稳定性改善的锂二次电池的制作方法

[]本发明涉及一种改善因内部短路导致的安全性的锂二次电池。本申请要求于2022年4月13日提交的韩国专利申请10-2022-0045874号的优先权，将该韩国专利申请中公开的全部内容并入作为本说明书的一部分。

背景技术：

0、[背景技术]

1、最近，二次电池不仅广泛应用于便携式电子设备等小型设备，还应用于混合动力车辆和电动车辆的电池组或储能装置等大中型设备。

2、由于将这些二次电池应用于大中型设备需要较高的能量密度，因此使用包含镍(ni)、钴(co)、锰(mn)等的三元化合物(具体地，镍(ni)含量为60％以上的liniacobmnco2(0.6≤a≤0.9,a+b+c＝1))的具有层状结构的锂镍金属氧化物作为正极活性材料以体现高容量。

3、然而，锂镍金属氧化物的容量随着镍(ni)含量的增加而增加，但表现出较低的化学稳定性和结构稳定性，因此很可能发生放热反应。当电池内部流过短路电流时，即当发生内部短路时，可引起正极活性材料的放热反应。其中，锂镍金属氧化物的起始点较低，因此一旦放热反应开始，就会迅速提升电池内部的温度，导致着火，因此存在安全性较低的问题。

4、因此，需要开发一种既能改善因内部短路造成的安全问题，又能表现出高能量密度的电池。

5、[现有技术文献]

6、[专利文献]

7、韩国专利公开10-2020-0024980号

8、韩国专利公开10-2017-0004253号

技术实现思路

0、[
技术实现要素：
]

1、[技术问题]

2、因此，本发明旨在提供一种正极和包含其的锂二次电池，所述正极通过包含含有镍(ni)的三元化合物而具有高能量密度，并且由于内部短路导致的安全问题已经得到改善。

3、[技术方案]

4、为了解决上述问题，

5、在一个示例性实施方式中，本发明提供了一种锂二次电池用正极，所述正极包括：

6、正极集流体；和

7、设置在正极集流体上的n(其中n≥2)个正极混合物层，

8、其中与所述正极集流体的表面相接触的第一正极混合物层包括包含由下式1表示的锂复合金属氧化物的第一正极活性材料，并且

9、其中设置在第一正极混合物层上的第二正极混合物层到第n正极混合物层包括包含由式1表示的锂复合金属氧化物的第一正极活性材料和包含由式2表示的磷酸铁化合物的第二正极活性材料：

10、[式1]

11、lix[niycozmnwm1v]o2

12、[式2]

13、lifeam21-axo4

14、在上述式1和式2中，

15、m1是选自由以下组成的组中的一种或多种元素：w、cu、fe、v、cr、ti、zr、zn、al、in、ta、y、la、sr、ga、sc、gd、sm、ca、ce、nb、mg、b和mo，

16、x、y、z、w、v分别为1.0≤x≤1.30、0.1≤y<1、0≤z≤1、0≤w≤1、0≤v≤0.1，其中y+z+w+v＝1，

17、m2是选自由以下组成的组中的一种或多种元素：w、cu、fe、v、cr、co、ni、mn、ti、zr、zn、al、in、ta、y、la、sr、ga、sc、gd、sm、ca、ce、nb、mg、b和mo，

18、x是选自由p、si、s、as和sb组成的组中的一种或多种元素，以及

19、a为0≤a≤0.5。

20、在此，随着单个正极混合物层的位置从第二正极混合物层变为第n正极混合物层，各个正极混合物层中的第二正极活性材料的浓度可能增加。

21、另外，基于正极混合物层的总重量，第二正极活性材料的含量可以小于10重量％，并且基于各个正极混合物层的重量，各个正极混合物层中的第二正极活性材料的含量可以为0.5重量％至20重量％。

22、此外，第二正极活性材料的平均粒径可以为0.5μm至5μm，并且该平均粒径可以随着单个正极混合物层的位置从第二正极混合物层变为第n正极混合物层而增加。

23、此外，n个正极混合物层的总厚度可以为50μm至200μm，其中，第一正极混合物层的厚度可以是正极混合物层的总厚度的10％至60％。

24、另外，在一个示例性实施方式中，本发明提供了一种锂二次电池用电极组件，所述电极组件包括：上述本发明的正极；负极；以及设置在正极和负极之间的隔膜。

25、在此，负极可以包括位于负极集流体上的负极混合物层，负极混合物层可以包括天然石墨、人造石墨、膨胀石墨、硬碳、软碳、碳纤维、碳黑、碳纳米管、富勒烯、活性炭、乙炔黑和科琴黑中的一种或多种碳类负极活性材料。

26、此外，在一个示例性实施方式中，本发明提供了一种锂二次电池，所述锂二次电池包括：

27、上述本发明的电极组件；

28、其中插入电极组件的电池外壳；和

29、注入到电池外壳和电极组件中的电解质组合物。

30、在此，锂二次电池可以是棱柱形二次电池。

31、[有益效果]

32、本发明的锂二次电池用正极不仅通过包含含有镍(ni)、钴(co)、锰(mn)等的三元化合物而具有优异的能量密度，并且通过在正极集流体的最外侧包含磷酸铁化合物而具有改善由于二次电池的内部短路导致的安全性的优势。

技术特征：

1.一种锂二次电池用正极，所述正极包括：

2.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，随着单个正极混合物层的位置从第二正极混合物层变为第n正极混合物层，各个正极混合物层中的第二正极活性材料的浓度增加。

3.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，基于所述正极材料混合物层的总重量，所述第二正极活性材料的含量小于10重量％。

4.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，基于各个正极混合物层的重量，各个正极混合物层中的第二正极活性材料的含量为0.5重量％至20重量％。

5.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，随着单个正极混合物层的位置从第二正极混合物层变为第n正极混合物层，各个正极混合物层中包含的第二正极活性材料的平均粒径增加。

6.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述第二正极活性材料的平均粒径为0.5μm至5μm。

7.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述正极混合物层的总厚度为50μm至200μm。

8.如权利要求1所述的锂二次电池用正极，其中，所述第一正极混合物层的厚度是所述正极混合物层的总厚度的10％至60％。

9.一种锂二次电池用电极组件，所述电极组件包括：

10.如权利要求9所述的锂二次电池用电极组件，其中，负极包括负极集流体，以及设置在所述负极集流体上的负极混合物层，并且

11.一种锂二次电池，所述锂二次电池包括：

12.如权利要求11所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池的特征在于，其是棱柱形二次电池。

技术总结
本发明涉及一种锂二次电池用正极。该正极不仅通过包含含有镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)等的三元化合物作为正极活性材料而具有优异的能量密度的优势，并且通过在正极集流体的最外侧包含磷酸铁化合物而具有改善二次电池的内部短路所致的安全性的优势。

技术研发人员：高荣晙,成周桓
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