锂二次电池用电极组件和包括其的锂二次电池的制作方法

本发明涉及锂二次电池用电极组件和包括其的锂二次电池。本申请要求基于2021年5月26日提交的韩国专利申请no.10-2021-0067353的优先权，该韩国专利申请的全部内容在此通过引用并入。

背景技术：

1、近来，随着对环境问题日益关注，已经对可以替代作为空气污染的主要原因之一的化石燃料车辆如汽油车辆和柴油车辆的电动车辆(ev)和混合动力ev(hev)进行了研究。尽管镍-金属氢化物(ni-mh)二次电池主要用作ev和hev的电源，但是对具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池的使用正在积极地进行研究，并且一些锂二次电池被商业化。

2、石墨主要用于锂二次电池的负极材料。然而，由于石墨具有每单位质量372mah/g的小容量，难以实现锂二次电池的高容量。因此，为了实现锂二次电池的高容量，作为具有比石墨更高能量密度的非碳基负极材料，已经开发并使用了与锂形成金属间化合物的负极材料，例如硅、锡及其氧化物。然而，这种非碳基负极材料的问题在于，尽管容量大，但初始效率低，因此在初始充电和放电期间锂消耗大，并且不可逆容量的损失大。

3、此外，含锂的氧化钴(licoo2)主要用作锂二次电池的正极材料。除了licoo2之外，还考虑使用含锂的锰氧化物，例如具有层状晶体结构的limno2或具有尖晶石晶体结构的limn2o4，以及含锂的镍氧化物(linio2)。

4、然而，虽然licoo2由于其优异的物理性质如优异的循环特性而目前被广泛使用，但是其安全性低，并且licoo2由于作为原料的钴的资源限制而昂贵，因此在包括ev的领域中作为电源大量使用受到限制。此外，由于linio2的制造方法的特性，难以以合理的成本将linio2应用于实际的批量生产工艺，并且由于在充电和放电期间产生的气体在负极上引起锂镀覆，因此存在充电和放电容量降低以及安全性的限制。

5、[现有技术文献]

6、[专利文献]

7、韩国专利申请公开no.10-2018-0023696

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本发明的目的是提供一种锂二次电池，其具有高能量密度和优异的电池寿命。

3、[技术方案]

4、本发明旨在解决上述问题并提供一种锂二次电池用电极组件，所述电极组件包括：正极，其中正极混合物层包括正极活性材料和由以下化学式1表示的正极添加剂；负极，其中负极混合物层包括作为负极活性材料的碳材料和含硅(si)材料；以及隔膜，所述隔膜位于所述正极和所述负极之间；其中，基于100重量份的所述正极混合物层，所述正极添加剂的含量为0.01至5重量份，所述正极添加剂基于所述正极混合物层的总重量的含量百分比(crlip)与所述含si材料基于所述负极混合物层的总重量的含量百分比(crsi)之间的比率(crlip/crsi)为0.03至0.30。

5、[化学式1]

6、lipco(1-q)m1qo4

7、在化学式1中，m1表示选自由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组成的组中的至少一种元素，并且p和q分别为5≤p≤7和0≤q≤0.5。

8、在这种情况下，正极添加剂基于正极混合物层的总重量的含量百分比(crlip)与含si材料基于负极混合物层的总重量的含量百分比(crsi)之间的比率(crlip/crsi)可以为0.05至0.20。

9、正极添加剂可以具有空间群为p42/nmc的四方结构。

10、正极活性材料可以是由以下化学式2表示的锂金属复合氧化物。

11、[化学式2]

12、lix[niycozmnwm2v]ou

13、在化学式2中，m2表示选自由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组成的组中的至少一种元素，并且x，y，z，w，v和u分别为1.0≤x≤1.30，0≤y<0.95，0<z≤0.5，0<w≤0.5，0≤v≤0.2和1.5≤u≤4.5。

14、碳材料可以包括选自由天然石墨、人造石墨、石墨烯和碳纳米管组成的组中的一种或多种，并且含si材料可以包括si、一氧化硅(sio)和二氧化硅(sio2)中的一种或多种。

15、基于100重量份的碳材料的总量，碳材料可以包括含量为0.1至10重量份的石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。

16、正极混合物层可以包括基于总重量的0.1至5重量份的导电材料。

17、正极混合物层可以包含选自由天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维组成的组中的一种或多种导电材料。

18、正极混合物层的平均厚度可以为50μm至300μm，负极混合物层的平均厚度可以为100μm至300μm。

19、负极混合物层与正极混合物层的平均面积比可以为1.0至1.1。

20、本发明旨在解决上述问题并提供一种包括上述电极组件的锂二次电池。

21、[有利效果]

22、根据本发明的锂二次电池用电极组件，通过将正极混合物层和负极混合物层中分别包含的正极添加剂和作为负极活性材料的含硅(si)材料的含量百分比之间的比率(crlip/crsi)控制在特定范围内，具有以下优点：在初始充电/放电期间能够实现高充电/放电容量和充电/放电效率，在随后的充电/放电期间容量保持率可以是优异的，并且包括该电极组件的锂二次电池可以表现出高能量密度和长寿命。

技术特征：

1.一种锂二次电池用电极组件，其包括：

2.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极添加剂基于所述正极混合物层的总重量的含量百分比crlip与所述含si材料基于所述负极混合物层的总重量的含量百分比crsi之间的所述比率crlip/crsi为0.05至0.20。

3.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极添加剂具有空间群为p42/nmc的四方结构。

4.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极活性材料是由以下化学式2表示的锂金属复合氧化物：

5.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述碳材料包括选自由天然石墨、人造石墨、石墨烯和碳纳米管组成的组中的一种或多种。

6.根据权利要求5所述的电极组件，其中，基于100重量份的所述碳材料的总量，所述碳材料包括含量为0.1重量份至10重量份的石墨烯和碳纳米管中的一种或多种。

7.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极混合物层包括基于所述正极混合物层的总重量的0.1重量份至5重量份的导电材料。

8.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述正极混合物层包括选自由天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维组成的组中的一种或多种导电材料。

9.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述含si材料包括si、一氧化硅(sio)和二氧化硅(sio2)中的一种或多种。

10.根据权利要求1所述的电极组件，其中：

11.根据权利要求1所述的电极组件，其中，所述负极混合物层和所述正极混合物层的平均面积比为1.0至1.1。

12.一种锂二次电池，其包括权利要求1所述的电极组件。

技术总结
本发明涉及一种锂二次电池用电极组件和包括该电极组件的锂二次电池。通过将分别包含在正极混合剂层和负极混合剂层中的正极添加剂与作为负极活性材料的含硅(Si)材料的含量百分比之间的比率(CRLip/CRSi)控制在特定范围，该电极组件能够在初始充电/放电期间可以实现高充电/放电容量和充电/放电效率，在随后的充电/放电期间可以实现优异的容量保持率。包括该电极组件的锂二次电池可表现出高能量密度和长寿命。

技术研发人员：李秀民,吴相丞,金惠显,赵治皓
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：2024/1/11