改善寿命特性的二次电池制造技术

一种锂二次电池，其包括有磷酸盐化合物，其中通过添加一种或多种如下式Ⅰ的磷酸盐到电极活性材料、电解质或隔膜表面，使得在电池制造过程中混入的金属离子杂质析出，因而防止所述金属离子在阳极上电沉积：　　　　Ａ↓［ｘ］Ｈ↓［（３－ｘ）］ＰＯ↓［４］　　（Ⅰ）　　　　其中，Ａ是Ｌｉ、Ｎａ或ＮＨ↓［４］；且０＜ｘ≤３。

【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寿命特性的锂二次电池。具体而言，本专利技术 涉及具有改善寿命特性的锂二次电池，其中通过添加如式I所示的磷酸 盐(其将在下文中描述)到电极活性材料、电解质或隔膜表面，在电 池组装过程中混入的金属离子杂质被沉淀且分离，因而防止所述金属 离子在阳极上电沉积，从而改善电池的寿命特性。
技术介绍
因为使用如行动电话、笔记本电脑、可携式摄像机、数码相机等 便携式电子设备的快速膨胀，导致了对于作为这些电子设备电力来源 的具有高能量密度的二次电池需求增加。近年来，已经实现应用二次电池作为电动车辆(EV)和混合动力汽车(HEV)的电源。作为这些二次电池的实例，包含含碳材料的阳极、锂金属氧化物 的阴极、聚烯烃材料的隔膜以及非水电解质的锂二次电池被广泛使用。 为了在嗜好的电子设备或交通工具中最佳地使用，所述锂二次电池需 要优良的寿命特性。同样地，因为所述电池在反复充电/放电循环后必 定经历电容量的些许减少，所以改善电池寿命的努力和尝试一直持续。由于多种原因引起的个别化合物的降解，使电池经历其寿命特性 的衰退。而造成该电池寿命衰退的一个主要原因是混入电池的杂质。 例如，当水混入电池会加速该电池性能的衰退，韩国专利登记 No.414588公开了一种技术，其经由添加沸石于电解质中，通过吸附水 和水性(water-borne)副产物，抑制副反应和气体析出。另外，日本专 利申请No.2003-323916 Al公开了一种技术，经由添加沸石于电极活性 材料等，通过吸附和移除水、氢氟酸、水与锂盐反应的副产品等，抑制电池的劣化。然而，根据本专利技术专利技术者所作的实验，确认了即使在电池内的水 或水与锂盐反应所得副产品完全被移除后，当有电池金属杂质混入该 电池时，内部短路会发生，因而电池容量急剧减少。此外，混入大量 金属杂质会导致电池不能充分实现其功能。因此，确保在制备锂二次 电池时不会混入所述杂质应被给予最大的关注。然而，因为事实上不 可能完全阻止金属杂质混入电池，因此需要发展一种技术以确保即使 混入杂质时电池也不会发生内部短路。
技术实现思路
因此，作出本专利技术以解决上述问题或其他也需要解决的技术问题。作为解决上述的问题的大量广泛和深入的研究和实验的结果，本 专利技术的专利技术者发现，通过在电池内包含式I所述磷酸盐(其将在下文说 明)所制备的锂二次电池，通过磷酸盐与所述杂质的金属阳离子键合 而使所述金属阳离子沉淀，从而能够轻易移除对电池寿命特性非常有 害的金属杂质。本专利技术是基于这些发现完成的。具体实施例方式因此，根据本专利技术的锂二次电池的特征在于，通过添加一种或多 种如下式I的磷酸盐到电极活性材料、电解质或隔膜表面，使在电池制 造过程中混入的金属离子杂质析出，以防止所述金属离子电沉积在阳 极上。AxH(3-x)P04 (I)其中，A是Li、 Na或NH4;且0<x《3。也就是说，根据本专利技术的二次电池，通过将以上提及的式I的磷 酸盐混入电池中，经由对电池运作无害的锂离子、钠离子和/或铵离子 替代金属杂质中的金属离子，因而从电池内部沉淀并移除所述杂质，来改善电池的寿命特性。例如，如果阴极混入金属杂质，如铁(Fe)、铜(Cu)、镍(Ni) 和钴(Co)，所述杂质在阴极的工作电势下被洗提至电解质，且一旦其以金属离子的形式溶于电解质中，就会在阳极被还原并作为金属沉 淀。这样沉淀的金属会引起内部短路的发生。此外，当制造电池的时 候所述金属阳离子也存在于电解质中的话，在阳极会发生所述金属离 子的电沉积，因此引起电池的内部短路。结果，从阴极洗提出的金属 离子或在电池制造过程中存在于电解质中的杂质中的金属离子，在电 池的运作中于阳极经历电沉积，因此引起电池内部短路。然而，根据本专利技术，能够事先防止金属离子在阳极电沉积，因为 以式I的磷酸盐中的锂离子、钠离子和/或铵离子替代和沉淀了这些金属离子。此外，上面提及磷酸盐中的磷酸钠可使金属离子沉淀并提供阻燃 性，因而改善了电池的安全性。有若干种已知的方法用磷酸盐替代锂二次电池中的常规组分，或将磷酸盐加入电池组分中。例如，美国专利No.6720110公开了一种使 用具有某种结构的磷酸锂取代常规电极活性材料作为电极活性材料的 锂二次电池。此外，日本专利申请No.2005-5117 Al公开了一种技术， 其经由使用氟取代磷酸锂作为电解质盐，通过促进阳极 稳定涂层的形成来抑制电解质的分解。另外，韩国专利申请 No.2004-99606 Al公开了添加磷酸盐基化合物以交联离子-导电聚合 物，用于制备凝胶化电解质组合物的技术。然而，据我们所知，在现 有技术中并未发现如本专利技术所提议的那样，通过添加某些磷酸盐来实 现沉淀和移除金属杂质。式I的磷酸盐的优选实例，可举出由磷酸氢二铵(NH4)2HP04、磷酸二氢铵NH4H2P04、磷酸锂Li3P04、磷酸二氢锂LiH2P04、磷酸钠 Na3P04、磷酸氢二钠Na2HP4和磷酸二氢钠NaH2P04制备。这些材料可 以单独使用或任意组合使用。在它们中，尤其优选磷酸二氢锂 (LiH2P04)，其对于杂质中的金属离子表现出高的单位重量沉淀率， 并提供直接作用于锂二次电池电解质的锂离子。因此，如上讨论，所述磷酸盐可添加至的目标部分包括电极活性 材料、电解质和隔膜表面。尤其优选在制造阴极时将所述磷酸盐添加 至阴极，或者作为隔膜表面的涂层添加。关于这一点，假如所述磷酸 盐具有大粒径，就难以将所述磷酸盐涂布于电极或隔膜上。因此，所 述磷酸盐的粒径优选小于50)im。所述磷酸盐材料添加至电极活性材料或电解质的量，基于该电极 活性材料或电解质的重量，介于0.005至5重量％的范围。假如所述磷 酸盐的添加量过低，金属杂质实质上难以移除。而假如所述磷酸盐的 添加量过高，其可能不合期望地导致电池能量密度降低或电池内部电 阻增加，因而造成该电池性能的衰退。当期望将所述磷酸盐材料涂布在隔膜表面时，所述磷酸盐与作为 基材的如PVdF等氟基材料联用，分散在适当的溶剂中，然后通过本领 域公知的方法将其部分或完全涂布于隔膜表面。所述磷酸盐材料涂布 于隔膜的量，优选介于0.005至50g/n^的范围。在一个优选的实施例中，阳离子交换材料与如式I的磷酸盐联用， 所述阳离子交换材料含有选自锂、钠、铵及其任意组合的阳离子。所 述阳离子交换材料用于经由阳离子交换步骤，移除在电池组装过程中 混入的金属离子杂质。所述阳离子交换材料是含有锂离子等、在电池运作过程不存在不 利的副作用的材料。所述阳离子交换材料的优选的实例包括铝硅酸盐、铝磷酸盐等。这些材料可单独使用或任意组合使用。所述阳离子交换材料的添加量可以在所述阳离子交换材料和式I 的磷酸盐的总量不超过上面具体给定的含量范围的范围内确定。以下，将详细描述根据本专利技术的锂二次电池所必需的其他剩余成分。本专利技术的锂二次电池由阴极、阳极、隔膜和含锂盐的非水电解质 组成，并包含如上所述的阳离子交换材料。例如，所述阴极是将阴极活性材料、导电材料和粘结剂的混合物 施用于阴极集流器，然后干燥制得。如必要，进一步加入填料到上述 混合物中。可用于本专利技术的阴极活性材料的实例包括(但不限于)层状化合物，如钴锂氧化物(LiCo02)和镍锂氧化物(LiNi02)，或者一种 或多种过渡金属取代的化合物；锰锂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

【专利技术属性】
技术研发人员：柳志宪，李恩周，李在弼，玄晶银，崔政熙，金旻修，申荣埈，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：