DE102021123780A1 - Lithium sekundärbatterie - Google Patents

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Sang Han Lee
Yong Hyun Cho
Min Gu Kang
Min Suk Kang
Yoon Ji Lee
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SK Innovation Co Ltd
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Abstract

Eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst eine Elektrodenanordnung mit einer Trennschicht und eine Vielzahl von Kathoden und eine Vielzahl von Anoden, die durch die Trennschicht getrennt und wiederholt gestapelt sind, und eine Gasadsorptionsschicht, die auf eine einzelne Oberfläche einer äußersten Anode unter den mehreren Anoden aufgetragen ist.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN UND PRIORITÄTSANSPRUCH
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0118222 , die am 15. September 2020 beim Korean Intellectual Property Office (KIPO) eingereicht wurde, dessen gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
  • HINTERGRUND
  • 1. Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lithium-Sekundärbatterie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Lithium-Sekundärbatterie mit einer Elektrodenanordnung.
  • 2. Beschreibung des Standes der Technik
  • Eine Sekundärbatterie, die wiederholt geladen und entladen werden kann, wurde gemäß den Entwicklungen der Informations- und Anzeigetechnologien weit verbreitet als Energiequelle für ein mobiles elektronisches Gerät wie einen Camcorder, ein Mobiltelefon, einen Laptop-Computer usw. verwendet. In letzter Zeit wurde die Sekundärbatterie oder ein Batteriepack mit derselben entwickelt und als umweltfreundliche Energiequelle für ein Elektroauto, wie beispielsweise ein Hybridfahrzeug, verwendet.
  • Die Sekundärbatterie umfasst z.B. eine Lithium-Sekundärbatterie, eine Nickel-Cadmium-Batterie, eine Nickel-Wasserstoff-Batterie usw. Die Lithium-Sekundärbatterie zeichnet sich durch eine hohe Betriebsspannung und Energiedichte pro Gewichtseinheit, eine hohe Aufladung aus Geschwindigkeit, kompakte Abmessungen usw.
  • Zum Beispiel kann die Lithium-Sekundärbatterie eine Elektrodenbaugruppe beinhalten, die eine Kathode, eine Anode und eine Trennschicht (Separator) umfasst, und einen Elektrolyten, der die Elektrodenbaugruppe eintaucht. Die Lithium-Sekundärbatterie kann ferner ein äußeres Gehäuse beinhalten, das z.B. eine Beutelform aufweist.
  • Zum Beispiel kann ein Gas (z.B. ein Kohlendioxid) von der Lithium-Sekundärbatterie aufgrund einer chemischen Reaktion des Elektrolyten erzeugt werden, während die Lithium-Sekundärbatterie bei hoher Temperatur betrieben oder geladen/entladen wird. Um eine Lithium-Sekundärbatterie mit hoher Kapazität und hoher Leistung zu implementieren, können mehrere Batteriezellen in Reihe oder parallel geschaltet werden, um als Modul hergestellt zu werden. In diesem Fall kann die Gaserzeugung weiter häufig auftreten und eine Gasmenge kann auch erhöht werden.
  • Somit ist eine Entwicklung einer Lithium-Sekundärbatterie erforderlich, die in der Lage ist, Betriebsstabilität und Zuverlässigkeit bereitzustellen und gleichzeitig hohe Kapazitäts- und Leistungseigenschaften auf begrenztem Raum zu implementieren.
  • Zum Beispiel offenbart die veröffentlichte koreanische Patentanmeldung Nr. 2017-0099748 eine Elektrodenanordnung für eine Lithium-Sekundärbatterie und eine diese enthaltende Lithium-Sekundärbatterie.
  • ZUSAMMENFASSUSNG
  • Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lithium-Sekundärbatterie mit verbesserter Betriebsstabilität und Zuverlässigkeit bereitgestellt.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst eine Lithium-Sekundärbatterie eine Elektrodenanordnung, die eine Trennschicht umfasst, und eine Vielzahl von Kathoden und eine Vielzahl von Anoden, die durch die Trennschicht getrennt und wiederholt gestapelt sind; und eine Gasadsorptionsschicht, die auf eine einzelne Oberfläche einer äußersten Anode unter den mehreren Anoden aufgetragen ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann jede der Anoden einen Anodenstromkollektor und eine obere Anodenaktivmaterialschicht und eine untere Anodenaktivmaterialschicht umfassen, die auf einer oberen Oberfläche bzw. einer unteren Oberfläche des Anodenstromkollektors gebildet sind.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht auf eine Anodenaktivmaterialschicht aufgetragen werden, die nicht einer Kathode benachbart zu der äußersten Anode der oberen Anodenaktivmaterialschicht und der unteren Anodenaktivmaterialschicht zugewandt ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht Gasadsorptionspartikel enthalten und eine Menge der Gasadsorptionspartikel kann von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% betragen, basierend auf einem Gesamtgewicht der Anodenaktivmaterialschicht, die der Kathode neben der äußersten Anode nicht zugewandt ist.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht auf einer einzelnen Oberfläche von jeder einer obersten Anode und einer untersten Anode unter den in der Elektrodenanordnung enthaltenen Anoden beschichtet sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht nur auf der äußersten Anode unter den Anoden gebildet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht mindestens eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aktivkohle, Atemkalk, Zeolith, Carboxymethylcellulose (CMC), Diethanolamin (DEA), Triethanolamin (TEA), N-Methyldiethanolamin besteht (MDEA) und eine Verbindung auf Dienbasis besteht, enthalten.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen beinhaltet eine Lithium-Sekundärbatterie eine Elektrodenbaugruppe, und die Elektrodenbaugruppe beinhaltet eine Trennschicht und eine Vielzahl von Kathoden und eine Vielzahl von Anoden, die durch die Trennschicht getrennt und wiederholt gestapelt sind. Jede der Anoden enthält einen Anodenstromkollektor, eine obere Anodenaktivmaterialschicht und eine untere Anodenaktivmaterialschicht, die auf einer oberen Oberfläche bzw. einer unteren Oberfläche des Anodenstromkollektors gebildet sind. Gasadsorptionspartikel sind in einer der oberen Anodenaktivmaterialschicht oder der unteren Anodenaktivmaterialschicht, die in einer äußersten Anode der Anoden enthalten ist, dispergiert.
  • In einigen Ausführungsformen können die Gasadsorptionspartikel in einer Anodenaktivmaterialschicht, die der Kathode der oberen Anodenaktivmaterialschicht und der unteren Anodenaktivmaterialschicht nicht zugewandt ist, enthalten sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Anodenaktivmaterialschicht, die die Gasadsorptionspartikel enthält, sowohl an einem obersten Abschnitt als auch an einem untersten Abschnitt der Elektrodenanordnung angeordnet sein.
  • In einigen Ausführungsformen können die Gasadsorptionspartikel mindestens eines, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Aktivkohle, Atemkalk, Zeolith, Carboxymethylcellulose (CMC) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) besteht, enthalten.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Menge der Gasadsorptionspartikel von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% betragen, basierend auf einem Gesamtgewicht einer Anodenaktivmaterialschicht einschließlich der Gasadsorptionspartikel.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann eine Gasadsorptionsschicht auf mindestens einer der äußersten Anoden einer Elektrodenanordnung gebildet werden, die in der Lithium-Sekundärbatterie enthalten ist. In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht jeweils auf einer obersten Anode und einer untersten Anode der Elektrodenanordnung gebildet werden. Dementsprechend kann die Gasadsorptionsschicht ein im Inneren der Batterie durch wiederholtes Laden und Entladen der Batterie in einer Hochtemperaturumgebung erzeugtes Gas adsorbieren, wodurch Leistung und Kapazität aufrechterhalten und die Lebensdauer und Stabilität der Batterie verbessert werden.
  • Gemäß beispielhaften Ausführungsformen können gasabsorbierende Partikel auf einer Anodenaktivmaterialschicht enthalten sein, die möglicherweise nicht einer Kathode benachbart zu der äußersten Anode der Elektrodenanordnung zugewandt ist. In einigen Ausführungsformen können die gasabsorbierenden Partikel in einer oberen Anodenaktivmaterialschicht der obersten Anode und einer unteren Anodenaktivmaterialschicht der untersten Anode enthalten sein. Dementsprechend können die gasadsorbierenden Partikel das beim wiederholten Laden und Entladen der Batterie und in der Hochtemperaturumgebung erzeugte Gas im Inneren der Batterie adsorbieren, wodurch Leistung und Kapazität aufrechterhalten und die Lebensdauer und Stabilität der Batterie verbessert werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht oder die Anodenaktivmaterialschicht, die die Gasadsorptionspartikel enthält, der Kathode nicht zugewandt sein. Dementsprechend kann ein Lithium-Ionen-Austausch zwischen der Kathode und der Anode erleichtert werden, wodurch Leistung und Kapazität aufrechterhalten und die Lebensdauer und Stabilität der Batterie verbessert werden.
  • Figurenliste
    • Die 1 und 2 sind eine schematische Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht, die eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen veranschaulichen.
    • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß einem Vergleichsbeispiel darstellt.
    • Die 4 und 5 sind schematische Querschnittsansichten, die Elektrodenzellen einer Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellen.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Lithium-Sekundärbatterie eine Elektrodenanordnung mit einer Vielzahl von Kathoden und Anoden und eine Gasadsorptionsschicht, die auf mindestens eine der Vielzahl von Anoden aufgetragen ist, um eine verbesserte Lebensdauer und Betriebsstabilität bereitzustellen.
  • Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Die hierin offenbarten Ausführungsformen sind jedoch beispielhaft und die vorliegende Erfindung ist nicht auf bestimmte Ausführungsformen beschränkt.
  • Die hier verwendeten Begriffe „oberer“ und „unterer“ sollen eine absolute Position oder Lage nicht einschränken, sondern werden verwendet, um verschiedene Elemente oder Objekte relativ voneinander zu unterscheiden.
  • Die 1 und 2 sind eine schematische Draufsicht bzw. eine Querschnittsansicht, die Lithium-Sekundärbatterien gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellen. Zum Beispiel ist 2 eine Querschnittsansicht entlang einer Linie I-I' von 1 in einer Dickenrichtung der Lithium-Sekundärbatterie.
  • In den 1 und 2 sind zwei Richtungen senkrecht zueinander in einer Ebene als eine erste Richtung und eine zweite Richtung definiert. Zum Beispiel kann die erste Richtung eine Längsrichtung der Lithium-Sekundärbatterie sein, und die zweite Richtung kann eine Breitenrichtung der Lithium-Sekundärbatterie sein.
  • Zur Vereinfachung der Beschreibungen wurde eine Darstellung einer Kathode und einer Anode in 1 weggelassen.
  • Bezugnehmend auf die 1 und 2, kann eine Lithium-Sekundärbatterie eine Elektrodenbaugruppe 160 umfassen, die eine Kathode 100, eine Anode 130 und eine Trennschicht 120, die zwischen der Kathode und der Anode angeordnet ist, umfasst. Die Elektrodenbaugruppe 160 kann in einem Gehäuse 170 aufgenommen und mit einem Elektrolyten imprägniert sein.
  • Die Kathode 100 kann einen Kathodenstromkollektor 105 und eine Kathodenaktivmaterialschicht 110 umfassen, die auf mindestens einer Oberfläche des Kathodenstromkollektors 105 gebildet sind. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Kathodenaktivmaterialschicht 110 auf beiden Oberflächen (z.B. obere und untere Oberflächen) des Kathodenstromkollektors 105 ausgebildet sein.
  • Der Kathodenstromkollektor 105 kann Edelstahl, Nickel, Aluminium, Titan, Kupfer oder eine Legierung davon umfassen. Vorzugsweise kann Aluminium oder eine Legierung davon verwendet werden.
  • Zum Beispiel kann eine Kathodenaufschlämmung durch Mischen und Rühren eines kathodenaktiven Materials wie oben beschrieben in einem Lösungsmittel mit einem Bindemittel, einem leitfähigen Mittel und/oder einem Dispersionsmittel hergestellt werden. Die Kathodenaufschlämmung kann auf den Kathodenstromkollektor 105 aufgetragen und dann getrocknet und gepresst werden, um die Kathodenaktivmaterialschicht 110 zu bilden.
  • Das Bindemittel kann ein Bindemittel auf organischer Basis umfassen, wie beispielsweise ein Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (PVDF-co-HFP), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat usw. oder ein Bindemittel auf Wasserbasis, wie beispielsweise Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), die mit einem Verdickungsmittel wie Carboxymethylcellulose (CMC) verwendet werden können.
  • Als Kathodenbindemittel kann beispielsweise ein Bindemittel auf PVDF-Basis verwendet werden. In diesem Fall kann eine Menge des Bindemittels zum Bilden der Kathodenaktivmaterialschicht 110 verringert werden und eine Menge des Kathodenaktivmaterials oder des Lithiummetalloxidteilchens kann relativ erhöht werden. Somit können Kapazität und Leistung der Lithium-Sekundärbatterie weiter verbessert werden.
  • Das leitfähige Mittel kann hinzugefügt werden, um die Elektronenmobilität zwischen Aktivmaterialteilchen zu erleichtern. Zum Beispiel kann das leitfähige Mittel ein kohlenstoffbasiertes Material wie Graphit, Ruß, Graphen, Kohlenstoffnanoröhrchen usw., und/oder ein metallbasiertes Material wie etwa Zinn, Zinnoxid, Titanoxid, ein Perowskitmaterial, wie z.B. LaSrCoO3 oder LaSrMnO3 usw., enthalten.
  • Die kathodenaktive Materialschicht 110 kann ein Lithiummetalloxid als das kathodenaktive Material umfassen. In beispielhaften Ausführungsformen kann das aktive Kathodenmaterial ein Oxid auf Lithium-(Li)-Nickel-(Ni)-Basis umfassen.
  • In einigen Ausführungsformen kann das in der Kathoden-Aktivmaterialschicht 110 enthaltene Lithiummetalloxid durch die nachstehende chemische Formel 1 dargestellt werden. Li1+aNi1-(x+y)CoxMyO2 [Chemische Formel 1]
  • In der chemischen Formel 1 können -0,1≤α≤0,2, 0,01 ≤x≤0,2, 0≤y≤0,2 und M mindestens ein Element umfassen, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Mg, Sr, Ba, B, AI, Si, Mn, Ti, Zr und W besteht. In einer Ausführungsform sind 0,01 ≤x≤0,20, 0,01 ≤y≤0,15.
  • Vorzugsweise kann M in der chemischen Formel 1 Mangan (Mn) umfassen. In diesem Fall kann Lithiumoxid auf Basis von Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) als aktives Kathodenmaterial verwendet werden.
  • Zum Beispiel kann Nickel (Ni) als ein Metall in Bezug auf die Kapazität einer Lithium-Sekundärbatterie dienen. Wenn der Nickelgehalt zunimmt, können die Kapazität und Leistung der Lithium-Sekundärbatterie verbessert werden. Wenn der Nickelgehalt jedoch übermäßig erhöht wird, können die Lebensdauer, die mechanische und die elektrische Stabilität beeinträchtigt werden.
  • Zum Beispiel kann Kobalt (Co) als ein Metall dienen, das sich auf die Leitfähigkeit oder den Widerstand der Lithium-Sekundärbatterie bezieht. In einer Ausführungsform kann Mangan (Mn) als ein Metall dienen, das sich auf die mechanische und elektrische Stabilität der Lithium-Sekundärbatterie bezieht.
  • Hohe Kapazität, hohe Leistung, niedriger Widerstand und Lebensdauerstabilität können zusammen von der Kathodenaktivmaterialschicht 110 unter Verwendung der oben beschriebenen Wechselwirkung zwischen Nickel, Kobalt und Mangan verbessert werden.
  • In beispielhaften Ausführungsformen kann die Anode 130 einen Anodenstromkollektor 135 und eine Anodenaktivmaterialschicht 140, die auf mindestens einer Oberfläche des Anodenstromkollektors 135 gebildet ist, beinhalten. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Anodenaktivmaterialschicht 140 eine obere Anodenaktivmaterialschicht 140a, die auf einer oberen Oberfläche des Anodenstromkollektors 135 gebildet ist, und eine untere Anodenaktivmaterialschicht 140b, die auf einer unteren Oberfläche des Anodenstromkollektors 135 gebildet ist, beinhalten.
  • Der Anodenstromkollektor 135 kann Gold, Edelstahl, Nickel, Aluminium, Titan, Kupfer oder eine Legierung davon umfassen, kann vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung umfassen.
  • Beispielsweise kann eine Aufschlämmung durch Mischen und Rühren eines Anodenaktivmaterials mit einem Bindemittel, einem leitfähigen Mittel und/oder einem Dispersionsmittel in einem Lösungsmittel hergestellt werden. Die Aufschlämmung kann auf den Anodenstromkollektor 135 aufgetragen und dann getrocknet und gepresst werden, um die Anodenaktivmaterialschicht 140 zu bilden.
  • Das Anodenaktivmaterial kann ein Material umfassen, das üblicherweise im Stand der Technik verwendet wird, das in der Lage sein kann, Lithiumionen zu adsorbieren und auszustoßen. Zum Beispiel kann ein Material auf Kohlenstoffbasis, wie etwa kristalliner Kohlenstoff, amorpher Kohlenstoff, ein Kohlenstoffkomplex oder eine Kohlenstoffaser, eine Lithiumlegierung, eine Verbindung auf Silicium (Si)-Basis, Zinn usw., verwendet werden.
  • Der amorphe Kohlenstoff kann einen harten Kohlenstoff, Koks, eine Mesokohlenstoff-Mikroperle (MCMB), die bei einer Temperatur von 1.500 °C oder weniger gebrannt wurde, eine Mesophasen-Kohlenstofffaser auf Pechbasis (MPCF) usw. beinhalten.
  • Der kristalline Kohlenstoff kann ein Material auf Graphitbasis, wie etwa Naturgraphit, graphitisierte Kokse, graphitisiertes MCMB, graphitisiertes MPCF usw., beinhalten. Die Lithiumlegierung kann ferner Aluminium, Zink, Wismut, Cadmium, Antimon, Silizium, Blei, Zinn, Gallium, Indium usw. beinhalten.
  • Die Verbindung auf Siliziumbasis kann z.B. eine Silizium-Kohlenstoff-Verbundverbindung wie etwa Siliziumoxid oder Siliziumkarbid (SiC) enthalten.
  • Das Bindemittel und das leitfähige Mittel, die im Wesentlichen gleich oder ähnlich denen sind, die für die Kathode 100 verwendet werden, können auch für die Anode 130 verwendet werden. In einigen Ausführungsformen kann das Bindemittel zum Bilden der Anode 130 z.B. ein wässriges Bindemittel wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) zur Kompatibilität mit dem Aktivmaterial auf Kohlenstoffbasis umfassen, das mit einem Verdickungsmittel wie etwa Carboxymethylcellulose (CMC) verwendet werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Fläche und/oder ein Volumen der Anode 130 (z.B. eine Kontaktfläche mit der Trennschicht 120) größer als die der Kathode 100 sein. Somit können von der Kathode 100 erzeugte Lithiumionen leicht auf die Anode 130 ohne Verlust durch z.B. Niederschlag oder Sedimentation übertragen werden, um weitere Leistung und Kapazität zu erhalten.
  • Die Trennschicht 120 kann zwischen der Kathode 100 und der Anode 130 angeordnet sein. Die Trennschicht 120 kann einen porösen Polymerfilm umfassen, der z.B. aus einem Polymer auf Polyolefinbasis hergestellt ist, wie einem Ethylenhomopolymer, einem Propylenhomopolymer, und einem Ethylen/Buten-Copolymer, einem Ethylen/Hexen-Copolymer, einem Ethylen/Methacrylat-Copolymer oder dergleichen. Die Trennschicht 120 kann auch einen Vliesstoff enthalten, der aus einer Glasfaser mit einem hohen Schmelzpunkt, einer Polyethylenterephthalatfaser oder dergleichen gebildet ist.
  • Die Trennschicht 120 kann sich in einer zweiten Richtung zwischen der Kathode 100 und der Anode 130 erstrecken und kann entlang einer Dickenrichtung der Lithium-Sekundärbatterie gefaltet und gewickelt sein. Dementsprechend kann eine Vielzahl der Anoden 100 und der Kathoden 130 in der Dickenrichtung durch die Trennschicht 120 gestapelt werden.
  • Beispielsweise kann eine Elektrodenzelle dadurch definiert werden, dass die Anode 100 und die Kathode 130 einander zugewandt sind, wobei ein Abschnitt der Trennschicht 120, der sich in die zweite Richtung erstreckt, dazwischen eingefügt ist, und eine Vielzahl der Elektrodenzellen kann mit der dazwischen angeordneten Trennschicht 120 gestapelt sein, um eine Elektrodenbaugruppe 160 zu definieren. Die Elektrodenanordnung 160 kann z.B. eine Geleerollenform aufweisen.
  • Die Elektrodenbaugruppe 160 kann zusammen mit einem Elektrolyten in einem Gehäuse 170 untergebracht sein. Das Gehäuse 170 kann z.B. einen Beutel, eine Dose usw., beinhalten.
  • Als Elektrolyt kann in Ausführungsbeispielen ein nichtwässriger Elektrolyt verwendet werden.
  • Zum Beispiel kann die nichtwässrige Elektrolytlösung ein Lithiumsalz und ein organisches Lösungsmittel umfassen. Das Lithiumsalz und kann durch Li+X- dargestellt werden.
  • Ein Anion des Lithiumsalzes X- kann z.B. 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-, (CF3CF2SO2)2N usw., enthalten.
  • Das organische Lösungsmittel kann beispielsweise Propylencarbonat (PC), Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylpropylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Dimethoxyethan, Diethoxyethan, Vinylencarbonat, Sulfolan, Gamma-Butyrolacton, Propylensulfit, Tetrahydrofuran usw. enthalten. Diese können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • Wie in 1 dargestellt, können eine erste Elektrodenleitung 107 und eine zweite Elektrodenleitung 137 zu einer Außenseite des Gehäuses 170 vorstehen.
  • In beispielhaften Ausführungsformen können sich Kathodenlaschen von jedem Kathodenstromkollektor 105 in eine erste Richtung verzweigen und erstrecken. Die Kathodenlaschen können sich in der Dickenrichtung der Lithium-Sekundärbatterie überlappen und können mit dem Gehäuse 170 an einem Endabschnitt davon zusammengeschmolzen sein. Die verschmolzenen Kathodenstreifen können im Wesentlichen einstückig verbunden sein und können aus dem Gehäuse 170 herausgezogen werden, um die erste Elektrodenleitung 107 zu bilden.
  • Die Anodenlaschen können sich von jedem Anodenstromkollektor 135 in der ersten Richtung verzweigen und erstrecken. Die Anodenlaschen können sich in der Dickenrichtung der Lithium-Sekundärbatterie überlappen und können zusammen mit dem Gehäuse 170 an einem Endabschnitt davon geschmolzen sein. Die verschmolzenen Anodenstreifen können im Wesentlichen einstückig zusammengeführt und aus dem Gehäuse 170 herausgezogen werden, um die zweite Elektrodenleitung 137 zu bilden.
  • 1 veranschaulicht, dass die erste Elektrodenleitung 107 und die zweite Elektrodenleitung 137 auf derselben Seite der Lithium-Sekundärbatterie oder des Gehäuses 170 ausgebildet sind, aber die erste Elektrodenleitung 107 und die zweite Elektrodenleitung 137 können aneinander gegenüberliegenden Seiten ausgebildet sein.
  • Beispielsweise kann die erste Elektrodenleitung 107 an dem einen Endabschnitt des Gehäuses 170 gebildet sein und die zweite Elektrodenleitung 137 kann an dem anderen Endabschnitt des Gehäuses 170 gebildet sein.
  • Wie in 2 dargestellt, kann die Anode 130 an einem äußersten Abschnitt der Elektrodenanordnung 160 einschließlich einer Vielzahl von Elektrodenzellen darin angeordnet sein.
  • In beispielhaften Ausführungsformen kann eine Gasadsorptionsschicht 150 auf einer äußersten Anode 130a und 130b der Elektrodenanordnung 160 gebildet werden. Die Gasadsorptionsschicht 150 kann als eine einseitige Beschichtungsschicht der äußersten Anode 130a und 130b gebildet werden.
  • Zum Beispiel kann die Gasadsorptionsschicht 150 Gas (z.B. CO2-Gas) im Inneren der Lithium-Sekundärbatterie, das während des Ladens/Entladens in einer Hochtemperaturumgebung erzeugt wird, adsorbieren, um eine Volumenausdehnung der Lithium-Sekundärbatterie zu verhindern. Dementsprechend kann eine Anfangskapazität der Batterie verbessert werden und eine Lebensdauer während des Ladens/Entladens in der Hochtemperaturumgebung kann verbessert werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht 150 nicht als bifaziale Beschichtung der äußersten Kathoden 130a und 130b ausgebildet sein. Beispielsweise kann die Gasadsorptionsschicht 150 als einseitige Beschichtung der Anodenaktivmaterialschicht 140 ausgebildet sein, die der Kathode 100 benachbart zu der äußersten Anode 130a und 130b nicht zugewandt sein muss. In diesem Fall kann im Vergleich zu einem Fall eines Vergleichsbeispiels, wie unten beschrieben wird, ein Lithium-Ionen-Austausch zwischen der Kathode 100 und der Anode 130 erleichtert werden, so dass Leistung und Kapazität der Batterie und Lebensdauerstabilität bei hoher Temperatur verbessert werden kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht 150 auf einer Seite von jeder einer obersten Anode 130a und einer untersten Kathode 130b der Elektrodenbaugruppe 160 beschichtet sein. In diesem Fall können die zwei Gasadsorptionsschichten 150 enthalten sein, so dass eine Gasadsorptionskapazität erhöht werden kann und somit eine Kapazitätsbeibehaltungsrate und die Lebensdauereigenschaft bei der hohen Temperatur der Lithium-Sekundärbatterie weiter verbessert werden können.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht 150 eine Aktivkohle, Natronkalk, Zeolith (Zeolith), Carboxymethylcellulose (CMC), Diethanolamin (DEA), Triethanolamin (TEA), eine Verbindung auf Aminbasis, wie z.B. N-Methyldiethanolamin (MDEA), eine Verbindung auf Dienbasis wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) usw.. Diese können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht 150 Gasadsorptionspartikel umfassen. Beispielsweise kann das Gewicht der in der Gasadsorptionsschicht 150 enthaltenen Gasadsorptionspartikel von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% betragen.
  • In dem obigen Gewichtsbereich kann die Mobilität von Lithiumionen erleichtert werden, um eine Verringerung der Leistung/Kapazität von der Anodenaktivmaterialschicht 140 zu verhindern, und ein verbesserter Gasadsorptionseffekt kann bereitgestellt werden, während eine Verschlechterung der Elektrolytimprägnierungseigenschaft unterdrückt wird. Dementsprechend können die Leistung und Kapazität der Lithium-Sekundärbatterie aufrechterhalten werden, während eine Menge an Gaserzeugung verringert wird, um die Lebensdauer der Batterie zu verbessern.
  • In einigen Ausführungsformen kann ein Teil der Gasadsorptionspartikel, die in der Gasadsorptionsschicht 150 enthalten sind, absorbiert und in der Anodenaktivmaterialschicht 140 enthalten sein, die der Gasadsorptionsschicht 150 zugewandt ist oder diese kontaktiert. Zum Beispiel kann das Gasadsorptionsmaterial, das in der Gasadsorptionsschicht 150 enthalten ist, teilweise absorbiert und von der Anodenaktivmaterialschicht 140, die der Kathode 100 benachbart zu der äußersten Anode 130a und 130b der Elektrodenbaugruppe 160 möglicherweise nicht zugewandt ist, enthalten sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Gasadsorptionsschicht 150 nur auf den äußersten Anoden 130a und 130b unter den in der Elektrodenanordnung 160 gestapelten Anoden 130 gebildet werden. Wenn die Gasadsorptionsschicht 150 auf der anderen Anode als den äußersten Anoden 130a und 130b gebildet wird, wird ein Abstand zum Übertragen von Lithiumionen im Inneren der Batterie vergrößert. Somit kann es nicht leicht zu einer Einfügung/Desorption von Lithiumionen, die eine Verschlechterung der anfänglichen Kapazität und Leistung der Batterie verursacht, kommen.
  • 3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß einem Vergleichsbeispiel darstellt.
  • Unter Bezugnahme auf 3 kann gemäß einem Vergleichsbeispiel die Gasadsorptionsschicht 150 auf beiden Seiten von mindestens einer der äußersten Kathoden 130a und 130b der Elektrodenbaugruppe 160 beschichtet sein. In diesem Fall kann die Gasadsorptionsschicht 150 auf einer höheren oberen Oberfläche der oberen Anodenaktivmaterialschicht 140a der äußersten Anoden 130a und 130b und einer unteren Oberfläche der unteren Anodenaktivmaterialschicht 140b der äußersten Anoden 130a und 130b gebildet sein.
  • In diesem Fall wird die Gasadsorptionsschicht 150, die auf die Anodenaktivmaterialschicht 140, die der Kathode 100 benachbart zu den äußersten Anoden 130a und 130b zugewandt ist, aufgetragen ist, zwischen der Kathode 100 und der Anode 130 gebildet, um einen Lithium-Ionen-Austausch zu stören und eine Kapazitätserhaltung bei hoher Temperatur der Lithium-Sekundärbatterie verschlechtern.
  • Die 4 und 5 sind schematische Querschnittsansichten, die Elektrodenzellen einer Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellen.
  • Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 können Gasadsorptionspartikel 155 in einer Anodenaktivmaterialschicht der oberen Anodenaktivmaterialschicht 140a und der unteren Anodenaktivmaterialschicht 140b, die in der äußersten Anode 130a und 130b der Elektrodenbaugruppe 160 enthalten sind, dispergiert sein. Zum Beispiel können die Gasadsorptionspartikel 155 mit Anodenaktivmaterialteilchen, einem Bindemittel, einem leitfähigen Mittel usw. vermischt werden, um in der Anodenaktivmaterialschicht 140 der äußersten Anoden 130a und 130b enthalten zu sein. In diesem Fall kann keine zusätzliche Gasadsorptionsschicht gebildet werden.
  • Zum Beispiel können die Gasadsorptionspartikel 155 ein Gas (z.B. CO2-Gas) an einem Inneren der Lithium-Sekundärbatterie, das während des Ladens/Entladens und in einer Hochtemperaturumgebung erzeugt wird, adsorbieren, um eine Volumenausdehnung des Lithium-Sekundärbatterie zu verhindern. Dementsprechend kann eine Anfangskapazität der Batterie verbessert werden und die Lebensdauer während des Ladens/Entladens und in der Hochtemperaturumgebung kann verbessert werden.
  • Zum Beispiel können die Gasadsorptionspartikel 155 in der Anodenaktivmaterialschicht 140 der oberen Anodenaktivmaterialschicht 140a und der unteren Anodenaktivmaterialschicht 140b, die in den äußersten Anoden 130a und 130b, die der Kathode 100 benachbart zu den äußersten Anoden 130a und 130b möglicherweise nicht zugewandt sind, enthalten ist, enthalten sein. In diesem Fall wird der Lithiumionenaustausch zwischen der Kathode 100 und der Anode 130 möglicherweise nicht durch die Gasadsorptionspartikel 155 gestört, so dass die Lithiumioneneinfügung/-desorption erleichtert werden kann. Dementsprechend kann eine Verschlechterung der Anfangskapazität und Leistung verhindert werden.
  • In einigen Ausführungsformen können die Adsorptionsmittelpartikel 155 gemischt und in jeder der oberen Anodenaktivmaterialschicht 140a der obersten Anode 130a und der unteren Anodenaktivmaterialschicht 140b der untersten Anode 130b enthalten sein. In diesem Fall kann ein Gesamtgehalt der Gasadsorptionspartikel 155 in der Sekundärbatterie erhöht werden, so dass eine Gasadsorption verbessert werden kann und somit die Kapazitätserhaltung und Lebensdauer bei der hohen Temperatur der Lithium-Sekundärbatterie weiter verbessert werden kann.
  • Die Gasadsorptionspartikel 155 können z.B. Aktivkohle, Natronkalk, Zeolith, Carboxymethylcellulose (CMC), eine Verbindung auf Dienbasis wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) umfassen. Diese können allein oder in Kombination verwendet werden.
  • In beispielhaften Ausführungsformen kann eine Aufschlämmung durch Mischen und Rühren eines Anodenaktivmaterials in einem Lösungsmittel mit einem Bindemittel, einem leitfähigen Mittel, einem Dispersionsmittel, einem Adsorptionsmittel usw. hergestellt werden. Die Aufschlämmung kann auf den Anodenstromkollektor 135 aufgetragen werden und getrocknet und gepresst, um die Anodenaktivmaterialschicht 140 einschließlich der Gasadsorptionspartikel 155 zu bilden.
  • In einigen Ausführungsformen kann eine Menge der Adsorptionspartikel 155, die in der Anodenaktivmaterialschicht 140 enthalten sind, von 0,1 Gewichtsprozent (Gew.-%) bis 20 Gew.-% betragen, basierend auf einem Gesamtgewicht der Anodenaktivmaterialschicht 140 einschließlich der Gasadsorptionspartikel 155.
  • Beispielsweise kann in dem obigen Bereich die Gasadsorptionsleistung der Adsorptionspartikel 155 verbessert werden, während eine Volumenzunahme in der Sekundärbatterie aufgrund einer übermäßigen Dickenzunahme der Anodenaktivmaterialschicht 140 verhindert wird.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen vorgeschlagen, um die vorliegende Erfindung konkreter zu beschreiben. Die folgenden Beispiele werden jedoch nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung angegeben, und der Fachmann wird offensichtlich verstehen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Schutzumfangs und Geistes der vorliegenden Erfindung möglich sind. Solche Änderungen und Modifikationen sind ordnungsgemäß in den beigefügten Ansprüchen enthalten.
  • Beispiel 1
  • Herstellung von Kathoden
  • LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 als kathodenaktives Material, Ruß als leitfähiges Mittel und Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Bindemittel wurden eingegeben und es wurde in NMP (n-Methyl-2-pyrrolidon (NMP)) gemischt mit ein Massenverhältnis von 92:5:3 und eine geringe Menge NMP weiterverwendet, um die Viskosität einzustellen, um eine Kathodenaufschlämmung herzustellen. Die Kathodenaufschlämmung wurde auf beide Seiten eines Aluminiumsubstrats aufgetragen und getrocknet und gepresst, um eine Kathodenaktivmaterialschicht (130 µm) zu bilden.
  • Herstellung von Anoden
  • Es wurden 92 Gew.-% künstlicher Graphit als aktives Anodenmaterial, 2 Gew.-% Bindemittel auf Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)-Basis, 1 Gew.-% CMC als Verdickungsmittel und 5 Gew.-% amorpher Graphit vom Flockentyp als ein leitfähiges Mittel in Wasser gelöst und gemischt, und künstlicher Graphit und Wasser wurden weiter zugegeben/gemischt, um eine Anodenaufschlämmung herzustellen. Die Anodenaufschlämmung wurde auf beide Seiten eines Kupfersubstrats aufgetragen und getrocknet und gepresst, um eine Anodenaktivmaterialschicht (140 µm) zu bilden.
  • Bildung einer Gasadsorptionsschicht
  • Eine Zusammensetzung mit 10 Gew.-% Aktivkohle als Gasadsorptionspartikel, 80 Gew.-% Zeolith, 5 Gew.-% CMC und 5 Gew.-% SBR wurde verwendet, um eine Gasadsorptionsschicht zu bilden. Genauer gesagt wurden CMC und SBR in Wasser gelöst und gemischt und dann wurden Aktivkohle, Zeolith und Wasser zugegeben und gemischt, um eine Aufschlämmung herzustellen. Die Aufschlämmung wurde auf eine obere Oberfläche einer oberen Anodenaktivmaterialschicht einer obersten Anode in der Elektrodenanordnung und eine untere Oberfläche einer unteren Anodenaktivmaterialschicht einer untersten Anode in der Elektrodenanordnung aufgetragen und dann getrocknet, um eine Adsorptionsschicht zu bilden.
  • Das Gesamtgewicht der Gasadsorptionspartikel betrug 10 % des Gesamtgewichts der der Gasadsorptionsschicht zugewandten Anodenaktivmaterialschicht.
  • Herstellung einer Lithium-Sekundärbatterie
  • Eine Elektrodenzelle wurde durch Anordnen der oben hergestellten Anode und Kathode mit einem dazwischen angeordneten Polyethylen (PE)-Separator (25 µm) gebildet, und die Anode und Kathode wurden gestapelt, um eine Elektrodenanordnung zu bilden. Beim Bilden der Elektrodenanordnung wurde die Anode mit der Gasadsorptionsschicht an einer äußersten Seite angeordnet, so dass die Gasadsorptionsschicht einer Außenseite der Zelle zugewandt war.
  • Die Elektrodenanordnung wurde in einem Beutel untergebracht und Elektrodenstreifenabschnitte wurden verschmolzen. Danach wurde eine Elektrolytlösung eingespritzt und versiegelt, um eine Lithium-Sekundärbatterie herzustellen.
  • Nach Herstellung einer 1M LiPF6-Lösung mit einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat/Ethylmethylcarbonat/Diethylcarbonat (EC/EMC/DEC, 25/45/30; Volumenverhältnis), 1 Gew.-% Vinylencarbonat (VC), 0,5 Gew.-% 1,3-Propensulton (PRS) und 0,5 Gew.-% Lithium-bis(oxalato)borat (LiBOB) wurden zugegeben, um als Elektrolytlösung verwendet zu werden.
  • Beispiel 2
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gasadsorptionsschicht nur auf einer oberen Oberfläche der oberen Anodenaktivmaterialschicht (die nicht der Kathode zugewandt war) der obersten Anode der Elektrodenbaugruppe gebildet wurde.
  • Beispiel 3
  • Herstellung von Kathoden
  • LiNi0,8Co0,1Mn0,1O2 als aktives Kathodenmaterial, Ruß als leitfähiges Mittel und Polyvinylidenfluorid (PVDF) als Bindemittel wurden mit einem Massenverhältnis von 92:5:3 hergestellt. Das Bindemittel wurde in NMP (n-Methyl-2-Pyrrolidon (NMP)) gelöst und dann wurde das leitfähige Mittel zugegeben und dispergiert. Danach wurden das aktive Kathodenmaterial und NMP zugeführt und eine geringe Menge NMP wurde weiterverwendet, um die Viskosität einzustellen, um eine Kathodenaufschlämmung herzustellen. Die Kathodenaufschlämmung wurde auf beide Seiten eines Aluminiumsubstrats aufgetragen und getrocknet, und gepresst, um eine Kathodenaktivmaterialschicht (130 µm) zu bilden.
  • Herstellung von Anoden
  • Es werden 92 Gew.% künstlicher Graphit als aktives Anodenmaterial, 2 Gew.% Bindemittel auf Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)-Basis, 1 Gew.% CMC als Verdickungsmittel und 5 Gew.% eines flockenartigen amorphen Graphits als ein leitfähiges Mittel, das verwendet wird, um eine Anodenaufschlämmung zu bilden. Die Anodenaufschlämmung wurde auf ein Kupfersubstrat aufgetragen und dann getrocknet und gepresst, um eine erste Anodenaktivmaterialschicht (140 µm) zu bilden. Die erste Anodenaktivmaterialschicht wurde nicht auf einer oberen Oberfläche eines Kupfersubstrats gebildet, das in der obersten Anode der Elektrodenanordnung enthalten ist, und einer unteren Oberfläche eines Kupfersubstrats, das in der untersten Anode enthalten ist.
  • Es werden 92 Gew.% künstlicher Graphit als aktives Anodenmaterial, 2 Gew.% Bindemittel auf Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR)-Basis, 1 Gew.% CMC als Verdickungsmittel und 5 Gew.% amorpher Graphit vom Flockentyp als ein leitfähiges Mittel, das verwendet wird, um eine Anodenaufschlämmung zu bilden. Insbesondere wurden SBR und CMC in Wasser gelöst und vermischt und dann mit künstlichem Graphit und dem in Wasser gelösten leitfähigen Mittel vermischt, um die Anodenaufschlämmung zu bilden. Ein Gasadsorbens, in der Aktivkohle und Zeolith waren in einem Gewichtsverhältnis von 1:1 vermischt, und es wurde in einer Menge von 10 Gew.-%, bezogen auf das Gesamtgewicht des Anodenaktivmaterials, des Bindemittels, des leitfähigen Mittels und des Verdickungsmittels zugegeben und gemischt, um eine Gasadsorptionsanodenaufschlämmung herzustellen. Die Gasadsorptionsanodenaufschlämmung wurde auf die obere Oberfläche des Kupfersubstrats, das in der obersten Anode der Elektrodenanordnung enthalten ist, und die untere Oberfläche des Kupfersubstrats, das in der untersten Anode enthalten ist, aufgetragen, getrocknet und gepresst, um eine zweite Anodenaktivmaterialschicht zu bilden (150 µm).
  • Herstellung einer Lithium-Sekundärbatterie
  • Eine Elektrodenzelle wurde durch Anordnen der oben hergestellten Anode und Kathode mit einem dazwischen angeordneten Polyethylen (PE)-Separator (25 µm) gebildet, und die Elektrodenzellen wurden so gestapelt, dass die oberste und unterste Schicht Anoden waren, um eine Elektrodenanordnung zu bilden. Die Elektrodenanordnung wurde in einem Beutel untergebracht und Elektrodenstreifenabschnitte wurden verschmolzen. Danach wurde eine Elektrolytlösung eingespritzt und versiegelt, um eine Lithium-Sekundärbatterie herzustellen.
  • Nach Herstellung einer 1M LiPF6-Lösung mit einem gemischten Lösungsmittel aus Ethylencarbonat/Ethylmethylcarbonat/Diethylcarbonat (EC/EMC/DEC, 25/45/30; Volumenverhältnis), 1 Gew.-% Vinylencarbonat (VC), 0,5 Gew.-% 1,3-Propensulton (PRS) und 0,5 Gew.-% Lithium-bis(oxalato)borat (LiBOB) wurden zugegeben, um als Elektrolytlösung verwendet zu werden.
  • Beispiel 4
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 3 hergestellt, außer dass das Gasadsorptionsmittel nur bei der Herstellung der oberen Anodenaktivmaterialschicht der obersten Anode, die in der Elektrodenanordnung enthalten ist, eingeschlossen wurde.
  • Vergleichsbeispiel 1
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gasadsorptionsschicht nicht gebildet wurde.
  • Vergleichsbeispiel 2
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gasadsorptionsaufschlämmung zusätzlich auf die untere Anodenaktivmaterialschicht der obersten Anode, die in der Elektrodenanordnung enthalten ist, aufgetragen wurde, um weiter eine Gasadsorptionsschicht zu bilden.
  • Vergleichsbeispiel 3
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gasadsorptionsaufschlämmung zusätzlich auf die untere Anodenaktivmaterialschicht der obersten Anode aufgebracht wurde, die in der Elektrodenanordnung enthalten ist, um weiter ein Gas zu bilden Adsorptionsschicht, und die Gasadsorptionsschicht wurde nicht auf der untersten Anode in der Elektrodenanordnung gebildet.
  • Vergleichsbeispiel 4
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde durch das gleiche Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass die Gasadsorptionsschicht nicht auf der obersten Anode in der Elektrodenanordnung gebildet wurde und die Gasadsorptionsaufschlämmung auf ein aktives Material der oberen Anodenschicht einer Anode aufgetragen wurde (als mittlere Anode bezeichnet), die unter der Kathode neben der obersten Anode angeordnet ist, um eine Gasadsorptionsschicht zu bilden.
  • Vergleichsbeispiel 5
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 3 hergestellt, außer dass die Anodenaufschlämmung einschließlich des Gasadsorptionsmittels auf eine untere Oberfläche des Kupfersubstrats der obersten Anode, die in der Elektrodenanordnung enthalten ist, beschichtet wurde, und dann getrocknet und gepresst, um eine untere Anodenaktivmaterialschicht, die der Kathode zugewandt ist, zu bilden.
  • Vergleichsbeispiel 6
  • Eine Lithium-Sekundärbatterie wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 3 hergestellt, außer dass die Anodenaufschlämmung einschließlich des Gasadsorptionsmittels beschichtet, getrocknet und auf die Ober- und Unterseite des Kupfersubstrats der obersten Anode, die in der Elektrodenanordnung enthalten ist, um eine obere Anodenaktivmaterialschicht zu bilden, die nicht der Kathode zugewandt ist, und eine untere Anodenaktivmaterialschicht, die der Kathode zugewandt ist, und das Gasadsorptionsmittel wurde nicht verwendet, wenn die Anodenaktivmaterialschicht der untersten Anode, die in der Elektrodenanordnung enthalten ist, gebildet wurde.
  • Konstruktionen von Beispielen und Vergleichsbeispielen sind wie in den Tabellen 1 und 2 unten gezeigt zusammengefasst. [Tabelle 1]
    Beispiel 1 Beispiel 2 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 2 Vergleichsbeispiel 3 Vergleichsbeispiel 4
    Bildung der Gasadsorptionsschicht Oberste Anode Oberseite der oberen Anodenaktivmaterialschicht ○ ○ × ○ ○ ×
    Unterseite der unteren Anodenaktivmaterialschicht × × × ○ ○ ×
    Mittlere Anode Oberseite der oberen Anodenaktivmaterialschicht × × × × × ○
    Unterste Anode Oberseite der oberen Anodenaktivmaterialschicht × × × × × ×
    Unterseite der unteren Anodenaktivmaterialschicht ○ × × ○ × ○
    [Tabelle 2]
    Beispiel 3 Beispiel 4 Vergleichsbeispiel 1 Vergleichsbeispiel 5 Vergleichsbeispiel 6
    Einschluss von Gasadsorptionsteilchen Oberste Anode Obere Anodenakti vmaterialschicht ○ ○ × ○ ○
    Untere Anodenaktivmateri alschicht × × × ○ ○
    Unterste Anode Obere Anodenaktivmaterialschicht × × × × ×
    Untere Anodenaktivmaterialschicht ○ × × ○ ×
  • Experimentelles Beispiel
  • (1) Messung der anfänglichen Lade-/Entladekapazitäten und der anfänglichen Kapazitätseffizienz
  • Die gemäß den oben beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Lithium-Sekundärbatterien wurden (CC-CV 1,0 C 4,2 V 0,05 C CUT-OFF) in einer 45° C-Kammer geladen, um eine Kapazität (eine anfängliche Ladekapazität) zu messen, und dann entladen (CC 1,0C 2,7V CUT-OFF), um eine Kapazität (am Anfangsentladekapazität) zu messen.
  • Ein anfänglicher Kapazitätswirkungsgrad wurde als ein Prozentsatz der gemessenen anfänglichen Entladekapazität relativ zu der gemessenen anfänglichen Ladekapazität berechnet.
  • (2) DCIR-Messung bei Raumtemperatur
  • Die gemäß den oben beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Lithium-Sekundärbatterien wurden zweimal (SOC 100 %) bei 25°C unter einer Bedingung von 0,5 C CC-CV geladen/entladen und dann unter der 0,5 C CC-CV- Bedingung geladen, und unter 0,5C-Bedingung auf einen SOC-Wert von 50% entladen. Danach wurde nach 30 Minuten Stehenlassen eine Spannung (eine erste Spannung) gemessen.
  • Dann wurde eine Spannung (eine zweite Spannung) gemessen nach i) 1C, 10 Sekunden entladen, 40 Sekunden belassen, ii) 0,75C, 10 Sekunden geladen und 40 Sekunden belassen. DCIR wurde unter Verwendung einer Differenz zwischen der ersten Spannung und der zweiten Spannung gemessen.
  • (3) Messung der Lebensdauer während des Ladens und Entladens bei 25°C und 45°C (Kapazitätserhaltungsverhältnis)
  • Das Laden (CC-CV 1,0 C 4,2 V 0,05 C CUT-OFF) und das Entladen (CC 1,0 C 2,7V CUT-OFF) der gemäß den oben beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Lithium-Sekundärbatterien wurden 500-mal wiederholt in 25°C und 45°C Kammern. Ein Kapazitätsbeibehaltungsverhältnis wurde als Prozentsatz einer Entladekapazität beim 500-sten Zyklus relativ zur Entladekapazität beim 1-sten Zyklus berechnet.
  • (4) Messung der Lebensdauer nach Lagerung bei 60 °C (Kapazitätserhaltungsverhältnis)
  • Die gemäß den oben beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Lithium-Sekundärbatterien wurden geladen (1C 4,2 V 0,1C CUT-OFF) und entladen (CC 1,0C 2,7V CUT-OFF), um eine anfängliche Entladekapazität zu messen. Die Batterien wurden erneut geladen (1C 4,2V 0,1C CUT-OFF), 16 Wochen in einer Konstanttemperaturkammer bei 60°C gelagert und dann die Entladekapazität gemessen. Ein Kapazitätserhaltungsverhältnis wurde als Prozentsatz einer Entladekapazität nach 16 Wochen relativ zur anfänglichen Entladekapazität berechnet.
  • (5) Messung der Gaserzeugung nach wiederholtem Laden und Entladen
  • Das Laden (CC-CV 1,0 C 4,2 V 0,05C CUT-OFF) und das Entladen (CC 1,0C 2,7V CUT-OFF) der gemäß den oben beschriebenen Beispielen und Vergleichsbeispielen hergestellten Lithium-Sekundärbatterien wurden 300-mal in einer 45°C-Kammer wiederholt, und dann wurde die Menge der Gaserzeugung unter Verwendung einer Gaschromatographie (GC)-Analyse gemessen. Insbesondere wurde ein Loch in der Kammer mit einem vorbestimmten Volumen (V) in einem Vakuumzustand gebildet, und eine Druckänderung wurde gemessen, um ein Gaserzeugungsvolumen zu berechnen.
  • Die Bewertungsergebnisse sind in den folgenden Tabellen 3 und 4 gezeigt. [Tabelle 3]
    Anfängliche Ladekapazität (Ah) Anfängliche Entladungskapazität (Ah) Anfängliche Kapazitätseffizienz (%) DCIR (mΩ)
    Beispiel 1 21.895 19.612 89.6 4.09
    Beispiel 2 21.911 19.613 89.5 4.07
    Beispiel 3 21.912 19.589 89.4 4.06
    Beispiel 4 21.895 19.599 89.5 4.09
    Vergleichsbeispiel 1 21.936 19.602 89.4 4.07
    Vergleichsbeispiel 2 22.013 18.512 84.1 4.65
    Vergleichsbeispiel 3 21.912 19.032 86.9 4.60
    Vergleichsbeispiel 4 21.881 18.708 85.5 4.59
    Vergleichsbeispiel 5 21.891 19.212 87.8 4.37
    Vergleichsbeispiel 6 21.879 19.311 88.3 4.32
    [Tabelle 4]
    Kapazitätserhaltungsverhältnis bei 25°C (%) Kapazitätserhaltungsverhältnis bei 45 °C (%) Kapazitätserhaltungsverhältnis nach Lagerung bei 60°C (%) Gaserzeugung (ml)
    Beispiel 1 85.9 84.3 92.1 9.73
    Beispiel 2 86.2 82.9 89.5 15.16
    Beispiel 3 85.1 81.9 88.2 11.71
    Beispiel 4 85.4 81.3 87.3 17.85
    Vergleichsbeispiel 1 85.6 73.2 72.1 31.48
    Vergleichsbeispiel 2 84.9 69.8 70.9 14.46
    Vergleichsbeispiel 3 85.2 71.1 71.3 23.74
    Vergleichsbeispiel 4 86.1 70.2 71.3 16.89
    Vergleichsbeispiel 5 84.8 68.7 67.8 17.15
    Vergleichsbeispiel 6 85.3 68.8 67.7 25.72
  • Unter Bezugnahme auf die Tabellen 3 und 4 wurde in den Beispielen, in denen die Adsorptionsschicht oder die Anodenaktivmaterialschicht einschließlich der Adsorptionsmittelteilchen an Schichten gebildet wurde, die nicht der Kathode der obersten und untersten Anoden zugewandt waren, die Gaserzeugung unterdrückt, und eine verbesserte Kapazitätserhaltung und anfängliche Kapazitätseffizienz wurden im Vergleich zu denen aus den Vergleichsbeispielen bereitgestellt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020200118222 [0001]
    • KR 20170099748 [0008]

Claims (12)

  1. Lithium-Sekundärbatterie, umfassend: eine Elektrodenanordnung, umfassend: eine Trennschicht; und eine Vielzahl von Kathoden und eine Vielzahl von Anoden, die durch die Trennschicht getrennt und wiederholt gestapelt sind; und eine Gasadsorptionsschicht, die auf eine einzelne Oberfläche einer äußersten Anode unter den mehreren Anoden aufgetragen ist.
  2. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei jede der Anoden umfasst: einen Anodenstromkollektor; und eine obere Anodenaktivmaterialschicht und eine untere Anodenaktivmaterialschicht, die auf einer oberen Oberfläche bzw. einer unteren Oberfläche des Anodenstromkollektors gebildet sind.
  3. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 2, wobei die Gasadsorptionsschicht auf eine Anodenaktivmaterialschicht, die keiner Kathode benachbart zu der äußersten Anode der oberen Anodenaktivmaterialschicht und der unteren Anodenaktivmaterialschicht zugewandt ist, aufgetragen ist.
  4. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 3, wobei die Gasadsorptionsschicht Gasadsorptionspartikel umfasst und eine Menge der Gasadsorptionspartikel von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% beträgt, basierend auf einem Gesamtgewicht der Anodenaktivmaterialschicht, die der Kathode neben der äußersten Anode nicht zugewandt ist.
  5. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Gasadsorptionsschicht auf eine einzelne Oberfläche von jeder einer obersten Anode und einer untersten Anode unter den in der Elektrodenanordnung enthaltenen Anoden aufgetragen ist.
  6. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Gasadsorptionsschicht nur auf der äußersten Anode unter den Anoden gebildet ist.
  7. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei die Gasadsorptionsschicht mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivkohle, Natronkalk, Zeolith, Carboxymethylcellulose (CMC), Diethanolamin (DEA), Triethanolamin (TEA), N-Methyldiethanolamin (MDEA) und und einer Verbindung auf Dienbasis, umfasst.
  8. Lithium-Sekundärbatterie, umfassend eine Elektrodenanordnung, wobei die Elektrodenanordnung umfasst: eine Trennschicht; und eine Vielzahl von Kathoden und eine Vielzahl von Anoden, die durch die Trennschicht getrennt und wiederholt gestapelt sind, wobei jede der Anoden umfasst: einen Anodenstromkollektor; und eine obere Anodenaktivmaterialschicht und eine untere Anodenaktivmaterialschicht, die auf einer oberen Fläche bzw. einer unteren Fläche des Anodenstromkollektors gebildet sind, wobei Gasadsorptionspartikel in einer von der oberen Anodenaktivmaterialschicht oder der unteren Anodenaktivmaterialschicht, die in einer äußersten Anode der Anoden enthalten ist, dispergiert sind.
  9. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 8, wobei die Gasadsorptionspartikel in einer Anodenaktivmaterialschicht, die der Kathode der oberen Anodenaktivmaterialschicht und der unteren Anodenaktivmaterialschicht nicht zugewandt ist, enthalten sind.
  10. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 8, wobei eine die Gasadsorptionspartikel enthaltende Anodenaktivmaterialschicht jeweils an einem obersten Abschnitt und einem untersten Abschnitt der Elektrodenanordnung angeordnet ist.
  11. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 8, wobei die Gasadsorptionspartikel mindestens eines, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Aktivkohle, Natronkalk, Zeolith, Carboxymethylcellulose (CMC) und Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), umfassen.
  12. Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 8, wobei eine Menge der Gasadsorptionspartikel von 0,1 Gew.-% bis 20 Gew.-% beträgt, bezogen auf das Gesamtgewicht einer Anodenaktivmaterialschicht einschließlich der Gasadsorptionspartikel.
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