KR20230087542A - 리튬 이온 배터리 - Google Patents

리튬 이온 배터리 Download PDF

Info

Publication number
KR20230087542A
KR20230087542A KR1020237015865A KR20237015865A KR20230087542A KR 20230087542 A KR20230087542 A KR 20230087542A KR 1020237015865 A KR1020237015865 A KR 1020237015865A KR 20237015865 A KR20237015865 A KR 20237015865A KR 20230087542 A KR20230087542 A KR 20230087542A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
ion battery
lithium ion
active material
positive electrode
electrode active
Prior art date
Application number
KR1020237015865A
Other languages
English (en)
Inventor
나 천
룽 하오
이 판
Original Assignee
비와이디 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비와이디 컴퍼니 리미티드 filed Critical 비와이디 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20230087542A publication Critical patent/KR20230087542A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/136—Electrodes based on inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/485—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of mixed oxides or hydroxides for inserting or intercalating light metals, e.g. LiTi2O4 or LiTi2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/54—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of silver
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/56—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of lead
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/5825—Oxygenated metallic salts or polyanionic structures, e.g. borates, phosphates, silicates, olivines
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M2010/4292—Aspects relating to capacity ratio of electrodes/electrolyte or anode/cathode
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

양극 판 및 음극 판을 포함하는 리튬 이온 배터리가 제공된다. 양극 판의 양극 활성 물질은 리튬 망가니즈 철 인산염 및 3원 물질을 포함하고, 음극 판의 음극 활성 물질은 흑연이다. 리튬 이온 배터리는 다음의 공식들:
Figure pct00017
(1) 및
Figure pct00018
(2)를 충족시키며, 여기서, M1은 mAh/g 단위의 리튬 망가니즈 철 인산염의 제1 충전 비용량이고; η1은 리튬 망가니즈 철 인산염의 제1 효율이고; A1은 양극 활성 물질 중 리튬 망가니즈 철 인산염의 질량 백분율이고; M2는 mAh/g 단위의 3원 물질의 제1 충전 비용량이고; η2는 3원 물질의 제1 효율이고; A2는 양극 활성 물질 중 3원 물질의 질량 백분율이고; M3은 mAh/g 단위의 흑연의 제1 방전 비용량이고; η3은 흑연의 제1 효율이며; x는 양극 활성 물질의 드레싱 양이고, y는 음극 활성 물질의 드레싱 양이며, 여기서, x 및 y는 동일한 단위로 되어 있다.

Description

리튬 이온 배터리
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 개시내용은, "Lithium ion battery"라는 명칭으로 2020년 10월 28일자로 출원된 중국 특허 출원 제202011175816.X호를 우선권으로 주장하며, 상기 출원은 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
기술분야
본 개시내용은 전력 디바이스들의 기술 분야에 관한 것으로, 구체적으로는, 리튬 이온 배터리에 관한 것이다.
에너지 및 환경 보호에 대한 인식이 높아짐에 따라, 최근 수년간 새로운 에너지 차량들이 두드러지게 개발되었다. 이들 중에서도, 전기 차량이 주요 방향들 중 하나이다. 전기 차량용 전력 배터리들 중에서도, 리튬 이온 배터리들은 매우 중요한 위치를 점유한다. 리튬 이온 배터리들의 중요한 구성요소로서, 양극(positive electrode) 물질의 선택은 리튬 이온 배터리들의 성능에 직접적으로 영향을 미친다. 리튬 망가니즈 철 인산염(lithium manganese iron phosphate)(LMFP) 양극 물질은 그의 높은 구조적 안정성과 우수한 사이클 및 안전성 성능들로 인해 리튬 이온 배터리들의 주류 양극 물질이다.
리튬 망가니즈 철 인산염은 높은 이론적 비용량(specific capacity) 및 초기 효율을 가지며, 리튬 이온 배터리들에 대해 더 높은 용량을 제공할 수 있다. 그러나, 리튬 이온 배터리의 흑연 음극(negative electrode) 활성 물질은 충전 및 방전 프로세스 동안 SEI 막을 형성하고, 리튬 망가니즈 철 인산염으로부터의 활성 리튬이 SEI 막 형성 프로세스에서 소비되어, 리튬 망가니즈 철 인산염의 실제 비용량을 감소시키고, 리튬 이온 배터리들 내의 리튬 망가니즈 철 인산염의 용량의 발휘를 제한한다.
본 개시내용의 실시예는, 전통적인 리튬 이온 배터리들에서 리튬 망가니즈 철 인산염의 비용량의 발휘가 어려운 문제를 해결하기 위한 리튬 이온 배터리를 제공한다.
위의 문제들을 해결하기 위해, 다음의 기술적 해결책들이 본 개시내용에서 제공된다.
본 개시내용의 실시예는, 양극 시트 및 음극 시트를 포함하는 리튬 이온 배터리를 제공한다.
양극 시트의 양극 활성 물질은 리튬 망가니즈 철 인산염 및 3원 물질을 포함한다. 음극 시트의 음극 활성 물질은 흑연이다. 리튬 이온 배터리는 다음의 공식들을 충족시킨다:
Figure pct00001
(1) 및
Figure pct00002
(2)
여기서, M1은 단위가 mAh/g인 리튬 망가니즈 철 인산염의 제1 충전 비용량이고; η1은 리튬 망가니즈 철 인산염의 초기 효율이고; A1은 양극 활성 물질 중 리튬 망가니즈 철 인산염의 질량 퍼센트이고; M2는 단위가 mAh/g인 3원 물질의 제1 충전 비용량이고; η2는 3원 물질의 초기 효율이고; A2는 양극 활성 물질 중 3원 물질의 질량 퍼센트이고; M3은 단위가 mAh/g인 흑연의 제1 방전 비용량이고; η3은 흑연의 초기 효율이며; x는 양극 활성 물질의 코팅량이고, y는 음극 활성 물질의 코팅량이며, 여기서, x 및 y는 동일한 단위로 표현된다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 리튬 이온 배터리의 양극 시트에서, 리튬 망가니즈 철 인산염의 실제 완전-셀(full-cell) 비용량은 138 mAh/g보다 크다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 리튬 이온 배터리는 다음의 공식을 충족시킨다:
Figure pct00003
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 리튬 이온 배터리는 전해질을 더 포함하며, 리튬 이온 배터리는 다음의 공식을 충족시킨다:
Figure pct00004
(3)
여기서, a는 3원 물질 중 잔류 알칼리 함량이고, b는 리튬 이온 배터리의 전해질 주입 계수이며, c는 전해질 중 잔류 H2O 함량이고; a는 500 ppm - 1500 ppm의 범위 내에 있고, b는 2.9 g/Ah - 3.8 g/Ah의 범위 내에 있으며, c는 200 ppm - 400 ppm의 범위 내에 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 45 ℃에서의 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 리튬 이온 배터리의 Mn 용해는 700 ppm 미만이다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 리튬 이온 배터리는 다음의 공식을 충족시킨다:
Figure pct00005
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, y 대 x의 비는 0.52 - 0.58의 범위 내에 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 양극 활성 물질의 총 질량에 기반하여, A1은 75 % - 95 %의 범위 내에 있다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 3원 물질은 LiNia1Cob1Xc1O2의 화학식에 의해 표현되며,
여기서, 0 ≤ a1 ≤ 1, 0 ≤ b1 ≤ 1, 0 ≤ c1 ≤1, 및 a1 + b1 + c1 = 1이고; X는 IIIB족부터 VA족까지의 적어도 하나의 금속 원소이다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 3원 물질 중 Ni, Co, 및 X의 총 몰량에 기반하여, 3원 물질 중 Ni의 몰 퍼센트는 80 % - 95 %의 범위 내에 있다.
본 개시내용의 실시예들에서 제공되는 기술적 해결책들에 의해 다음의 유익한 효과들이 달성된다:
본 개시내용의 실시예에서 제공되는 리튬 이온 배터리의 양극 시트 상의 양극 활성 물질에서, 3원 물질 및 리튬 망가니즈 철 인산염은 부가혼합물(admixture)로 사용되고, 리튬 망가니즈 철 인산염, 3원 물질, 및 음극 활성 물질 흑연은 공식 (1) 및 공식 (2)의 관계들을 충족시킨다. 그 결과로서, 혼합된 양극 활성 물질의 초기 효율과 흑연의 초기 효율이 균형을 이루어, 리튬 망가니즈 철 인산염의 용량의 효과적인 발휘가 보장됨에 따라, 리튬 이온 배터리의 안전성이 보장되면서 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도 및 사이클 성능이 개선된다.
본 개시내용의 부가적인 양상들 및 이점들은 다음의 설명에서 부분적으로 주어질 것이며, 그 중 일부는 다음의 설명으로부터 명백해질 것이거나 본 개시내용의 실시들로부터 학습될 수 있다.
본원에 예시된 첨부된 도면들은 본 개시내용의 추가적인 이해를 제공하도록 의도되며, 본 개시내용의 일부를 구성한다. 본 개시내용에서 개략적인 실시예들 및 그의 설명은 본 개시내용을 설명하기 위해 제공되며, 본 개시내용에 대한 제한을 구성하는 것이 아니다. 첨부된 도면들에서:
도 1은, 3원 물질, LFMP, 및 3원 물질과 LFMP의 혼합 물질의 순환 전압전류법(cyclic voltammetry)(CV) 곡선들을 도시한다.
도 2는, 3원 물질, LFMP, 및 3원 물질과 LFMP의 혼합 물질의 제1 충전/방전 사이클 곡선들을 도시한다.
본 출원의 목적들, 기술적 해결책들, 및 이점들을 더 명확하게 하기 위해, 본 개시내용의 기술적 해결책들은 특정 실시예들 및 대응하는 도면들과 함께 아래에서 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 명백하게, 설명된 실시예들은 본 출원의 실시예들 전부가 아니라 단지 그 일부이다. 창의적인 노력들 없이도 본 출원의 실시예들에 기반하여 관련 기술분야의 통상의 기술자에 의해 획득되는 모든 다른 실시예들은 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.
본 개시내용의 명세서 및 청구항들에서 사용되는 "제1", "제2" 등의 용어는 특정 순서 또는 시퀀스를 설명하기보다는 유사한 객체들을 구별하기 위해 사용된다. 그에 따라 사용되는 데이터는 적절한 경우 상호교환가능하며, 이에 따라, 본 개시내용의 실시예들은 본원에 예시되거나 설명된 것들과 다른 순서로 구현될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. "제1" 및 "제2"라는 단어들에 의해 구별되는 객체들은 일반적으로 동일한 종류이고, 객체들의 수는 그에 제한되지 않는다. 예컨대, 제1 객체의 수는 하나 또는 다수일 수 있다. 더욱이, 본 명세서 및 청구항들에서의 "및/또는"은 연결된 객체들 중 적어도 하나를 표시하고, "/" 기호는 일반적으로 선행 객체와 후속 객체 사이를 또는 그 사이의 관계를 표시한다.
첨부된 도면들을 참조하여, 본 개시내용의 실시예들에서 개시된 기술적 해결책들이 상세히 설명될 것이다.
본 개시내용의 실시예는, 양극 시트 및 음극 시트를 포함하는 리튬 이온 배터리를 제공한다.
양극 시트의 양극 활성 물질은 리튬 망가니즈 철 인산염(LMFP) 및 3원 물질을 포함한다. 음극 시트의 음극 활성 물질은 흑연이다. 리튬 이온 배터리는 다음의 공식을 충족시킨다:
Figure pct00006
(1) 및
Figure pct00007
(2)
여기서, M1은 단위가 mAh/g인 LMFP의 제1 충전 비용량이고; η1은 LMFP의 초기 효율이고, A1은 양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트이고, M2는 단위가 mAh/g인 3원 물질의 제1 충전 비용량이고; η2는 3원 물질의 초기 효율이고; A2는 양극 활성 물질 중 3원 물질의 질량 퍼센트이고; M3은 단위가 mAh/g인 흑연의 제1 방전 비용량이고; η3은 흑연의 초기 효율이며; x는 양극 활성 물질의 코팅량이고, y는 음극 활성 물질의 코팅량이며, 여기서, x 및 y는 동일한 단위로 표현되고, y 대 x의 비는 0.52 - 0.58의 범위 내에 있다.
구체적으로, 양극 활성 물질에 대해, 초기 효율은 버튼 셀의 제1 방전 용량에 대 제1 충전 용량의 비이고; 음극 활성 물질에 대해, 초기 효율은 버튼 셀의 제1 충전 용량 대 제1 방전 용량의 비이다.
추가로, 공식 2의
Figure pct00008
가 α라고 가정하면, α는 본 개시내용의 실시예에 따르면 0.64 - 1.05의 범위 내에 있다.
구체적으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, LMFP에서 Mn의 전압 플래토(plateau)는 (Li에 대해) 약 4.15 V이고, 3원 물질의 H2-H3 상 변화에 걸친 전압 플래토는 (Li에 대해) 약 4.25 V이다. LMFP 및 3원 물질의 전압 플래토들은 전압 상승작용적 효과를 가지며, 이러한 상승작용적 효과는 3원 물질의 H2-H3 상 변화에 의해 야기되는 표면 구조적 불안정성을 감소시킬 수 있다. 따라서, 양극 활성 물질 중 3원 물질은 H2-H3 상 변화에 취약하지 않으며, 이는 3원 물질의 구조적 안정성에 유익하고, 3원 물질의 안전성 및 사이클 성능을 개선한다. 따라서, LMFP 및 3원 물질을 혼합함으로써 획득되는 양극 활성 물질에 의해, 양극 활성 물질의 이중 전압 플래토들이 회피되고, 그에 따라, 양극 활성 물질의 다양한 물질들의 용량의 완전한 발휘를 용이하게 한다. 더욱이, LMFP는 3원 물질과 비교하여 더 높은 안전성 성능을 가지며, 그에 따라, 리튬 이온 배터리의 안전성이 개선된다.
리튬 이온 배터리의 제1 충전 및 방전 프로세스 동안, 음극의 표면 상의 SEI 막의 형성은 양극 활성 물질로부터의 활성 리튬의 소비를 요구한다. 음극 물질이 흑연일 때, 흑연의 초기 효율이 LMFP 물질의 초기 효율보다 작으므로, LMFP 물질만이 양극 활성 물질로서 사용될 때의 LMFP 물질의 초기 효율의 문제에 의해 야기되는 적은 양의 비가역 리튬은 흑연 상에 SEI 막을 형성하기에 충분하지 않다. 그에 따라서, LMFP 내 활성 리튬이 흑연에 의해 부가적으로 소비되어, LMFP의 실제 비용량의 발휘가 감소되고, 리튬 이온 배터리의 낮은 에너지 밀도가 야기된다. 3원 물질의 초기 효율은 흑연의 초기 효율 미만이고, 3원 물질에 의해 음극에 남은 더 많은 비가역 리튬은 흑연 상에 SEI 막을 형성하기에 충분하다. LMFP 및 3원 물질이 부가혼합물로 사용될 때, 3원 물질은 LMFP에 리튬을 공급하도록 기능하며, 그에 따라, LMFP의 실제 완전-셀 비용량이 개선되고, 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도가 개선된다.
리튬 이온 배터리의 설계에서, 배터리에서 음극 시트에 의해 제공되는 용량 대 양극 시트에 의해 제공되는 용량의 비를 N/P((음극 활성 물질의 그램 용량 × 음극의 표면 밀도 × 음극 활성 물질의 함량 비)/(양극 활성 물질의 그램 용량 × 양극의 표면 밀도 × 양극 활성 물질의 함량 비)) 비로 지칭된다. 그 비는 일반적으로 1.08 내지 1.12의 범위, 즉, 공식 1에 나타낸 범위 내에 있다. 더 중요하게는, 3원 물질의 초기 효율이 흑연의 초기 효율보다 낮고, 흑연의 초기 효율은 LMFP의 초기 효율보다 낮기 때문에, 3원 물질 및 LMFP 물질이 부가혼합물로 사용될 때, 혼합된 양극 활성 물질의 초기 효율과 흑연 물질의 초기 효율이 균형을 이룰 수 있게 하기 위해서는 혼합 비가 특정 범위로 제어될 필요가 있다. 혼합 비는 공식 2에 의해 나타낸 범위를 충족시킬 필요가 있다. 공식 2가 충족되는 경우, 양극 활성 물질 중 LMFP 물질의 실제 비용량의 발휘가 개선되어, 리튬 이온 배터리의 안전성이 보장되면서 리튬 이온 배터리의 에너지 밀도가 개선될 수 있다.
본 개시내용의 추가적인 실시예에 따르면, 리튬 이온 배터리의 양극 시트에서의 LMFP의 완전-셀 비용량은, 리튬 이온 배터리의 충전 및 방전 프로세스에서의 LMFP 물질의 실제 용량인 138 mAh/g보다 크고, 일반적으로, LMFP 물질의 이론적 비용량 미만이다. 양극 활성 물질의 총 질량에 기반하여, 양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트는 75 % - 95 %의 범위 내에 있다.
구체적으로, 3원 물질 및 LMFP 물질이 부가혼합물로 사용되고 3원 물질의 비율이 너무 낮을 때, 3원 물질의 낮은 초기 효율에 의해 야기되는 리튬 이온들의 손실이 또한 너무 낮고, 이러한 리튬 이온들은 흑연이 그를 소비하여 SEI 막을 형성하기에 충분하지 않다. 음극 시트에서의 흑연 상의 SEI 막의 형성은, LMFP에서의 부가적인 리튬 이온들의 소비를 요구하여 양극 시트에서의 LMFP의 낮은 실제 비용량을 야기한다. 양극 활성 물질 중 3원 물질의 비율이 너무 높을 때, LMFP와 비교하여 불량한 3원 물질의 구조적 안정성은, 양극 활성 물질의 혼합된 시스템의 낮은 사이클링 용량 유지율로 이어질 것이고, 또한, 충전 및 방전 프로세스 동안의 3원 물질의 낮은 안전성 성능은 리튬 이온 배터리의 안전한 사용에 도움이 되지 않는다. 따라서, 리튬 이온 배터리에서, 혼합된 양극 활성 물질의 초기 효율과 흑연의 초기 효율이 균형을 이룰 때, 즉, 공식 2에 나타낸 비 범위가 충족될 때, 리튬 이온 배터리의 양극 시트에서의 LMFP의 완전-셀 비용량은 138 mAh/g에 또는 심지어 더 높게 도달할 수 있고, 그에 따라, 양극 활성 물질 중 LMFP 물질의 실제 비용량이 보장된다.
본 개시내용의 추가적인 실시예에 따르면, 리튬 이온 배터리는 전해질을 더 포함하며, 리튬 이온 배터리는 다음의 공식을 충족시킨다:
Figure pct00009
(3)
여기서, a는 단위가 ppm인 3원 물질 중 잔류 알칼리 함량이고; b는 단위가 g/Ah인 리튬 이온 배터리의 전해질 주입 계수이고; c는 단위가 ppm인 전해질 중 잔류 H2O 함량이다.
추가로, 공식 3의
Figure pct00010
가 β라고 가정하면, β는 본 개시내용의 실시예에 따르면 0.75 - 1.48의 범위 내에 있다.
특히, 배터리의 실제 준비 프로세스에서, 전해질에는 특정 양의 미량의 물이 필연적으로 존재한다. H2O는 전해질에서 리튬 헥사플루오로포스페이트와 같은 리튬 염과 반응하여 플루오린화수소산(HF)을 생성하는 경향이 있고, HF는 LMFP에서 Fe 및 Mn의 용해를 야기하여, LMFP 물질의 구조적 안정성 및 리튬 이온 배터리의 사이클 수명을 감소시킨다. 3원 물질의 표면 상의 잔류 알칼리는 전해질에서 HF와 반응할 것인데, 즉, HF가 소비될 것이다. 이는, LMFP 물질 내 Fe 및 Mn의 용해를 억제하는 것을 돕고, Mn의 용해의 억제는 보다 명백하며, 그에 따라, 양극 활성 물질의 사이클 성능의 개선 및 리튬 이온 배터리의 유효 수명의 증가를 용이하게 한다. 그에 따라서, 3원 물질의 표면 상의 잔류 알칼리를 완전히 사용하여 전해질 중 HF를 효과적으로 소비하고 리튬 이온 배터리의 유효 수명을 증가시키는 목적들을 달성하기 위해서는, 3원 물질 중 잔류 알칼리 함량, 리튬 이온 배터리의 전해질 주입 계수, 및 전해질 중 잔류 H2O 함량이 공식 3에 나타낸 비 범위를 충족시킬 필요가 있다.
본 개시내용의 추가적인 실시예에 따르면, 45 ℃에서의 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 리튬 이온 배터리의 Mn 용해는 700 ppm 미만이다.
구체적으로, 리튬 이온 배터리의 충전 및 방전 프로세스 동안, 전해질에 더 많은 HF가 존재할 때, LMFP 물질 내 Fe 및 Mn의 용해가 더 높아져서, LMFP 물질의 구조적 무결성이 파괴되고, LMFP 물질의 사이클 및 레이트(rate) 성능이 감소된다. 전해질 중 HF가 3원 물질의 표면 상의 잔류 알칼리에 의해 효과적으로 소비된 후, LMFP 물질 내 Fe 및 Mn의 용해, 특히, Mn의 용해는 크게 감소된다. 그 결과로서, 45 ℃에서의 리튬 이온 배터리의 2000 회 충전-방전 사이클 이후에 Mn 용해가 여전히 700 ppm 미만이므로, 배터리의 사이클 성능이 개선된다.
본 개시내용의 추가적인 실시예에 따르면, a는 500 ppm - 1500 ppm의 범위 내에 있고, b는 2.9 g/Ah - 3.8 g/Ah의 범위 내에 있고, c는 200 ppm - 400 ppm의 범위 내에 있다.
구체적으로, 3원 물질의 표면 상의 잔류 알칼리 함량이 500 ppm - 1500 ppm의 범위 내에 있고, 전해질 주입 계수가 2.9 g/Ah - 3.8 g/Ah의 범위 내에 있고, 전해질 중 잔류 H2O 함량이 200 ppm - 400 ppm의 범위 내에 있을 때, 전해질에서 H2O와 리튬 헥사플루오로포스페이트의 반응을 통해 생성된 HF는, 3원 물질의 표면 상의 잔류 알칼리와 반응하여 HF를 소비하고, 양극 활성 물질의 사이클 성능 및 리튬 이온 배터리의 유효 수명을 보장할 수 있다.
본 개시내용의 추가적인 실시예에 따르면, 3원 물질은 LiNia1Cob1Xc1O2의 화학식에 의해 표현되며,
여기서, 0 ≤ a1 ≤ 1, 0 ≤ b1 ≤ 1, 0 ≤ c1 ≤1, 및 a1 + b1 + c1 = 1이고; X는 IIIB족부터 VA족까지의 적어도 하나의 금속 원소이다.
특히, 3원 물질의 결정 구조의 무결성 및 안정성 및 안전성을 개선하기 위해, 3원 물질 중 원소 Mn은 Al, Zr, Ti, Y, Sr, W 및 다른 원소들에 의해 부분적으로 또는 전적으로 대체될 수 있다.
본 개시내용의 특정 실시예에 따르면, 3원 물질 중 Ni, Co, 및 X의 총 몰량에 기반하여, 3원 물질 중 Ni의 몰 퍼센트는 80 % - 95 %의 범위 내에 있다.
구체적으로, 3원 물질 중 Ni의 몰 퍼센트가 80 % - 95 %의 범위 내에 있는 경우, 3원 물질은 고-니켈 3원 물질로 지칭된다. 고-니켈 3원 물질은, 낮은 비용, 높은 에너지 밀도, 높은 가역 용량, 및 환경 친화성의 이점들을 가지므로, 리튬 이온 배터리의 비용량이 크게 개선될 수 있다. 고-니켈 3원 물질의 불량한 안전성 성능에도 불구하고, LMFP가 특정 범위에 속하는 비로 고-니켈 3원 물질과 혼합될 때, LMFP 물질 시스템의 원래의 안전성 성능이 보장되어 배터리 안전성을 보장할 수 있다.
이하에서, 본 발명의 기술적 해결책들이 특정 실시예들의 형태로 아래에서 상세히 설명될 것이다.
양극 활성 물질의 선택:
제1 충전 비용량이 165 mAh/g이고 초기 효율이 98 %인 LMFP, 및 제1 충전 비용량이 238 mAh/g이고 초기 효율이 86 %인 고-니켈 3원 물질(Co:Mn:Ni의 몰 비 = 0.83:0.12:0.05)가 선택되고, LMFP 및 고-니켈 3원 물질이 혼합되어 양극 활성 물질을 형성하며, 여기서, 양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트는 A1이고, 양극 활성 물질 중 고-니켈 3원 물질의 질량 퍼센트는 A2이며, 여기서, A1 + A2 = 1이다. 고-니켈 3원 물질 상의 잔류 알칼리 함량은 700 ppm이다.
음극 활성 물질의 선택:
제1 방전 용량이 355 mAh/g이고 초기 효율이 95 %인 흑연이 선택된다.
전해질의 선택:
리튬 이온 배터리 내 전해질의 주입 계수는 3.1 g/Ah이고, 리튬 이온 배터리가 조립된 후의 전해질 중 잔류 H2O 함량은 200 ppm이다.
위에 선택된 양극 활성 물질, 음극 활성 물질, 및 전해질을 갖는 리튬 이온 배터리가 준비된다. 준비 프로세스는 다음을 포함한다:
S101: N-메틸피롤리돈(NMP) 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF)를 블렌더에 첨가하고 1 시간 동안 교반한다. 전도성 흑연을 전도성 작용제로서 첨가하고 0.5 시간 동안 교반한다. 이어서, 양극 활성 물질(리튬 망가니즈 철 인산염 및 3원 물질)을 첨가하고 1.5 시간 동안 교반하여 양극 슬러리를 형성한다. 양극 슬러리를 체질(sieve)하고 알루미늄 포일 집전체 상에 코팅한다. 양극 슬러리로 코팅된 알루미늄 포일을 80 ℃ 진공 하에서 12시간 동안 건조시킨다. 마지막으로, 양극 슬러리로 코팅된 건조된 알루미늄 포일을 압연 및 슬라이싱하여 양극 시트를 획득한다. 양극 시트의 단측(one-sided) 표면 밀도는 2.0 g/dm2이고, 양극 시트의 압축 밀도는 2.6 g/cm3이다.
S102: 물, 스티렌-부타디엔 고무(SBR) 및 나트륨 카르복시메틸 셀룰오로스(CMC)를 혼합하고, 이어서, 블렌더에 첨가하고 1 시간 동안 교반한다. 전도성 흑연을 전도성 작용제로서 첨가하고 0.5 시간 동안 교반한다. 이어서, 음극 활성 물질로서의 흑연을 첨가하고 1.5 시간 동안 교반하여 음극 슬러리를 형성한다. 음극 슬러리를 체질하고 구리 포일 집전체 상에 코팅한다. 음극 슬러리로 코팅된 구리 포일을 100 ℃ 진공 하에서 12시간 동안 건조시킨다. 마지막으로, 음극 슬러리로 코팅된 건조된 구리 포일을 압연 및 슬라이싱하여 음극 시트를 획득한다.
S103: 양극 시트, 분리기, 및 음극 시트를 배터리 하우징 내에 배치하며, 분리기(양측들이 세라믹으로 코팅된 PE 분리기)는 양극 시트와 음극 시트 사이에 위치시킨다. 전해질(용매 및 LiPF6를 포함하며, 여기서, 용매는 에틸렌 카르보네이트(EC), 디메틸 카르보네이트(DMC), 및 메틸 에틸 카르보네이트(EMC)를 포함하고, 에틸렌 카르보네이트(EC), 디메틸 카르보네이트(DMC), 및 메틸 에틸 카르보네이트(EMC)의 부피 비는 1:1:1이고; 전해질 중 LiPF6의 농도는 1 mol/L임)을 주입하고, 이어서, 배터리 하우징을 밀봉하여 리튬 이온 배터리를 획득한다.
구체적으로, 다음의 예 1 내지 예 5 및 비교 예 1 및 비교 예 2의 리튬 이온 배터리가 획득된다.
예 1
양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트(A1)는 95 %이고, 양극 활성 물질 중 고-니켈 3원 물질의 질량 퍼센트(A2)는 5 %이다.
예 2
양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트(A1)는 91.1 %이고, 양극 활성 물질 중 고-니켈 3원 물질의 질량 퍼센트(A2)는 8.9 %이다.
예 3
양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트(A1)는 88 %이고, 양극 활성 물질 중 고-니켈 3원 물질의 질량 퍼센트(A2)는 12 %이다.
예 4
양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트(A1)는 85.5 %이고, 양극 활성 물질 중 고-니켈 3원 물질의 질량 퍼센트(A2)는 14.5 %이다.
예 5
양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트(A1)는 75 %이고, 양극 활성 물질 중 고-니켈 3원 물질의 질량 퍼센트(A2)는 25 %이다.
비교 예 1
양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트(A1)는 98 %이고, 양극 활성 물질 중 고-니켈 3원 물질의 질량 퍼센트(A2)는 2 %이다.
비교 예 2
양극 활성 물질 중 LMFP의 질량 퍼센트(A1)는 70 %이고, 양극 활성 물질 중 고-니켈 3원 물질의 질량 퍼센트(A2)는 30 %이다.
음극 시트 상의 흑연의 코팅량인 y와 양극 시트 상의 양극 활성 물질의 코팅량인 x의 비 y/x = 0.55(여기서 x 및 y는 동일한 단위로 표현됨)를 제어함으로써, 예 1 내지 예 5 및 비교 예 1 및 비교 예 2의 리튬 이온 배터리들을 공식 2 및 공식 3으로 검사하여, α 및 β의 값들을 획득하였다. 양극들에서의 LMFP의 비용량 테스트, 45 ℃에서의 2000 회 사이클 이후의 용량 유지율 테스트, 45 ℃에서의 2000 회 사이클 이후의 Mn 용해 테스트, 및 시차 주사 열량측정법(differential scanning calorimetry)(DSC)에 의한 양극 활성 물질의 열 폭주 촉발 온도 테스트를 예 1 내지 예 5 및 비교 예 1 및 비교 예 2의 리튬 이온 배터리에 대해 수행하였다. 테스트 프로세스는 구체적으로 다음과 같았다:
양극에서의 LMFP의 완전-셀 비용량의 테스트:
상온(25 ℃)에서, 리튬 이온 배터리를 0.1 C의 레이트(rate)로 충전시키고 0.1C의 레이트로 방전시켰다. 충전 및 방전 전압은 2.5 - 4.2 V의 범위 내였고, 3 회 충전-방전 사이클을 수행하였다. 전극 시트 상의 코팅량 및 리튬 이온 배터리의 제3 방전 용량에 기반하여 양극에서의 LMFP의 완전-셀 비용량을 계산하였다.
2000 회 충전-방전 사이클 이후의 용량 유지율의 테스트:
리튬 이온 배터리를 1 C의 레이트로 충전시키고 1 C의 레이트로 방전시켰다. 충전-방전 전압은 2.5 - 4.2 V의 범위 내였다. 45 ℃에서의 2000 회 충전-방전 사이클 이후에, 첫 번째 사이클 및 2000 번째 사이클에서의 배터리의 방전 용량의 비에 따라 2000 회 사이클 이후의 배터리의 용량 유지율을 획득하였다.
2000 회 충전-방전 사이클 이후의 Mn 용해의 테스트:
45 ℃에서의 2000 회 충전-방전 사이클 이후에 리튬 이온 배터리를 분해하였다. 음극 시트의 음극 활성 물질을 꺼내고, 음극 활성 물질 중 Mn 용해를 ICP로 측정하였다.
DSC에 의한 양극 활성 물질의 열 폭주 촉발 온도의 테스트:
리튬 이온 배터리의 양극 활성 물질을 (구체적으로, 0.1 C의 정전류에서 4.2 V의 컷오프 전압까지 충전하고, 이어서, 4.2 V의 정전압에서 0.05 C의 컷오프 전류까지 충전함으로써) 완전 충전 상태로 충전하였다. 완전 충전 상태에서의 양극 시트 및 전해질을 고온 건조 포트에 첨가하고, 5 ℃/min의 램핑 속도(ramping rate)로 가열하였다. 시차 주사 열량측정법(DSC)으로 온도기록도(thermogram)를 테스트하여, 양극 물질의 열 폭주 촉발 온도를 관찰하였다.
표 1은, 예 1 내지 예 5 및 비교 예 1 및 비교 예 2의 리튬 이온 배터리들의 공식 2 및 공식 3에 의한 검사 데이터 및 테스트 데이터를 나타낸다.
표 1. 다양한 예들에서의 리튬 이온 배터리들의 검사 및 테스트 데이터
Figure pct00011
주의: 표 1에서 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 Mn 용해는 LMFP 단독으로부터의 Mn 용해와 동등하다.
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 예 1 내지 예 5의 리튬 이온 배터리들을 공식 2 및 공식 3에 의해 검사한 후에, α 및 β 둘 모두는 본 개시내용의 공식 2 및 공식 3에 의해 정의된 범위 내에 있는데, 즉, 0.49 ≤ α ≤ 1.15 및 0.6 ≤ β ≤ 2.91이다. 리튬 이온 배터리의 양극 시트에서의 LMFP의 완전-셀 비용량은 138 mAh/g보다 크고, 예 5의 리튬 이온 배터리의 양극 시트에서의 LMFP의 완전-셀 비용량은 141 mAh/g에 달한다. 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 리튬 이온 배터리의 용량 유지율은 70 %보다 크고, 예 2의 리튬 이온 배터리의 용량 유지율은 80 %에 달한다. 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 리튬 이온 배터리의 Mn 용해는 700 ppm 미만이고, 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 예 3의 리튬 이온 배터리의 Mn 용해는 단지 600 ppm이다. 안전성 관점에서, LMFP와 고-니켈 3원 물질 사이의 효과적인 협력으로 인해, 예 1 내지 예 5의 리튬 이온 배터리들의 양극 활성 물질은 DSC에 의해 테스트될 때 243 ℃보다 큰 열 폭주 촉발 온도를 갖는다. 따라서, 리튬 이온 배터리가 243 ℃ 미만의 온도에서 안전하게 동작할 수 있으므로, 리튬 이온 배터리의 안전성이 개선된다.
비교 예 1 및 비교 예 2의 리튬 이온 배터리들을 공식 2 및 공식 3에 의해 검사한 후에, α 및 β 둘 모두가 본 개시내용의 공식 2 및 공식 3에 의해 정의된 범위 내에 있지 않은 것으로 밝혀졌는데, 즉, α는 0.49 내지 1.15의 범위 내에 속하지 않고, β는 0.6 내지 2.91의 범위 내에 속하지 않는다. 더욱이, 리튬 이온 배터리의 양극 시트에서의 LMFP의 완전-셀 비용량은 135 mAh/g 미만이다. 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 리튬 이온 배터리의 용량 유지율은 60 % 미만이다. 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 리튬 이온 배터리의 Mn 용해는 1000 ppm보다 크다. 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 비교 예 1의 리튬 이온 배터리의 Mn 용해는 심지어 1350 ppm에 달한다. 안전성 관점에서, 비교 예 2의 리튬 이온 배터리의 양극 활성 물질에 더 많은 고-니켈 3원 물질이 함유되므로, DSC에 의해 테스트된 양극 활성 물질의 열 폭주 촉발 온도는 단지 235 ℃이며, 이는, 고온들에서의 리튬 이온 배터리의 사용을 제한한다.
본 개시내용의 실시예들이 도면들과 함께 위에서 설명되었지만, 본 개시내용은 그에 제한되지 않는다. 위에 설명된 특정 실시예들은 단지 예시적이고, 제한적인 것이 아니다. 본 개시내용의 청구항들에 의해 정의된 사상 및 보호 범위로부터 벗어나지 않으면서 본 개시내용의 교시들을 이용하여 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이루어질 수 있는 다양한 형태들은 그 전부가 본 개시내용의 보호 범위 내에 속한다.

Claims (10)

  1. 리튬 이온 배터리로서,
    양극(positive electrode) 시트 및 음극(negative electrode) 시트를 포함하며, 상기 양극 시트는 양극 활성 물질을 포함하고, 상기 양극 활성 물질은 리튬 망가니즈 철 인산염 및 3원 물질을 포함하고, 상기 음극 시트는 음극 활성 물질을 포함하고, 상기 음극 활성 물질은 흑연이고, 상기 리튬 이온 배터리는,
    Figure pct00012
    (1) 및
    Figure pct00013
    (2)
    의 공식들을 충족시키고,
    M1은 단위가 mAh/g인 상기 리튬 망가니즈 철 인산염의 제1 충전 비용량이고, η1은 상기 리튬 망가니즈 철 인산염의 초기 효율이고, A1은 상기 양극 활성 물질 중 상기 리튬 망가니즈 철 인산염의 질량 퍼센트이고, M2는 단위가 mAh/g인 상기 3원 물질의 제1 충전 비용량이고, η2는 상기 3원 물질의 초기 효율이고, A2는 상기 양극 활성 물질 중 상기 3원 물질의 질량 퍼센트이고, M3은 단위가 mAh/g인 상기 흑연의 제1 방전 비용량이고, η3은 상기 흑연의 초기 효율이며, x는 상기 양극 활성 물질의 코팅량이고, y는 상기 음극 활성 물질의 코팅량이며, x 및 y는 동일한 단위로 표현되는, 리튬 이온 배터리.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 리튬 이온 배터리의 양극 시트에서, 상기 리튬 망가니즈 철 인산염의 실제 완전-셀 비용량은 138 mAh/g보다 큰, 리튬 이온 배터리.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 리튬 이온 배터리는,
    Figure pct00014
    의 공식을 충족시키는, 리튬 이온 배터리.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    전해질을 더 포함하며, 상기 리튬 이온 배터리는,
    Figure pct00015
    (3)
    의 공식을 충족시키고,
    a는 상기 3원 물질 중 잔류 알칼리 함량이고, b는 상기 리튬 이온 배터리의 전해질 주입 계수이고, c는 상기 전해질 중 잔류 H2O 함량이고, a는 500 ppm - 1500 ppm의 범위 내에 있고, b는 2.9 g/Ah - 3.8 g/Ah의 범위 내에 있고, c는 200 ppm - 400 ppm의 범위 내에 있는, 리튬 이온 배터리.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    45 ℃에서의 2000 회 충전-방전 사이클 이후의 상기 리튬 이온 배터리의 Mn 용해는 700 ppm 미만인, 리튬 이온 배터리.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 리튬 이온 배터리는,
    Figure pct00016
    의 공식을 충족시키는, 리튬 이온 배터리.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    y 대 x의 비는 0.52 - 0.58의 범위 내에 있는, 리튬 이온 배터리.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양극 활성 물질의 총 질량에 기반하여, A1은 75 % - 95 %의 범위 내에 있는, 리튬 이온 배터리.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3원 물질은 LiNia1Cob1Xc1O2의 화학식에 의해 표현되며,
    0 ≤ a1 ≤ 1, 0 ≤ b1 ≤ 1, 0 ≤ c1 ≤1, 및 a1 + b1 + c1 = 1이고, X는 IIIB족부터 VA족까지의 적어도 하나의 금속 원소인, 리튬 이온 배터리.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 3원 물질 중 Ni, Co, 및 X의 총 몰량에 기반하여, 상기 3원 물질 중 Ni의 몰 퍼센트는 80 % - 95 %의 범위 내에 있는, 리튬 이온 배터리.
KR1020237015865A 2020-10-28 2021-10-28 리튬 이온 배터리 KR20230087542A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011175816.XA CN114420899B (zh) 2020-10-28 2020-10-28 锂离子电池
CN202011175816.X 2020-10-28
PCT/CN2021/126905 WO2022089509A1 (zh) 2020-10-28 2021-10-28 锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230087542A true KR20230087542A (ko) 2023-06-16

Family

ID=81260675

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237015865A KR20230087542A (ko) 2020-10-28 2021-10-28 리튬 이온 배터리

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230268515A1 (ko)
EP (1) EP4224574A1 (ko)
JP (1) JP2023550022A (ko)
KR (1) KR20230087542A (ko)
CN (1) CN114420899B (ko)
CA (1) CA3196755A1 (ko)
WO (1) WO2022089509A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115020678B (zh) * 2022-07-12 2024-06-14 远景动力技术(江苏)有限公司 正极活性材料、电化学装置和电子设备
CN115792095B (zh) * 2023-02-01 2023-06-27 山东海科创新研究院有限公司 一种正极活性材料表面残碱的非水检测方法及应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3979044B2 (ja) * 2001-07-24 2007-09-19 新神戸電機株式会社 リチウム二次電池
CN101202361A (zh) * 2007-04-24 2008-06-18 万向集团公司 一种锂离子电池
WO2011027503A1 (ja) * 2009-09-01 2011-03-10 日立ビークルエナジー株式会社 非水電解質二次電池
CN105470494A (zh) * 2014-08-29 2016-04-06 比亚迪股份有限公司 正极活性材料组合物、正极浆料及其制备方法、正极片及其制备方法、锂离子电池
CN106450481B (zh) * 2016-12-07 2019-06-04 清华大学深圳研究生院 一种锂离子电池及其制备方法
CN107565094A (zh) * 2017-08-08 2018-01-09 上海华普汽车有限公司 锂离子电池正极材料、锂离子电池正极片及锂离子电池
CN107681140A (zh) * 2017-09-25 2018-02-09 江苏奔拓电气科技有限公司 一种锂离子电池用复合阳极材料及其制备方法
CN108321385A (zh) * 2018-01-31 2018-07-24 北京国能电池科技股份有限公司 磷酸锰铁锂掺杂三元正极活性材料、锂离子电池及其制备方法
GB202002734D0 (en) * 2019-02-26 2020-04-08 Michot Christophe Positive electrode active material, positive electrode having the same and lithium secondary battery

Also Published As

Publication number Publication date
CA3196755A1 (en) 2022-05-05
CN114420899A (zh) 2022-04-29
US20230268515A1 (en) 2023-08-24
EP4224574A1 (en) 2023-08-09
CN114420899B (zh) 2024-02-27
WO2022089509A1 (zh) 2022-05-05
JP2023550022A (ja) 2023-11-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20230282827A1 (en) Lithium-ion battery
US20140099540A1 (en) Lithium-enriched solid solution anode composite material and preparation method for lithium-enriched solid solution anode composite material, lithium-ion battery anode plate, and lithium-ion battery
KR101550741B1 (ko) 2차 전지용 양극 활물질의 제조방법 및 이에 의하여 제조되는 2차 전지용 양극 활물질
JP7260573B2 (ja) リチウムイオン電池用複合正極活物質、その製造方法、及びそれを含む正極を含むリチウムイオン電池
JP2000003724A (ja) 非水電解液およびそれを用いたリチウム二次電池
JP2004342500A (ja) 非水電解質二次電池および電池充放電システム
WO2022174547A1 (zh) 电化学装置和包含该电化学装置的电子装置
US20230268515A1 (en) Lithium ion battery
US20240021793A1 (en) Lithium ion battery and powered vehicle
CN113130988A (zh) 一种电解液及应用的电化学装置
CN112397766A (zh) 一种高电压锂离子电池及其制备方法
JP2023527836A (ja) リチウムイオン二次電池の電解液及びその使用
CN115312727A (zh) 一种双包覆的正极材料及其制备方法
US20200127278A1 (en) Negative electrode plate and secondary battery
CN113690398A (zh) 一种超离子导体结构型材料包覆高镍单晶三元材料的制备方法
JP2001319647A (ja) リチウム二次電池用正極およびこれを用いたリチウムイオン電池
JP2008226643A (ja) 非水電解液二次電池
ZHONG et al. Synthesis and electrochemical performances of LiNi0. 6Co0. 2Mn0. 2O2 cathode materials
JP2001297750A (ja) リチウム二次電池用発電要素およびそれを用いたリチウム二次電池
CN115152058A (zh) 电化学装置和包含其的电子装置
JP5958119B2 (ja) 非水電解液二次電池用正極組成物
WO2020135668A1 (zh) 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
JP2019067513A (ja) 非水電解質二次電池及びその製造方法
WO2010147106A1 (ja) 非水電解液二次電池
JP7215011B2 (ja) リチウムイオン電池の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination