正极活性物质、包含其的正极、包含其的二次电池以及气体分析装置的制作方法

本发明涉及一种正极活性物质、包含该正极活性物质的正极、包含该正极活性物质的二次电池以及可以用于分析从所述正极活性物质产生的气体的压力和特性的气体分析装置。

背景技术：

1、二次电池是通过将化学能转化为电能的放电和作为反向的充电过程而可以重复使用的电池，镍镉(ni-cd)电池、镍氢(ni-mh)电池、锂金属电池、锂离子(ni-ion)电池和锂离子聚合物电池(li-ion polymer battery)等属于二次电池。这种二次电池中具有高能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池被商用化并广泛使用。

2、锂二次电池暴露于高温时有起火和爆炸的风险。此外，由于过充电、外部短路、针(nail)刺、局部损坏(local crush)等而在短时间内流过大电流时，也存在发热引起电池被加热而起火和爆炸的风险。作为一个实例，电解液电极之间的反应结果，产生气体，电池内压上升，因此锂二次电池在一定压力以上可能会爆炸。

3、根据锂二次电池内的反应，可能会产生二氧化碳、一氧化碳、氢气等各种种类的气体。如二氧化碳等的内部产生气体是可逆的，可以根据条件在充电时再次恢复到原来的物质，但大部分是在电池内以气体状态残留，从而提高内压并引发使电池膨胀的鼓胀现象。发生鼓胀的电池的厚度增加，不能很好地安装在设计为用于安装电池的电子电气设备中，或者由于鼓起的外观而被判断为不良，从而失去作为商品的价值。

4、另外，近年来随着对电动汽车的关注逐渐增加，锂二次电池的使用过程中气体的产生也成为了与电池的寿命和电动汽车的安全性有关的重要的问题。为了增加电动汽车的行驶里程，持续尝试着提高锂二次电池的容量，同时产生气体的问题也在增加。

5、因此，进行各种尝试以测量并量化锂二次电池的气体的产生。通常，测量锂二次电池的气体的方法是通过如下方法进行：在制造二次电池单元后，评价所述电池的寿命和高温储存特性等，然后穿刺电池来收集气体，然后调查收集的气体的量和气体的成分。其他接近的方法有在制造二次电池单元后，评价所述电池的寿命和高温储存特性等，然后将二次电池单元浸入液体中，然后测量二次电池单元的体积变化，从而间接量化所产生的气体的方法。

6、但是，这种现有的气体分析方法是在实际制造二次电池单元，并进行评价后在产生气体的状态下才能进行分析，因此在时间和成本方面有困难。此外，二次电池单元包括正极、负极、电解液和隔膜等各种材料，因此目前难以分析产生气体的原因且难以找出改善方案。

技术实现思路

1、要解决的技术问题

2、本发明是鉴于上述实际情况而提出的，本发明的目的在于提供一种在不制造实际的二次电池全电池(full-cell)的情况下，也可以确保产生少量的气体的正极活性物质和包含该正极活性物质的正极以及二次电池。

3、此外，本发明的目的在于提供一种气体分析装置，所述气体分析装置在不制造实际的二次电池全电池的情况下，也可以测量气体产生量和气体成分，并且从样品的准备到完成测量可以在短时间内进行。

4、技术方案

5、根据本发明的一个方面，提供一种正极活性物质，所述正极活性物质与电解液反应而产生的气体的压力为0.4-0.6标准大气压/mah(atm/mah)。

6、所述反应可以在70-75℃的温度下进行。

7、所述正极活性物质可以是从充电至规定的荷电状态(soc)的半电池中收集的。

8、所述正极活性物质可以包含80摩尔％(mol％)以上的镍。

9、所述正极活性物质和电解液的重量比可以为1:1至3:1。

10、根据本发明的另一个方面，提供一种包含所述正极活性物质的正极。

11、根据本发明的另一个方面，提供一种二次电池，其包括：所述正极；负极；以及隔膜，所述隔膜介于所述正极和所述负极之间。

12、根据本发明的另一个方面，提供一种气体分析装置，其包括：下板，其包括安装电解液和正极活性物质的安装部；上板，其包括第一流路和压力测量传感器，所述电解液和正极活性物质反应而产生的气体通过所述第一流路移动；内压控制端口，其控制与所述上板的第一流路连通的第二流路的开闭，并且控制装置内部的压力；以及密封部件，其密封上板和下板之间的空间。

13、所述安装部可以具有70-80mm3的体积。

14、所述气体分析装置可以进一步包括装载所述气体分析装置的烘箱。

15、所述气体分析装置可以进一步包括收集从所述气体分析装置测量的数据的数据收集端口。

16、所述气体分析装置可以进一步包括固定所述上板和所述下板的紧固部件。

17、所述气体分析装置可以进一步包括与所述内压控制端口连接的气相色谱分析单元。

18、所述气体分析装置可以进一步包括测量所述电解液和正极活性物质的反应温度的温度传感器。

19、所述温度传感器可以形成在与安装部相邻的上板的下面。

20、与所述安装部相邻的上板的下面可以形成为圆顶结构。

21、所述正极活性物质可以是从充电至规定的soc的半电池中收集的。

22、有益效果

23、用于分析二次电池内部产生的气体的现有的方法必须制造实际的二次电池单元，但本发明的正极活性物质在不制造实际的二次电池单元的情况下可以预测二次电池单元中产生的气体产生量和气体成分。此外，从测量气体产生量所需的样品的准备到完成测量可以在短时间内进行。

24、此外，将包含利用本发明的气体分析装置测量的具有规定的压力的正极活性物质的正极用于二次电池时，可以预测实际的二次电池中的气体产生量，因此可以确保二次电池的寿命、高温储存特性等的性能。

技术特征：

1.一种正极活性物质，所述正极活性物质与电解液反应而产生的气体的压力为0.4-0.6标准大气压/mah。

2.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，所述反应在70-75℃的温度下进行。

3.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，所述正极活性物质是从充电至规定的荷电状态的半电池中收集的。

4.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，所述正极活性物质包含80摩尔％以上的镍。

5.根据权利要求1所述的正极活性物质，其中，所述正极活性物质和电解液的重量比为1:1至3:1。

6.一种正极，其包括权利要求1至5中任一项所述的正极活性物质。

7.一种二次电池，其包括：权利要求6所述的正极；负极；以及隔膜，所述隔膜介于所述正极和所述负极之间。

8.一种气体分析装置，其包括：

9.根据权利要求8所述的气体分析装置，其中，所述安装部具有70-80mm3的体积。

10.根据权利要求8所述的气体分析装置，其中，所述气体分析装置进一步包括装载所述气体分析装置的烘箱。

11.根据权利要求8所述的气体分析装置，其中，所述气体分析装置进一步包括收集从所述气体分析装置测量的数据的数据收集端口。

12.根据权利要求8所述的气体分析装置，其中，所述气体分析装置进一步包括固定所述上板和所述下板的紧固部件。

13.根据权利要求8所述的气体分析装置，其中，所述气体分析装置进一步包括与所述内压控制端口连接的气相色谱分析单元。

14.根据权利要求8所述的气体分析装置，其中，所述气体分析装置进一步包括测量所述电解液和正极活性物质的反应温度的温度传感器。

15.根据权利要求14所述的气体分析装置，其中，所述温度传感器形成在与安装部相邻的上板的下面。

16.根据权利要求8所述的气体分析装置，其中，与所述安装部相邻的上板的下面形成为圆顶结构。

17.根据权利要求8所述的气体分析装置，其中，所述正极活性物质是从充电至规定的荷电状态的半电池中收集的。

技术总结
本发明涉及一种与电解液反应而产生的气体的压力为0.4‑0.6标准大气压/mAh的正极活性物质。本发明的正极活性物质在不制造实际的二次电池单元的情况下可以预测二次电池单元中产生的气体产生量和气体成分。此外，从测量气体产生量所需的样品的准备到完成测量可以在短时间内进行。

技术研发人员：刘炅傧,黄德哲
受保护的技术使用者：SK新能源株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13