的实施方案中，复合电极还可包含选自如下物质中的一种或多种物质的混合物：锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂钴-镍氧化物、锂钴-锰氧化物、锂锰-镍氧化物、锂钴-镍-锰氧化物、含锂的橄榄石型磷酸盐以及具有在其中取代或掺杂的其他元素的氧化物，所述其他元素可以为选自铝(Al)、镁(Mg)、锰(Mn)、镍(Ni)、钴(Co)、铬(Cr)、钒(V)和铁(Fe)中的一种或多种元素。在某些实施方案中，基于复合电极的总量，所述复合电极可以以约10重量%以下的量包含粘合剂和导电剂。在本专利技术的其他实施方案中，锂二次电池包含复合电极。在其他实施方案中，锂二次电池可用作电池模块的单元电池、中型和大型装置的电源，所述中型和大型装置可以为电动工具；包括电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)和插电式混合电动车辆(PHEV)的电动车；包括电动自行车和电动踏板车的电动双轮车俩；电动高尔夫球车；电动卡车；以及电动商业车辆或电力存储系统。有益效果在本专利技术的包含电极活性材料的复合电极中，降低混合组分的粒度差以将导电剂均匀分布在化合物中，由此在不添加过量导电剂的条件下明显提高电极的电导率。结果，锂二次电池的电阻下降，且可实现高输出特性。因此，可提供具有宽的可使用充电状态(SOC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】1.一种复合电极，其至少包含粒度为5nm～200nm的第一活性材料和粒度为5μm～20μm的第二活性材料，其中作为初级粒子的所述第一活性材料聚集并与导电剂一起二次粒化以形成二次粒子，所述二次粒子具有5μm～20μm的粒度，其中所述二次粒子的粒度等于所述第二活性材料的粒度，其中相对于所述第一活性材料的总量，所述二次粒子的含量范围为30重量％以上且小于100重量％，其中所述导电剂存在于所述二次粒子的表面上和内部，其中基于所述二次粒子的总重量，所述导电剂的含量范围为0.5重量％～5重量％，其中所述第一活性材料为由如下化学式1表示的橄榄石结构的含锂磷酸盐：[化学式1]LiMPO4其中M为选自Co、Ni、Mn和Fe中的一种或多种元素，其中所述第二活性材料为由化学式2表示的三元含锂金属氧化物：[化学式2]LiNixMnyCo1-x-yO2，0<x<0.5，0<y<0.5。2.权利要求1的复合电极，其中基于所述复合电极的总量，所述第一活性材料的含量范围为10重量％～60重量％。3.权利要求1的复合电极，其中所述导电剂为选自如下物质中的一种或多种物质...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄善贞，金信奎，李镛台，卢炫国，郑根昌，安根完，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：
国别省市：