包括低效率正极的二次电池的制作方法

相关申请的交叉引用本申请要求于2021年10月5日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0131693号、于2021年10月22日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0141818号、于2021年12月24日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2021-0187600号和第10-2021-0187480号、以及于2022年10月5日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2022-0127292号的权益，其全部内容通过引用并入本文。本公开内容涉及包括低效率正极的二次电池。

背景技术：

1、由于化石燃料的使用迅速增加，因此对使用替代能源或清洁能源的需求正在增加，并且作为其中的一部分，研究最活跃的领域是利用电化学的发电和能量储存的领域。

2、目前，二次电池是利用这样的电化学能的电化学装置的一个代表性实例，并且其使用范围倾向于逐渐扩大。

3、近年来，随着移动设备例如便携式计算机、便携式电话和照相机被越来越多地开发，作为用于移动设备的能源，对二次电池的需求也急剧增加。在这样的二次电池中，其中已经进行了许多研究并且现在已商业化并被广泛使用的锂二次电池表现出高的充电/放电特性和寿命特性并且是环境友好的。

4、通常，锂二次电池是通过用锂非水性电解质浸渍包括正极、负极和多孔分隔件的电极组件来制造。

5、这样的锂二次电池的基本性能特性极大地受负极材料的影响。为了使电池性能最大化，需要几个条件，例如，负极活性材料必须具有接近锂金属的电化学反应电位的电化学反应电位，必须具有高的与锂离子反应的可逆性，并且必须具有锂离子在活性材料中的高的扩散速率。然而，石墨作为满足这些要求的材料被广泛使用，并且考虑到天然石墨的优异的粘合强度以及人造石墨的优异的输出特性和寿命特性，已经使用天然石墨和人造石墨的混合物来改善各种二次电池的性能。

6、然而，近年来，随着需要高容量电池的设备领域例如电动车辆和混合电动车辆的发展，锂二次电池所需的能量密度的水平不断增加，由此已经尝试使用具有高理论容量的包含si的负极作为负极活性材料。

7、同时，当使用包含si的负极活性材料例如sio时，出现不可逆容量，并且为了补偿这一点，已经将牺牲正极材料添加到正极中来制造电池。

8、当不使用牺牲正极材料时，实现比现有正极活性材料的容量更低的容量，并因此，为了匹配容量，必须增加正极负载，这导致价格增加的问题。此外，当使用牺牲正极材料时，存在牺牲正极材料的价格高的问题。当将正极活性材料和牺牲正极材料两种类型混合时，无法实现均匀混合，这导致这样的问题：电池特性不足，并且从牺牲正极材料产生大量的锂副产物，并且在储存期间气体的产生量增加，并因此，电池性能劣化。

9、因此，迫切需要开发这样的二次电池技术：其解决了这些问题，不引起容量或寿命特性的劣化，并且显著降低在高温储存期间气体的产生量。

技术实现思路

1、技术问题

2、设计本公开内容以解决上述问题和尚待解决的其他技术问题。

3、具体地，本公开内容的一个目的是提供这样的二次电池：其不使用单独的牺牲正极材料，但具有与包含其的情况类似的水平的容量和寿命特性，并且同时，显著降低在高温储存期间气体的产生量。

4、技术方案

5、为了实现以上目的，根据本公开内容的一个实施方案，提供了二次电池，其包括正极、负极、和介于正极与负极之间的分隔件，

6、其中正极被配置成在正极集流体的至少一个表面上形成正极混合物层，

7、其中正极混合物层包含正极活性材料，

8、其中正极活性材料掺杂有掺杂剂，并且包含锂过渡金属氧化物，在所述锂过渡金属氧化物中，基于除li之外的过渡金属的总摩尔数，ni的摩尔比为88％或更大，

9、其中负极被配置成在负极集流体的至少一个表面上形成负极混合物层，

10、其中负极混合物层包含负极活性材料，

11、其中负极活性材料包含基于硅的活性材料，以及

12、其中正极在使用锂作为对电极的电池中的初始放电容量与初始充电容量的比率(初始效率)为85％至89％。

13、基于锂过渡金属氧化物的总重量，锂过渡金属氧化物可以以4000ppm至5000ppm的量掺杂有掺杂剂，并且掺杂剂可以为zr。

14、具体地，锂过渡金属氧化物可以由以下化学式1表示：

15、li1+xniacobmncm1-(a+b+c)o2-yay    (1)

16、其中，

17、m为选自cu、ti、mg、al和pt中的至少一者，

18、a为氧替代型卤素，以及

19、0≤x≤0.5，0.88≤a＜1，0≤b≤0.2，0≤c≤0.2，0.9≤a+b+c≤1，以及0≤y≤0.001。

20、更具体地，锂过渡金属氧化物可以由以下化学式2表示：

21、li1+xniacobmncal1-(a+b+c)o2-yay    (2)

22、其中，

23、a为氧替代型卤素，以及

24、0≤x≤0.5，0.88≤a＜1，0≤b≤0.15，0≤c≤0.15，0.9≤a+b+c≤1，以及0≤y≤0.001。

25、此时，具体地，a可以为0.90≤a＜1。

26、此外，锂过渡金属氧化物可以为单颗粒。

27、此时，锂过渡金属氧化物可以具有1μm至5μm的平均直径(d50)或10μm至20μm的平均直径(d50)。

28、正极在使用锂作为对电极的电池中的初始放电容量与初始充电容量的比率(初始效率)可以为86％至87％。

29、同时，负极活性材料可以为基于硅的活性材料和基于碳的活性材料的混合物。

30、基于负极活性材料的总重量，基于硅的活性材料可以以1重量％至10重量％的量包含在内。

31、负极在使用锂作为对电极的电池中的初始放电容量与初始充电容量的比率(初始效率)可以为85％至89％，更具体地为86％至87％。

32、正极混合物层还包含导电材料，以及导电材料由杂质含量为300ppm至5000ppm的单壁碳纳米管(single-walled carbon nanotube，swcnt)构成，以及导电材料的杂质含量可以为3000ppm至4000ppm。

技术特征：

1.一种二次电池，包括正极、负极、和介于所述正极与所述负极之间的分隔件，

2.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

3.根据权利要求2所述的二次电池，其中：

4.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

5.根据权利要求4所述的二次电池，其中：

6.根据权利要求4或5所述的二次电池，其中：

7.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

8.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

9.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

10.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

11.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

12.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

13.根据权利要求12所述的二次电池，其中：

14.根据权利要求1所述的二次电池，其中：

15.根据权利要求14所述的二次电池，其中：

技术总结
根据本实施方案，提供了二次电池，其包括正极、负极、和介于正极与负极之间的分隔件，其中正极被配置成在正极集流体的至少一个表面上形成正极混合物层，其中正极混合物层包含正极活性材料，其中正极活性材料掺杂有掺杂剂，并且包含锂过渡金属氧化物，在所述锂过渡金属氧化物中，基于除Li之外的过渡金属的总摩尔数，Ni的摩尔比为88％或更大，其中负极被配置成在负极集流体的至少一个表面上形成负极混合物层，其中负极混合物层包含负极活性材料，其中负极活性材料包含基于硅的活性材料，以及其中正极在使用锂作为对电极的电池中的初始放电容量与初始充电容量的比率(初始效率)为85％至89％。

技术研发人员：卢在敎,李菅秀,具圣谋,阿拉文达拉吉·戈文达拉吉·卡纳安,金东煜,金英洙
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15