锂二次电池用正极和包含该正极的锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供了一种锂二次电池用正极和包含该正极的锂二次电池，所述正极包含：正极集流体；正极活性材料层；和形成在正极集流体和正极活性材料层之间的底涂层，其中，所述底涂层包含具有两种以上不同粒径的碳酸锂(Li2CO3)颗粒、粘合剂聚合物和导电材料。锂二次电池在过充状态下借助于在正极集流体和正极活性材料层之间产生的气体而快速达到过充截止电压。因此可以确保锂二次电池的安全性。

Positive electrodes for lithium secondary batteries and lithium secondary batteries containing the positive electrodes

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用正极和包含该正极的锂二次电池
本申请要求在韩国于2017年7月26日提交的韩国专利申请10-2017-0094550号和2018年7月25日提交的韩国专利申请10-2018-0086694号的优先权。本公开涉及锂二次电池用正极和包含该正极的锂二次电池。
技术介绍
随着电子、通信和计算机行业的快速发展，已经要求设备缩小尺寸、减重和高功能化。另外，随着便携式电器(例如摄像机、手机和笔记本电脑)被广泛使用，对具重量轻、显示出长寿命并具有高可靠性的电池的需求日益增加。特别是，由于可充电锂二次电池的单位重量能量密度是传统铅蓄电池、镍-镉电池、镍-金属氢化物电池或镍-锌电池等的3倍并允许快速充电，因此在韩国内外对它们进行了积极的研发。近来，进一步开发了一些技术(例如高容量活性材料、薄隔膜和高电压驱动)以提供具有高能量密度和低成本的锂二次电池。在这些情况下，过充变成一个严重问题，因此需要解决在过充状态下的着火和爆炸问题。为了解决此问题，已经尝试引入已知在约5.0V下产生气体的碳酸锂(Li2CO3)以显著增加正极电阻，从而可以达到过充电截止电压。不过，根据上述尝试，来自碳酸锂的气体产生可能不足，或者正极电阻可能无法按照所希望的预期显著增加，于是需要长时间才达到过充截止电压。因此，在这种情况下，存在不能充分确保电池安全性的问题。
技术实现思路
[技术问题]设计本公开是为了解决现有技术的问题，因此本公开旨在提供确保处于过充状态的锂二次电池的安全性的锂二次电池用正极。本公开还旨在提供包含该正极的锂二次电池。[技术方案]根据本公开的第一实施方式，提供了一种锂二次电池用正极，其包含：正极集流体；正极活性材料层；和形成在正极集流体与正极活性材料层之间的底涂层，其中，所述底涂层包含具有两种以上不同粒径的碳酸锂(Li2CO3)颗粒、粘合剂聚合物和导电材料。根据本公开的第二实施方式，提供了第一实施方式所述的锂二次电池用正极，其中，基于所述底涂层中的固体组分，所述碳酸锂颗粒的存在量可以为90-99.9重量％。根据本公开的第三实施方式，提供了第一或者第二实施方式所述的锂二次电池用正极，其中，所述碳酸锂颗粒可以包含大碳酸锂颗粒和小碳酸锂颗粒。根据本公开的第四实施方式，提供了第三实施方式所述的锂二次电池用正极，其中，所述大碳酸锂颗粒的粒径为3-15μm，所述小碳酸锂颗粒的粒径等于或大于0.1μm且小于3μm。根据本公开的第五实施方式，提供了第三或者第四实施方式所述的锂二次电池用正极，其中，基于100重量份的所述大碳酸锂颗粒，所述小碳酸锂颗粒的存在量可以为80-120重量份。根据本公开的第六实施方式，提供了第一至第五实施方式中任一项所述的锂二次电池用正极，其中，所述底涂层的厚度为3-15μm。根据本公开的第七实施方式，提供了第三至第五实施方式中任一项所述的锂二次电池用正极，其中，所述小碳酸锂颗粒可以大于大碳酸锂颗粒的间隙体积(即大碳酸锂颗粒相互连接而形成的空间)的直径，但其粒径小于所述大碳酸锂颗粒的粒径。根据本公开的第八实施方式，提供了第一至第七实施方式中任一项所述的锂二次电池用正极，其中，在所述碳酸锂颗粒之间形成的空间可以充当所述底涂层中的孔。根据本公开的第九实施方式，提供了第一至第八实施方式中任一项所述的锂二次电池用正极，其中，所述底涂层可以是多孔的。根据本公开的第十实施方式，提供了包含第一至第九实施方式中任一项所述的锂二次电池用正极的锂二次电池。[有益效果]根据本公开的一个实施方式，提供了一种锂二次电池，其在过充状态下借助于在正极集流体和正极活性材料层之间产生的气体而快速达到过充截止电压。因此，可以确保锂二次电池的安全性。根据本公开的另一个实施方式，提供了一种锂二次电池，其通过缩短达到过充截止电压所需的时间而具有改善的安全性。根据本公开的又一个实施方式，提供了一种锂二次电池，其通过使产生气体的底涂层所占据的体积最小化而确保了最大化的容量。附图说明附图示出了本公开的优选实施方式，并与前述公开内容一起用于提供对本公开的技术特征的进一步理解，因此，本公开不应解释为局限于附图。图1是示出本公开所要改进的正极的示意性截面图。图2是示出本公开的一个实施方式的正极的示意性截面图。图3是示出实施例1的底涂层的截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图4是示出比较例1的底涂层的截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图5是示出比较例2的底涂层的截面的扫描电子显微镜(SEM)图像。图6是示出实施例1和比较例1和2的锂二次电池的过充测试结果的图。图7是示出实施例1和比较例1和2的锂二次电池在其过充测试过程中的体积变化和气体产量的图。图8是示出实施例1和比较例1和2各自的正极的底涂层的界面电阻的图。图9是示出实施例1和比较例1和2的锂二次电池各自的电阻的图。具体实施方式在下文中，将对本公开的优选实施方式进行详细说明。应理解的是，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应解释为限于一般和词典含义，而应基于允许专利技术人适当地定义术语以最好地进行解释的原则并基于与本公开的技术方面对应的含义和概念来解释。本公开的一个方面中，提供了一种锂二次电池用正极，其包含：正极集流体；正极活性材料层；和形成在正极集流体与正极活性材料层之间的底涂层，其中，所述底涂层包含具有两种以上不同粒径的碳酸锂(Li2CO3)颗粒、粘合剂聚合物和导电材料，并且所述底涂层基本上不包含正极活性材料。在下文中，将参照图1和图2对本公开进行说明。图1是说明传统正极100的实施方式的示意性截面图，传统正极100包括形成在正极集流体110和正极活性材料层130之间的含碳酸锂的底涂层120。在图1中，底涂层120包含碳酸锂颗粒121，碳酸锂颗粒具有基本上相同的粒径。同时，图2是示出本公开的一个实施方式的正极200的示意性截面图，其包括形成在正极集流体210和正极活性材料层230之间的含碳酸锂的底涂层220。如图2所示，底涂层220包含具有较大粒径的大碳酸锂颗粒221和具有较小粒径的小碳酸锂颗粒222。在图2中，大碳酸锂颗粒221和小碳酸锂颗粒222彼此间隔开。不过，根据优选实施方式，大碳酸锂颗粒221和小碳酸锂颗粒222相互连接形成间隙体积(间隙体积是通过颗粒的相互连接而形成的空间)，且该间隙体积可以充当孔。基于所述底涂层中的固体组分，碳酸锂颗粒的存在量可以为90-99.9重量％。当碳酸锂颗粒的含量小于该下限时，电阻增加不足。当碳酸锂颗粒的含量大于该上限时，各成分间的粘合性或者电导率可能不足。碳酸锂颗粒可以具有例如球形、椭圆形或者多边形等形状，但不限于此。另外，术语“球形”和“椭圆形”具有广义含义，不仅包括完美的“球形”和“椭圆形”形状，也包括具有凹陷部的球形和椭圆形状或者通常可接受水平的球形和椭圆形状。碳酸锂颗粒具有两种以上不同的粒径。例如，碳酸锂颗粒可以具有两种以上不同的粒径范围，换言之，其可以包括大颗粒和小颗粒。此处使用的术语“粒径”指的是粒径D50，意思是粒径分布曲线中基于重量基准对应于50％的粒径。大碳酸锂颗粒的粒径可以为3-15μm。根据本公开的一个实施方式，在上述范围内，大颗粒的粒径D50可以为3μm以上，4μm以上，或5μm以上。当大碳酸锂颗粒的粒径大于上限时，电极的体积不合需要地增加。当本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种锂二次电池用正极，其包含：正极集流体；正极活性材料层；和形成在所述正极集流体和所述正极活性材料层之间的底涂层，其中，所述底涂层包含具有两种以上不同粒径的碳酸锂(Li2CO3)颗粒、粘合剂聚合物和导电材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2017.07.26 KR 10-2017-0094550;2018.07.25 KR 10-2011.一种锂二次电池用正极，其包含：正极集流体；正极活性材料层；和形成在所述正极集流体和所述正极活性材料层之间的底涂层，其中，所述底涂层包含具有两种以上不同粒径的碳酸锂(Li2CO3)颗粒、粘合剂聚合物和导电材料。2.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，基于所述底涂层中的固体组分，所述碳酸锂颗粒的存在量为90重量％～99.9重量％。3.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述碳酸锂颗粒包含大碳酸锂...

【专利技术属性】
技术研发人员：金京旼，崔正锡，吴松泽，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR