可充電鋰電池制造技術

一種可充電鋰電池，包括：正極，該正極具有能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子的正極活性物質；負極，該負極具有負極活性物質；及電解液，其中在該可充電鋰電池充放電之后，正極的表面粗糙度的算術平均值Ｒａ為１５５～４１９ｎｍ，負極的表面粗糙度的算術平均值Ｒａ為１８３～１１５９ｎｍ。（*該技術在2024年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】
?可充電鋰電池??????????????????相關申請的交叉參考本申請基于2003年9月26日提交韓國知識產權局的第2003-66900號申請，其公開內容引入本文作為參考。???????????????????
本專利技術涉及一種可充電鋰電池，更具體地，本專利技術涉及具有有效循環壽命特性的可充電鋰電池。???????????????????
技術介紹
目前的商用可充電鋰電池具有比常規的鎳-鎘電池和鎳-氫電池高的功率和能量密度，并且基本上產生4V的電壓，換言之，它們具有3.7V的平均放電電位。這種電池被認為是數字時代的基本元件，因為它是便攜式數字設備如移動電話、筆記本電腦、攝錄機等簡稱為3C設備不可缺少的能源。正極使用能夠嵌入和脫出鋰離子的氧化物，負極使用能夠嵌入和脫出鋰離子的碳質材料。盡管可充電鋰電池具有有效的電池性能，如高功率和能量密度，但是產業的發展需要更高的循環壽命特性，且已經對此開展了各種研究。???????????????????
技術實現思路
一方面，本專利技術提供一種具有有效循環壽命特性的可充電鋰電池。本專利技術的該方面和/或其它方面可以通過這樣的可充電鋰電池來實現，該可充電鋰電池包括：正極，該正極具有能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子的正極活性物質；負極，該負極具有負極活性物質；及電解液。該可充電鋰電池充放電之后，正極的表面粗糙度的算術平均值Ra為155～419nm，或者負極的表面粗糙度的算術平均值Ra為183～1159nm。作為選擇，正極和負極可以同時均有各自范圍的表面粗糙度的算術平均值。正極活性物質通常為鎳基活性物質，或者鎳基活性物質與其它活性物質-->(如鈷基或錳基活性物質)的混合物。本專利技術的其它方面和/或優點將部分在隨后的說明中闡述，部分從該說明中顯而易見，也可以通過本專利技術的實施來了解。??????????????????????附圖說明結合附圖，通過下面的具體實施方式的說明，本專利技術的這些和/或其它方面和優點將會變得更加顯而易見和更容易理解，在附圖中：圖1給出了根據本專利技術實施方案的可充電鋰電池；及圖2給出了測量本專利技術的電極的表面粗糙度所用的電極樣品的采集部分的實施方案。????????????????????具體實施方式現將詳述本專利技術的實施方案，其實例圖示于附圖中，其中相同的附圖標記始終代表相同的組成部分。現將參照附圖說明該實施方案，以便解釋本專利技術。本專利技術涉及一種可充電鋰電池，其通過控制正極或負極或者正極和負極的表面粗糙度而具有改進的循環壽命特性。本專利技術通過控制電極的表面粗糙度來提高電池性能，但是本專利技術沒有采用迄今為止關于表面粗糙度對電池性能的特定影響的研究。例如，US6365300揭示，負極的表面粗糙度是激活無機電解質層之生成的因素之一，所述無機電解質層可以防止在鋰金屬活性物質上形成鋰金屬的枝晶，但是該專利未提及表面粗糙度對循環壽命特性的影響。US6051340中所公開的集電體的表面粗糙度值，僅僅是有關能夠與鋰形成合金的金屬負極的物理性質數據。而且，US?6051340也未提及表面粗糙度對電池性能的影響。另外，US?5631100公開了集電體的表面粗糙度，但是該表面粗糙度對容量保持率沒有影響，因為降低表面粗糙度并不提高容量保持率。因此，本領域的技術人員很好理解，從這些文獻中并不能得知本專利技術的控制表面粗糙度對循環壽命特性的提高作用。表面粗糙度定義為算術平均值Ra和均方根值Rq。算術平均值Ra是指各峰的算術平均值(視電極表面的最高和最低部分而定)，均方根值Rq是指各峰的均方根值rms(root?mean?square)。Ra和Rq越低，表明表面越一致。本專利技術的可充電鋰電池包括正極，負極，及電解液。正極和負極分別包-->含能夠嵌入和脫出鋰離子的活性物質。在組裝電池之后和充放電之前，優選正極的表面粗糙度的算術平均值Ra(下文中簡稱為“Ra”)為141～359nm，更優選為150～300nm。優選正極的均方根值Rq(下文中簡稱為“Rq”)為196～500nm，更優選為215～450nm。作為選擇，即使正極的表面粗糙度超出這些范圍，165～965nm的負極表面粗糙度Ra也可以實現本專利技術的效果。一般地，有效的負極具有211～1250nm，特別是240～700nm的Rq。當正極和負極的表面粗糙度均在這些范圍時，也可以實現本專利技術的效果，這對于本領域的技術人員而言是容易理解的。在充放電期間，具有上述表面粗糙度的可充電鋰電池中的表面粗糙度增加，對于正極而言，Ra可達155～419nm，特別是155～385nm；Rq可達219～591nm，特別是219～535nm。此外，負極的表面粗糙度也增加，Ra可達183～1159nm，特別是183～1141nm，尤其是183～450nm；Rq可達238～1518nm，特別是255～1487nm，尤其是255～1000nm。充放電之后的表面粗糙度值是這樣得到的：拆解充放電過的電池并對其進行預處理，然后測量從中央部分采集的樣品，如圖2所示。如果電極的縱向總長度和寬度為100％，則中央部分是相當于其60％的部分，左右部分各為20％，見圖2。另外，中央部分不包括電極盤繞的折疊部分。所述預處理如此進行：將所采集的樣品在碳酸二甲酯等有機溶劑中浸泡1～3分鐘，然后在大約40℃的溫度和10.0～1×10-8托的真空下，將其干燥30分鐘至1小時。充放電是以0.1～2.0C(通常為0.2～1.5C)的充電速度，及0.1～2.0C(通常為0.2～1.5C)的放電速度進行的。按面積計，充電電流密度為0.1～5.0mA/cm2，且通常為0.2～4.0mA/cm2；按面積計，放電電流密度為0.1～5.0mA/cm2，且通常為0.2～4.0mA/cm2。充放電操作是在上述條件下進行的。對充放電的重復次數沒有限制，但是充放電操作通常進行若干次，這也是本領域中公知的形成操作和標準操作。充放電之后，電池以充電或放電的狀態存在，或者以正在充電或放電的狀態存在。而且，充放電之后，電池的開路電壓(OCV)為1.0～5.5V，優選為1.5～4.5V。負極活性物質是能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子的碳質材料。碳質材料可以是結晶或無定形的碳質材料，并且一般為結晶的碳質材料，其在X-射線-->衍射中具有至少20nm的Lc(微晶尺寸)，并且具有700℃或更高溫度的放熱峰。結晶的碳質材料通常是通過碳化介晶相的球形顆粒并使之碳化了的材料石墨化而制備的碳質材料，也可以是通過碳化和石墨化而制備的石墨纖維。正極活性物質可以是可充電鋰電池中常用作正極活性物質的任何化合物。其實例是選自下面式1至18所示的化合物中的一種：LiNiO2???????????????????????(1)LiCoO2???????????????????????(2)LiMnO2???????????????????????(3)LiMn2O4?????????????????????(4)LiaNibBcMdO2????????????(5)(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)LiaNibCocMndMeO2??????(6)(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可充電鋰電池，包括：正極，該正極包含能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子的正極活性物質；負極，該負極包含負極活性物質；及電解液，其中在該可充電鋰電池充放電之后，所述正極的表面粗糙度的算術平均值Ｒａ為１５５～４１９ｎ ｍ。

【技術特征摘要】
KR 2003-9-26 0066900/031.一種可充電鋰電池，包括：正極，該正極包含能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子的正極活性物質；負極，該負極包含負極活性物質；及電解液，其中在該可充電鋰電池充放電之后，所述正極的表面粗糙度的算術平均值Ra為155～419nm。2.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中所述表面粗糙度的算術平均值Ra為155～385nm。3.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之后，所述正極的表面粗糙度的均方根值Rq為219～591nm。4.根據權利要求3的可充電鋰電池，其中所述均方根值Rq為219～535nm。5.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述算術平均值Ra為141～359nm。6.根據權利要求5的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述算術平均值Ra為150～300nm。7.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，均方根值Rq為196～500nm。8.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述均方根值Rq為196～500nm。9.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.1～2.0C的充電速度和0.1～2.0C的放電速度進行的。10.根據權利要求9的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.2～1.5C的充電速度和0.2～1.5C的放電速度進行的。11.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.1～5.0mA/cm2的充電電流和0.1～5.0mA/cm2的放電電流進行的。12.根據權利要求11的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.2～4.0mA/cm2的充電電流和0.2～4.0mA/cm2的放電電流進行的。13.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池以充電的狀-->態存在。14.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池以正在放電的狀態存在。15.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池的開路電壓(OCV)為1.0～5.5V。16.根據權利要求15的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池的OCV為1.5～4.5V。17.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中該正極的密度為3.0～3.90g/cc。18.根據權利要求1的可充電鋰電池，其中該正極活性物質為選自下面式1至18所示的化合物中的一種或至少兩種，或者在該正極表面上具有所述正極活性物質的涂層：LiNiO2???????????????????(1)LiCoO2???????????????????(2)LiMnO2???????????????????(3)LiMn2O4?????????????????(4)LiaNibBcMdO2????????(5)(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)LiaNibCocMndMeO2???(6)(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)LiaNiMbO2??????????????(7)(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)LiaCoMbO2??????????????(8)(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)LiaMnMbO2??????????????(9)(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)LiaMn2MbO4????????????(10)(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)DS2??????????????????????(11)LiDS2????????????????????(12)-->V2O5?????????????????????????(13)LiV2O5???????????????????????(14)LiEO2?????????????????????????(15)LiNiVO4???????????????????????(16)Li(3-x)Fx(PO4)3(0≤x≤3)?????(17)Li(3-x)Fe2(PO4)3(0≤x≤2)??(18)式中B為Co或Mn；D為Ti或Mo；E選自Cr，V，Fe，Sc，及Y；F選自V，Cr，Mn，Co，Ni，及Cu；以及M為選自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr和V中的至少一種過渡金屬或鑭系元素。19.根據權利要求18的可充電鋰電池，其中該正極活性物質為鎳基化合物或者鎳基化合物與其它化合物的混合物，其中該鎳基化合物為選自下面式1，5-7，及16中的一種或至少兩種，該其它化合物為選自下面式2-4，8-15，及17-18中的一種或至少兩種，且所述正極的算術平均值Ra為155～356nm：LiNiO2????????????????????(1)LiCoO2????????????????????(2)LiMnO2????????????????????(3)LiMn2O4??????????????????(4)LiaNibBcMdO2?????????(5)(0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)LiaNibCocMndMeO2????(6)(0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)LiaNiMbO2?????????????(7)(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)LiaCoMbO2?????????????(8)(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)LiaMnMbO2?????????????(9)(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)LiaMn2MbO4??????????(10)-->(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)DS2??????????????????????????(11)LiDS2????????????????????????(12)V2O5????????????????????????(13)LiV2O5??????????????????????(14)LiEO2????????????????????????(15)LiNiVO4??????????????????????(16)Li(3-x)F2(PO4)3(0≤x≤3)???(17)Li(3-x)Fe2(PO4)3(0≤x≤2)??(18)(式中B為Co或Mn；D為Ti或Mo；E選自Cr，V，Fe，Sc，及Y；F選自V，Cr，Mn，Co，Ni，及Cu；以及M為選自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr和V中的至少一種過渡金屬或鑭系元素)。20.根據權利要求19的可充電鋰電池，其中所述算術平均值Ra為155～280nm。21.根據權利要求19的可充電鋰電池，其中該正極的均方根值Rq為219～498nm。22.根據權利要求21的可充電鋰電池，其中所述均方根值Rq為219～350nm。23.一種可充電鋰電池，包括：正極，該正極包含能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子的正極活性物質；負極，該負極包含負極活性物質；及電解液，其中在該可充電鋰電池充放電之后，所述負極的表面粗糙度的算術平均值Ra為183～1159nm。24.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中所述表面粗糙度的算術平均值Ra為183～1141nm。25.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之后，所述負極的表面粗糙度的均方根值Rq為238～1518nm。-->26.根據權利要求25的可充電鋰電地，其中所述均方根值Rq為255～1487nm。27.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，算術平均值Ra為165～965nm。28.根據權利要求27的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述算術平均值Ra為180～500nm。29.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，均方根值Rq為211～1250nm。30.根據權利要求29的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述均方根值Rq為240～700nm。31.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.1～2.0C的充電速度和0.1～2.0C的放電速度進行的。32.根據權利要求31的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.2～1.5C的充電速度和0.2～1.5C的放電速度進行的。33.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.1～5.0mA/cm2的充電電流和0.1～5.0mA/cm2的放電電流進行的。34.根據權利要求33的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.2～4.0mA/cm2的充電電流和0.2～4.0mA/cm2的放電電流進行的。35.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池以充電的狀態存在。36.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池以正在放電的狀態存在。37.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池的開路電壓(OCV)為1.0～5.5V。38.根據權利要求37的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池的OCV為1.5～4.5V。39.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中所述負極的密度為1.10～2.00g/cc。40.根據權利要求23的可充電鋰電池，其中所述負極活性物質為碳質材料。41.根據權利要求40的可充電鋰電池，其中該碳質材料在Lc的c軸方-->向上具有至少20nm的結晶尺寸，且具有至少700℃的放熱峰。42.根據權利要求40的可充電鋰電池，其中該碳質材料是通過碳化介晶相球形顆粒并使之石墨化而制備的結晶碳質材料，或者是通過碳化纖維狀介晶瀝青并使之石墨化而制備的纖維狀結晶碳質材料。43.一種可充電鋰電池，包括：正極，該正極包含能夠可逆地嵌入和脫出鋰離子的正極活性物質；負極，該負極包含負極活性物質；及電解液，其中在該可充電鋰電池充放電之后，所述正極的表面粗糙度的算術平均值Ra為155～419nm；所述負極的表面粗糙度的算術平均值Ra為183～1159nm。44.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中所述正極的表面粗糙度的算術平均值Ra為155～385nm，所述負極的表面粗糙度的算術平均值Ra為155～385nm。45.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之后，所述正極的表面粗糙度的均方根值Rq為219～591nm，所述負極的表面粗糙度的均方根值Rq為238～1518nm。46.根據權利要求45的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之后，所述正極的表面粗糙度的均方根值Rq為219～535nm，所述負極的表面粗糙度的均方根值Rq為255～1487nm。47.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述正極的算術平均值Ra為141～359nm，所述負極的算術平均值Ra為165～965nm。48.根據權利要求47的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述正極的算術平均值Ra為150～300nm，所述負極的算術平均值Ra為180～500nm。49.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述正極的均方根值Rq為196～500nm，所述負極的均方根值Rq為211～1250nm。50.根據權利要求49的可充電鋰電池，其中在該可充電鋰電池充放電之前，所述正極的均方根值Rq為196～450nm，所述負極的均方根值Rq為-->240～700nm。51.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.1～2.0C的充電速度和0.1～2.0C的放電速度進行的。52.根據權利要求51的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.2～1.5C的充電速度和0.2～1.5C的放電速度進行的。53.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.1～5.0mA/cm2的充電電流和0.1～5.0mA/cm2的放電電流進行的。54.根據權利要求53的可充電鋰電池，其中所述充放電是以0.2～4.0mA/cm2的充電電流和0.2～4.0mA/cm2的放電電流進行的。55.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池以充電的狀態存在。56.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池以正在放電的狀態存在。57.根據權利要求43的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池的開路電壓(OCV)為1.0～5.5V。58.根據權利要求57的可充電鋰電池，其中該可充電鋰電池的OCV為1.5～4.5V...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黃德哲，黃勝湜，李相睦，趙重根，崔允碩，
申請(專利權)人：三星SDI株式會社，
類型：發明
國別省市：KR[韓國]