包含具有不同表面积的电极的电极层压物和使用所述电极层压物的二次电池的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电极层压物，所述电极层压物包括:正极，所述正极具有形成在正极集电器上的正极材料涂层；负极，所述负极具有形成在负极集电器上的负极材料涂层；和多孔聚合物膜，所述多孔聚合物膜设置在所述正极与所述负极之间，其中在平面基础上在高度方向上层压所述正极、所述负极和所述多孔聚合物膜，使得所述负极构成所述电极层压物的最外部电极，且所述正极材料涂层比所述负极材料涂层具有更大的涂布面积。
【背景技术】
[0002]由于因化石燃料的耗尽而导致能量价格提高且对环境污染的关注日益增加，所以对环境友好的替代能源的需求必定在未来中发挥越来越重要的作用。由此，正在对产生各种电力如核能、太阳能、风能和潮汐能的技术进行研宄，且用于更有效使用产生的能量的电力存储装置也引起了更多的关注。
[0003]特别地，随着对移动装置技术的持续开发和对移动装置需求的日益增加，作为能源的锂二次电池的需求急剧增加。近年来，已经实现了将锂二次电池用作电动车辆(EV)和混合电动车辆(HEV)的电源，且关于锂二次电池的市场通过智能电网技术而持续扩展至诸如辅助电力供应的应用。
[0004]锂二次电池具有电极组件浸渍有含锂盐的非水电解质的结构，在所述电极组件中，将多孔聚合物膜插入正极与负极之间，各个正极和负极包含涂布在集电器上的涂层。作为正极涂层，主要使用锂钴基氧化物、锂锰基氧化物、锂镍基氧化物、锂复合氧化物等。作为负极涂层，主要使用碳基材料。
[0005]然而，在使用碳基材料作为负极涂层的锂二次电池中，在首次充电和放电循环期间嵌入碳基材料的层状结构中的某些锂离子中发生不可逆容量，由此放电容量下降。另外，碳材料相对于Li/Li+的电位具有约0.1V的低氧化/还原电位，由此非水电解质在负极表面分解，且所述碳材料与锂反应而形成涂布在碳材料表面上的层(钝化层或固体电解质界面(SEI)膜)。这种SEI膜的厚度和边界状态随所使用的电解质体系而变化，由此影响充电和放电特性。另外，在用于需要高输出特性的领域如电动工具的二次电池中，由于厚度小的这种SEI膜而导致电阻升高，由此会产生速率决定步骤(RDS)。另外，在负极表面处产生锂化合物，由此随着重复充电和放电，锂的可逆容量逐渐下降，因此放电容量下降且发生循环劣化。
[0006]同时，作为具有结构稳定性和良好循环特性的负极涂层，考虑使用锂钛氧化物(LTO)。在包含这种LTO作为负极涂层的锂二次电池中，负极相对于Li/Li+的电位具有约1.5V的相对高的氧化/还原电位，由此难以发生电解质的分解，由于其晶体结构的稳定性而获得优异的循环特性。
[0007]另外，主要将LiCoO#作正极涂层。然而，目前，将Ni基材料(Li (N1-Co-Al) O 2)、N1-Co-Mn基材料(Li(N1-Co-Mn)O2)和高稳定性尖晶石型Mn基材料(LiMn2O4)用作其他层状正极涂层。特别地，将尖晶石型锰基电池暂时应用于移动电话。然而，尽管尖晶石型锰基电池不贵，但由于尖晶石型锰基电池的能量密度下降，所以尖晶石型锰基电池从高功能移动电话市场消失。基于该原因，对提高尖晶石型锰基正极活性材料的能量密度的方法进行了大量研宄。
[0008]可以考虑提高锂二次电池的能量密度的几种方法。其中，提高电池的运行电位的方法是有效的。使用LiCo02、LiN1jP LiMn 204作为正极涂层的常规锂二次电池具有4V水平的运行电位。锂二次电池的平均运行电位为3.6?3.8V。这是因为，电位随Co离子、Ni离子或Mn离子的氧化和还原而决定。另一方面，在其中具有将其中LiMn2O4的一部分Mn用Ni等置换的尖晶石结构的化合物用作正极涂层的情况中，可获得具有5V水平的运行电位的锂二次电池。因此近年来，已经研宄将锂镍锰氧化物(LNMO)作为与由锂钛氧化物制成的负极涂层相对应的正极涂层。
[0009]然而，在包含锂钛氧化物和锂镲猛氧化物作为正极涂层和负极涂层的锂二次电池中，锂二次电池的总能量和寿命稳定性受正极和负极的涂布面积和布置的影响。基于该原因，重要的是提供正极和负极的合适涂布面积和布置。
[0010]因此，迫切需要能够从根本上解决上述问题的技术。
【发明内容】
[0011]技术问题
[0012]为了解决上述问题和尚未解决的其他技术问题而完成了本发明。
[0013]作为为了解决如上所述问题的各种广泛且细致的研宄和实验的结果，本发明的发明人发现，在包含正极、负极和设置在正极与负极之间的多孔聚合物膜的电极层压物中，在正极材料涂层的涂布面积比负极材料涂层的涂布面积更大且以负极构成电极层压物的最外部电极的方式在平面基础上在高度方向上层压正极、负极和多孔聚合物膜的情况中，二次电池的能量性能最大化。
[0014]本发明的目的是，提供一种电极层压物和包含其的二次电池，所述电极层压物在不提供另外的装置或另外的工艺的条件下通过提供适当的正极和负极涂布面积并通过适当布置正极和负极而能够展示期望的效果，由此简化制造工艺，进而降低制造成本。
[0015]技术方案
[0016]根据本发明的一个方面，通过提供一种电极层压物来实现上述和其他目的，所述电极层压物包含:正极，所述正极具有形成在正极集电器上的正极材料涂层；负极，所述负极具有形成在负极集电器上的负极材料涂层；和多孔聚合物膜，所述多孔聚合物膜设置在所述正极与所述负极之间，其中在平面基础上在高度方向上层压所述正极、所述负极和所述多孔聚合物膜，使得所述负极构成所述电极层压物的最外部电极，且所述正极材料涂层比所述负极材料涂层具有更大的涂布面积。
[0017]在其中将碳基材料用作常规负极活性材料的情况中，在负极表面处产生锂化合物，导致可逆容量下降。为了解决所述问题，需要负极比正极具有更大的容量。然而，当使用LTO时，可以防止锂镀敷，导致通过限制负极的容量来设计电池是可能的。
[0018]在此情况中，负极的总容量小于或等于正极的总容量(N/P之比=1)，使得首先达到负极的截止电压，从而防止正极电位升高。因此，可防止气体的排放和副产物的产生，其是由在使用高电压正极时在电解质被氧化的电位下运行电池造成的。
[0019]在根据本发明的电极层压物和包含其的二次电池中，正极材料涂层的的涂布面积可以比负极材料涂层的涂布面积更大，使得负极的容量小于正极的容量。
[0020]在电极层压物中，每单位面积的正极活性材料的质量可以大于每单位面积的负极活性材料的质量。
[0021]另外，在电极层压物中，每单位面积的正极对每单位面积的各个负极的可逆容量之比可以为I以下。
[0022]在此情况中，正极的厚度可以与各个负极相同。或者，正极可以具有比各个负极更大的厚度。
[0023]另外，正极材料涂层的体积可以与负极材料涂层的体积相同。或者，正极材料涂层的体积可以大于负极材料涂层的体积。
[0024]在具体实例中，电极层压物可以包含第一基本电池和第二基本电池的组合，所述第一基本电池具有负极设置在正极之间且多孔聚合物膜分别设置在正极与负极之间的结构，所述第二基本电池具有正极设置在负极之间且多孔聚合物膜分别设置在正极与负极之间的结构。
[0025]所述正极材料涂层可以包含由下式I表示的尖晶石结构的锂金属氧化物。
[0026]LixMyMn2_y04_人(I)
[0027]其中0.9彡X彡1.2，0〈y〈2且O彡z<0.2，M为选自如下元素中的至少一种元素:Al、Mg、N1、Co、Fe、Cr、V、T1、Cu、B、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、W、Ti 和 Bi，且 A 为至少一种一价阴离子或二价阴离子。
[0028]另外，式I