本发明专利技术公开了一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：电极组件和电解质，所述电极组件包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜，其中所述正极包含由下式1表示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物作为正极活性材料，且所述锂二次电池具有3.3～4V的充电截止电压，且当达到所述充电截止电压时，在所述正极的电势不超过4.95V的范围内所述负极具有0.75～1.545V的电势：LixMyMn2-yO4-zAz (1)其中0.9≤x≤1.2，0<y<2，且0≤z<0.2；M为选自如下元素中的至少一种元素：Al、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ti、Cu、B、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Ti和Bi；且A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有优异性能的锂二次电池
本专利技术涉及一种具有优异性能的锂二次电池，更特别地，本专利技术涉及一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：电极组件和电解质，所述电极组件包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜，其中所述正极包含由特定化学式表示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物作为正极活性材料，所述锂二次电池具有3.3～4V的充电截止电压，且当达到所述充电截止电压时，在所述正极的电势不超过4.95V的范围内所述负极具有0.75～1.545V的电势。
技术介绍
随着对移动装置技术的持续开发和对其需求的日益增加，对作为电源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和运行电压、长循环寿命和低自放电速率的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。另外，随着对环境问题的日益关注，正在积极对电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)等进行研究，所述电动车辆和混合电动车辆等能够代替使用化石燃料的车辆如汽油车辆、柴油车辆等，所述使用化石燃料的车辆是空气污染的一个主要原因。作为EV、HEV等的电源，主要使用镍金属-氢化物二次电池。然而，对具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池进行了积极研究，且一部分锂二次电池可商购获得。锂二次电池具有其中电极组件浸渍有含锂盐的非水电解质的结构，在所述电极组件中，将多孔隔膜插入正极与负极之间，正极和负极各自包含涂布在电极集电器上的活性材料。主要将碳基材料用作负极活性材料，并主要将锂钴基氧化物、锂锰基氧化物、锂镍基氧化物、锂复合氧化物等用作正极活性材料。在这种正极活性材料中，作为代表性实例，LiCoO2展示良好的电导率、高输出电压和优异的电极特性并可商购获得。然而，LiCoO2在根据自然储量的经济效益和原料成本方面以及在环境如对人体的伤害方面是不利的。LiNiO2相对便宜并展示高的放电容量，但难以合成并在充电状态中存在热稳定性问题。另外，锰基电极材料如LiMn2O4、LiMnO2等易于合成并廉价，展示良好的电化学放电性质，其对环境的危害性较小，由此被广泛用作活性材料。然而，这些锰基电极材料具有低的电导率和理论容量并具有高的运行电压，由此电解质易于分解。另外，当使用高电压正极时，电解质被氧化，这是因为其达到氧化电势，由此产生气体和副产物，因此电池性能劣化且电阻升高。因此，电池存在严重的安全问题。因此，迫切需要开发技术以用于不存在这种问题并在高电压下运行的二次电池。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是解决相关领域的上述问题并实现长期寻求的技术目的。作为各种广泛且细致研究和实验的结果，本专利技术的专利技术人确认，如下所述，当包含锂锰复合氧化物作为正极活性材料的二次电池具有特定范围的充电截止电压，且当达到充电截止电压时负极具有特定的电势时，可以实现期望的效果，由此完成了本专利技术。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包括：电极组件和电解质，所述电极组件包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜，其中所述正极包含由下式1表示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物作为正极活性材料，所述锂二次电池具有3.3～4V的充电截止电压，且当达到所述充电截止电压时，在所述正极的电势不超过4.95V的范围内所述负极具有0.75～1.545V的电势。LixMyMn2-yO4-zAz(1)其中0.9≤x≤1.2，0<y<2，且0≤z<0.2；M为选自如下元素中的至少一种元素：Al、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ti、Cu、B、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Ti和Bi；且A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。如本文中所使用的充电截止电压是指当发生截止时正极与负极的电势之差，并对这种充电截止电压进行设定以防止电解质在高电压下氧化。由此，在一个具体实施方案中，为了更有效地防止电解质氧化，充电截止电压可以特别地为3.3～3.5V。在此情况中，当达到充电截止电压时，在正极的电势不超过4.95V的范围内负极可以具有1.2～1.545V的电势。本专利技术的专利技术人发现，当使用包含上述锂锰复合氧化物的高电压正极时，易于达到电解质的氧化电势，由此电解质被氧化，因此产生气体和副产物，导致电池性能下降且电阻升高。由此，作为广泛且细致研究的结果，本专利技术的专利技术人确认，当锂二次电池满足上述条件时，即使当使用高电压正极时仍可防止电解质氧化。即，当充电截止电压在上述范围内且负极具有在上述范围内的电势时，在升至电解质的氧化电势之前正极的电势就达到充电截止电压，因此可以防止电解质氧化。在一个具体实施方案中，所述锂锰复合氧化物可以为由下式2表示的锂镍锰复合氧化物(LNMO)，更特别地，为LiNi0.5Mn1.5O4或LiNi0.4Mn1.6O4。LixNiyMn2-yO4(2)其中0.9≤x≤1.2，且0.4≤y≤0.5。所述LNMO为具有相对高电势的尖晶石结构的复合氧化物，并比具有3.5～4.3V电压的现有正极具有更高的4.7V的电压，由此应用于这些电池中更有效。另一方面，在一个具体实施方案中，所述负极可以包含由下式3表示的锂金属氧化物作为负极活性材料：LiaM’bO4-cAc(3)其中M’为选自如下元素中的至少一种元素：Ti、Sn、Cu、Pb、Sb、Zn、Fe、In、Al和Zr；0.1≤a≤4，0.2≤b≤4，其中根据M’的氧化数确定a和b；0≤c<0.2，其中根据A的氧化数确定c；且A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。特别地，锂金属氧化物可以为由下式4表示的锂钛氧化物(LTO)，特别地，为Li0.8Ti2.2O4、Li2.67Ti1.33O4、LiTi2O4、Li1.33Ti1.67O4、Li1.14Ti1.71O4等。然而，其组成和类型没有特别限制，只要锂金属氧化物能够嵌入/脱嵌锂离子即可。更特别地，锂金属氧化物可以为在充电和放电期间晶体结构的变化小并具有优异的可逆性的尖晶石结构的LTO如Li1.33Ti1.67O4或LiTi2O4。LiaTibO4(4)其中0.5≤a≤3，且1≤b≤2.5。同时，当将碳基材料用作常规的负极活性材料时，在负极表面产生锂化合物，由此可逆容量下降。由于该问题，负极具有比正极的容量更大的容量。然而，当使用锂金属氧化物时，可以防止锂的镀敷，由此可通过限制负极的容量进行电池的设计。由此，在一个具体实施方案中，负极可以具有小于或等于正极的容量。当负极的容量太低时，由于容量的明显下降而不会获得期望的容量。由此，特别地，负极容量可以为正极容量的80～100％，更特别地为90～100％。在一个具体实施方案中，电极组件的类型没有特别限制。特别地，电极组件可以为堆叠型电极组件、卷状物型电极组件或堆叠/折叠型电极组件，所述堆叠/折叠型电极组件具有其中单元电池位于隔离膜上的结构并对制得的结构进行卷绕，各个所述单元电池包含正极、负极和隔膜。更特别地，电极组件可以为堆叠/折叠型电极组件。在这些电极组件中，构成堆叠型电极组件或堆叠/折叠型电极组件的单元电池可以为双电池或全电池，或可以将双电池或全电池组合使用。双电池具有其中相同类型的电极位于电池相反侧上的结构，如正极/隔膜/负极/隔膜/正极的结构或负极/隔膜/正极/隔膜/负极的结构。全电池具有其中不同类型的电极位于电池的相反侧的结构本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：电极组件和电解质，所述电极组件包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜，其中所述正极包含由下式1表示的尖晶石结构的锂锰复合氧化物作为正极活性材料，且所述锂二次电池具有3.3V～4V的充电截止电压，且当达到所述充电截止电压时，在所述正极的电势不超过4.95V的范围内所述负极具有0.75V～1.545V的电势：LixMyMn2‑yO4‑zAz (1)其中0.9≤x≤1.2，0<y<2，且0≤z<0.2；M为选自如下元素中的至少一种元素：Al、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ti、Cu、B、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Ti和Bi；且A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.04.17 KR 10-2012-00394501.一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：电极组件和电解质，所述电极组件包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜，其中所述正极包含尖晶石结构的由下式2表示的锂镍锰复合氧化物作为正极活性材料，且其中所述负极的容量为所述正极的容量的90％～100％，且所述锂二次电池的充电截止电压被设为3.5V～4V，且当达到所述充电截止电压时，在所述正极的电势超过4.7V且不超过4.95V的范围内所述负极具有0.75V～1.545V的电势：LixNiyMn2-yO4(2)其中0.9≤x≤1.2，且0.4≤y≤0.5，其中所述电极组件为包含单元电池的堆叠型电极组件或堆叠/折叠型电极组件，所述堆叠/折叠型电极组件是通过将单元电池安置在隔离膜上并对具有位于其上的单元电池的所述隔离膜进行卷绕而制造的，所述单元电池包含正极、负极和隔膜，其中构成所述堆叠型电极组件或堆叠/折叠型电极组件的各个单元电池为双电池或全电池，其中所述电极组件中所含的各个双电池为具有正极/隔膜/负极/隔膜/正极结构的“A型双电池”或具有负极/隔膜/正极/隔膜/负极结构的“C型双电池”，其中所述堆叠型电极组件或堆叠/折叠型电极组件在其最外侧包含A型双电池。2.根据权利要求1的锂二次...
【专利技术属性】
技术研发人员：任修贤，李在宪，李允璟，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。