CN118160128A

CN118160128A - 锂二次电池

Info

Publication number: CN118160128A
Application number: CN202280068398.5A
Authority: CN
Inventors: 李炳九; 柳德铉; 李宽熙; 李明安; 金秀珍
Original assignee: LG Energy Solution Ltd
Current assignee: LG Energy Solution Ltd
Priority date: 2021-10-14
Filing date: 2022-10-14
Publication date: 2024-06-07

Abstract

本发明涉及一种圆柱形锂二次电池，其包括：电极组件，其中正极板、负极板以及介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜沿一个方向卷绕；电池罐，其中容纳所述电极组件；以及密封体，其密封所述电池罐的开口端。所述正极板包括包含单颗粒、准单颗粒或其组合的正极活性材料，并且所述正极活性材料的D_min为1.0μm以上。

Description

锂二次电池

相关申请的交叉引用

本申请要求于2021年10月14日提交的韩国专利申请第10-2021-0136711号和于2022年9月23日提交的韩国专利申请第10-2022-0121172号的优先权，其全部内容通过引用明确地并入本文。

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池，更具体而言，涉及一种锂二次电池，其中应用具有单颗粒或准单颗粒的正极活性材料，从而即使体积增加也能实现优异的热稳定性。

背景技术

随着诸如电动车辆和便携式电子设备等技术的发展，作为能源的锂二次电池的需求正在迅速增加。

根据电池壳体的形状，锂二次电池可以分为诸如圆柱形或棱柱形等罐型和袋型电池。在这些电池中，罐型电池通过在将凝胶卷型电极组件容纳在电池罐中之后用盖板覆盖和密封电池罐的顶部而制成。凝胶卷型电极组件通过依次堆叠具有片状的正极板、隔膜和负极板，然后沿一个方向卷绕堆叠体来制造。正极板和负极板中分别设置具有条状的正极极耳和负极极耳。正极极耳和负极极耳连接到电极端子，从而与外部电源电连接。作为参考，正极端子是盖板，负极端子是电池罐。然而，在现有技术的具有上述结构的罐型电池中，电流集中在具有条状的电极极耳上，因此电阻增加，产生大量热量，并且集流效率降低。

同时，随着近年来汽车技术的进步，高容量电池的需求正在增加。因此，需要开发一种具有大体积的大型圆柱形电池。在现有技术中常用的小型圆柱形电池，即形状因子为1865或2170的圆柱形电池中，其容量较小，因此电阻或发热不会显著影响电池性能。然而，当将现有技术中的小型圆柱形电池的规格直接应用于大型圆柱形电池时，在电池安全性方面可能存在严重的问题。

当电池的尺寸增加时，电池内部产生的热量和气体也增加。由于热量和气体，电池内部的温度和压力升高，并且电池可能着火或爆炸。为了防止这种情况，必须将电池内部的热量和气体适当地排出到外部。因此，用作将热量排出到电池外部的路径的电池的横截面积必须随着体积的增加而增加。然而，由于横截面积的增量通常小于体积的增量，因此电池内部产生的热量随着电池变大而增加。因此，爆炸的风险增加，并且输出劣化。而且，当在高电压下进行快速充电时，在短时间段内在电极极耳周围产生大量热量，并且电池可能着火。

因此，为了实现高容量，需要开发一种在具有大体积的同时表现出高安全性的罐型电池。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种锂二次电池，其中应用单颗粒和/或准单颗粒作为正极活性材料，从而即使圆柱形电池的体积增加也能实现优异的热稳定性。

技术方案

根据一个实例，本发明提供了一种锂二次电池，其包括：电极组件，其中正极板、负极板以及介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜沿一个方向卷绕；电池罐，其中容纳所述电极组件；以及密封体，其密封所述电池罐的开口端，其中所述正极板包括包含单颗粒、准单颗粒或其组合的正极活性材料，并且所述正极活性材料的D_min为1.0μm以上。

而且，正极活性材料可包括包含基于过渡金属的总摩尔数为80摩尔％以上的Ni的锂镍基氧化物，并且例如可包括以下化学式1表示的锂镍基氧化物。

Li_aNi_bCo_cM¹ _dM² _eO₂....[化学式1]

其中，在化学式1中，M¹是Mn、Al或其组合，M²是Zr、W、Ti、Mg、Ca、Sr和Ba，0.8≤a≤1.2，0.83≤b<1，0<c<0.17，0<d<0.17且0≤e≤0.1。

同时，负极板可包括硅基负极活性材料。

而且，负极板可包括硅基负极活性材料和碳基负极活性材料。这里，硅基负极活性材料和碳基负极活性材料可以以1:99至20:80的重量比提供。

同时，圆柱形二次电池的形状因子比(通过将圆柱形电池的直径除以高度而获得的值，即，定义为直径Ф与高度H的比率)可以为0.4以上，并且可以是例如46110电芯、4875电芯、48110电芯、4880电芯或4680电芯。形状因子比是指通过将圆柱形电池的直径除以高度而获得的值。

而且，在本发明的二次电池中，正极板和负极板各自可包括其中未形成活性材料层的未涂覆部分，并且未涂覆部分的正极板或负极板的至少一部分可以界定电极极耳。

正极板未涂覆部分和负极板未涂覆部分可以分别沿着与电极组件卷绕的方向平行的正极板的一侧的端部和负极板的一侧的端部定位。集流板可以联接到正极板未涂覆部分和负极板未涂覆部分中的每一个，并且集流板可以连接到电极端子。

同时，正极板未涂覆部分和负极板未涂覆部分可以被加工成可独立弯曲的多个区段的形式，并且多个区段的至少一部分可以界定电极极耳并且朝向电极组件的卷绕中心C弯曲。而且，多个弯曲的区段的至少一部分可以重叠在电极组件的上端和下端，并且集流板可以联接到多个重叠的区段。

同时，在正极板上还可以设置有绝缘层，该绝缘层沿着与卷绕方向平行的方向覆盖正极活性材料层的一部分和未涂覆部分的一部分。

根据另一实例，本发明提供了一种包括本发明的锂二次电池的电池组；以及一种包括该电池组的汽车。

有益效果

在本发明的锂二次电池中，应用包括单颗粒和/或准单颗粒的正极活性材料作为正极活性材料，因此，可以使由于在制造电池时颗粒破裂以及在充电和放电期间产生内部裂纹而导致的气体产生最小化。因此，即使在体积增加的大型电池中，也可以实现优异的安全性。

而且，本发明的锂二次电池使用D_min为1.0μm以上的正极活性材料，因此可以进一步提高圆柱形电池的热稳定性。根据发明人的研究，即使当单颗粒和/或准单颗粒用作正极活性材料时，也发现在辊压正极活性材料后抑制颗粒破裂并提高热稳定性的效果根据其粒径而不同。特别是，当粒径为1.0μm以下的颗粒包括在正极活性材料中时，由于辊压工艺中辊隙压力的增加，颗粒的破裂可能增加，并且热稳定性可能劣化，因此当应用于大型圆柱形电池中时，可能无法充分确保热稳定性。因此，在本发明中，通过使用最小粒径(D_min)被控制为1.0μm以上的正极活性材料，可以使提高热稳定性的效果最大化。

而且，在本发明的锂二次电池中，应用D₅₀、D_max和粒径分布(PSD)得到适当控制的正极活性材料。因此，可以使由于应用单颗粒而导致的电阻增加最小化，因此可以实现优异的容量特性和输出特性。

而且，在本发明的锂二次电池中，可以包括具有大容量的硅基负极活性材料作为负极活性材料。在这种情况下，可以实现更高的能量密度。

而且，本发明的锂二次电池可具有正极板和负极板的未涂覆部分用作电极极耳的结构，例如无极耳结构。现有技术的圆柱形电池具有这样的结构，其中电极板经由电极极耳连接到电极引线。在这种情况下，由于在充电期间大量的电流集中在电极极耳上，因此在电极极耳周围产生大量热量。特别是，这种现象在快速充电期间加剧，因此存在电池着火或爆炸的风险。另一方面，本发明的锂二次电池可以具有这样的结构，其中在正极板和负极板各自的端部形成不具有活性材料层的未涂覆部分。未涂覆部分通过与具有大横截面积的集流板焊接而连接到电极端子。与现有技术的具有电极极耳的电池相比，具有上述结构的电池的电流集中更少，因此可以有效地减少电池内部的发热。因此，可以获得电池的热稳定性的改进。

附图说明

图1是示出本发明的电极组件卷绕前的堆叠状态的图。

图2是示出本发明的实施方式的电极组件的电极板的结构的截面图。

图3是示出本发明的实施方式的具有无极耳结构的电池的结构的截面图。

图4是示出本发明的另一实施方式的具有无极耳结构的电池的结构的截面图。

图5是用于描述本发明的实施例的电极组件的结构的图。

图6是用于描述本发明的电池组的图。

图7是用于描述包括本发明的电池组的汽车的图。

图8是实施例1中使用的正极活性材料的SEM图。

图9是实施例2中使用的正极活性材料的SEM图。

图10是比较例2中使用的正极活性材料的SEM图。

图11是示出通过实施例1的样品1和比较例1制造的4680电芯的热箱测试结果的图。

图12是示出实施例1的样品2和3、实施例2的样品1和2以及比较例2的4680电芯的热箱测试结果的图。

图13是实施例1中制造的正极板的截面的SEM图。

图14是比较例1中制造的正极板的截面的SEM图。

具体实施方式

在下文中，将更具体地描述本发明。

本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被限制性地解释为普通含义或基于词典的含义，而是应基于发明人可以适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述和解释其发明的原则，被解释为符合本发明的技术精神的含义和概念。

在本发明中，“一次颗粒”表示当使用扫描电子显微镜或电子背向散射衍射(EBSD)在放大倍数为5000x至20000x的视场中观察时没有可观察到的晶界的颗粒单元。“一次颗粒的平均粒径”表示通过测量并计算在扫描电子显微镜图像或EBSD图像中观察到的一次颗粒的粒径而获得的算术平均值。

在本发明中，“二次颗粒”是由多个一次颗粒聚集而成的颗粒。在本发明中，为了区别由数十至数百个一次颗粒聚集而成的现有技术中的二次颗粒，将聚集不超过10个一次颗粒的二次颗粒称为准单颗粒。

在本发明中，“D_min”、“D₅₀”和“D_max”是通过使用激光衍射方法测量的正极活性材料的体积累积分布中的粒径值。具体而言，D_min是体积累积分布中所示的最小粒径，D₅₀是体积累积为50％时的粒径，D_max是体积累积分布中所示的最大粒径。例如，将正极活性材料分散在分散介质中，然后投入商用激光衍射粒径测量仪器(例如Microtrac MT 3000)中，用频率约为28kHz且输出为60W的超声波照射，以获得体积累积粒径分布图，从而测量体积累积分布中的粒径值。

作为重复研究以开发具有优异安全性同时表现出高容量的大型电池的结果，发明人已经发现，通过使用包括由一个一次颗粒组成的单颗粒和/或作为不超过10个一次颗粒的聚集体的准单颗粒的正极活性材料作为正极活性材料，可以显著提高大型电池的安全性。由此，已经完成了本发明的一个方面。

具体而言，本发明的锂二次电池包括：电极组件，其中正极板、负极板以及介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜沿一个方向卷绕；电池罐，其中容纳所述电极组件；以及密封体，其密封所述电池罐的开口端。

在下文中，将详细描述本发明的锂二次电池的构造。

电极组件

电极组件可以具有这样的结构，其中正极板、负极板以及介于正极板和负极板之间的隔膜沿一个方向卷绕。例如，电极组件可以是凝胶卷型电极组件。

图1示出了本发明的电极组件卷绕前的堆叠结构，图2示出了本发明的电极板(正极板或负极板)的截面结构。

参考图1和图2，本发明的电极组件可以通过沿一个方向X卷绕堆叠体来制造，并且该堆叠体通过将隔膜12、正极板10、隔膜12和负极板11依次堆叠至少一次来形成。

这里，正极板10和负极板11各自具有这样的结构，其中在片状的集流体20上形成活性材料层21，并且集流体20的部分区域可以具有其中未形成活性材料层21的未涂覆部分22。

如上所述，当使用包括未涂覆部分22的正极板10和负极板11时，可以获得具有无极耳结构的电池，其不具有单独的电极极耳，并且其中正极板10和负极板11的未涂覆部分的至少一部分界定电极极耳。

具体而言，未涂覆部分22可以形成在集流体20的一侧的端部并且沿着卷绕方向X伸长。集流板联接到正极板未涂覆部分和负极板未涂覆部分中的每一个，并且集流板连接到电极端子。由此，可以获得具有无极耳结构的电池。

例如，具有无极耳结构的电池可以通过以下方法制造。首先，将隔膜、正极板、隔膜和负极板依次堆叠，使得正极板10和负极板11的未涂覆部分22位于相反的方向，然后沿一个方向卷绕以制造电极组件。接下来，正极板和负极板的未涂覆部分22沿朝向卷绕中心C的方向弯曲，然后，将集流板焊接并联接到正极板的未涂覆部分和负极板的未涂覆部分中的每一个。集流板连接到电极端子，因此，可以制造具有无极耳结构的电池。同时，集流板具有比条型电极极耳更大的横截面积，并且电阻与电流流过的路径的横截面积成反比。因此，当以上述结构形成二次电池时，可以显著降低电芯电阻。

同时，正极板未涂覆部分和负极板未涂覆部分可以被加工成可独立弯曲的多个区段的形式，并且多个区段的至少一部分可以朝向电极组件的卷绕中心C弯曲。

区段可以通过诸如激光切口、超声波切割和冲孔等金属箔切割工艺对正极板和负极板的集流体进行加工来形成。

当正极板和负极板的未涂覆部分被加工成多个区段的形式时，可减少弯曲时作用在未涂覆部分上的应力，以防止未涂覆部分变形或损坏，从而改善与集流板的焊接特性。

集流板和未涂覆部分通常例如通过焊接彼此结合，并且为了提高焊接特性，必须通过向未涂覆部分的焊接表面施加强压力来尽可能使未涂覆部分均匀地弯曲。然而，在该弯曲工艺期间，未涂覆部分的形状可能不规则地扭曲和变形。变形区域可与相反极性的电极接触，从而导致内部短路或未涂覆部分中的微裂纹。然而，当正极板和负极板的未涂覆部分被加工成可独立弯曲的多个区段的形式时，在弯曲期间作用在未涂覆部分上的应力可得到减轻，从而使未涂覆部分的变形和损坏最小化。

另外，当未涂覆部分被加工成如上所述的区段的形式时，多个区段在弯曲期间彼此重叠，从而增加与集流板的焊接强度。当使用诸如激光焊接等先进技术时，激光可以穿透到电极组件，并防止隔膜或活性材料熔化和蒸发的问题。优选地，多个弯曲的区段的至少一部分可以重叠在电极组件的上端和下端上，并且集流板可以联接到多个重叠的区段。

同时，如图5所示，本发明的电极组件可以具有在正极板10上进一步形成绝缘层24的结构。具体而言，绝缘层24可以形成为沿着与电极组件的卷绕方向平行的方向覆盖正极活性材料层的一部分和未涂覆部分的一部分。

在具有无极耳结构(在无极耳结构中正极板10的未涂覆部分22c和负极板11的未涂覆部分22a用作电极极耳)的电池的情况下，形成电极组件，使得正极板10可以从隔膜12向上突出，并且负极板11可以从隔膜12向下突出，并且突出的正极板10和/或负极板11弯曲，然后联接到集流板。然而，当正极板10或负极板11如上所述弯曲时，正极板10或负极板11的集流体穿过隔膜并且位于相反极性的电极附近。因此，存在正极板和负极板彼此电接触并导致内部短路的可能性。然而，如图5所示，当形成覆盖正极活性材料层和未涂覆部分的一部分的绝缘层24时，绝缘层24可以防止正极板10和负极板11彼此电接触，从而防止电池内部发生短路。

优选地，绝缘层24可以设置在正极板10的集流体的至少一个表面上，优选地，可以设置在正极板10的两个表面中的每一个上。

另外，绝缘层24可以形成在正极板10的可能面向负极板11的活性材料层21a的区域中。例如，在正极板10的未涂覆部分22c中弯曲后面向负极板11的表面上，绝缘层24可以形成为延伸至未涂覆部分22c的末端。然而，对于与弯曲后面向负极板11的表面相对的表面，期望的是绝缘层24仅形成在未涂覆部分22c的一部分中，例如，在到达未涂覆部分22c的弯曲点之前。这是因为，当绝缘层24形成在与面向负极板11的表面相对的表面上的未涂覆部分的整个区域上时，无法与集流板电接触，因此未涂覆部分不能用作电极极耳。

同时，绝缘层24的材料或成分没有特别限制，只要其可以在确保绝缘性能的同时附着到正极板即可。例如，绝缘层可以是绝缘涂层或绝缘带，并且绝缘涂层可以包括有机粘合剂和无机颗粒。这里，有机粘合剂可以是例如苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)，无机颗粒可以是氧化铝，但不限于此。

接下来，将详细描述本发明的电极组件的每个部件。

(1)正极板

正极板可以具有这样的结构，例如其中在片状的正极集流体的一个表面或两个表面上形成正极活性材料层，并且正极活性材料层可以包括正极活性材料并且选择性地包括导电材料和/或粘合剂。

具体而言，正极浆料通过将正极活性材料、导电材料和/或粘合剂分散在溶剂(例如二甲基亚砜(DMSO)、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮和水)中来制造。将该正极浆料涂布在片状的正极集流体的一个表面或两个表面上，并且通过干燥工艺去除正极浆料的溶剂。然后，可以通过辊压工艺制造正极板。同时，在涂布正极浆料期间，正极浆料不涂布于正极集流体的部分区域，例如正极集流体的一端。由此，可以制造具有未涂覆部分的正极板。

作为正极集流体，可以使用本领域中使用的各种正极集流体。例如，作为正极集流体，可以使用不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳，或用碳、镍、钛或银等表面处理过的铝或不锈钢。正极集流体通常可以具有3μm至500μm的厚度，并且可以在正极集流体的表面上形成精细的突起和凹陷以增加正极活性材料的粘附力。正极集流体可以以各种形式使用，例如膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫和无纺布。

在本发明中，正极板包括正极活性材料，该正极活性材料由单颗粒(由一次颗粒制成)和/或作为不超过10个一次颗粒的聚集体的准单颗粒制成。

根据现有技术，作为锂二次电池的正极活性材料，通常使用其中聚集数十至数百个一次颗粒的球形二次颗粒。然而，对于如上所述具有其中聚集大量一次颗粒的二次颗粒类型的正极活性材料，在制造正极的同时在辊压工艺中发生颗粒的破裂并且一次颗粒被剥离。而且，在充电和放电期间，在颗粒内部产生裂纹。当正极活性材料的颗粒破裂或颗粒内部出现裂纹时，与电解质的接触面积增加。因此，由于与电解质的副反应而产生的气体增加。当在电池内部气体产生增加时，电池内部的压力增加。因此，存在电池爆炸的风险。特别是，当圆柱形电池的体积增加时，由于体积的增加，电池内部的活性材料的量增加。因此，气体产生量也显著增加，因此存在电池着火和/或爆炸的更高风险。

另一方面，与具有其中聚集数十至数百个一次颗粒的二次颗粒类型的现有正极活性材料相比，具有由一次颗粒制成的单颗粒类型或其中聚集不超过10个一次颗粒的准单颗粒的正极活性材料具有更高的颗粒强度。因此，在辊压期间几乎不发生颗粒破裂。而且，对于具有单颗粒和/或准单颗粒的正极活性材料，构成颗粒的一次颗粒的数量较少。因此，在充电和放电期间由于一次颗粒的体积膨胀和收缩而引起的变化较小，因此，颗粒内部的裂纹产生显著减少。

因此，当如本发明中那样使用包含单颗粒和/或准单颗粒的正极活性材料时，由于颗粒破裂和内部裂纹产生而产生的气体量可以显著减少，因此，即使在大型电池中也可以实现优异的安全性。

同时，基于存在于正极活性材料层中的所有正极活性材料的重量，单颗粒和/或准单颗粒的存在量可以为95重量％至100重量％，优选98重量％至100重量％，更优选99重量％至100重量％，甚至更优选100重量％。当单颗粒和/或准单颗粒的含量满足上述范围时，当应用于大型电池中时可获得足够的安全性。当二次颗粒形式的正极活性材料的含量超过全部正极活性材料的5重量％时，由于在电极制造和充电/放电期间由二次颗粒产生的微粉，与电解质的副反应增加，并且抑制气体产生的效果降低。因此，当应用于大型电池中时可降低稳定性改善效果。

同时，在本发明的单颗粒和/或准单颗粒形式的正极活性材料中，D_min可以为1.0μm以上、1.1μm以上、1.15μm以上、1.2μm以上、1.25μm以上、1.3μm以上、1.35μm以上、1.4μm以上、1.45μm以上或1.5μm以上。当正极活性材料粉末的D_min小于1.0μm时，由于在正极板的辊压工艺期间辊隙压力的增加，可能容易发生颗粒的破裂，并且热稳定性可能劣化。因此，当应用于大型圆柱形电池中时可能无法充分确保热稳定性。

同时，在电阻和输出特性方面，正极活性材料的D_min可以为3μm以下、2.5μm以下或2μm。当D_min太大时，颗粒内部的锂离子扩散距离可能增加，导致电阻和输出特性劣化。

例如，正极活性材料的D_min可以为1.0μm至3μm、1.0μm至2.5μm或1.3μm至2.0μm。同时，正极活性材料的D₅₀可以为5μm以下、4μm以下或3μm以下，例如0.5μm至5μm，优选1μm至5μm，更优选2μm至5μm。在具有单颗粒和/或准单颗粒的正极活性材料中，用作颗粒内部锂离子的扩散路径的一次颗粒之间的界面较小。因此，与具有二次颗粒类型的正极活性材料相比，锂迁移率降低，因此电阻增加。随着颗粒尺寸的增加，这种电阻的增加更加剧。当电阻增加时，容量和输出特性受到不利影响。因此，可以将正极活性材料的D₅₀控制为5μm以下，以使锂离子在正极活性材料颗粒内部的扩散距离最小化，从而抑制电阻的增加。

而且，正极活性材料的D_max可以为12μm至17μm，优选12μm至16μm，更优选12μm至15μm。当正极活性材料的D_max满足该范围时，电阻和容量特性变得更加优异。

当单颗粒之间发生聚集时，正极活性材料的D_max增加。当正极活性材料的D_max太大时，颗粒内部的锂移动路径延长，锂迁移率降低，这可能增加电阻。同时，当发生过度破碎时，正极活性材料的D_max降低。当正极活性材料的D_max太小时，正极活性材料的D_min可能小于1.0μm，因此在正极板的辊压工艺期间可能容易发生颗粒的破裂，并且热稳定性可能劣化。

同时，正极活性材料的粒径分布(PSD)由以下等式1表示，并且可以具有3以下、优选2至3、更优选2.3至3的值：

粒径分布(PSD)＝(D_max–D_min)/D₅₀[等式1]。

当正极活性材料具有上述粒径分布时，可以适当地保持正极的电极密度并有效地抑制颗粒的破裂和电阻的增加。

同时，在正极活性材料中，一次颗粒的平均粒径可以为5μm以下、4μm以下、3μm以下或2μm以下，例如0.5μm至5μm，优选1μm至5μm，更优选2μm至5μm。当一次颗粒的平均粒径满足该范围时，可以形成表现出优异的电化学性能的具有单颗粒和/或准单颗粒类型的正极活性材料。当一次颗粒的平均粒径非常小时，形成正极活性材料的一次颗粒的聚集数量变大，并且抑制在辊压期间产生颗粒破裂的效果下降。当一次颗粒的平均粒径非常大时，一次颗粒内部的锂扩散路径变长，电阻可能增加，并且输出特性可能劣化。

在本发明中，优选的是正极活性材料具有单峰粒径分布。根据现有技术，双峰正极活性材料已被广泛用于提高正极活性材料层的电极密度。将平均粒径较大的大粒径正极活性材料和平均粒径较小的小粒径正极活性材料混合并用于双峰正极活性材料。然而，对于具有单颗粒或准单颗粒的正极活性材料，当粒径增加时，锂移动路径变长，因此电阻显著增加。因此，当混合并使用具有大粒径的颗粒时，容量和输出特性可能降低。因此，在本发明中使用具有单峰分布的正极活性材料，因此可以使电阻的增加最小化。

同时，正极活性材料可以包括锂镍基氧化物，具体而言，可以包括包含基于存在于锂镍基氧化物中的过渡金属的总摩尔数为80摩尔％以上的Ni的锂镍基氧化物。优选地，锂镍基氧化物可以包含含量为80摩尔％以上且小于100摩尔％、82摩尔％以上且小于100摩尔％、或83摩尔％以上且小于100摩尔％的Ni。当如上所述使用含有高Ni含量的锂镍基氧化物时，可以实现高容量。

更具体而言，正极活性材料可以包括以下化学式1表示的锂镍基氧化物：

Li_aNi_bCo_cM¹ _dM² _eO₂…[化学式1]

在化学式1中，M¹可以是Mn、Al或其组合，优选Mn或Mn和Al。

M²可以是选自由Zr、W、Y、Ba、Ca、Ti、Mg、Ta和Nb组成的组中的一种以上，优选选自由Zr、Y、Mg和Ti组成的组中的一种以上，更优选Zr、Y或其组合。M²元素不一定包括在内，但当包括适当量的M²元素时，可用于促进烧制过程中的晶粒生长或提高晶体结构的稳定性。

a表示锂镍基氧化物中锂的摩尔分数，并且其可满足0.8≤a≤1.2，0.85≤a≤1.15或0.9≤a≤1.2。当锂的摩尔分数满足该范围时，可以稳定地形成锂镍基氧化物的晶体结构。

b表示锂镍基氧化物中除锂外的所有金属中镍的摩尔分数，并且其可满足0.8≤b<1，0.82≤b<1，0.83≤b<1，0.85≤b<1，0.88≤b<1或0.90≤b<1。当镍的摩尔分数满足该范围时，表现高能量密度，并且可以实现高容量。

c表示锂镍基氧化物中除锂外的所有金属中钴的摩尔分数，并且其可满足0<c<0.2，0<c<0.18，0.01≤c≤0.17，0.01≤c≤0.15，0.01≤c≤0.12或0.01≤c≤0.10。当钴的摩尔分数满足该范围时，可以实现有利的电阻特性和输出特性。

d表示锂镍基氧化物中除锂外的所有金属中M¹元素的摩尔分数，并且其可满足0<d<0.2，0<d<0.18，0.01≤d≤0.17，0.01≤d≤0.15，0.01≤d≤0.12或0.01≤d≤0.10。当M¹元素的摩尔分数满足该范围时，正极活性材料的结构稳定性表现优异。

e表示锂镍基氧化物中除锂外的所有金属中M²元素的摩尔分数，并且其可满足0≤e≤0.1或0≤e≤0.05。

同时，本发明的正极活性材料可以根据需要在锂镍基氧化物的颗粒表面上进一步包括涂层，该涂层包括选自由Al、Ti、W、B、F、P、Mg、Ni、Co、Fe、Cr、V、Cu、Ca、Zn、Zr、Nb、Mo、Sr、Sb、Bi、Si和S组成的组中的一种以上的涂覆元素。优选地，涂覆元素可以是Al、B、Co或其组合。

当在锂镍基氧化物的颗粒表面上存在涂层时，电解质与锂复合过渡金属氧化物之间的接触被涂层抑制。因此，可以减少由于与电解质的副反应而导致的过渡金属的溶出或气体的产生。

基于正极活性材料层的总重量，正极活性材料的含量可以为80重量％至99重量％，优选85重量％至99重量％，更优选90重量％至99重量％。

接下来，导电材料用于赋予电极导电性，并且没有特别限制，只要其具有电子导电性而不引起待构成的电池中的化学变化即可。对于具体实例，可以有：石墨，例如天然石墨和人造石墨；碳基材料，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑、碳纤维和碳纳米管；诸如铜、镍、铝和银等金属粉末或金属纤维；导电晶须，例如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，例如氧化钛；或导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物。其中，可以使用任一种或两种以上的混合物。基于正极活性材料层的总重量，导电材料的含量通常可以为1重量％至30重量％，优选1重量％至20重量％，更优选1重量％至10重量％。

粘合剂用于提高正极活性材料的颗粒之间的附着以及正极活性材料和正极集流体之间的粘附力。对于具体实例，可以有聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)、聚乙烯醇、聚丙烯腈、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯-单体(EPDM橡胶)、磺化EPDM、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、氟橡胶或其各种共聚物。其中，可以使用任一种或两种以上的混合物。基于正极活性材料层的总重量，粘合剂的含量通常可以为1重量％至30重量％，优选1重量％至20重量％，更优选1重量％至10重量％。

同时，在本发明的正极板上，可以根据需要进一步形成用于覆盖正极活性材料层和未涂覆部分的一部分的绝缘层。绝缘层可以沿着与电极组件的卷绕方向平行的方向形成。

(2)负极板

负极板可以具有这样的结构，其中负极活性材料层形成在片状的负极集流体的一个表面或两个表面上，并且负极活性材料层可以包括负极活性材料、导电材料和粘合剂。

具体而言，负极浆料通过将负极活性材料、导电材料和粘合剂分散在溶剂(例如二甲基亚砜(DMSO)、异丙醇、N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮和水)中来制造。将该负极浆料涂布在片状的负极集流体的一个表面或两个表面上，并且通过干燥工艺去除负极浆料的溶剂。然后，可以通过辊压工艺制造负极板。同时，在涂布负极浆料期间，负极浆料不涂布于负极集流体的部分区域，例如负极集流体的一端。由此，可以制造具有未涂覆部分的负极板。

作为负极活性材料，可以使用能够可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物。对于负极活性材料的具体实例，可以有：碳质材料，例如人造石墨、天然石墨、石墨化碳纤维和无定形碳；硅基材料，例如Si、Si-Me合金(其中，Me是选自由Al、Sn、Mg、Cu、Fe、Pb、Zn、Mn、Cr、Ti和Ni组成的组中的一种以上)、SiO_y(其中，0<y<2)和Si-C复合物；锂金属薄膜；以及能够与锂形成合金的金属材料，例如Sn和Al。其中，可以使用任一种或两种以上的混合物。

优选地，本发明的负极板可以包括硅基负极活性材料。硅基负极活性材料可以是Si、Si-Me合金(其中，Me是选自由Al、Sn、Mg、Cu、Fe、Pb、Zn、Mn、Cr、Ti、Ni组成的组中的一种以上)、SiO_y(其中，0<y<2)、Si-C复合物或其组合，优选SiO_y(其中，0<y<2)。硅基负极活性材料具有高理论容量。因此，当包括硅基负极活性材料时，可以增强容量特性。

同时，硅基负极活性材料可以掺杂有M^b金属。这里，M^b金属可以是第1族金属元素或第2族金属元素，具体而言，可以是Li或Mg等。具体而言，硅基负极活性材料可以是掺杂有M^b金属的Si、SiO_y(其中，0<y<2)或Si-C复合物等。对于掺杂有金属的硅基负极活性材料，由于掺杂元素，活性材料的容量略有降低，但效率变高。因此，可以实现高能量密度。

而且，硅基负极活性材料可以在颗粒表面上进一步包括碳涂层。这里，碳涂覆量可以为基于硅基负极活性材料总重量的20重量％以下，优选1至20重量％。

而且，负极板可以根据需要进一步包括碳基负极活性材料作为负极活性材料。碳基负极活性材料可以是例如人造石墨、天然石墨、石墨化碳纤维、无定形碳、软碳或硬碳等，但不限于此。

同时，当使用硅基负极活性材料和碳基负极活性材料的混合物作为负极活性材料时，硅基负极活性材料和碳基负极活性材料之间的混合比按重量计可以为1:99至20:80，优选1:99至15:85，更优选1:99至10:90。

基于负极活性材料层的总重量，负极活性材料的含量可以为80重量％至99重量％，优选85重量％至99重量％，更优选90重量％至99重量％。

同时，作为负极集流体，可以使用本领域中常用的负极集流体。例如，可以使用铜、不锈钢、铝、镍、钛、焙烧碳、用碳、镍、钛或银等表面处理过的铜或不锈钢，铝-镉合金等。负极集流体通常可以具有3μm至500μm的厚度，并且与正极集流体类似，可以在集流体的表面上形成精细的突起和凹陷以增强负极活性材料的粘附力。例如，可以使用各种形式，例如膜、片、箔、网、多孔结构、泡沫和无纺布。

导电材料用于赋予负极导电性，并且没有特别限制，只要其具有电子导电性而不引起待构成的电池中的化学变化即可。对于具体实例，可以有：石墨，例如天然石墨和人造石墨；含碳材料，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑、碳纤维和碳纳米管；诸如铜、镍、铝和银等金属粉末或金属纤维；导电晶须，例如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，例如氧化钛；或导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物。其中，可以使用任一种或两种以上的混合物。基于负极活性材料层的总重量，导电材料的含量通常可以为1重量％至30重量％，优选1重量％至20重量％，更优选1重量％至10重量％。

粘合剂用于提高负极活性材料的颗粒之间的附着以及负极活性材料和负极集流体之间的粘附力。对于具体实例，可以有聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)、聚乙烯醇、聚丙烯腈、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯-单体(EPDM橡胶)、磺化EPDM、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、氟橡胶或其各种共聚物。其中，可以使用任一种或两种以上的混合物。基于负极活性材料层的总重量，粘合剂的含量通常可以为1重量％至30重量％，优选1重量％至20重量％，更优选1重量％至10重量％。

(3)隔膜

隔膜将负极和正极隔开并提供锂离子的移动通道，并且没有特别限制，只要其通常用作锂二次电池中的隔膜即可。具体而言，作为隔膜，可以使用多孔聚合物膜，例如由聚烯烃类聚合物(例如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物)制备的多孔聚合物膜，或者可以使用具有其两层以上的层压结构。另外，作为隔膜，可以使用常规的多孔无纺布，例如由具有高熔点的玻璃纤维或聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等制成的无纺布。另外，为了确保耐热性或机械强度，可以使用包括陶瓷成分或聚合物材料的经涂覆的隔膜。

锂二次电池

接下来，将描述本发明的锂二次电池。

本发明的电池可以包括：电极组件，其中正极板、负极板以及介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜沿一个方向卷绕；电池罐，其中容纳所述电极组件；以及密封体，其密封所述电池罐的开口端。

优选地，本发明的锂二次电池可以是圆柱形电池。更优选地，锂二次电池可以是形状因子比(通过将圆柱形电池的直径除以高度而获得的值，即，定义为直径Ф与高度H的比率)为0.4以上的大型圆柱形电池。这里，形状因子表示指示圆柱形电池的直径和高度的值。

本发明的圆柱形电池可以是例如46110电芯(直径46mm、高度110mm和形状因子比0.418)、4875电芯(直径48mm、高度75mm和形状因子比0.640)、48110电电芯(直径48mm、高度110mm和形状因子比0.436)、4880电芯(直径48mm、高度80mm和形状因子比0.600)和4680电芯(直径46mm、高度80mm和形状因子比0.575)。在指示形状因子的数值中，前两个数字指示电芯的直径，后两个或三个数字指示电芯的高度。

在本发明的锂二次电池中，应用具有单颗粒和/或准单颗粒的正极活性材料，因此，当与现有技术相比时，气体产生量显著减少。因此，即使在形状因子比为0.4以上的大型圆柱形电池中，也可以实现优异的安全性。

同时，本发明的锂二次电池优选地可以是具有不包括电极极耳的无极耳结构的电池，但不限于此。

例如，具有无极耳结构的电池可以具有这样的结构，其中正极板和负极板各自包括其中未形成活性材料层的未涂覆部分。正极板未涂覆部分和负极板未涂覆部分分别位于电极组件的上端和下端。集流板联接到正极板未涂覆部分和负极板未涂覆部分中的每一个。集流板连接到电极端子。

图3示出了本发明的实施方式的具有无极耳结构的电池的截面图。在下文中，将参考图3描述本发明的实施方式的电池。然而，图3仅示出了本发明的一个实施方式，并且本发明的电池的结构不限于图3所示的范围。

本发明的实施方式的电池140包括具有凝胶卷型结构的电极组件141、其中容纳电极组件141的电池罐142以及密封电池罐142的开口端的密封体143。

这里，电极组件的正极板和负极板各自可以包括其中未形成活性材料层的未涂覆部分，并且可以堆叠和卷绕，使得正极板未涂覆部分和负极板未涂覆部分分别位于电极组件的上端和下端。上面已经描述了电极组件，因此在下文中，将仅描述除了电极组件之外的其他部件。

电池罐142是在上侧上形成有开口的容器，并且由诸如铝或钢等导电金属材料制成。电池罐通过上部开口将电极组件141容纳在内部空间中，并且一起容纳电解质。

作为本发明中使用的电解质，可以使用可用于锂二次电池的各种电解质，例如有机液体电解质、无机液体电解质、固体聚合物电解质、凝胶状聚合物电解质、固体无机电解质或熔融无机电解质。然而，其类型没有特别限制。

具体而言，电解质可以包括有机溶剂和锂盐。

有机溶剂没有特别限制，只要其可以用作使参与电池的电化学反应的离子在其中迁移的介质即可。具体而言，作为有机溶剂，可以使用酯类溶剂，例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、γ-丁内酯或ε-己内酯；醚类溶剂，例如二丁醚或四氢呋喃；酮类溶剂，例如环己酮；芳烃类溶剂，例如苯或氟苯；碳酸酯类溶剂，例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸乙甲酯(EMC)、碳酸亚乙酯(EC)或碳酸亚丙酯(PC)；醇类溶剂，例如乙醇、异丙醇；腈，例如R-CN(其中R是直链、支链或环状C2-C20烃基，并且可以包括双键、芳环或醚键)；酰胺，例如二甲基甲酰胺；二氧戊环，例如1,3-二氧戊环；或环丁砜。其中，优选地，使用含碳酸酯的溶剂。更优选地，使用具有高离子电导率和高介电常数以改善电池的充电/放电性能的环状碳酸酯(例如碳酸亚乙酯或碳酸亚丙酯)和低粘度线性碳酸酯类化合物(例如碳酸乙甲酯、碳酸二甲酯或碳酸二乙酯)的混合物。

锂盐没有特别限制，只要其是能够提供用于锂二次电池的锂离子的化合物即可。具体而言，可以使用LiPF₆、LiClO₄、LiAsF₆、LiBF₄、LiSbF₆、LiAlO₄、LiAlCl₄、LiCF₃SO₃、LiC₄F₉SO₃、LiN(C₂F₅SO₃)₂、LiN(C₂F₅SO₂)₂、LiN(CF₃SO₂)₂、LiCl、LiI或LiB(C₂O₄)₂等作为锂盐。锂盐可以以0.1至5.0M、优选0.1至3.0M的浓度使用。当锂盐的浓度包括在该范围内时，电解质具有适当的电导率和粘度。因此，可以实现优异的电解质性能，并且锂离子可以有效地迁移。

除了这些电解质成分之外，电解质还可以进一步包括添加剂，用于提高电池的寿命特性、抑制电池容量的降低和提高电池的放电容量。例如，作为添加剂，可以使用卤代碳酸亚烷基酯类化合物如二氟碳酸亚乙酯、吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-甘醇二甲醚、六甲基磷酸三酰胺、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-甲氧基乙醇或三氯化铝等，并且可以使用其中的任一种或混合物。然而，添加剂不限于此。基于电解质的总重量，添加剂的含量可以为0.1重量％至10重量％，优选0.1重量％至5重量％。

电池罐142与负极板的未涂覆部分146b电连接，并且接触外部电源并用作负极端子，该负极端子将已经从外部电源施加的电流输送到负极板。

根据需要，可以在电池罐142的上端设置卷边部分147和压接部分148。卷边部分147可以通过将电池罐142的外周表面的周边按压到距离D1而形成。卷边部分147防止容纳在电池罐142内部的电极组件141通过电池罐142的上部开口逸出，并且可以用作密封体143安置在其上的支撑件。

压接部分148可以形成在卷边部分147上方，并且具有延伸并弯曲以围绕设置在卷边部分147上方的盖板143a的外周表面的一部分和盖板143a的顶表面的一部分的形状。

接下来，密封体143密封电池罐142的开口端，并且包括盖板143a和第一垫圈143b，第一垫圈143b为盖板143a和电池罐142之间的空间提供气密性并且具有绝缘特性，并且根据需要，可以进一步包括与盖板143a电连接和机械连接的连接板143c。盖板143a可以压靠在形成于电池罐142中的卷边部分147上并且通过压接部分148固定。

盖板143a是由具有导电性的金属材料制成的部件，并且覆盖电池罐142的上部开口。盖板143a与电极组件141的正极板电连接并且通过第一垫圈143b与电池罐142电绝缘。因此，盖板143a可以用作二次电池的正极端子。盖板143a可以包括从其中心部分C向上突出的突出部分143d。突出部分143d接触外部电源并且允许从外部电源施加电流。

第一垫圈143b可以介于盖板143a和压接部分148之间，以确保电池罐142的气密性以及电池罐142和盖板143a之间的电绝缘。

同时，本发明的电池140可以根据需要进一步包括集流板144和145。集流板联接到正极板未涂覆部分146a和负极板未涂覆部分146b，并且连接到电极端子(即，正极端子和负极端子)。

具体而言，本发明的电池140可以包括联接到电极组件141的上部的第一集流板144和联接到电极组件141的下部的第二集流板145。

可以进一步包括第一集流板144和/或第二集流板145。

第一集流板144联接到电极组件141的上部。第一集流板144可以由诸如铝、铜或镍等导电金属材料制成，并且与正极板的未涂覆部分146a电连接。引线149可以连接到第一集流板144。引线149从电极组件141向上延伸，并且可以联接到连接板143c或直接联接到盖板143a的底表面。引线149与其他部件之间的联接可以通过焊接来进行。优选地，第一集流板144可以与引线149一体地形成。在这种情况下，引线149可以具有从第一集流板144的中心部分C向外延伸的板形状。

同时，第一集流板144联接到正极板的未涂覆部分146a的端部。这种联接可以通过激光焊接、电阻焊接、超声波焊接或钎焊等进行。

第二集流板145联接到电极组件141的下部。第二集流板145可以由诸如铝、铜或镍等导电金属材料制成，并且与负极板的未涂覆部分146b电连接。第二集流板145的一个表面可以联接到负极板的未涂覆部分146b，并且另一个表面可以联接到电池罐142的内底表面。这里，这种联接可以通过激光焊接、电阻焊接、超声波焊接或钎焊等进行。

同时，本发明的电池140可以根据需要进一步包括绝缘子146。绝缘子146可以被设置成覆盖第一集流板144的顶表面。绝缘子146覆盖第一集流板144，因此可以防止第一集流板144和电池罐142彼此直接接触。

绝缘子146包括引线孔151，从第一集流板144向上延伸的引线149可以通过该引线孔151引出。引线149通过引线孔151向上引出并且联接到连接板143c的底表面或盖板143a的底表面。

绝缘子146可以由具有绝缘特性的聚合物树脂(例如，诸如聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺或聚对苯二甲酸丁二醇酯等聚合物树脂材料)制成。

同时，本发明的电池140可以根据需要进一步包括形成在电池罐142的底表面中的排气部分152。排气部分152对应于电池罐142的底表面中与外围区域相比具有较小厚度的区域。排气部分152具有较小的厚度，因此与外围区域相比在结构上弱化。因此，当电池140内部的压力上升到一定水平以上时，排气部分152破裂，并且电池罐152内部的气体向外部排出，从而防止电池爆炸。

图4示出了本发明的另一实施方式的具有无极耳结构的电池的截面图。在下文中，将参考图4描述本发明的另一实施方式的电池。然而，图4仅示出了本发明的一个实施方式，并且本发明的电池的结构不限于图4所示的范围。

参考图4，当与图3所示的电池140相比时，本发明的另一实施方式的电池170的电池罐和密封体结构不同，但是电极组件和电解质的构造基本上彼此相同。

具体而言，电池170包括电池罐171，铆钉端子172穿过并安装在电池罐171中。铆钉端子172安装在其一个末端部分封闭的电池罐171的部分封闭表面(图中的上表面)上。铆钉端子172在具有绝缘特性的第二垫圈173介于其间的状态下铆接在电池罐171的通孔(第一末端的第一开口)中。铆钉端子172在与重力方向相反的方向上向外暴露。

铆钉端子172包括端子暴露部分172a和端子插入部分172b。端子暴露部分172a从电池罐171的部分封闭表面向外暴露。端子暴露部分172a可位于电池罐171的部分封闭表面的大致中心部分C。端子暴露部分172a的最大直径可以形成为大于电池罐171中形成的通孔的最大直径。端子插入部分172b穿过电池罐171的部分封闭表面的大致中心部分，并且可以与正极板的未涂覆部分146a电连接。端子插入部分172b可以铆接到电池罐171的内表面。即，端子插入部分172b可以具有朝向电池罐171的内表面弯曲的形状。端子插入部分172b的端部的最大直径可以大于电池罐171的通孔的最大直径。

端子插入部分172b的下端表面可以焊接到与正极板的未涂覆部分146a连接的第一集流板144。由绝缘材料制成的绝缘帽174可以介于第一集流板144和电池罐171的内表面之间。绝缘帽174覆盖第一集流板144的上部和电极组件141的上端边缘部分。因此，可以防止当电极组件141的外周上的未涂覆部分与具有不同极性的电池罐171的内表面接触时发生短路。铆钉端子172的端子插入部分172b穿过绝缘帽174并且可以焊接到第一集流板144。

第二垫圈173介于电池罐171和铆钉端子172之间，并且防止彼此具有不同极性的电池罐171和铆钉端子172之间的电接触。因此，具有近似平坦形状的铆钉端子172的顶表面可以用作电池170的正极端子。

第二垫圈173包括垫圈暴露部分173a和垫圈插入部分173b。垫圈暴露部分173a介于铆钉端子172的端子暴露部分172a和电池罐171之间。垫圈插入部分173b介于铆钉端子172的端子插入部分172b和电池罐171之间。在铆接端子插入部分172b时，垫圈插入部分173b可以一起变形并与电池罐171的内表面紧密接触。第二垫圈173可以由例如具有绝缘特性的聚合物树脂制成。

第二垫圈173的垫圈暴露部分173a可以具有延伸以覆盖铆钉端子172的端子暴露部分172a的外周表面的形状。当第二垫圈173覆盖铆钉端子172的外周表面时，可以防止在将诸如母线等电连接部件联接到电池罐171的顶表面和/或铆钉端子172的过程期间发生短路。尽管未示出，但垫圈暴露部分173a可以具有延伸以覆盖端子暴露部分172a的顶表面的一部分及其外周表面的形状。

当第二垫圈173由聚合物树脂制成时，第二垫圈173可以通过热熔合联接到电池罐171和铆钉端子172。在这种情况下，可以在第二垫圈173和铆钉端子172之间的联接界面以及第二垫圈173和电池罐171之间的联接界面上加强气密性。同时，当第二垫圈173的垫圈暴露部分173a具有延伸到端子暴露部分172a的顶表面的形状时，铆钉端子172可以通过插入注射成型一体地联接到第二垫圈173。

在电池罐171的顶表面上除了由铆钉端子172和第二垫圈173占据的区域之外，其余区域175对应于极性与铆钉端子172的极性相反的负极端子。

第二集流板176联接到电极组件141的下部。第二集流板176可以由诸如铝、钢、铜或镍等导电金属材料制成，并且与负极板的未涂覆部分146b电连接。

优选地，第二集流板176与电池罐171电连接。为此，第二集流板176的边缘部分的至少一部分可以插入并固定在电池罐171的内表面和第一垫圈178b之间。在一个实例中，第二集流板176的边缘部分的至少一部分可以通过焊接固定到在电池罐171的下端形成的卷边部分180，同时由卷边部分180的下端表面支撑。在变型实例中，第二集流板176的边缘部分的至少一部分可以直接焊接到电池罐171的内壁表面。

第二集流板176可以包括在面向未涂覆部分146b的表面上径向形成的多个突起和凹陷。当形成突起和凹陷时，可以通过按压第二集流板176将突起和凹陷压入未涂覆部分146b中。

优选地，第二集流板176和未涂覆部分146b的端部可以通过焊接、例如激光焊接联接。

用于密封电池罐171的下部开口端的密封体178包括盖板178a和第一垫圈178b。第一垫圈178b将盖板178a与电池罐171电分离。压接部分181将盖板178a的边缘和第一垫圈178b固定在一起。在盖板178a中设置排气部分179。排气部分179具有与上述实施方式基本相同的构造。

优选地，盖板178a可以由导电金属材料制成。然而，由于第一垫圈178b介于盖板178a和电池罐171之间，因此盖板178a不具有电极性。密封体178用于密封电池罐171的下部开口端，并且当电池电芯170的内部压力上升到临界值以上时排出气体。

优选地，与正极板的未涂覆部分146a电连接的铆钉端子172用作正极端子。而且，在通过第二集流板176电连接至负极板的未涂覆部分146b的电池罐171的上表面上除了铆钉端子172之外的部分175用作负极端子。如上所述，当两个电极端子位于电池的上部时，可以仅在电池170的一侧上设置诸如母线等电连接部件。这可以带来电池组结构的简化和能量密度的增强。而且，用作负极端子的部分175具有近似平坦的形状，因此，当粘合诸如母线等电连接部件时，可以确保足够的粘合面积。因此，在电池170中，可以将电连接部件的粘合部位处的电阻降低到优选水平。

当锂二次电池形成为上述无极耳结构时，电流集中变得小于现有技术中具有电极极耳的电池，因此可以有效地减少电池内部的发热。因此，可以获得电池的热稳定性的改进。

如上所述的本发明的锂二次电池可用于制造电池组。图6示意性地示出了本发明的实施方式的电池组的构造。参考图6，本发明的实施方式的电池组3包括：其中电连接二次电池1的组件；以及容纳该组件的电池组外壳2。二次电池1是上述实施方式的电池电芯。在附图中，为了便于说明，省略了诸如用于电连接二次电池1的母线、冷却单元和外部端子等部件。

电池组3可以安装到汽车。汽车可以是例如电动车辆、混合动力车辆或插电式混合动力车辆。汽车包括四轮车辆或两轮车辆。

图7是用于描述包括图6的电池组3的汽车5的图。

参考图7，本发明的实施方式的汽车5包括本发明的实施方式的电池组3，并且通过从电池组3接收电力来操作。

在下文中，将参考具体实施方式更详细地描述本发明。

实施例1

制备正极活性材料(组成：Li[Ni_0.9Co_0.06Mn_0.03Al_0.01]O₂)，其具有单峰粒径分布，并且其中D_min＝1.78μm，D₅₀＝4.23μm，D_max＝13.1μm，并且混合有单颗粒和准单颗粒。图8示出了实施例1中使用的正极活性材料的SEM图。

将正极活性材料、碳纳米管和PVDF粘合剂以97.8:0.6:1.6的重量比混合在N-甲基吡咯烷酮中。结果，制造了正极浆料。将该正极浆料涂布在铝集流体片的一个表面上，在120℃下干燥，然后辊压。结果，制造了正极板。

将负极活性材料(石墨:SiO＝95:5重量比混合物)、导电材料(super C)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)和羧甲基纤维素(CMC)以96:2:1.5:0.5的重量比混合在水中。结果，制造了负极浆料。将该负极浆料涂布在铜集流体片的一个表面上，在150℃下干燥，然后辊压。结果，制造了负极板。

将隔膜介于如上所述制造的正极板和负极板之间，然后将隔膜/正极板/隔膜/负极板按此顺序堆叠，然后卷绕。结果，制造了具有凝胶卷型的电极组件。将如上所述制造的电极组件插入圆柱形电池罐中，然后在其中注入电解质。结果，制造了4680电芯。

实施例2

通过与实施例1相同的方法制造4680电芯，不同之处在于使用以下正极活性材料(组成：Li[Ni_0.9Co_0.06Mn_0.03Al_0.01]O₂)作为正极活性材料，其具有单峰粒径分布，并且其中D_min＝1.38μm，D₅₀＝4.69μm，D_max＝18.5μm，并且混合有单颗粒和准单颗粒。

图9示出了实施例2中使用的正极活性材料的SEM图。

比较例1

通过与实施例1相同的方法制造4680电芯，不同之处在于使用以下正极活性材料(组成：Li[Ni_0.9Co_0.05Mn_0.04Al_0.01]O₂)作为正极活性材料，其具有二次颗粒类型和双峰粒径分布，其中大颗粒平均粒径D₅₀为9μm且小颗粒平均粒直径D₅₀为4μm。

比较例2

通过与实施例1相同的方法制造4680电芯，不同之处在于使用以下正极活性材料(组成：Li[Ni_0.9Co_0.06Mn_0.03Al_0.01]O₂)作为正极活性材料，其具有单峰粒径分布，并且其中D_min＝0.892μm，D₅₀＝3.02μm，D_max＝11μm，并且混合有单颗粒和准单颗粒。

图10示出了比较例2中使用的正极活性材料的SEM图。

实验例1

对实施例1至2和比较例1至2中制造的4680电芯进行热箱测试。

具体而言，将实施例1和比较例1中制造的4680电芯各自在室温下放入热箱腔室中，以5℃/min的加热速率加热至130℃，然后保持30分钟。然后，测量电池的温度变化。在测试期间没有发生热失控和着火的情况表示为通过，并且发生热失控和/或着火的情况表示为失败。另外，为了测试的准确性，对实施例1和2的电芯进行两次以上的测试。

测量结果示于表1和图11和12中。图11是示出通过实施例1的样品1和比较例1制造的4680电芯的热箱测试结果的图，图12是示出通过实施例1的样品2和3、实施例2的样品1和2以及比较例2制造的4680电芯的热箱测试结果的图。

[表1]

参考表1以及图11和12，在利用D_min为1.0μm以上的单颗粒/准单颗粒形式的正极活性材料的实施例1的圆柱形电池的情况下，可以确认电池的电压和温度稳定地保持直到经过65分钟。然而，在利用二次颗粒作为正极活性材料的比较例1和利用D_min小于1.0μm的单颗粒/准单颗粒形式的正极活性材料的比较例2的锂二次电池的情况下，电池温度急剧上升。

实验例2

为了检测在辊压实施例1和比较例1中制造的正极板后正极活性材料的颗粒破裂程度，通过离子铣削设备对正极板进行切割，然后通过SEM捕获其截面的图。图13示出了实施例1中制造的正极板的截面的SEM图，图14示出了比较例1中制造的正极板的截面的SEM图。

通过图13和14，观察到在实施例1的正极板中，即使在辊压后也几乎没有正极活性材料的颗粒破裂，但是在使用二次颗粒的比较例2的正极板中，在辊压后存在多个正极活性材料的颗粒破裂。

[附图标记说明]

10：正极板

11：负极板

12：隔膜

20：集流体

21、21a：活性材料层

22、22a、22c、146b：未涂覆部分

24：绝缘层

140、170：圆柱形电池

141：电极组件

142、171：电池罐

143、178：密封体

144：第一集流板

145、176：第二集流板

146：绝缘子

152：排气部分

172：铆钉端子

173：第二垫圈

147：卷边部分

148：压接部分

149：引线

Claims

1.一种锂二次电池，其包括：

电极组件，其中正极板、负极板以及介于所述正极板和所述负极板之间的隔膜沿一个方向卷绕；

电池罐，其中容纳所述电极组件；以及

密封体，所述密封体密封所述电池罐的开口端，

其中，所述正极板包括正极活性材料，所述正极活性材料包含单颗粒、准单颗粒或其组合，并且

所述正极活性材料的D_min为1.0μm以上。

2.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极活性材料的D₅₀为5μm以下。

3.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极活性材料的D_max为12μm至17μm。

4.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极活性材料的粒径分布(PSD)由以下等式1表示并且具有3以下的值：

粒径分布(PSD)＝(D_max–D_min)/D₅₀[等式1]。

5.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极活性材料具有单峰粒径分布，所述单峰粒径分布在体积累积粒径分布图中呈现单峰。

6.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，基于存在于所述正极板中的所述正极活性材料的总重量，单颗粒、准单颗粒或其组合的存在量为95重量％至100重量％。

7.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极活性材料包含锂镍基氧化物，所述锂镍基氧化物包含基于所述锂镍基氧化物中过渡金属的总摩尔数为80摩尔％以上的Ni。

8.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极活性材料包含以下化学式1表示的锂镍基氧化物：

Li_aNi_bCo_cM¹ _dM² _eO₂[化学式1]

9.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极活性材料的一次颗粒的平均粒径为0.5μm至5μm。

10.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述负极板包含含硅负极活性材料。

11.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述负极板包含硅基负极活性材料和碳基负极活性材料。

12.根据权利要求11所述的锂二次电池，其中，所述硅基负极活性材料和所述碳基负极活性材料以1:99至20:80的重量比存在。

13.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述锂二次电池是形状因子比为0.4以上的圆柱形电池，其中，所述形状因子比是通过将所述圆柱形电池的直径除以所述圆柱形电池的高度而获得的值。

14.根据权利要求13所述的锂二次电池，其中，所述圆柱形电池是46110电芯、4875电芯、48110电芯、4880电芯或4680电芯。

15.根据权利要求1所述的锂二次电池，其中，所述正极板和所述负极板各自包括其中未形成活性材料层的未涂覆部分，

其中，所述正极板或所述负极板的所述未涂覆部分的至少一部分界定电极极耳。

16.根据权利要求15所述的锂二次电池，其中，所述正极板未涂覆部分和所述负极板未涂覆部分分别沿着所述电极组件卷绕的方向形成在所述正极板的一侧的端部和所述负极板的一侧的端部，

其中，集流板联接到所述正极板未涂覆部分和所述负极板未涂覆部分中的每一个，并且

所述集流板连接到电极端子。

17.根据权利要求16所述的锂二次电池，其中，所述正极板未涂覆部分和所述负极板未涂覆部分各自被加工成可独立弯曲的多个区段的形式，并且

所述多个区段的至少一部分朝向所述电极组件的卷绕中心弯曲。

18.根据权利要求17所述的锂二次电池，其中，多个弯曲的区段的至少一部分重叠在所述电极组件的上端和下端，并且

所述集流板联接到所述多个重叠的区段。

19.根据权利要求15所述的锂二次电池，其中，在所述正极板上还设置有绝缘层，所述绝缘层沿着与卷绕方向平行的方向覆盖正极活性材料层的一部分和所述未涂覆部分的一部分。

20.一种电池组，其包括权利要求1至19中任一项所述的锂二次电池。

21.一种汽车，其包括权利要求20所述的电池组。