CN117423905A - 锂二次电池 - Google Patents

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CN117423905A CN202310876916.2A CN202310876916A CN117423905A CN 117423905 A CN117423905 A CN 117423905A CN 202310876916 A CN202310876916 A CN 202310876916A CN 117423905 A CN117423905 A CN 117423905A
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Abstract

本发明的实施方案提供一种锂二次电池。锂二次电池包括：正极，所述正极包括正极集流体、设置在正极集流体的上表面上方的上部正极活性物质层和设置在正极集流体的底表面下方的下部正极活性物质层；以及负极，所述负极与正极相对设置，其中，上部正极活性物质层的厚度从正极集流体的一个端部向另一个端部侧逐渐增加，下部正极活性物质层的厚度从正极集流体的一个端部向另一个端部侧逐渐减小。快速充电初期的锂离子的流动性增加，从而可以改善快速充电性能。

Description

锂二次电池
技术领域
本发明涉及一种锂二次电池。更详细地，本发明涉及一种包括正极和负极的锂二次电池。
背景技术
二次电池是可以重复充电和放电的电池，随着信息通信和显示器产业的发展，二次电池广泛用作便携式摄像机、手机、笔记本电脑等便携式电子通讯设备的动力源。此外，近年来，正在开发包括二次电池的电池组并用作电动汽车、混合动力电动汽车等环保型汽车的动力源。
二次电池例如可以列举锂二次电池、镍镉电池、镍氢电池等，其中的锂二次电池具有高的工作电压和每单位重量的能量密度，并且有利于充电速度和轻量化，因此正积极地进行开发和应用。
随着所述锂二次电池的应用范围扩大，同时需要提高的快速充电性能和稳定性。
发明内容
要解决的技术问题
本发明的一个目的是提供一种具有提高的快速充电性能和稳定性的锂二次电池。
技术方案
根据本发明的实施方案的锂二次电池包括：正极，所述正极包括正极集流体、设置在所述正极集流体的上表面上方的上部正极活性物质层和设置在所述正极集流体的底表面下方的下部正极活性物质层；以及负极，所述负极与所述正极相对设置，其中，所述上部正极活性物质层的厚度沿从所述正极集流体的一个端部到另一个端部的方向增加，所述下部正极活性物质层的厚度沿从所述正极集流体的所述一个端部到所述另一个端部的方向减小。
在一些实施方案中，设置在所述正极集流体的所述另一个端部上方的所述上部正极活性物质层的厚度与设置在所述正极集流体的所述一个端部上方的所述上部正极活性物质层的厚度之比可以为1.2至1.6，设置在所述正极集流体的所述一个端部下方的所述下部正极活性物质层的厚度与设置在所述正极集流体的所述另一个端部下方的所述下部正极活性物质层的厚度之比可以为1.2至1.6。
在一些实施方案中，所述上部正极活性物质层和所述下部正极活性物质层的厚度之和可以在所述正极的整个区域中是均匀的。
在一些实施方案中，所述正极集流体的延伸方向相对于所述正极的长度方向的斜率可以为-2.0°至-0.1°。
在一些实施方案中，所述负极可以包括负极集流体、设置在所述负极集流体的上表面上方的上部负极活性物质层和设置在所述负极集流体的底表面下方的下部负极活性物质层。所述上部负极活性物质层的厚度可以沿从所述负极集流体的一个端部到另一个端部的方向减小，所述下部负极活性物质层的厚度可以沿从所述负极集流体的所述一个端部到所述另一个端部的方向增加。
在一些实施方案中，所述负极集流体的所述一个端部可以在厚度方向上与所述正极集流体的所述一个端部重叠，所述负极集流体的所述另一个端部可以在厚度方向上与所述正极集流体的所述另一个端部重叠。
在一些实施方案中，设置在所述正极集流体的所述一个端部下方的所述下部正极活性物质层的厚度和设置在所述负极集流体的所述一个端部上方的所述上部负极活性物质层的厚度之和可以与设置在所述正极集流体的所述另一个端部上方的所述上部正极活性物质层的厚度和设置在所述负极集流体的所述另一个端部下方的所述下部负极活性物质层的厚度之和相同。
在一些实施方案中，所述上部负极活性物质层和所述下部负极活性物质层的厚度之和可以在所述负极的整个区域中是均匀的。
在一些实施方案中，设置在所述负极集流体的所述一个端部上方的所述上部负极活性物质层的厚度与设置在所述负极集流体的所述另一个端部上方的所述上部负极活性物质层的厚度之比可以为1.2至1.6，设置在所述负极集流体的所述另一个端部下方的所述下部负极活性物质层的厚度与设置在所述负极集流体的所述一个端部下方的所述下部负极活性物质层的厚度之比可以为1.2至1.6。
在一些实施方案中，所述负极集流体的延伸方向相对于所述负极的长度方向的斜率可以为0.1°至2.0°。
在一些实施方案中，所述上部正极活性物质层和所述下部正极活性物质层可以包含彼此不同种类的正极活性物质。
在一些实施方案中，锂二次电池可以在整个区域中具有均匀的厚度。
有益效果
根据示例性的实施方案的锂二次电池包括正极和负极。正极中包括的正极活性物质层和/或负极中包括的负极活性物质层可以分别具有厚度偏差或厚度梯度。因此，在活性物质层中的厚度厚的部分中，快速充电时的初始发热速率可以增加。因此，可以增加快速充电初期的锂离子的流动性，从而可以改善快速充电性能。
在一些实施方案中，在厚度方向上重叠的上部活性物质层和下部活性物质层的总厚度可以在相应电极的整个区域中是均匀的。因此，可以防止快速充电时发热过度集中在特定部分，从而可以改善锂二次电池的稳定性。
在一些实施方案中，集流体可以相对于电极的长度方向倾斜地延伸。因此，可以形成均匀的电极的厚度的同时实现活性物质层的上述厚度偏差或厚度梯度。
附图说明
图1是示出根据示例性的实施方案的电极层叠结构的示意性截面图。
图2是示出根据示例性的实施方案的锂二次电池的示意性平面图。
附图标记的说明
100：电极层叠结构 110：正极
112：正极集流体 114：上部正极活性物质层
116：下部正极活性物质层 118：正极极耳
120：负极 122：负极集流体
124：上部负极活性物质层 126：下部负极活性物质层
128：负极极耳 130：隔膜
200：锂二次电池 210：正极极耳部
215：正极引线 220：负极极耳部
225：负极引线 230：电极组件
240：壳体
具体实施方式
本发明的实施方案提供一种包括正极和负极的锂二次电池。
以下，参照附图，对本发明的实施方案进行更具体的说明。但是，本说明书的附图例示本发明的优选的实施方案，并与上述发明内容一起起到进一步理解本发明的技术思想的作用，因此不应解释为本发明仅限于附图中记载的内容。
本说明书中使用的术语“上表面”、“底表面”、“上部”、“下部”、“一个端部”、“另一个端部”等用于说明各构成的相对位置关系，并不表示绝对的位置。
根据示例性的实施方案，锂二次电池可以包括正极和与所述正极相对设置的负极。
图1是示出根据示例性的实施方案的电极层叠结构的示意性截面图。
参照图1，电极层叠结构100可以通过交替重复层叠正极110和负极120来形成。
根据示例性的实施方案，所述正极110可以包括正极集流体112、上部正极活性物质层114和下部正极活性物质层116。
例如，正极集流体112可以包含不锈钢、镍、铝、钛、铜或它们的合金。正极集流体112可以包含用碳、镍、钛和银中的至少一种进行表面处理的铝或不锈钢。
例如，正极集流体112的一个端部可以突出以形成正极极耳118。正极极耳118可以形成正极极耳部并与正极引线连接。根据一个实施方案，正极集流体112和正极极耳118可以由实质上相同的部件形成为一体。
在示例性的实施方案中，上部正极活性物质层114可以设置在正极集流体112的上表面上方，下部正极活性物质层116可以设置在正极集流体112的底表面下方。
例如，上部正极活性物质层114和下部正极活性物质层116可以各自包含正极活性物质。例如，所述正极活性物质可以包含可使锂离子嵌入和脱嵌的化合物。
在一些实施方案中，所述正极活性物质可以包含具有层状结构的锂-过渡金属复合氧化物颗粒或具有橄榄石(olivine)结构的锂-金属磷氧化物颗粒。
所述锂-过渡金属复合氧化物颗粒可以由以下化学式1表示。
[化学式1]
LixNi1-yM1yO2+z
在化学式1中，可以为0.9≤x≤1.2、0≤y≤0.7、-0.1≤z≤0.1。M1可以是选自Na、Mg、Ca、Y、Ti、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Co、Fe、Cu、Ag、Zn、B、Al、Ga、Sn和Zr中的一种以上的元素。
在一些实施方案中，在化学式1中，Ni的摩尔比或浓度(1-y)可以为0.8以上，在优选的实施方案中，Ni的摩尔比或浓度(1-y)可以超过0.8。因此，可以实现高容量的正极活性物质。
所述锂-金属磷氧化物颗粒可以由以下化学式2表示。
[化学式2]
LiaM2b(POc)
在化学式2中，可以为0.9≤a≤1.2、0.8≤b≤1.2、3.8≤c≤4.2。M2可以表示选自Fe、Mn、Co、Al、Ti和V中的一种以上的元素。
根据一个实施方案，所述锂-金属磷氧化物颗粒可以包含LiFePO4。
在一些实施方案中，所述锂-过渡金属复合氧化物颗粒或所述锂-金属磷氧化物颗粒可以进一步包含涂层元素或掺杂元素。例如，所述涂层元素或掺杂元素可以包含Al、Ti、Ba、Zr、Si、B、Mg、P或它们的合金或它们的氧化物。这些可以单独使用或两种以上组合使用。所述正极活性物质颗粒被所述涂层元素或掺杂元素钝化，从而可以进一步提高正极活性物质的稳定性和寿命。
所述正极活性物质可以包含多个所述锂-过渡金属复合氧化物颗粒或多个所述锂-金属磷氧化物颗粒。例如，在所述正极活性物质的总重量中，所述锂-过渡金属复合氧化物颗粒或所述锂-金属磷氧化物颗粒的量可以为50重量％以上。优选地，在所述正极活性物质的总重量中，所述锂-过渡金属复合氧化物颗粒或所述锂-金属磷氧化物颗粒的量可以为60重量％以上、70重量％以上、80重量％以上或90重量％以上。
在一个实施方案中，所述正极活性物质可以实质上由所述锂-过渡金属复合氧化物颗粒或所述锂-金属磷氧化物颗粒组成。
在一些实施方案中，上部正极活性物质层114和下部正极活性物质层116可以包含彼此不同种类的正极活性物质。
例如，上部正极活性物质层114和下部正极活性物质层116中的一个可以包含所述锂-过渡金属复合氧化物颗粒，而另一个可以包含所述锂-金属磷氧化物颗粒。因此，考虑到形成正极时的稳定性和容量特性，可以使正极活性物质的种类多样化。
在一些实施方案中，上部正极活性物质层114和下部正极活性物质层116可以包含相同种类的正极活性物质。
例如，锂二次电池的快速充电性能可以通过控制充电时的发热来调节。例如，在快速充电时可以通过诱导初始发热来增加锂离子的流动性。因此，可以提高锂二次电池的快速充电性能。
在本发明的示例性的实施方案中，上部正极活性物质层114的厚度沿从正极集流体的一个端部112a到另一个端部112b的方向增加，下部正极活性物质层116的厚度沿从正极集流体的一个端部112a到另一个端部112b的方向减小。因此，在正极活性物质层(114、116)中的厚度厚的部分中，快速充电时的初始发热速率可以增加。因此，可以增加快速充电初期的锂离子的流动性，从而可以改善快速充电性能。
在一些实施方案中，设置在正极集流体的另一个端部112b上方的上部正极活性物质层114的厚度(T2)与设置在正极集流体的一个端部112a上方的上部正极活性物质层114的厚度(T1)之比(T2/T1)可以为1.2至1.6。
在一些实施方案中，设置在正极集流体的一个端部112a下方的下部正极活性物质层116的厚度(T4)与设置在正极集流体的另一个端部112b下方的下部正极活性物质层116的厚度(T3)之比(T4/T3)可以为1.2至1.6。
在上述厚度比范围内，可以充分改善快速充电性能，同时可以防止由于初始发热过度集中在正极活性物质层(114、116)的一部分而导致稳定性降低。
在一些实施方案中，上部正极活性物质层114和下部正极活性物质层116的总厚度可以在正极110的整个区域中是均匀的。例如，上部正极活性物质层114和下部正极活性物质层116的在厚度方向上重叠的位置处的厚度之和可以在正极110的整个区域中是均匀的。
本说明书中使用的术语“厚度方向”是指在电极层叠结构100中正极110和负极120层叠的方向。
例如，设置在正极集流体112的一个点的上表面上方的上部正极活性物质层114的厚度和设置在正极集流体112的所述一个点的底表面下方的下部正极活性物质层116的厚度之和可以实质上与设置在正极集流体112的任意的另一个点的上表面上方的上部正极活性物质层114的厚度和设置在正极集流体112的所述另一个点的底表面下方的下部正极活性物质层116的厚度之和相同。
因此，可以防止快速充电时发热过度集中在特定部分，从而可以改善锂二次电池的稳定性。
本说明书中的表述“均匀”、“相同”或“实质上相同”包括在数学上完全相同的情况和可视为实质上相同的程度的相似的情况。
根据一些实施方案，正极集流体112可以相对于正极110的长度方向倾斜地延伸。
本说明书中使用的术语“长度方向”是指垂直于所述厚度方向且正极110和/或负极120延伸的方向。所述长度方向可以指图1中隔膜130延伸的方向。
在一些实施方案中，正极集流体112的延伸方向相对于正极110的所述长度方向的斜率(θ1)可以为-2.0°至-0.1°。在上述斜率范围内，可以形成均匀的正极110的厚度，同时可以实现正极活性物质层(114、116)的厚度偏差。
根据一个实施方案，正极集流体112的延伸方向的斜率(θ1)可以在整个正极集流体112中是恒定的。
例如，可以通过在溶剂中将上述正极活性物质与粘合剂、导电材料和/或分散材料等进行混合和搅拌来制备正极混合物。可以通过将所述正极混合物涂覆在正极集流体112的上表面和底表面后进行干燥和压制来制造包括正极活性物质层(114、116)的正极110。
作为所述溶剂，可以使用N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、N,N-二甲氨基丙胺、环氧乙烷、四氢呋喃等非水基溶剂。
例如，所述粘合剂可以包含偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)、聚偏二氟乙烯(polyvinylidenefluoride，PVDF)、聚丙烯腈(polyacrylonitrile)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate)等有机粘合剂或者丁苯橡胶(SBR)等水基粘合剂。所述粘合剂可以与羧甲基纤维素(CMC)等增稠剂一起使用。
根据一个实施方案，可以使用PVDF基粘合剂作为正极粘合剂。因此，可以减少用于形成正极活性物质层(114、116)的粘合剂的量，并且可以相对增加正极活性物质的量。因此，可以提高锂二次电池的功率特性和容量特性。
可以包含所述导电材料以促进正极活性物质颗粒之间的电子迁移。例如，所述导电材料可以包含石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等碳基导电材料和/或包含锡、氧化锡、氧化钛、LaSrCoO3、LaSrMnO3等钙钛矿(perovskite)物质等的金属基导电材料。
在示例性的实施方案中，锂二次电池可以包括与正极110相对设置的负极120。
在一些实施方案中，负极120可以包括负极集流体122、上部负极活性物质层124和下部负极活性物质层126。
例如，负极集流体122可以包含铜、不锈钢、镍、钛或它们的合金。负极集流体122可以包含用碳、镍、钛或银进行表面处理的铜或不锈钢。
例如，负极集流体122的一个端部可以突出以形成负极极耳128。负极极耳128可以形成负极极耳部并与负极引线连接。根据一个实施方案，负极集流体122和负极极耳128可以由实质上相同的部件形成为一体。
在一些实施方案中，正极极耳118和负极极耳128可以在厚度方向上不重叠。例如，正极极耳118和负极极耳128可以形成在正极110或锂二次电池的所述长度方向上的彼此相对的侧部上。
在示例性的实施方案中，上部负极活性物质层124可以设置在负极集流体122的上表面上方，下部负极活性物质层126可以设置在负极集流体122的底表面下方。
例如，上部负极活性物质层124和下部负极活性物质层126可以各自包含负极活性物质。例如，负极活性物质可以包含可使锂离子嵌入和脱嵌的物质。
负极活性物质例如可以使用结晶碳、无定形碳、碳复合物、碳纤维等碳基材料；锂合金；硅基材料、碳硅复合物等。所述无定形碳可以包含硬碳、焦炭、在1500℃以下煅烧的中间相炭微球(mesocarbon microbead，MCMB)、中间相沥青基碳纤维(mesophase pitch-based carbon fiber，MPCF)等。所述结晶碳可以包含天然石墨、石墨化焦炭、石墨化MCMB、石墨化MPCF等石墨基碳。所述锂合金中包含的元素可以列举铝、锌、铋、镉、锑、硅、铅、锡、镓或铟等。
例如，所述碳硅复合物可以包含多孔碳基颗粒的孔内部或表面上涂覆有硅的复合颗粒。
在一些实施方案中，上部负极活性物质层124和下部负极活性物质层126可以包含彼此不同种类的负极活性物质。
在一些实施方案中，上部负极活性物质层124和下部负极活性物质层126可以包含相同种类的负极活性物质。
在一些实施方案中，上部负极活性物质层124的厚度可以沿从负极集流体的一个端部122a到另一个端部122b的方向减小，下部负极活性物质层126的厚度可以沿从负极集流体的一个端部122a到另一个端部122b的方向增加。因此，在负极活性物质层(124、126)中的厚度厚的部分中，快速充电时的初始发热速率可以增加。因此，可以增加快速充电初期的锂离子的流动性，从而可以改善快速充电性能。
在一些实施方案中，设置在负极集流体的一个端部122a上的上部负极活性物质层124的厚度(T6)与设置在负极集流体的另一个端部122b上的上部负极活性物质层124的厚度(T5)之比(T6/T5)可以为1.2至1.6。
在一些实施方案中，设置在负极集流体的另一个端部122b下方的下部负极活性物质层126的厚度(T8)与设置在负极集流体的一个端部122a下方的下部负极活性物质层126的厚度(T7)之比(T8/T7)可以为1.2至1.6。
在上述厚度比范围内，可以充分改善快速充电性能，同时可以防止由于初始发热过度集中在负极活性物质层(124、126)的一部分而导致稳定性降低。
根据一些实施方案，负极集流体的一个端部122a可以在厚度方向上与正极集流体的一个端部112a重叠，负极集流体的另一个端部122b可以在厚度方向上与正极集流体的另一个端部112b重叠。因此，如图1所示，正极活性物质层(114、116)中的厚度厚的部分可以在厚度方向上与负极活性物质层(124、126)中的厚度厚的部分重叠，正极活性物质层(114、116)中的厚度薄的部分可以在厚度方向上与负极活性物质层(124、126)中的厚度薄的部分重叠。因此，可以进一步增加快速充电时的初始发热速率。此外，正极110和负极120的可逆容量比和电极容量比可以在电极层叠结构100或锂二次电池的整个区域中是均匀的。因此，可以改善锂二次电池的驱动稳定性。
例如，所述可逆容量比可以是相对于充电时从正极迁移至负极的锂离子的量(例如，放电容量)的放电时从负极迁移至正极的锂离子的量(例如，充电容量)。
根据一些实施方案，设置在正极集流体的一个端部112a下方的下部正极活性物质层116和设置在负极集流体的一个端部122a上方的上部负极活性物质层124的总厚度可以与设置在正极集流体的另一个端部112b上方的上部正极活性物质层114和设置在负极集流体的另一个端部122b下方的下部负极活性物质层126的总厚度相同。因此，电极层叠结构100的总厚度可以是均匀的。因此，可以提高锂二次电池的快速充电特性，同时可以保持或改善机械稳定性。
在一些实施方案中，上部负极活性物质层124和下部负极活性物质层126的总厚度可以在负极120的整个区域中是均匀的。例如，上部负极活性物质层124和下部负极活性物质层126的在厚度方向上重叠的位置处的厚度之和可以在负极120的整个区域中是均匀的。
例如，设置在负极集流体122的一个点的上表面上方的上部负极活性物质层124的厚度和设置在负极集流体122的所述一个点的底表面下方的下部负极活性物质层126的厚度之和可以实质上与设置在负极集流体122的任意的另一个点的上表面上方的上部负极活性物质层124的厚度和设置在负极集流体122的所述另一个点的底表面下方的下部负极活性物质层126的厚度之和相同。
因此，可以防止快速充电时发热过度集中在特定部分，从而可以改善锂二次电池的稳定性。
根据一些实施方案，负极集流体122可以相对于负极120的长度方向倾斜地延伸。
在一些实施方案中，负极集流体122的延伸方向相对于负极120的所述长度方向的斜率(θ2)可以为0.1°至2.0°。在上述斜率范围内，可以形成均匀的负极120的厚度，同时可以实现负极活性物质层(124、126)的厚度偏差。
根据一个实施方案，负极集流体122的延伸方向的斜率(θ2)可以在整个负极集流体122中是恒定的。
根据一个实施方案，正极集流体112的延伸方向相对于正极110的长度方向的斜率(θ1)和负极集流体122的延伸方向相对于负极120的长度方向的斜率(θ2)之和可以为-0.1°至0.1°，优选可以为0。因此，电极层叠结构100可以形成为整体上具有均匀的厚度，从而可以提高锂二次电池的稳定性。
例如，所述电极容量比(C/A比(ratio))可以是锂二次电池的相对于负极容量的正极容量。例如，负极容量可以与负极活性物质层的厚度成比例，并且正极容量可以与正极活性物质层的厚度成比例。当电极的每个部分的电极容量比不同时，锂在具有相对高的电极容量比的部分析出，因此锂二次电池的稳定性可能会降低。
在一些实施方案中，锂二次电池可以在整个区域中具有均匀的厚度。例如，在锂二次电池的整个区域中，彼此接触的正极活性物质层和负极活性物质层的厚度比可以是恒定的。因此，锂二次电池的每个部分中的电极容量比可以是恒定的。因此，可以改善锂二次电池的稳定性。
例如，可以通过在溶剂中将上述负极活性物质与粘合剂、导电材料和/或分散材料等进行混合和搅拌来制备负极混合物。可以通过将所述负极混合物涂覆在负极集流体122的上表面和底表面后进行干燥和压制来制造包括负极活性物质层(124、126)的负极120。
例如，负极混合物中包含的溶剂可以包含水、盐酸水溶液或氢氧化钠水溶液等水基溶剂。
例如，负极粘合剂可以包含丁苯橡胶(styrene-butadiene rubber，SBR)等聚合物物质。作为所述增稠剂，可以列举羧甲基纤维素(carboxylmethyl cellulose，CMC)。
例如，所述导电材料可以包含与为了形成正极活性物质层(114、116)而包含的上述导电材料相同或相似的物质。
在一些实施方案中，电极层叠结构100可以进一步包括设置在正极110和负极120之间的隔膜130。
隔膜130例如可以包括由乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等聚烯烃基聚合物制备的多孔聚合物膜。隔膜130还可以包括由高熔点的玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等形成的无纺布。
在一些实施方案中，负极120的面积(例如，与隔膜130接触的面积)和/或体积可以大于正极110。因此，从正极110生成的锂离子例如可以顺利地迁移至负极120，而不会在中间析出。
图2是示出根据示例性的实施方案的锂二次电池的示意性平面图。
参照图2，锂二次电池200可以包括电极组件230、容纳电极组件230的壳体240、极耳(118、128)熔合形成的极耳部(210、220)和电极引线(215、225)。
例如，电芯由正极110、负极120和隔膜130定义，并且可以通过层叠多个电芯来形成上述电极层叠结构100。例如，通过隔膜130的卷绕(winding)、层叠(lamination)、折叠(folding)等，可以形成所述电极层叠结构100卷绕、层叠和/或折叠而成的果冻卷(jellyroll)形式的电极组件230。
电极组件230可以与电解液一起容纳在壳体240中以形成锂二次电池200。根据示例性的实施方案，所述电解液可以使用非水电解液。
非水电解液可以包含作为电解质的锂盐和有机溶剂，所述锂盐可以例如由Li+X-表示，并且作为所述锂盐的阴离子(X-)，可以例示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-及(CF3CF2SO2)2N-等。
所述有机溶剂可以使用例如碳酸丙烯酯(propylene carbonate，PC)、碳酸乙烯酯(ethylene carbonate，EC)、碳酸二乙酯(diethyl carbonate，DEC)、碳酸二甲酯(dimethylcarbonate，DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯、碳酸二丙酯、二甲基亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、碳酸亚乙烯酯、环丁砜、γ-丁内酯、亚硫酸丙烯酯和四氢呋喃等。这些可以单独使用或者组合使用两种以上。
例如，正极极耳118和负极极耳128可以分别从正极集流体112和负极集流体122突出。
如图2所示，正极极耳118可以熔合以形成正极极耳部210，并且可以延伸到壳体240的一个侧部。负极极耳128可以熔合以形成负极极耳部220，并且可以延伸到壳体240的另一个侧部。所述极耳部(210、220)可以分别与壳体240的所述一个侧部和所述另一个侧部熔合在一起以形成延伸到壳体240的外部或暴露在壳体240的外部的电极引线(例如，正极引线215和负极引线225)。
所述锂二次电池例如可以制成使用罐的圆柱形、角形、软包(pouch)型或硬币(coin)形等。
以下，提出用于帮助理解本发明的具体的实验例，但这仅用于例示本发明，并不用于限制权利要求，在本发明的范畴和技术思想范围内可以对实施例进行各种变形和修改，这对于本领域技术人员而言是显而易见的，这些变形和修改属于权利要求范围也是理所当然的。
实施例1
(1)正极的制造
使用LiFePO4颗粒作为正极活性物质。
将所述正极活性物质、作为导电材料的乙炔炭黑(Denka Black)和作为粘合剂的PVDF分别以97:2:1的质量比组成进行混合，从而制备正极混合物。
将所述正极混合物涂覆在铝集流体的上表面上方，使得厚度沿从铝集流体的一个端部到另一个端部的方向增加，然后进行干燥和压制，从而制造上部正极活性物质层。
将所述正极混合物涂覆在铝集流体的底表面下方，使得厚度沿从铝集流体的所述一个端部到所述另一个端部的方向减小，然后进行干燥和压制，从而制备下部正极活性物质层。
此时，涂覆正极混合物，使得设置在铝集流体的所述另一个端部上方的上部正极活性物质层的厚度与设置在铝集流体的所述一个端部上方的上部正极活性物质层的厚度之比以及设置在铝集流体的所述一个端部下方的下部正极活性物质层的厚度与设置在铝集流体的所述另一个端部下方的下部正极活性物质层的厚度之比分别如表1所示。
制造正极，使得铝集流体的延伸方向相对于正极的长度方向的斜率如表1所示。
(2)负极的制造
制备负极浆料，所述负极浆料包含93重量％的作为负极活性物质的天然石墨、5重量％的作为导电材料的片状(flake type)导电材料KS6、1重量％的作为粘合剂的丁苯橡胶(SBR)和1重量％的作为增稠剂的羧甲基纤维素(CMC)。将所述负极浆料涂覆在铜集流体的上表面和底表面，并进行干燥和压制，从而制备上部负极活性物质层和下部负极活性物质层。
此时，上部负极活性物质层和下部负极活性物质层各自形成为整体上具有恒定的厚度。
制造负极，使得铜集流体的延伸方向相对于负极的长度方向的斜率如表1所示。
(3)锂二次电池的制造
将如上所述制造的正极和负极分别进行规定的切割(Notching)并层叠。在所述正极和负极之间插入隔膜(聚乙烯，厚度为25μm)，从而与正极和负极一起形成电芯。之后，分别焊接正极和负极的极耳部分。将焊接的正极/隔膜/负极的组合体放入软包内，并密封除电解液注液部面之外的3个面。此时，使具有极耳的部分包括在密封部中。通过电解液注液部面注入电解液，然后密封所述注液部面，并浸渍12小时以上。
作为电解液，使用通过使用EC/EMC/DEC(25/45/30；体积比)的混合溶剂来制备1MLiPF6溶液后在所述溶液中添加1重量％的碳酸亚乙烯酯(VC)、0.5重量％的1,3-丙烯磺内酯(PRS)和0.5重量％的双(草酸)硼酸锂(LiBOB)的电解液。
对如上所述制造的锂二次电池以0.25C所对应的电流(5A)进行预充电(Pre-charging)36分钟。1小时后脱气(Degassing)，并陈化24小时以上，然后进行化成充放电(充电条件为CC-CV 0.2C 4.2V 0.05C截止(CUT-OFF)，放电条件为CC 0.2C 2.5V截止)。
实施例2
将制备的负极浆料涂覆在铜集流体的上表面上方，使得厚度沿从铜集流体的一个端部到另一个端部的方向减小，然后进行干燥和压制，从而制造上部负极活性物质层。
将制备的负极浆料涂覆在铜集流体的底表面下方，使得厚度沿从铜集流体的所述一个端部到所述另一个端部的方向增加，然后进行干燥和压制，从而制备下部负极活性物质层。
此时，涂覆负极浆料，使得设置在铜集流体的所述一个端部上方的上部负极活性物质层的厚度与设置在铜集流体的所述另一个端部上方的上部负极活性物质层的厚度之比以及设置在铜集流体的所述另一个端部下方的下部负极活性物质层的厚度与设置在铜集流体的所述一个端部下方的下部负极活性物质层的厚度之比分别如表1所示。
除了上述内容之外，通过与实施例1相同的方法制造锂二次电池。
实施例3和实施例4
除了上部正极活性物质层和下部正极活性物质层的厚度比以及上部负极活性物质层和下部负极活性物质层的厚度比分别如表1所示之外，通过与实施例2相同的方法制造锂二次电池。
实施例5
除了在上部正极活性物质层中使用LiFePO4颗粒作为正极活性物质并在下部正极活性物质层中使用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2颗粒作为正极活性物质之外，通过与实施例2相同的方法制造锂二次电池。
比较例1
除了上部正极活性物质层和下部正极活性物质层形成为整体上具有恒定的厚度之外，通过与实施例1相同的方法制造锂二次电池。
比较例2
在制造正极时，将正极混合物涂覆在铝集流体的上表面上方，使得厚度沿从铝集流体的一个端部到另一个端部的方向增加，然后进行干燥和压制，从而制备上部正极活性物质层。
将所述正极混合物涂覆在铝集流体的底表面下方，使得厚度沿从铝集流体的所述一个端部到所述另一个端部的方向增加，然后进行干燥和压制，从而制备下部正极活性物质层。此时，上部正极活性物质层和下部正极活性物质层隔着铝集流体对称地形成。
除了上述内容之外，通过与实施例1相同的方法制造锂二次电池。
将根据上述实施例和比较例的正极活性物质层和负极活性物质层的厚度比以及集流体的延伸方向相对于电极的长度方向的斜率示于下表1中。
[表1]
实验例
(1)快速充电时的不同倍率的充电特性的评价
对根据实施例和比较例制造的锂二次电池进行第一充电(CC/CV 0.2C 4.2V0.05C截止)和放电(CC 0.2C 2.5V截止)。之后，进行第二充电(CC/CV xC 4.2V 0.05C截止)。
在第二充电中，x是0.2C、0.333C、0.5C、0.7C、1.0C、1.2C、1.5C、1.7C、2.0C，并且在保持常温(25℃)的腔室中进行。
测量相对于初始0.2C恒流充电容量的每个充电倍率(rate)的恒流区间的充电容量(％)。
(2)快速充电寿命特性的评价
对于根据实施例和比较例制造的锂二次电池，以2.0C/1.75C/1.5C/1.25C/1.0C/0.75C/0.5C的C倍率(rate)并根据阶梯(Step)充电方式进行充电，使得在25分钟内达到DOD72，然后以1/3C进行放电。通过将上述充电和放电作为1个循环(cycle)并重复循环来进行快速充电评价。在充放电循环之间设置10分钟的静置时间，重复100次循环后测量快速充电容量保持率。
评价结果示于下表2和表3中。
[表2]
[表3]
参见表2和表3，与比较例相比，在改变正极活性物质层的厚度并涂覆的实施例中，快速充电特性和容量保持率整体上得到改善。
在实施例3中，上述正极活性物质层的厚度比和负极活性物质层的厚度比分别小于1.2，因此与其它实施例相比，快速充电特性降低。
在实施例4中，上述正极活性物质层的厚度比和负极活性物质层的厚度比分别超过1.6，因此与其它实施例相比，容量保持率降低。
在比较例2中，正极活性物质层上下对称地形成，从而发热过度集中，因此快速充电特性和寿命特性降低。

Claims (12)

1.一种锂二次电池，包括：
正极，所述正极包括正极集流体、设置在所述正极集流体的上表面上方的上部正极活性物质层和设置在所述正极集流体的底表面下方的下部正极活性物质层；以及
负极，所述负极与所述正极相对设置，
其中，所述上部正极活性物质层的厚度沿从所述正极集流体的一个端部到另一个端部的方向增加，所述下部正极活性物质层的厚度沿从所述正极集流体的所述一个端部到所述另一个端部的方向减小。
2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，设置在所述正极集流体的所述另一个端部上方的所述上部正极活性物质层的厚度与设置在所述正极集流体的所述一个端部上方的所述上部正极活性物质层的厚度之比为1.2至1.6，
设置在所述正极集流体的所述一个端部下方的所述下部正极活性物质层的厚度与设置在所述正极集流体的所述另一个端部下方的所述下部正极活性物质层的厚度之比为1.2至1.6。
3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述上部正极活性物质层和所述下部正极活性物质层的厚度之和在所述正极的整个区域中是均匀的。
4.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极集流体的延伸方向相对于所述正极的长度方向的斜率为-2.0°至-0.1°。
5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述负极包括负极集流体、设置在所述负极集流体的上表面上方的上部负极活性物质层和设置在所述负极集流体的底表面下方的下部负极活性物质层，
所述上部负极活性物质层的厚度沿从所述负极集流体的一个端部到另一个端部的方向减小，所述下部负极活性物质层的厚度沿从所述负极集流体的所述一个端部到所述另一个端部的方向增加。
6.根据权利要求5所述的锂二次电池，其中，所述负极集流体的所述一个端部在厚度方向上与所述正极集流体的所述一个端部重叠，所述负极集流体的所述另一个端部在厚度方向上与所述正极集流体的所述另一个端部重叠。
7.根据权利要求5所述的锂二次电池，其中，设置在所述正极集流体的所述一个端部下方的所述下部正极活性物质层的厚度和设置在所述负极集流体的所述一个端部上方的所述上部负极活性物质层的厚度之和与设置在所述正极集流体的所述另一个端部上方的所述上部正极活性物质层的厚度和设置在所述负极集流体的所述另一个端部下方的所述下部负极活性物质层的厚度之和相同。
8.根据权利要求5所述的锂二次电池，其中，所述上部负极活性物质层和所述下部负极活性物质层的厚度之和在所述负极的整个区域中是均匀的。
9.根据权利要求5所述的锂二次电池，其中，设置在所述负极集流体的所述一个端部上方的所述上部负极活性物质层的厚度与设置在所述负极集流体的所述另一个端部上方的所述上部负极活性物质层的厚度之比为1.2至1.6，
设置在所述负极集流体的所述另一个端部下方的所述下部负极活性物质层的厚度与设置在所述负极集流体的所述一个端部下方的所述下部负极活性物质层的厚度之比为1.2至1.6。
10.根据权利要求5所述的锂二次电池，其中，所述负极集流体的延伸方向相对于所述负极的长度方向的斜率为0.1°至2.0°。
11.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述上部正极活性物质层和所述下部正极活性物质层包含彼此不同种类的正极活性物质。
12.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池在整个区域中具有均匀的厚度。
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