锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及锂二次电池。更具体地，根据本发明专利技术包括阴极、阳极和插入所述阴极与所述阳极之间的隔板膜的锂电池的特征在于，隔板膜是具有芳族聚酰胺涂覆层的聚烯烃多孔膜；所述阴极包含具有橄榄石型磷酸铁锂涂覆层的锂金属氧化物阴极活性材料，或者所述阳极包含具有尖晶石型锂钛氧化物涂覆层的碳阳极活性材料。本发明专利技术的锂二次电池具有优异的基本电性能和改进的稳定性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池
本公开内容涉及锂二次电池。更特别地，本公开内容涉及具有改进循环寿命和增强安全性的锂二次电池。本申请要求2011年5月31日在大韩民国提交的韩国专利申请N0.10-2011-0051886的优先权，其公开内容通过引用并入本文。
技术介绍
随着环境保护和污染问题变得越来越严重，全世界正在开发替代能源作为解决方案。作为替代能源开发集中努力的领域中的二次电池即小型锂二次电池作为电源使移动电子通讯设备(例如摄录像机、移动电话、便携计算机等)运行，需要高性能的移动用设备几乎被锂二次电池所代替，作为电源供应占据了主要的位置。最近，正在积极地开发使用高输出特性的混合电力车辆(HEV)和电力车辆(EV)中的介质和大尺寸锂二次电池。此外，在全世界包括日本、欧洲、美国以及韩国的多个工业应用领域中正在积极地研究和开发，以开发锂二次电池作为不间断电源、电动工具、船、卫星、无线电设备和用于军事目的的武器系统等的环境友好的电源。锂二次电池具有这样的结构，其包括组件和填充在组件中的包含锂盐的有机电解质溶液或聚合物电解质溶液，所述组件包括涂覆有能够插入或放出(disintercalate)锂离子的活性材料的阴极和阳极以及介于阴极与阳极之间以使阳极与阴极在电力上隔离的多孔隔板膜。具 有高平均电压的锂金属氧化物被用作阴极活性材料，例如LiCo02、LiNiO2,LiNixCoyAlz02、LiNixCoyMnzO2、LiMn2O4等；具有低平均电势的碳材料或者金属或非金属氧化物被用作阳极活性材料；使用基于聚烯烃的聚合物例如聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等制备的多孔板被主要用作隔板膜。然而，在使用以上所讨论的阴极活性材料的情况下，形成了由电解质溶液的分解现象导致的表面过渡金属缺陷层(surface transition metal-deficient layer),其妨碍了锂离子和电子的运动，影响高速率放电，这导致由于与电解质溶液的副反应而在电池内侧生成气体，从而释放金属，使得循环特性由于结构改变而劣化，另外，因为由电池异常运行导致的电池内部温度增加而生成氧，这与热失控的风险相关，使安全问题增加。在使用基于碳的阳极活性材料的情况下，在层状结构中所插入的锂离子在充电和放电期间表现出5%至25%的不可逆容量，这种不可逆容量导致锂离子的消耗，防止至少一种活性材料的完全充电或放电，导致电池的能量密度减小。另外，电解质溶液在活性材料表面上的分解反应在活性材料表面上形成了钝化层或固体电解质界面(SEI)，当钝化层不均匀或过厚时，电阻增加，导致高速率特性劣化。此外，由于在阳极表面上生成的锂化合物，所以容量减少和输出特性劣化是由于锂减少，从长远来看，发生循环特性劣化。基于聚烯烃的隔板膜的安全熔点为200°C或更低，因此在安全性方面，使用具有关闭功能的多孔隔板膜是不可避免的。另外，如果温度在关闭之后继续增加，则形状维持成为重要的需要。然而，如果由内部或外部因素导致的短路而产生过电流，则一般地，基于烯烃的隔板膜经历热收缩和熔化(因为热生成)、电路失效或外部温度增加，导致电极之间的短路，这可产生火。
技术实现思路
技术问题因此，本公开内容的一个目的是提供具有改进安全性同时保持优异基本功能的锂二次电池。技术解决方案为了实现上述目的，根据本公开内容的包括阴极、阳极和介于阴极与阳极之间的隔板膜的锂二次电池的特征在于，所述隔板膜是具有芳族聚酰胺涂覆层的聚烯烃多孔膜；所述阴极包含阴极活性材料，所述阴极活性材料是具有橄榄石型磷酸铁锂涂覆层的锂金属氧化物，或者所述阳极包含阳极活性材料，所述阳极活性材料是具有尖晶石型锂钛氧化物涂覆层的碳材料。在本公开内容的另一个方面中，阴极可包含阴极活性材料，所述阴极活性材料是具有橄榄石型磷酸铁涂覆层的锂复合金属氧化物，并且所述阳极包含阳极活性材料，所述阳极活性材料是具有锂钛氧化物涂覆层的碳材料。在本公开内容中，聚烯烃多孔膜的厚度可以为1011111至3011111。在本公开内容中，芳族聚酰胺涂覆层的厚度可以为2 iim至lOiim。在本公开内容中，按100重量份锂金属氧化物计，橄榄石型磷酸铁锂的含量可以是I重量份至3重量份。在本公开内容中，按100重量份碳材料计，尖晶石型锂钛氧化物的含量可以是1.5重量份至2.5重量份。有益效果根据本公开内容的锂二次电池可通过同时使用各自涂覆有特定材料的电极活性材料和隔板膜使电解质溶液的分解反应最小化，从而改进电性能和长期循环特性，以及有效增强电池的安全性。【附图说明】附图阐明了本公开内容的一个优选实施方案，其与上述公开内容一起用来提供对本公开内容技术精神的进一步理解。然而，本公开内容不应解释为受限于附图。图1是涂覆之前和之后各材料的扫描电子显微镜(SEM)图像(a:阴极活性材料；13:阳极活性材料；(3:隔板)。图2(a)是示出根据实施例1制造的锂二次电池的高速率放电特性的图；图2(b)是示出根据比较例I制造的锂二次电池的高速率放电特性的图。图3是示出根据实施例1和比较例I制造的锂二次电池在室温下的寿命特性的图。图4(a)是示出根据实施例1制造的锂二次电池在12V下进行过度充电测试之后电池行为和表面温度改变的图；图4(13)是示出根据比较例I制造的锂二次电池在12V下进行过度充电测试之后电池行为和表面温度改变的图。图5 (a)是示出根据实施例1制造的锂二次电池在150°C下进行热测试之后电池行为和表面温度改变的图；图5(b)是示出根据比较例I制造的锂二次电池在150°C下进行热测试之后电池行为和表面温度改变的图。图6(a)是示出根据实施例1制造的锂二次电池在进行穿刺测试之后电池行为和表面温度改变的图；图6(13)是示出根据比较例I制造的锂二次电池在进行穿刺测试之后电池行为和表面温度改变的图；图6((:)是示出根据比较例3制造的锂二次电池在进行穿刺测试之后电池行为和表面温度改变的图。【具体实施方式】下文中，将参照附图详细描述本公开内容的优选实施方案。在描述之前，应理解本说明书和所附权利要求书中使用的术语不应理解为受限于一般和字典意思，而是应在本专利技术人允许适当定义术语用以最佳解释的原则基础上基于与本公开内容技术方面相对应的意思和概念进行解释。因此，本文提出的描述仅是仅用于说明目的优选实例，不旨在限制本公开的范围，所以应理解，可对其做出其他等同方案和修改方案而不偏离本公开内容的精神和范围。本公开内容的锂二次电池的特征在于隔板膜是具有芳族聚酰胺涂覆层的聚烯烃多孔膜。由于基于烯烃的隔板膜一般在200°C以下熔化，所以其具有阻断离子和电子运动的关闭功能。芳族聚酰胺有机化合物的安全熔点为400°C或更高，因此使得隔板膜能够在高温下维持其片形状，这使得锂二次电池能够通过防止造成二次火灾的内部短路发生以及通过以交替方式布置具有预定规则的微孔提供低自放电来确保安全性。可用于本公开内容的聚烯烃多孔膜可以是本领域中可用作隔板膜的任意类型的聚烯烃多孔膜，例如选自以下中的聚合物的多孔膜:聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、聚丁烯(PB)、聚甲基戊烯(TPX)及其共聚物，然而在这方面本公开内容没有限制。另外，聚烯烃多孔膜的厚度优选为10 ii m至30 ii m。当厚度小于10 y m时，难以确保基底具有足本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池，包括阴极、阳极和介于所述阴极与所述阳极之间的隔板膜，其中所述隔板膜是具有芳族聚酰胺涂覆层的聚烯烃多孔膜，并且其中所述阴极包含阴极活性材料，所述阴极活性材料是具有橄榄石型磷酸铁锂涂覆层的锂金属氧化物；或者所述阳极包含阳极活性材料，所述阳极活性材料是具有尖晶石型锂钛氧化物涂覆层的碳材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.05.31 KR 10-2011-00518861.一种锂二次电池，包括阴极、阳极和介于所述阴极与所述阳极之间的隔板膜， 其中所述隔板膜是具有芳族聚酰胺涂覆层的聚烯烃多孔膜，并且 其中所述阴极包含阴极活性材料，所述阴极活性材料是具有橄榄石型磷酸铁锂涂覆层的锂金属氧化物；或者所述阳极包含阳极活性材料，所述阳极活性材料是具有尖晶石型锂钛氧化物涂覆层的碳材料。2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述聚烯烃多孔膜的厚度为IOym至30 u m03.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述芳族聚酰胺涂覆层的厚度为2至10 u m04.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述芳族聚酰胺是对位芳族聚酰胺、间位芳族聚酰胺或其混合物。5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述隔板膜的透气度为400秒/IOOml或更小。6.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中按聚烯烃多孔膜透气度计，所述隔板膜的透气度具有减少35%或更少的值。7.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述隔板膜的断裂强度为500kgf/cm2或更大。8.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中所述锂金属氧化物是选自以下中的任意一种:LiCo02、LiNiO2, ...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪智俊，黄仁范，高成泰，许允祯，
申请(专利权)人：料卡姆有限公司，
类型：
国别省市：