具有减少的气体产生量的牺牲正极材料和包含其的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种具有减少的气体产生量的牺牲正极材料及其制备方法，所述牺牲正极材料通过包含由化学式1表示的掺杂有特定比例的锌的锂钴金属氧化物并具有调节在特定范围内的粉末电导率而能够减少在活化后在电池的充电和放电过程中产生的气体、尤其是氧气(O2)并实现高的充电/放电容量，由此有效地增强了包含其的电池的稳定性和寿命。其的电池的稳定性和寿命。其的电池的稳定性和寿命。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有减少的气体产生量的牺牲正极材料和包含其的锂二次电池


[0001]本专利技术涉及一种牺牲正极材料和包含其的锂二次电池，所述牺牲正极材料通过掺杂锌离子并具有受控的电性能而在充电期间具有减少的气体产生量。
[0002]本申请要求基于2021年2月23日提交的韩国专利申请第10
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2021
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0024264号的优先权权益，所述韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文中。

技术介绍

[0003]近来，对作为电源的二次电池的需求急剧增加。在二次电池中，具有高的能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。
[0004]作为锂二次电池用负极材料，主要使用石墨。然而，因为石墨具有372mAh/g的低的单位质量容量，所以难以提高锂二次电池的容量。为了提高锂二次电池的容量，作为具有比石墨更高的能量密度的非碳类负极材料，已经开发和使用了与锂形成金属间化合物的负极材料如硅、锡、其氧化物等。非碳类负极材料容量高，但其初始效率低，从而在初始充电和放电过程中消耗大量锂，并且不可逆容量损失大。
[0005]在这方面，已经提出了一种克服负极的不可逆容量损失的方法，其使用能够为正极材料提供锂离子源或储库并且在首次循环之后表现出电化学活性从而不会劣化电池的整体性能的材料。具体地，已知的是，将含过量锂的氧化物如Li6CoO4作为牺牲正极材料或不可逆添加剂(或过放电抑制剂)应用于正极的方法。
[0006]然而，这种牺牲性正极材料或不可逆添加剂不仅在电池的活化过程中而且在活化后的充电和放电过程中由于具有不稳定的结构而引起氧化，由此可能在电池内部产生氧气。产生的氧气会引起体积膨胀等，由此成为导致电池性能劣化的主要因素之一。
[0007]因此，需要开发在电池的充电/放电过程中产生的氧气量减少并且充电/放电容量高的牺牲正极材料。
[0008][相关技术文献][0009][专利文献][0010]韩国特开专利公布第10
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2019
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0059115号

技术实现思路

[0011][技术问题][0012]本专利技术的目的在于提供一种在电池的充电/放电过程中氧气产生量减少的同时具有较高的充电/放电容量的牺牲正极材料以及包含其的正极和锂二次电池。
[0013][技术方案][0014]本专利技术的一个方面提供一种牺牲正极材料，所述牺牲正极材料包含由如下化学式1表示的锂钴锌氧化物并且具有1
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‑4S/cm至1
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‑2S/cm的粉末电导率，
[0015][化学式1][0016]Li
x
Co
(1
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y)
Zn
y
O4[0017]在化学式1中，x和y满足5≤x≤7和0.05≤y≤0.5。
[0018]具体地，化学式1中的y可以满足0.2≤y≤0.4。
[0019]此外，牺牲正极材料可以具有1
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‑3S/cm至9
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‑3S/cm的粉末电导率。
[0020]此外，牺牲正极材料可以具有空间群为P42/nmc的四方结构。
[0021]本专利技术的另一个方面提供一种正极，所述正极包含：正极集电器；和在所述正极集电器上的正极混合物层，所述正极混合物层包含正极活性材料、导电材料、有机粘合剂聚合物和牺牲正极材料，其中所述牺牲正极材料包含由如下化学式1表示的锂钴锌氧化物并且具有1
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‑4S/cm至1
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‑2S/cm的粉末电导率，
[0022][化学式1][0023]Li
x
Co
(1
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y)
Zn
y
O4[0024]在化学式1中，x和y满足5≤x≤7和0.05≤y≤0.5。
[0025]在此，相对于100重量份的正极活性材料，牺牲正极材料的含量可以为0.001至5.0重量份。
[0026]此外，相对于总共100重量份的正极混合物层，导电材料的含量可以为0.5至10重量份。
[0027]此外，导电材料可以包括选自如下中的一种或多种碳类材料：天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维。
[0028]此外，正极活性材料可以是包含选自如下中的两种以上元素的锂复合过渡金属氧化物：镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铝(Al)、锌(Zn)、钛(Ti)、镁(Mg)、铬(Cr)和锆(Zr)。
[0029]此外，正极混合物层可以具有100μm至200μm的平均厚度。
[0030]此外，所述正极在充电和放电30个循环之后的电阻相对于初始充电和放电期间的电阻增加率可以为10％以下。
[0031]本专利技术的又一个方面提供一种包含上述正极的电极组件。
[0032]本专利技术的又一个方面提供一种包含上述电极组件的锂二次电池。
[0033][有益效果][0034]根据本专利技术的牺牲正极材料通过包含由化学式1表示的掺杂有特定比例的锌的锂钴金属氧化物并具有调节在特定范围内的粉末电导率而能够减少在活化后在电池的充电和放电过程中的气体、尤其是氧气(O2)的产生量并实现高的充电/放电容量，由此有效地增强了包含其的电池的稳定性和寿命。
附图说明
[0035]图1是显示在掺杂或不掺杂锌(Zn)的条件下牺牲正极材料的气体产生量随充电和放电循环(温度条件：45℃)的次数的变化的图。
[0036]图2是显示在掺杂或不掺杂锌(Zn)的条件下牺牲正极材料的气体产生量随储存时间(温度条件：60℃)的变化的图。
[0037]图3是显示在掺杂或不掺杂锌(Zn)的条件下牺牲正极材料所产生的气体的组分和量随充电/放电和储存时间的变化的图。
[0038]图4是显示在掺杂或不掺杂锌(Zn)的条件下牺牲正极材料的初始充电/放电容量
的图。
具体实施方式
[0039]因为本专利技术允许具有多种变化和多种实施方案，所以将在详细说明中对具体实施方案进行详细说明。
[0040]然而，这并不旨在将本专利技术限制为具体实施方案，并且应该理解，在本专利技术的精神和技术范围内的所有变化、等同物或替代物都包括在本专利技术中。
[0041]在本专利技术中，应理解，术语“包括”或“具有”仅旨在明确存在特征、数字、步骤、操作、组分、部分或其组合，但并不旨在排除存在或增加一种或多种其它特征、数字、步骤、操作、组分、部分及其组合的可能性。
[0042]此外，在本专利技术中，当将层、膜、区域、板等的一部分称作在另一部分“之上”时，它不仅包括所述部分“直接在另一部分之上”的情况，而且还包括在其间插入其他部分的情况。相反，当将层、膜、区域、板等的一部分称作“在另一部分之下”时，这不仅包括所述部分“直接在另一部分之下”的情况，而且还包括在其间插入其他部分的情况。此外，在本文中，称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种牺牲正极材料，所述牺牲正极材料包含由如下化学式1表示的锂钴锌氧化物并且具有1
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‑4S/cm至1
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‑2S/cm的粉末电导率，[化学式1]Li
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Co
(1
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y)
Zn
y
O4在化学式1中，x和y满足5≤x≤7和0.05≤y≤0.5。2.根据权利要求1所述的牺牲正极材料，其中化学式1中的y满足0.2≤y≤0.4。3.根据权利要求1所述的牺牲正极材料，其中所述牺牲正极材料具有1
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‑3S/cm至9
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‑3S/cm的粉末电导率。4.根据权利要求1所述的牺牲正极材料，其中所述牺牲正极材料具有空间群为P42/nmc的四方结构。5.一种正极，所述正极包含：正极集电器；和在所述正极集电器上的正极混合物层，所述正极混合物层包含正极活性材料、导电材料、有机粘合剂聚合物和牺牲正极材料，其中所述牺牲正极材料包含由如下化学式1表示的锂钴锌氧化物并且具有1
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‑4S/cm至1
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‑2S/cm的粉...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳泰求，郑王谟，赵治皓，金智惠，郑该汀，许宗旭，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：