CN104956537A - 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 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电极层压物，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。

Description

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
技术领域
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
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究，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。
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。
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。
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。
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。
另外，主要将LiCoO2用作正极涂层。然而，目前，将Ni基材料(Li(Ni-Co-Al)O2)、Ni-Co-Mn基材料(Li(Ni-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究。
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LiCoO2、LiNiO2和LiMn2O4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，已经研究将锂镍锰氧化物(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。
然而，在包含锂钛氧化物和锂镍锰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。
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
技术问题
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。
作为为了解决如上所述问题的各种广泛且细致的研究和实验的结果，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。
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。
技术方案
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。
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。
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。
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。
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。
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1以下。
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。
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。
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。
所述正极材料涂层可以包含由下式1表示的尖晶石结构的锂金属氧化物。
LixMyMn2-yO4-zAz(1)
其中0.9≤x≤1.2，0<y<2且0≤z<0.2，M为选自如下元素中的至少一种元素：Al、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ti、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。
另外，式1的氧化物可以由下式2表示。
LixNiyMn2-yO4(2)
其中0.9≤x≤1.2且0.4≤y≤0.5。
在此情况中，所述锂金属氧化物可以为LiNi0.5Mn1.5O4或LiNi0.4Mn1.6O4。然而，本发明不限制于此。
在另一个具体实例中，负极材料涂层包含由下式3表示的锂金属氧化物。
LiaM’bO4-cAc(3)
其中M’为选自如下元素中的至少一种元素：Ti、Sn、Cu、Pb、Sb、Zn、Fe、In、Al和Zr；0.1≤a≤4且0.2≤b≤4，其中a和b根据M’的氧化数确定；0≤c<0.2，其中c根据氧化数确定；且A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。
另外，式3的氧化物可以用下式4表示。
LiaM’bO4-cAc(4)
其中M’为选自如下元素中的至少一种元素：Ti、Sn、Cu、Pb、Sb、Zn、Fe、In、Al和Zr；0.5≤a≤3且1≤b≤2.5，其中a和b根据M’的氧化数确定；0≤c<0.2，其中c根据氧化数确定；且A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。
在此情况中，所述锂金属氧化物可以为Li1.33Ti1.67O4或LiTi2O4。然而，本发明不限制于此。
在具体实例中，设置在第一基本电池与第二基本电池中的多孔聚合物膜可以为用于覆盖第一基本电池和第二基本电池的不形成电极端子的侧面的隔离片。
通过将第一基本电池和第二基本电池设置在隔离片上，然后卷绕或弯曲所述隔离片，可以制造电极层压物。
下文中将对根据本发明的电极层压物的其他元件进行说明。
通过将正极材料施加到正极集电器的相对主表面、干燥并压制，制备正极，所述正极材料是正极活性材料、导电剂和粘合剂的混合物。如果需要，可以将填料添加到混合物。
通常，正极集电器具有3～500μm的厚度。正极集电器没有特别限制，只要正极集电器展示高电导率且同时正极集电器在应用所述正极集电器的电池中不会诱发任何化学变化即可。例如，正极集电器可以由如下物质制成：不锈钢、铝、镍、钛或塑性碳。或者，所述正极集电器可以由其表面经碳、镍、钛或银进行处理的铝或不锈钢制成。所述正极集电器可以具有在其表面形成的微小的不平坦图案，从而提高正极活性材料的胶粘强度。可以以诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布体的多种形式构造所述正极集电器。
基于包含正极活性材料的复合物的总重量，通常以1～50重量％的量添加导电剂。对导电剂没有特别限制，只要导电剂展示高电导率同时导电剂在应用所述导电剂的电池中不会诱发任何化学变化即可。例如，可以将如下物质用作导电剂：石墨如天然石墨或人造石墨；炭黑类材料如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑或热裂法炭黑；导电纤维如碳纤维或金属纤维；金属粉末如氟化碳粉末、铝粉末或镍粉末；导电晶须如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物如二氧化钛；或聚亚苯基衍生物。
粘合剂是有助于活性材料与导电剂之间的结合并有助于活性材料与集电器的结合的组分。基于包含正极活性材料的复合物的总重量，通常以1～50重量％的量添加粘合剂。作为粘合剂的实例，可以使用聚偏二氟乙烯、聚乙烯醇、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-双烯三元共聚物(EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶和各种共聚物。
填料是用于抑制正极膨胀的任选组分。填料没有特别限制，只要填料由纤维材料制成同时在应用所述填料的电池中不会造成化学变化即可。作为填料的实例，可以使用烯烃类聚合物如聚乙烯和聚丙烯；以及纤维材料如玻璃纤维和碳纤维。
另一方面，通过将包含负极活性材料的负极材料施加到负极集电器，干燥并压制，制备负极。根据需要，可以将前述导电剂、粘合剂和填料选择性地添加到负极活性材料。
通常，负极集电器具有3～500μm的厚度。负极集电器没有特别限制，只要负极集电器展示高电导率并同时负极集电器在应用所述负极集电器的电池中不会诱发任何化学变化即可。例如，负极集电器可以由如下物质制成：铜、不锈钢、铝、镍、钛或塑性碳。或者，所述负极集电器可以由如下物质制成：其表面经碳、镍、钛或银进行处理的铝或不锈钢；或铝-镉合金。以与正极集电器相同的方式，所述负极集电器可以具有在其表面形成的微小的不平坦图案，从而提高负极活性材料的胶粘强度。可以以诸如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布体的多种形式构造所述负极集电器。
将各种多孔聚合物膜设置在正极与负极之间。作为多孔聚合物膜，例如可以使用展示高离子透过性和高机械强度的绝缘薄膜。所述多孔聚合物膜通常具有0.01～10μm的孔径和5～300μm的厚度。作为多孔聚合物膜的材料，例如使用由如下物质制成的片或无纺布：烯烃聚合物如聚丙烯，其展示耐化学性和疏水性；玻璃纤维；或聚乙烯。在将诸如聚合物的固体电解质用作电解质的情况中，固体电解质还可以充当隔膜。
根据本发明的另一个方面，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池以具有将具有上述构造的电极层压物以密封状态安装在外壳中的结构的方式构造，其中所述电极层压物浸渍有含锂盐的电解质。
下文中将对根据本发明的二次电池的其他元件进行说明。
含锂盐的电解质由电解质和锂盐构成。可以将非水有机溶剂、有机固体电解质或无机固体电解质用作电解质。然而，本发明不限制于此。
作为非水有机溶剂的实例，可以提及非质子有机溶剂，如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。
作为有机固体电解质的实例，可以提及聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚搅拌赖氨酸(polyagitation lysine)、聚酯硫醚、聚乙烯醇、聚偏二氟乙烯和含有离子离解基团的聚合物。
作为无机固体电解质的实例，可以提及锂的氮化物、卤化物和硫酸盐如Li3N、LiI、Li5NI2、Li3N-LiI-LiOH、LiSiO4、LiSiO4-LiI-LiOH、Li2SiS3、Li4SiO4、Li4SiO4-LiI-LiOH和Li3PO4-Li2S-SiS2。
所述锂盐是易溶于上述非水电解质中的材料，且可以包括例如LiCl、LiBr、LiI、LiClO4、LiBF4、LiB10Cl10、LiPF6、LiCF3SO3、LiCF3CO2、LiAsF6、LiSbF6、LiAlCl4、CH3SO3Li、(CF3SO2)2NLi、氯硼烷锂、低级脂族羧酸锂、四苯基硼酸锂和酰亚胺。
另外，为了提高充电和放电特性和阻燃性，例如，可以向电解质中添加吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、正甘醇二甲醚、六磷酰三胺(hexaphosphoric triamide)、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的噁唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、三氯化铝等。根据情况，为了赋予不燃性，所述非水电解质还可包含含卤素的溶剂如四氯化碳和三氟乙烯。此外，为了提高高温保持特性，所述电解质还可包含二氧化碳气体。另外，所述电解质还可以包含氟代碳酸亚乙酯(FEC)或丙烯磺酸内酯(PRS)。
在优选实施方案中，通过将锂盐如LiPF6、LiClO4、LiBF4或LiN(SO2CF3)2等添加到环状碳酸酯如EC或PC与线性碳酸酯如DEC、DMC或EMC的混合溶剂，可以制备含锂盐的非水电解质，所述环状碳酸酯为高介电溶剂，所述线性碳酸酯为低粘度溶剂。
所述锂二次电池在100个循环之后可具有70％以上的容量保持率，在各个循环中在25℃温度下，将锂二次电池在1C的充电速率下充电并在1C的放电速率下放电。
另外，所述锂二次电池可以为锂离子电池或锂离子聚合物电池。
附图说明
图1是显示根据本发明实施方案的电极层压物的典型视图；
图2是显示根据本发明另一个实施方案的电极层压物的典型视图；
图3是显示根据本发明另外的实施方案的电极层压物的典型视图；
图4是显示根据本发明实施例1和比较例1～3的电极层压物的典型视图；
图5是显示根据本发明实施例1和比较例1的电极层压物基于循环的性能实验结果的典型视图；以及
图6是显示根据比较例2和3的电极层压物基于循环的性能实验结果的典型视图。
具体实施方式
现在，参考如下实例对本发明的优选实施方案进行详细说明。然而应注意，本发明的范围不是由所示实施方案来限制。
图1是显示根据本发明的电极层压物的典型视图。
参考图1，以具有如下结构的方式构造根据本发明实施方案的电极层压物100，所述电极层压物100包含：正极130，所述正极130具有形成在正极集电器上的正极材料涂层；负极111和112，所述负极111和112各自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121和122，所述多孔聚合物膜121和122分别设置在所述正极130与所述负极111和112之间。在平面基础上在高度方向上层压所述正极130、所述负极111和112和所述多孔聚合物膜121和122，使得所述负极111和112构成所述电极层压物100的最外部电极。所述正极材料涂层的涂布面积大于所述负极材料涂层的涂布面积。
即，以具有将具有相对大涂布面积的正极130设置在具有相对小涂布面积的两个负极111和112之间的结构构造电极层压物100，使得正极130以其中将多孔聚合物膜121和122分别设置在正极130与负极111和112之间的状态面对两个负极111和112。
在此情况中，正极130包含锂镍锰氧化物作为活性材料，各个负极111和112包含锂钛氧化物作为活性材料。
图2是显示根据本发明另一个实施方案的电极层压物的典型视图。
参考图2，以具有如下结构的方式构造根据本发明的电极层压物200：所述电极层压物200包含第一基本电池202和204与第二基本电池201、203和205的组合，所述第一基本电池202和204各自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201、203和205各自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。
另外，构成基本电池201、202、203、204和205的各个正极的正极材料涂层的涂布面积大于构成基本电池201、202、203、204和205的各个负极的负极材料涂层。
另外，构成基本电池201、202、203、204和205的各个正极包含锂镍锰氧化物作为活性材料，且构成基本电池201、202、203、204和205的各个负极包含锂钛氧化物作为活性材料。
设置在电极层压物200的第一基本电池202和204与第二基本电池201、203和205之间的多孔聚合物膜206是用于覆盖第一基本电池202和204与第二基本电池201、203和205的不形成电极端子的侧面的隔离片。
另外，通过将第一基本电池202和204与第二基本电池201、203和205布置在隔离片上，然后弯曲所述隔离片，制造电极层压物200。
图3是显示根据本发明另外的实施方案的电极层压物的典型视图。
参考图3，以具有如下结构的方式构造根据本发明的电极层压物300：所述电极层压物300包含第一基本电池302和304与第二基本电池301、303和305的组合，所述第一基本电池302和304各自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301、303和305各自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，与图2的电极层压物200的方式相同。
另外，构成基本电池301、302、303、304和305的各个正极的正极材料涂层的涂布面积大于构成基本电池301、302、303、304和305的各个负极的负极材料涂层。
另外，构成基本电池301、302、303、304和305的各个正极包含锂镍锰氧化物作为活性材料，且构成基本电池301、302、303、304和305的各个负极包含锂钛氧化物作为活性材料。
设置在电极层压物300的第一基本电池302和304与第二基本电池301、303和305之间的多孔聚合物膜306是用于覆盖第一基本电池302和304与第二基本电池301、303和305的不形成电极端子的侧面的隔离片。
另外，通过将第一基本电池302和304与第二基本电池301、303和305布置在隔离片上，然后弯曲所述隔离片，制造电极层压物300。
下文中，将对本发明的实例进行详细说明。然而应注意，本发明的范围不是由所示实例来限制。
<实施例1>
将95重量％作为正极活性材料的LiNi0.5Mn1.5O4、2.5重量％的Super-P和2.5重量％的SBR/CMC放入混合器中并进行混合，以制备正极混合物。随后，在具有20μm厚度的铝箔上涂布正极混合物，压延并干燥，使得正极混合物具有200μm的厚度，从而制造正极。
将95重量％作为负极活性材料的Li1.33Ti1.67O4、2.5重量％的Super-P和2.5重量％的SBR/CMC放入混合器中并进行混合以制备负极混合物。随后，在具有20μm厚度的铜箔上涂布负极混合物，压延并干燥，使得负极混合物具有200μm的厚度以制造负极，所述负极的负极材料涂层的涂布面积等于所述正极的正极材料涂层的涂布面积的90％。
以其中将多孔聚合物膜分别设置在正极和负极之间的状态将一个正极设置在两个负极之间以制造电极层压物。
将电极层压物浸渍作为电解质的碳酸酯电解液以制造电池，所述碳酸酯电解液包含溶于其中的1摩尔的LiPF6，其中EC:PC的体积比为1:1。
<比较例1>
除了使用以具有如下结构的方式构造的电极层压物之外，以与实施例1相同的方式制造了电池：以其中将多孔聚合物膜分别设置在负极与正极之间而使得正极构成电极层压物最外部电极的状态将一个负极设置在两个正极之间。
<比较例2>
除了使用以具有如下结构的方式构造的电极层压物之外，以与实施例1相同的方式制造了电池：以其中将多孔聚合物膜分别设置在负极与正极之间的状态将一个负极设置在两个正极之间，且各个正极的正极材料涂层的涂布面积等于负极的负极材料涂层的涂布面积的90％。
<比较例3>
除了使用以具有如下结构的方式构造的电极层压物之外，以与实施例1相同的方式制造了电池：正极的正极材料涂层的涂布面积等于各个负极的负极材料涂层的涂布面积的90％。
<实验例1>
在25℃的温度条件、1C的充电条件和1C的放电条件下将根据实施例1和比较例1、2和3制造的电池重复充电和放电100次，以评价电池的循环特性。将结果示于图5和6的图中。
参考图5和6的图，根据实施例1和比较例1制造的包含电极层压物410和420的电池比根据比较例2和3制造的包含电极层压物430和440的电池展示了更高的寿命特性和能量性能，在所述电极层压物410和420中，负极的涂布面积等于正极的涂布面积的90％，且在所述电极层压物430和440中，正极的涂布面积等于负极的涂布面积的90％。
特别地，参考图5，在根据实施例1制造的电池中，以如下方式构造电极层压物410：以其中多孔聚合物膜分别设置在正极与负极之间的状态将具有相对大的涂布面积的一个正极设置在各自具有相对小的涂布面积的两个负极之间，由此最大化二次电池的寿命特性和能量性能。
因此，在根据本发明的电极层压物和包含其的二次电池中，正极材料涂层的涂布面积大于负极材料涂层的涂布面积，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。因此，本发明具有最大化二次电池的寿命特性和能量性能的效果。另外，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可展示期望的效果。因此，本发明具有简化制造工艺由此降低制造成本的效果。
本领域技术人员可以以上述内容为基础，在本发明的范围内进行各种应用和变化。
工业应用性
根据上述说明可清楚，在根据本发明的电极层压物和包含其的二次电池中，正极材料涂层的涂布面积大于负极材料涂层的涂布面积，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。因此，本发明具有最大化二次电池的寿命特性和能量性能的效果。另外，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可展示期望的效果。因此，本发明具有简化制造工艺由此降低制造成本的效果。

Claims (20)

1.一种电极层压物，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。
2.根据权利要求1所述的电极层压物，其中每单位面积的正极活性材料的质量大于每单位面积的负极活性材料的质量。
3.根据权利要求1所述的电极层压物，其中每单位面积的所述正极对每单位面积的各个负极的可逆容量之比为1以下。
4.根据权利要求1所述的电极层压物，其中所述正极的厚度与各个负极相同。
5.根据权利要求1所述的电极层压物，其中所述正极具有比各个负极更大的厚度。
6.根据权利要求1所述的电极层压物，其中所述正极材料涂层的体积与所述负极材料涂层的体积相同。
7.根据权利要求1所述的电极层压物，其中所述正极材料涂层的体积大于所述负极材料涂层的体积。
8.根据权利要求1所述的电极层压物，其中所述电极层压物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所述正极与所述负极之间的结构，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所述正极与所述负极之间的结构。
9.根据权利要求1所述的电极层压物，其中所述正极材料涂层包含由下式1表示的尖晶石结构的锂金属氧化物：
LixMyMn2-yO4-zAz    (1)
其中0.9≤x≤1.2，0<y<2且0≤z<0.2，
M为选自如下元素中的至少一种元素：Al、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Ti、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。
10.根据权利要求9所述的电极层压物，其中式1的所述氧化物由下式2表示：
LixNiyMn2-yO4   (2)
其中0.9≤x≤1.2且0.4≤y≤0.5，且
A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。
11.根据权利要求10所述的电极层压物，其中所述锂金属氧化物是LiNi0.5Mn1.5O4或LiNi0.4Mn1.6O4。
12.根据权利要求1所述的电极层压物，其中所述负极材料涂层包含由下式3表示的锂金属氧化物：
LiaM’bO4-cAc    (3)
其中M’为选自如下元素中的至少一种元素：Ti、Sn、Cu、Pb、Sb、Zn、Fe、In、Al和Zr；
0.1≤a≤4且0.2≤b≤4，其中a和b根据M’的氧化数确定；
0≤c<0.2，其中c根据氧化数确定；且
A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。
13.根据权利要求12所述的电极层压物，其中式3的所述氧化物由下式4表示：
LiaM’bO4-cAc      (4)
其中M’为选自如下元素中的至少一种元素：Ti、Sn、Cu、Pb、Sb、Zn、Fe、In、Al和Zr；
0.5≤a≤3且1≤b≤2.5，其中a和b根据M’的氧化数确定；
0≤c<0.2，其中c根据氧化数确定；且
A为至少一种一价阴离子或二价阴离子。
14.根据权利要求13所述的电极层压物，其中所述锂金属氧化物是Li1.33Ti1.67O4或LiTi2O4。
15.根据权利要求8所述的电极层压物，其中设置在所述第一基本电池与所述第二基本电池之间的多孔聚合物膜是用于覆盖所述第一基本电池和所述第二基本电池的不形成电极端子的侧面的隔离片。
16.根据权利要求15所述的电极层压物，其中通过将所述第一基本电池和所述第二基本电池布置在隔离片上，然后卷绕或弯曲所述隔离片，从而制造所述电极层压物。
17.一种锂二次电池，所述锂二次电池被构造为具有如下结构：将权利要求1～16中任一项的电极层压物以密封状态安装在外壳中。
18.根据权利要求17所述的锂二次电池，其中所述锂二次电池在100个循环之后具有70%以上的容量保持率，在各个循环中，在25℃温度下将所述锂二次电池在1C的充电速率下充电，并在1C的放电速率下放电。
19.根据权利要求17所述的锂二次电池，其中所述锂二次电池是锂离子电池。
20.根据权利要求17所述的锂二次电池，其中所述锂二次电池是锂离子聚合物电池。
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