TWI536637B - 鋰電極以及含彼之鋰二次電池組 - Google Patents

鋰電極以及含彼之鋰二次電池組 Download PDF

Info

Publication number
TWI536637B
TWI536637B TW103130837A TW103130837A TWI536637B TW I536637 B TWI536637 B TW I536637B TW 103130837 A TW103130837 A TW 103130837A TW 103130837 A TW103130837 A TW 103130837A TW I536637 B TWI536637 B TW I536637B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
lithium
carbonate
secondary battery
current collector
electrode
Prior art date
Application number
TW103130837A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201530867A (zh
Inventor
孫炳國
張民哲
金珉鋤
成多榮
李昇昊
Original Assignee
Ｌｇ化學股份有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ｌｇ化學股份有限公司 filed Critical Ｌｇ化學股份有限公司
Publication of TW201530867A publication Critical patent/TW201530867A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI536637B publication Critical patent/TWI536637B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/76—Containers for holding the active material, e.g. tubes, capsules
    • H01M4/762—Porous or perforated metallic containers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/80—Porous plates, e.g. sintered carriers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0567—Liquid materials characterised by the additives
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/028—Positive electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2300/00—Electrolytes
    • H01M2300/0017—Non-aqueous electrolytes
    • H01M2300/0025—Organic electrolyte
    • H01M2300/0028—Organic electrolyte characterised by the solvent
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381—Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382—Lithium
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Cell Separators (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)

Description

鋰電極以及含彼之鋰二次電池組
本揭示係關於一種鋰電極及一種包括彼之鋰二次電池組，更具體地說一種可防止在鋰二次電池組操作期間鋰樹枝狀結晶生長之鋰電極，和一種包括彼之鋰二次電池組。
本申請案主張2013年9月11日在韓國提出申請之韓國專利申請號10-2013-0109366及2014年9月1日在韓國提出申請之韓國專利申請號10-2014-0115490，彼等以引用方式納入本文中。
近來，對於能量儲存技術的興趣日益增加。在手機、攝錄影機、筆記型電腦、PC和電動車之領域中已廣泛使用電化學裝置作為能源，而導致對彼等之深入研究和開發。
在此方面，電化學裝置是極受關注的主題之一。特別地，充電式二次電池組的開發一直是人們關注的焦點。近來，該等電池組的研究和開發集中在改良容量密度和比能量之新電極和電池組的設計。
目前有許多二次電池組可資利用。其中，1990年早期發展的鋰二次電池組由於彼等比習用以水性電解質為主的電池組(例如Ni-MH、Ni-Cd、和H2SO4-Pb電池組)高的操作電壓及高很多的能量密度之優點，已引起特別的關注。
通常，二次電池組係藉由將由陽極、陰極和置於其間之隔板組成的電極組件以層壓或纏繞結構的形式嵌入電池外殼中且將非水性電解液引入其中而構成。
作為陽極，經常使用鋰電極，該鋰電極通常藉由將鋰箔連接於平面集電器而形成。
圖1顯示藉由將鋰箔連接於平面集電器上製得之習用鋰電極中的電子轉移路徑。
參照圖1，在具有習用鋰電極10的電池組操作之時，電子通過集電器11轉移進入鋰箔12以產生單向流。 由此看來，在鋰表面上的電子密度變得非均勻，且因此會形成鋰樹枝狀結晶。
此等鋰樹枝狀結晶會對隔板造成損壞及在鋰二次電池組中造成短路，因此使電池組的安全性變差。
本揭示旨在解決先前技術的問題，且因此本揭示的目的為提供一種鋰電極，其可增加鋰金屬和集電器之間的接觸面且允許在鋰電極中之均勻電子分佈以防止在鋰二次電 池組的操作期間鋰樹枝狀結晶的生長。
為了實現上述目的，根據本揭示的一方面，提供一種鋰電極，其包含多孔金屬集電器；及***存在於該金屬集電器的孔之鋰金屬。
該鋰金屬之***量以鋰電極的總重量為基準計為1至50wt%。
該金屬集電器可由選自由下列所組成群組中之任一者製成：銅、鎳、鐵、鉻、鋅、不銹鋼及其混合物。
金屬集電器可具有50至99%的孔隙度。
該等孔可具有5至500μm的大小。
該金屬集電器可呈金屬網或金屬發泡體的形式。
根據本揭示的另一方面，提供一種鋰二次電池組，其包含：電極組合件，其包含陰極、陽極、及置於其間之隔板；用於接納該電極組合件之電池殼；及引進電池殼內以含浸電極組合件之非水性電解質溶液，其中該陽極為上述本揭示之鋰電極。
陰極可包含選自由下列所組成群組之陰極活性材料：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(其中M1和M2係各自獨立地選自由下列所組成之群組：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，及x、y和z各自獨立地為形成氧化物之元素的原子分率，其中0x<0.5 ，0y<0.5，0z<0.5，及x+y+z1)，及其混合物。
隔板可為選自由下列所組成群組中之任一者所製成之多孔基材：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚對酞酸乙二酯、聚對酞酸丁二酯、聚酯、聚縮醛、聚醯胺、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二酯及其混合物。
此外，非水性電解質溶液可包含有機溶劑和電解質鹽。
有機溶劑可為選自由下列所組成群組中之任一者：碳酸乙二酯(EC)、碳酸丙二酯(PC)、碳酸1,2-丁二酯、碳酸2,3-丁二酯、碳酸1,2-戊二酯、碳酸2,3-戊二酯、碳酸乙烯二酯、碳酸乙烯基乙二酯、氟碳酸乙二酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、甲醚、***、丙醚、甲基乙基醚、甲基丙基醚、乙基丙基醚、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、γ-己內酯、σ-戊內酯、ε-己內酯及其混合物。
此外，電解質鹽可包含選自由下列所組成群組之陰離子：F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN- 和(CF3CF2SO2)2N-。
電池殼可為圓柱形、稜柱形、袋形、或硬幣形。
根據本揭示的鋰電極可增加鋰金屬和集電器之間的接觸面以改良鋰二次電池組的性能。
此外，鋰電極中可呈現均勻的電子分佈，以防止在鋰二次電池組的操作期間鋰樹枝狀結晶的生長，從而改良鋰二次電池組的安全性。
10、100‧‧‧鋰電極
11‧‧‧集電器
12‧‧‧鋰箔
110‧‧‧多孔金屬集電器
120‧‧‧鋰金屬
附圖顯示本揭示的較佳具體實例，且與前述揭示一起，用於提供本揭示的技術精神之進一步理解。然而，本揭示不應解釋為限於該等圖式。
圖1顯示藉由將鋰箔連接在平面集電器上製得之習用鋰電極中的電子轉移路徑。
圖2顯示根據本揭示的一具體實例製得之鋰電極中的電子轉移路徑。
圖3為顯示根據本揭示的一具體實例製得之鋰電極的表面之SEM照片。
在下文中，將參考附圖詳細描述本揭示的較佳具體實例。在說明之前，應該理解的是，在說明書和所附申請專 利範圍中所使用的詞語或術語不應解釋為限於一般和字典意義，而是應以允許發明人對最佳解釋適當地定義術語之原則的基礎根據對應於本揭示的技術方面的意義和概念來解釋。
因此，附圖和具體實例中所示的結構只是為了說明之較佳實例而已，並不意欲限制本揭示的範圍，所以應理解的是：可在不脫離本揭示的精神和範圍下對其作出其他等效物和改良。
圖2顯示在根據本揭示的一具體實例製備之鋰電極中的電子轉移路徑，和圖3為顯示根據本揭示的一具體實例製備之鋰電極的表面之SEM照片。
參照圖2和3，根據本揭示的一方面之鋰電極100包含多孔金屬集電器110；及***存在於該金屬集電器110中的孔內之鋰金屬120。
為了將鋰金屬***存在於多孔金屬集電器中之孔，將鋰箔放在多孔金屬集電器110上，接著輥壓以將鋰箔***孔中，或將鋰箔熔融和然後引入孔中。此外，將形成金屬集電器之金屬粉和鋰金屬粉彼此混合以獲得漿料並經由刮刀式塗佈(Comma Coating)法、棒塗法或縫隙式模具法將漿料塗佈在基板上，從而製備本揭示之鋰電極100。
已藉由將鋰箔連接在平面集電器上製備習用鋰電極。在此情況下，雖然具有該種鋰電極操作之電池組，電子通過平面集電器轉移進入鋰箔以製造一單向流，從而形成鋰樹枝狀結晶。此等鋰樹枝狀結晶會對隔板造成損傷且在該 鋰二次電池組中造成短路，因此使電池的安全性變差。
本揭示之鋰電極具有鋰金屬***存在於該多孔金屬集電器110中的孔內之結構，且該類結構可增加充當電極活性材料之鋰和集電器之間的接觸面，以允許電子均勻地分佈在鋰的表面上。此可改良鋰二次電池組之性能，且可防止鋰樹枝狀結晶的生長以改良鋰二次電池組的安全性。
在本揭示中，鋰金屬120存在量以鋰電極120的總重量為基準計可為1至50wt%，較佳為3至30wt%，更佳為5至20wt%。當符合該等含量範圍時，即使充電和放電過程持續超過100次循環，可防止鋰樹枝狀結晶的生長，從而抑制短路的發生。同時，如果鋰金屬120的含量低於1wt%時，難以用作鋰電極，且如果鋰金屬120的含量超過50wt%時，鋰金屬120可能填充多孔金屬集電器110的全部孔，使得難以得到使用多孔金屬集電器110的效果。
在本揭示中，金屬集電器110可由選自由下列所組成群組中之任一者製成：銅、鎳、鐵、鉻、鋅、不銹鋼及其混合物，但不限於此，只要在欲使用之電壓區域中是穩定的金屬製成即可。
此外，當金屬集電器110具有較高孔隙度和較小大小時，可獲得較佳之防止鋰樹枝狀結晶生長的效果。在本揭示中，金屬集電器110可具有50至99%的孔隙度，及金屬集電器110中所形之孔可具有5至500μm之大小。從而，雖然在充電和放電過程持續超過100次循環，可防止 鋰樹枝狀結晶之生長，且因此可抑制短路的發生。
該金屬集電器110可呈金屬網或金屬發泡體的形式。
同時，根據本揭示的另一方面，提供一種鋰二次電池組，其包含：電極組合件，其包含陰極、陽極、及置於其間之隔板；用於接納該電極組合件之電池殼；及引進電池殼內以含浸電極組合件之非水性電解質溶液，其中該陽極為上述本揭示之鋰電極。
陰極包含陰極集電器和在該陰極集電器之一或二表面上形成之陰極活性材料層。陰極集電器的非限制例包括鋁鎳或其組合製成之箔。該陰極活性材料可包含選自由下列所組成群組之陰極活性材料：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNi1-x-y-zCoxM1yM2zO2(其中M1和M2係各自獨立地選自由下列所組成之群組：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，及x、y和z各自獨立地為形成氧化物之元素的原子分率，其中0x<0.5，0y<0.5，0z<0.5，及x+y+z1)，及其混合物。
陰極活性材料層可進一步包含導電材料，以提高導電性。如果導電材料為在電化學裝置中不會引起化學變化之導電材料，則其並沒有限制。作為導電材料，通常可使用碳黑、石墨、碳纖維、碳奈米管、金屬粉末、及導電金屬氧化物，且市售導電材料的例子包括乙炔黑系列(Chevron化學公司或Gulf石油公司)、科琴(Ketjen)黑EC系列(Armak公司)、Vulcan、XC-72(Cabot公司)及超級 P(MMM碳公司)。特別地，可提及乙炔黑、碳黑、石墨等等。
此外，作為可將陰極活性材料保留在陰極集電器中且可充當活性材料之間的接合物之黏合劑，可使用各種黏合劑，例如，聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯(PVDF-共-HFP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、苯乙烯-丁二烯橡膠(SBR)、羧甲基纖維素(CMC)、等等。
同時，本揭示中可使用之隔板包括該技藝中習用之任何一者，例如，以聚烯烴為主之聚合物製成之多孔膜或非織物，但並不限於此。
以聚烯烴為主之多孔膜可得自選自下列之聚合物：聚乙烯類諸如高密度聚乙烯、線性低密度聚乙烯、低密度聚乙烯和超高分子量聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、及其混合物。
非織物可為以聚烯烴為主之非織物，或由選自下列之聚合物製成的非織物：聚對酞酸乙二酯、聚對酞酸丁二酯、聚酯、聚縮醛、聚醯胺、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二酯及其混合物。非織物可為結構中由長纖維組成之紡黏或熔噴織物。
多孔基材可具有1至100μm的厚度，較佳為5至50μm，但不特別限定於此。
此外，多孔基材可具有0.01至50μm的孔徑和10至95%的孔隙度，但不特別限定於此。
同時，本揭示中所使用之非水性電解質溶液包含鋰鹽作為電解質鹽。該鋰鹽可為習用於鋰二次電池組用之電解質溶液中的任一者。例如，鋰鹽的陰離子可選自由下列所組成群組中之任一者：F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-和(CF3CF2SO2)2N-。
本揭示中所使用之非水性電解質溶液包含習用於鋰二次電池組用之電解質溶液中的有機溶劑，例如，醚類、酯類、醯胺類、直鏈碳酸酯類、環狀碳酸酯類、及其混合物。
此等之中，代表性地使用直鏈碳酸酯、環狀碳酸酯、或其混合物。
環狀碳酸酯可選自由下列所組成之群組：碳酸乙二酯(EC)、碳酸丙二酯(PC)、碳酸1,2-丁二酯、碳酸2,3-丁二酯、碳酸1,2-戊二酯、碳酸2,3-戊二酯、碳酸乙烯二酯、碳酸乙烯基乙二酯、其鹵化物及其混合物。鹵化物的例子包括碳酸氟乙二酯(FEC)等等，但並不限於此。
直鏈碳酸酯可選自由下列所組成之群組：碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯及其混合物，但並不限於此。
特別是，上述以碳酸酯為主之有機溶劑中，環狀碳酸酯諸如碳酸乙二酯和碳酸丙二酯具有高黏度和高介電常數，以更容易離解在電解液中的鋰鹽。該類環狀碳酸酯可與低黏度和低介電常數的直鏈碳酸酯(如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯)以適當比例混合以提供具有高導電性之電解質溶液。
此外，可用作有機溶劑之醚係選自由下列所組成群組中之任一者：甲醚、***、丙醚、甲基乙基醚、甲基丙基醚、乙基丙基醚及其混合物，但並不限於此。
此外，可用作有機溶劑之酯係選自由下列所組成群組中之任一者：乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、γ-己內酯、σ-戊內酯、ε-己內酯及其混合物，但並不限於此。
非水性電解質的引入取決於製造方法和最終產品的所要物理性能，可在電化學裝置的製造期間以任何適當步驟進行。具體而言，電解質可在組裝電池組之前或組裝的最後步驟中引入。
此外，本揭示之鋰二次電池組可藉由隔板和電極的堆疊(層壓)、折疊和堆疊/折疊，以及習用纏繞方法製備。此外，該電池殼可為圓柱形、稜柱形、袋形、或硬幣形。
在下文中，將透過具體實例詳細描述本揭示。然而，本文中提出的描述僅僅是為了說明之較佳實例而已，並不意欲限制本發明的範圍，所以應該理解的是，提供實例是為了對一般技藝人士更好解釋。
1. 實例1 (1)陰極的製備
將作為陰極活性材料的LiCoO2、作為導電材料的超級P、聚偏二氟乙烯(PVDF)以分別95wt%、2.5wt%和2.5wt%之量混合，以獲得陰極活性材料之漿料，並將該漿料塗佈在鋁集電器上，接著乾燥以製備陰極。
(2)陽極的製備
將鋰箔放在為銅發泡體形式並具有400μm的平均孔徑和90%的孔隙度之集電器上，並以輥壓機將鋰箔插進銅發泡體之孔中，以製備陽極。此時，鋰的量以陽極的總重量為基準計為5wt%。
(3)鋰二次電池組的製備
將以丙烯為主的多孔膜置於上述製備的陰極和陽極之間以獲得電極組合件。將電極組合件***袋型電池殼中，其中非水電解質溶液(1M LiPF6，EC：EMC=3：7(vol/vol))，接著完全密封，以製備鋰二次電池組。
2. 實例2
重複實例1的步驟，除了鋰的量以在陽極製備中的陽極之總重量為基準計為10wt%之外，以製備鋰二次電池組。
3. 實例3
重複實例1的步驟，除了鋰的量以在陽極製備中的陽極之總重量為基準計為20wt%之外，以製備鋰二次電池組。
4. 實例4
重複實例1的步驟，除了鋰的量以在陽極製備中的陽極之總重量為基準計為30wt%之外，以製備鋰二次電池組。
5. 實例5
重複實例1的步驟，除了鋰的量以在陽極製備中的陽極之總重量為基準計為50wt%之外，以製備鋰二次電池組。
6. 比較例1
重複實例1的步驟，除了鋰的量以在陽極製備中的陽極之總重量為基準計為60wt%之外，以製備鋰二次電池組。
7. 比較例2
重複實例1的步驟，除了鋰的量以在陽極製備中的陽極之總重量為基準計為70wt%之外，以製備鋰二次電池組。
8. 比較例3
重複實例1的步驟，但是使用一般銅箔作為集電器，代替銅發泡材形式，其上亦層壓鋰箔，以製備鋰二次電池組。
9. 評估鋰二次電池組之短路
評估實例和比較例中所製備之鋰二次電池組短路發生的時間。為此，將電池重複地用0.1C的電流密度進行充電和用0.1C的電流密度進行放電。其結果顯示於表1中。
如表1中所示，短路發生的時間在比較例的電池組中比實例的電池組短。也就是說，因為實例的電池組包含具有多孔金屬集電器之鋰電極，所以已確認彼等防止鋰樹枝狀結晶的生長，從而減少電池組的短路。同時，在其中鋰的量超過50wt%之比較例1和2中，在與不具有多孔金屬集電器的比較例3相同之循環發生短路。從這些結果可 知，過量之鋰覆蓋多孔金屬集電器之整個孔，使得難以獲得衍生自使用多孔金屬集電器的效果。
上述揭示係只經由說明的方式給予，且在本揭示的精神和範圍內的各種改變和修正，熟知該項技術者從此詳細描述將變得顯而易見。因此，應該理解的是：提供本揭示的例子只為了說明目的，並對具有一般技藝之人士技更好地解釋，並不打算限制本揭示之範圍。所要保護的範圍應由申請專利範圍來限定，所有技術精神與其等效物應解釋為落在本揭示的範圍內。
10‧‧‧鋰電極
11‧‧‧集電器
12‧‧‧鋰箔

Claims (12)

  1. 一種鋰電極，其包含：多孔金屬集電器；及***存在於該金屬集電器中的孔內之鋰金屬，其中該鋰金屬之***量以該多孔金屬集電器與該鋰金屬的總重量為基準計為1至50wt%。
  2. 如申請專利範圍第1項之鋰電極，其中該金屬集電器係由選自由下列所組成群組中之任一者製成：銅、鎳、鐵、鉻、鋅、不銹鋼及其混合物。
  3. 如申請專利範圍第1項之鋰電極，其中該金屬集電器具有50至99%的孔隙度。
  4. 如申請專利範圍第1項之鋰電極，其中該等孔具有5至500μm的大小。
  5. 如申請專利範圍第1項之鋰電極，其中該金屬集電器係呈金屬網或金屬發泡體的形式。
  6. 一種鋰二次電池組，其包含：電極組合件，其包含陰極、陽極、及置於其間之隔板；用於接納該電極組合件之電池殼；及引進電池殼內以含浸電極組合件之非水性電解質溶液，其中該陽極為如申請專利範圍第1至5項中任一項之鋰電極。
  7. 如申請專利範圍第6項之鋰二次電池組，其中該 陰極包含選自由下列所組成群組之陰極活性材料：LiCoO2、LiNiO2、LiMn2O4、LiCoPO4、LiFePO4、LiNiMnCoO2、LiNi1-x-y-zCoxMlyM2zO2(其中M1和M2係各自獨立地選自由下列所組成之群組：Al、Ni、Co、Fe、Mn、V、Cr、Ti、W、Ta、Mg和Mo，及x、y和z各自獨立地為形成氧化物之元素的原子分率，其中0x<0.5，0y<0.5，0z<0.5，及x+y+z1)，及其混合物。
  8. 如申請專利範圍第6項之鋰二次電池組，其中該隔板為選自由下列所組成群組中之任一者製成之多孔基材：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚戊烯、聚對酞酸乙二酯、聚對酞酸丁二酯、聚酯、聚縮醛、聚醯胺、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醚醚酮、聚醚碸、聚苯醚、聚苯硫醚、聚萘二甲酸乙二酯及其混合物。
  9. 如申請專利範圍第6項之鋰二次電池組，其中該非水性電解質溶液包含有機溶劑和電解質鹽。
  10. 如申請專利範圍第9項之鋰二次電池組，其中該有機溶劑係選自由下列所組成群組中之任一者：碳酸乙二酯(EC)、碳酸丙二酯(PC)、碳酸1,2-丁二酯、碳酸2,3-丁二酯、碳酸1,2-戊二酯、碳酸2,3-戊二酯、碳酸乙烯二酯、碳酸乙烯基乙二酯、碳酸氟乙二酯(FEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、甲醚、***、丙醚、甲基乙基醚、甲基丙基醚、乙基丙基醚、乙酸甲酯、乙酸 乙酯、乙酸丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、γ-丁內酯、γ-戊內酯、γ-己內酯、σ-戊內酯、ε-己內酯及其混合物。
  11. 如申請專利範圍第9項之鋰二次電池組，其中該電解質鹽包含選自由下列所組成群組之陰離子：F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、F3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-和(CF3CF2SO2)2N-。
  12. 如申請專利範圍第6項之鋰二次電池組，其中該電池殼為圓柱形、稜柱形、袋形、或硬幣形。
TW103130837A 2013-09-11 2014-09-05 鋰電極以及含彼之鋰二次電池組 TWI536637B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20130109366 2013-09-11
KR1020140115490A KR101621412B1 (ko) 2013-09-11 2014-09-01 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201530867A TW201530867A (zh) 2015-08-01
TWI536637B true TWI536637B (zh) 2016-06-01

Family

ID=53024330

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103130837A TWI536637B (zh) 2013-09-11 2014-09-05 鋰電極以及含彼之鋰二次電池組

Country Status (8)

Country Link
US (1) US9673443B2 (zh)
EP (1) EP2942827B1 (zh)
JP (2) JP6400094B2 (zh)
KR (1) KR101621412B1 (zh)
CN (1) CN105009330B (zh)
RU (1) RU2644006C2 (zh)
TW (1) TWI536637B (zh)
WO (1) WO2015037868A1 (zh)

Families Citing this family (30)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101621410B1 (ko) * 2013-09-11 2016-05-16 주식회사 엘지화학 리튬 전극 및 그를 포함하는 리튬 이차전지
GB201501507D0 (en) 2015-01-29 2015-03-18 Sigma Lithium Ltd Composite materials
KR102490865B1 (ko) 2015-06-18 2023-01-20 삼성에스디아이 주식회사 전극 조립체 및 이를 포함하는 리튬 전지
KR102069826B1 (ko) * 2015-07-22 2020-01-23 주식회사 엘지화학 다공성 리튬전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지
US20170040605A1 (en) 2015-08-03 2017-02-09 Google Inc. Micro-Porous Battery Substrate
CN107658472B (zh) * 2016-07-25 2020-12-15 株式会社Lg 化学 包含网眼型集电器的负极、包含其的锂二次电池和其制造方法
CN109478635B (zh) * 2016-10-05 2022-04-08 株式会社Lg化学 锂金属二次电池用负极和包含其的锂金属二次电池
KR102142552B1 (ko) 2016-10-05 2020-08-10 주식회사 엘지화학 리튬금속 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬금속 이차전지
JP6998551B2 (ja) 2017-05-18 2022-02-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
JP6998550B2 (ja) 2017-05-18 2022-02-10 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
US10741835B1 (en) * 2017-08-18 2020-08-11 Apple Inc. Anode structure for a lithium metal battery
KR20190076769A (ko) * 2017-12-22 2019-07-02 주식회사 포스코 리튬 금속 음극, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
CN108390014B (zh) * 2018-01-08 2022-05-31 华南师范大学 泡沫镍负载不同形貌一氧化钴纳米材料的制备方法
JP7113227B2 (ja) 2018-03-09 2022-08-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
JP7113226B2 (ja) 2018-03-09 2022-08-05 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
US11145891B2 (en) 2018-04-24 2021-10-12 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium metal secondary battery and method for producing the same
DE102018112639A1 (de) * 2018-05-25 2019-11-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Kathodenanordnung und Verfahren zu deren Herstellung
EP3576185B1 (en) 2018-05-31 2023-02-01 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
JP7194940B2 (ja) 2018-05-31 2022-12-23 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
EP3576183B1 (en) 2018-05-31 2023-05-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
EP3576196A1 (en) 2018-05-31 2019-12-04 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
EP3576184B1 (en) 2018-05-31 2023-05-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
JP2019212605A (ja) 2018-05-31 2019-12-12 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
JP7289072B2 (ja) 2018-05-31 2023-06-09 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 リチウム二次電池
EP3576191B1 (en) 2018-05-31 2022-10-05 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
EP3576186B1 (en) 2018-05-31 2023-05-31 Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. Lithium secondary battery
KR20200018259A (ko) * 2018-08-10 2020-02-19 주식회사 엘지화학 리튬 금속 전지용 음극, 이의 제조 방법, 및 이를 포함하는 리튬 금속 전지
CN113809326A (zh) * 2020-06-11 2021-12-17 上海轩玳科技有限公司 一种全固态锂离子电池制造工艺方法
WO2022205134A1 (zh) * 2021-03-31 2022-10-06 宁德新能源科技有限公司 电化学装置和电子装置
CN113707845B (zh) * 2021-08-28 2023-01-17 上海大学 一种钾金属电池负极及其制备方法和应用、钾金属电池

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02309558A (ja) * 1989-05-24 1990-12-25 Sumitomo Electric Ind Ltd リチウム２次電池用負極
JPH04286864A (ja) * 1991-03-15 1992-10-12 Hitachi Ltd 二次電池
JPH0729596A (ja) * 1993-07-14 1995-01-31 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> リチウム二次電池
JP2000173595A (ja) * 1998-12-08 2000-06-23 Sony Corp 複合負極及びそれを用いた二次電池
JP2002117908A (ja) 2000-10-06 2002-04-19 Sony Corp 非水電解液電池
WO2002061863A1 (en) * 2001-01-31 2002-08-08 Korea Institute Of Science And Technology A lithium electrode dispersed in porous 3-dimensional current collector, its fabrication method and lithium battery comprising the same
AU2003292781A1 (en) * 2002-12-26 2004-07-22 Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha Electrical storage device and method for manufacturing electrical storage device
KR100559364B1 (ko) * 2003-05-09 2006-03-10 한국과학기술연구원 다공성의 3차원 집전체로 구성된 전극과 이를 이용한리튬전지, 및 그 제조방법
TWI237417B (en) 2003-07-25 2005-08-01 Hon Hai Prec Ind Co Ltd Electrode structure and rechargeable lithium battery using the same
KR100521473B1 (ko) * 2004-11-23 2005-10-12 삼성에스디아이 주식회사 리튬 전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 전지
JP4842633B2 (ja) * 2005-12-22 2011-12-21 富士重工業株式会社 電池又はキャパシタ用リチウム金属箔の製造方法
WO2009131700A2 (en) 2008-04-25 2009-10-29 Envia Systems, Inc. High energy lithium ion batteries with particular negative electrode compositions
JP5605749B2 (ja) * 2010-05-31 2014-10-15 住友電気工業株式会社 リチウム電池用合金負極とその製造方法およびリチウム電池
JP2011249260A (ja) * 2010-05-31 2011-12-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 非水電解質電池用集電体、及び非水電解質電池用電極、並びに非水電解質電池
JP5636901B2 (ja) * 2010-11-18 2014-12-10 トヨタ自動車株式会社 二次電池用負極及び空気二次電池
KR20120111508A (ko) * 2011-04-01 2012-10-10 주식회사 엘지화학 이차전지용 전극 집전체 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
CN102437313A (zh) * 2011-12-08 2012-05-02 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种大功率金属锂电池用负电极
CN102437310A (zh) * 2011-12-08 2012-05-02 中国电子科技集团公司第十八研究所 一种粉末锂电极的制备方法
CN104205445A (zh) * 2012-03-22 2014-12-10 住友电气工业株式会社 集电体用三维网状金属多孔体、电极以及非水电解质二次电池
CN102683639B (zh) 2012-06-12 2016-03-23 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池阳极片及使用该阳极片的锂离子电池
US20140272558A1 (en) * 2013-03-14 2014-09-18 GM Global Technology Operations LLC Electrode for a lithium-based secondary electrochemical device and method of forming same

Also Published As

Publication number Publication date
KR20150030157A (ko) 2015-03-19
US9673443B2 (en) 2017-06-06
WO2015037868A1 (ko) 2015-03-19
EP2942827A1 (en) 2015-11-11
JP6542330B2 (ja) 2019-07-10
RU2015136806A (ru) 2017-10-16
RU2644006C2 (ru) 2018-02-07
EP2942827A4 (en) 2016-08-10
KR101621412B1 (ko) 2016-05-16
CN105009330A (zh) 2015-10-28
US20150280212A1 (en) 2015-10-01
JP2016527680A (ja) 2016-09-08
JP6400094B2 (ja) 2018-10-03
JP2018026365A (ja) 2018-02-15
EP2942827B1 (en) 2020-05-13
CN105009330B (zh) 2018-01-05
TW201530867A (zh) 2015-08-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI536637B (zh) 鋰電極以及含彼之鋰二次電池組
TWI539648B (zh) 鋰電極及包括彼之鋰二次電池
KR102140129B1 (ko) 메쉬 형태의 절연층을 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102160708B1 (ko) 이중 보호층이 형성된 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102160701B1 (ko) 천공 구조의 집전체를 포함하는 전극, 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102328253B1 (ko) 전도성 직물로 형성된 보호층을 포함하는 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR102003297B1 (ko) 패터닝 리튬전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지
KR102420592B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극의 제조방법
KR102069826B1 (ko) 다공성 리튬전극과 그 제조방법 및 이를 이용한 리튬 이차전지
JP2018018821A (ja) メッシュ形態の集電体を含む負極、これを含むリチウム二次電池及びこの製造方法
JP2020534654A (ja) リチウム二次電池用負極、この製造方法及びこれを含むリチウム二次電池
KR20180000697A (ko) 리튬 이차전지 및 이의 제조방법
JP2020511752A (ja) リチウム電極およびそれを含むリチウム二次電池
KR102651783B1 (ko) 리튬 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차전지
KR20180021639A (ko) 리튬 전극 및 이의 제조방법
JP2024501341A (ja) リチウム二次電池用負極及びこれを含むリチウム二次電池