KR20230117624A - 전기화학 장치 및 해당 전기화학 장치를 포함하는 전기기기 - Google Patents

전기화학 장치 및 해당 전기화학 장치를 포함하는 전기기기 Download PDF

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Abstract

본 출원은 전기화학 장치 및 이를 포함하는 전기 기기를 제공하는바, 당해 전기화학 장치 양극 극편을 포함하고, 양극 극편은 양극 활물질을 포함하며, 전기화학 장치 충전 상태의 SOC가 90% 내지 100%일 때, 양극 극편의 DSC 곡선은 150℃ 내지 400℃ 사이에서 제1 발열 피크 (A1) 및 제2 발열 피크 (A2)를 가지되, 여기서, 양극 활물질의 질량을 기준으로, 제1 발열 피크 (A1)은 400℃에 가장 가까운 피크 강도가 0.1mW/mg보다 큰 발열 피크이고, 제2 발열 피크 (A2)는 150℃에 가장 가까운 피크 강도가 0.1mW/mg보다 큰 발열 피크이며, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb의 차이는 20℃ 내지 150℃이다. 당해 전기화학 장치는 우수한 사이클 성능, 레이트 성능 및 안전 성능을 가진다.

Description

전기화학 장치 및 해당 전기화학 장치를 포함하는 전기 기기
본 출원은 전기화학 분야에 관한 것인 바, 구체적으로 전기화학 장치 및 해당 전기화학 장치를 포함하는 전기 기기에 관한 것이다.
리튬이온 배터리는 높은 에너지 저장 밀도, 높은 개방 회로 전압, 낮은 자체 방전율, 긴 사이클 수명, 우수한 안전 성능 등 이점을 가지며, 전기 에너지 저장, 모바일 전자 기기, 전기 자동차, 전기 자전거 및 항공 우주 기기 등 다양한 분야에 광범위하게 적용되고 있다. 모바일 전자 기기 및 전기 자동차가 고속 발전 단계에 진입함에 따라, 시장은 리튬이온 배터리의 에너지 밀도, 안전 성능, 사이클 성능 및 사용 수명 등에 대해 모두 더 높은 요구사항을 제시하고 있다.
본 출원의 목적은 전기화학 장치의 사이클 성능, 레이트 성능 및 안전 성능을 향상시키기 위한 전기화학 장치 및 해당 전기화학 장치를 포함하는 전기 기기를 제공하는 것이다.
본 출원의 제1 측면은 전기화학 장치를 제공하는 바, 상기 전기화학 장치는 양극 극편을 포함하고, 양극 극편은 양극 활물질을 포함한다. 전기화학 장치의 충전 상태 SOC가 90% 내지 100%일 때, 양극 극편의 DSC（시차주사 열량법） 곡선은 150℃ 내지 400℃ 사이에서 제1 발열 피크 (A1) 및 제2 발열 피크 (A2)를 가진다. 여기서, 양극 활물질의 질량을 기준으로, 제1 발열 피크 (A1)은 400℃에 가장 가까운 피크 강도가 0.1mW/mg보다 큰 발열 피크이고, 제2 발열 피크 (A2)는 150℃에 가장 가까운 피크 강도가 0.1mW/mg보다 큰 발열 피크이며, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb의 차는 20℃ 내지 150℃이다. 이해할 수 있듯이, 상기 발열 피크는 계면보호막과 양극 활물질 자체가 공동으로 작용하여 형성한 발열 피크를 포함하며, 즉, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 피크 강도 및 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb와 피크 강도는 계면보호막과 양극 활물질에 의해 공동으로 결정된다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 양극 활물질의 질량을 기준으로, 제2 발열 피크 (A2)의 피크 강도는 0.1mW/mg보다 크고, 발열 피크에서 400℃에 가장 가까운 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 150℃에 가장 가까운 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb의 차는 20℃ 내지 150℃이며, 이는, 계면보호막과 양극 활물질이 공동으로 작용하여 형성한 발열 피크 사이의 피크 위치의 차이가 상대적으로 작고, 양극 활물질과 전해액의 계면 열적 안정성이 상대적으로 높으며, 고온에서 쉽게 파괴되지 않으므로, 양극 활물질의 표면을 더 잘 보호하고, 부반응의 발생을 억제하며, 양극 활물질의 안정성을 향상시킬 수 있음을 설명한다. 이와 동시에, 양극 활물질의 질량을 기준으로, 제2 발열 피크 (A2)의 피크 강도가 0.1mW/mg보다 크기에, 양극 활물질 표면에 충분한 보호막이 있도록 보장할 수 있음을 설명한다. 따라서, 전기화학 장치의 열적 안정성을 효과적으로 개선하여, 전기화학 장치가 우수한 사이클 성능, 레이트 성능 및 안전 성능을 가지도록 할 수 있다.
본 출원에 있어서, 양극 극편에 대해 동일한 양극 활물질을 사용할 경우, 액체 주입 계수, 전기화학 장치의 밀봉포장 후의 포메이션 상한 전압, 포메이션 온도, 포메이션 방치 시간 등을 조정함으로써, 발열 피크의 피크 위치, 피크 강도 및 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb의 차를 본 출원 범위 내로 제어할 수 있으며, 본 출원의 목적을 실현하여, 전기화학 장치가 우수한 사이클 성능, 레이트 성능 및 안전 성능을 가지도록 할 수 있다. 본 출원은 액체 주입 계수, 전기화학 장치의 포장 후 포메이션 상한 전압, 포메이션 온도, 포메이션 방치 시간의 구체적인 범위를 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta는 250℃ 내지 400℃에 위치하고, 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb는 200℃ 내지 300℃에 위치한다. 이렇게 함으로써, 제1 발열 피크 (A1)과 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치가 모두 상대적으로 높도록 하며, 따라서 양극 활물질 및 그 표면 보호막의 열적 안정성을 향상시킨다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 강도와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 강도의 비 (S)는 0.1 내지 10이다. 예를 들면, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 강도와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 강도의 비 (S)는 0.1, 0.7, 1.2, 1.4, 1.5, 6.1, 9.8, 10이거나 또는 상기 임의의 두 수치 범위 사이의 임의의 수치일 수 있다. 또한, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 강도와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 강도의 비 (S)는 0.7 내지 10이다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 강도와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 강도의 비 (S)를 상기 범위 내로 제어함으로써, 양극 활물질 및 그 표면 보호막 사이의 안정성 차이를 줄일 수 있고, 전기화학 장치의 사이클 성능 및 레이트 성능을 개선하는데 더 유리하다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 양극 극편을 N-메틸피롤리돈（NMP）에 25℃에서 8h 동안 침지시킨 후, N-메틸피롤리돈을 동일한 비율로 치환하여, 두 번 반복하여 침지시킨 후, 양극 극편의 DSC 곡선이 240℃ 내지 400℃ 사이에서 발열 피크 B를 가지며, 양극 활물질의 질량을 기준으로, 발열 피크 B의 피크 면적은 360J/g보다 작고; 양극 극편을 NMP에 매 번 침지시킬 때, 양극 극편과 NMP의 체적비는 1:10 내지 1:20이다. 양극 극편을 NMP에 세 번 반복하여 침지시킨 후, 양극 활물질 표면의 보호막은 이미 대부분 또는 전부가 세척되며, 따라서 발열 피크 B의 피크 위치 Tc가 주요하게 양극 활물질에 의해 결정된다. 발열 피크 B의 피크 위치 Tc가 240℃ 내지 400℃에 위치하고, 또한 양극 활물질의 질량을 기준으로, 발열 피크 B의 피크 면적은 360J/g보다 작으면, 양극 활물질의 열적 안정성이 좋다는 것을 나타내며, 이렇게 함으로써 전기화학 장치의 열적 안정성이 좋으며, 따라서 전기화학 장치가 우수한 안전 성능을 가지도록 한다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 양극 활물질은 리튬 전이금속 복합산화물을 포함하고, 리튬 전이금속 복합산화물은 도핑된 원소 M을 포함하며, 도핑된 원소 M은 Al, Mg, Ti, Cr, Cu, Fe, Co, W, Zn, Ga, Zr, Ru, Ag, Sn, Au, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Nb 또는 Gd 중의 적어도 하나를 포함하고; 리튬 전이금속 복합산화물은 Mn을 더 포함한다. 상기 도핑된 원소의 선택은, 전기화학 장치의 사이클 성능 및 레이트 성능을 개선하는데 더 유리하다.
또한, 도핑된 원소 M과 Mn의 몰비 nM/nMn는 0.1% 내지 10%이다. 예를 들면, 도핑된 원소 M과 Mn의 몰비 nM/nMn는 0.1%, 2%, 4%, 6%, 9%, 10%이거나 또는 상기 임의의 두 수치 범위 사이의 임의의 수치일 수 있다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 도핑된 원소 M과 Mn의 몰비 nM/nMn를 상기 범위 내로 제어함으로써, 전기화학 장치의 사이클 성능 및 레이트 성능을 개선하는데 더 유리하다.
또한, 양극 활물질은 LixMnyMzO4을 포함하되, 여기서, 0.6≤x≤1.2, 0.8≤y≤1, 0<z≤0.2이고, M은 Al, Mg, Ti, Cr, Cu, Fe, Co, W, Zn, Ga, Zr, Ru, Ag, Sn, Au, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Nb 또는 Gd 중의 적어도 1종를 포함한다.
바람직하게는, 양극 활물질은 LiMn1.96Al0.04O4, LiMn1.96Mg0.04O4, LiMn1.92Al0.04Mg0.04O4, LiMn1.88Al0.04Mg0.04Nb0.04O4, LiMn1.88Al0.08Nb0.04O4, LiMn1.84Al0.12Nb0.04O4, LiMn1.84Al0.16O4 또는 LiMn1.88Al0.08Nb0.04O4 등을 포함한다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 도핑된 원소 M은 Al 또는 Nb 중의 적어도 하나를 포함하며, 양극 활물질에 상기 도핑된 원소 M을 첨가함으로써, 전기화학 장치의 사이클 성능 및 레이트 성능이 더 우수하도록 한다.
또한, Al와 Nb의 몰량 합계와 Mn의 몰비 n(Al+Nb)/nMn는 1% 내지 10%이다. 예를 들면, Al와 Nb의 몰량 합계와 Mn의 몰비 n(Al+Nb)/nMn는 1%, 2%, 4%, 6%, 9%, 10%이거나 또는 상기 임의의 두 수치 범위 사이의 임의의 수치일 수 있다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, Al와 Nb의 몰량 합계와 Mn의 몰비 n(Al+Nb)/nMn를 상기 범위 내로 제어함으로써, 전기화학 장치의 사이클 성능 및 레이트 성능을 개선하는데 더 유리하다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 양극 활물질은 1차 입자로부터 응집된 2차 입자를 포함하되, 여기서, 1차 입자의 평균 입경 (Ds)는 0.8μm 내지 5μm이다. 예를 들면, 1차 입자의 평균 입경 (Ds)는 0.8μm, 1.2μm, 2.4μm, 4.3μm, 5μm이거나 또는 상기 임의의 두 수치 범위 사이의 임의의 수치일 수 있다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 1차 입자의 평균 입경 (Ds)가 너무 작으면, 활성 사이트가 너무 많아지고, 전기화학 장치 성능에 영향을 주는 부반응이 많아진다. 1차 입자의 평균 입경 (Ds)가 너무 크면, 양극 활물질과 전해액의 접촉이 제한 받기에, 전기화학 장치의 성능에 영향을 미친다. 양극 활물질에서 1차 입자의 평균 입경 (Ds)을 상기 범위 내로 제어함으로써, 전기화학 장치의 사이클 성능 및 레이트 성능을 개선하는데 더 유리하다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 양극 활물질의 평균 입경 (Dv50)은 5μm 내지 15μm이다. 예를 들면, 양극 활물질의 평균 입경 (Dv50)는 5μm, 6.9 μm, 8.4 μm, 8.7 μm, 10.3 μm, 12.4 μm, 12.6 μm이거나 또는 상기 임의의 두 수치 범위 사이의 임의의 수치일 수 있다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 양극 활물질의 평균 입경 (Dv50)과 1차 입자의 평균 입경 (Ds)의 비 (Dv50/Ds)는 1.5 내지 20이다. 예를 들면, 양극 활물질의 평균 입경 (Dv50)과 1차 입자의 평균 입경 (Ds)의 비 (Dv50/Ds)는 1.5, 1.6, 3.6, 8.6, 10.5, 15.4, 15.5이거나 또는 상기 임의의 두 수치 범위 사이의 임의의 수치일 수 있다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 양극 활물질은 스피넬 구조를 가지며, 양극 활물질의 격자 파라미터(lattice parameter) (α)는 0.8200nm 내지 0.8250nm이다. 예를 들면, 양극 활물질의 격자 파라미터 (α)는 0.8200nm, 0.8204 nm, 0.8214 nm, 0.8217 nm, 0.8220 nm, 0.8226 nm, 0.8227 nm, 0.8232 nm, 0.8233 nm, 0.8234 nm, 0.8239 nm, 0.8250 nm이거나 또는 상기 임의의 두 수치 범위 사이의 임의의 수치일 수 있다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 양극 활물질의 격자 파라미터 (α)를 상기 범위 내로 제어함으로써, 용량의 발휘에 더 유리하며, 전기화학 장치의 사이클 성능 및 레이트 성능을 개선하는데 더 유리하다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 전기화학 장치는 전해액을 더 포함하며, 전해액은 불포화 탄산에스테르 화합물을 포함한다. 불포화 탄산에스테르 화합물을 전해액에 첨가함으로써, 음극 표면에 안정적인 고체 전해질 계면（SEI） 막을 형성할 수 있으며, 양극 활물질의 Mn 용해를 개선하고, 따라서 전기화학 장치의 사이클 성능을 개선할 수 있다.
본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 불포화 탄산에스테르 화합물은 식 (I）에 나타낸 화합물을 포함한다.
식 (I）에 있어서, R3은 치환된 C1-C6 알킬렌기, 치환되었거나 치환되지 않는 C2-C6 알케닐렌기에서 선택하며, 치환되었을 경우, 치환기는 할로겐 원자, C1-C6 알킬기, C2-C6 알케닐 중의 적어도 하나를 포함하고, 또한 R3가 치환된 C1-C6 알킬렌기일 경우, 치환기는 적어도 C2-C6 알케닐을 포함한다.
바람직하게는, 불포화 탄산에스테르 화합물은 이하의 화합물（I-1) 내지（I-8） 중의 적어도 1종을 선택한다.
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본 출원의 일 실시 형태에 있어서, 전해액의 질량을 기준으로, 불포화 탄산에스테르 화합물의 질량 백분율 함량은 0.01% 내지 5%이다. 예를 들면, 불포화 탄산에스테르 화합물의 질량 백분율 함량은 0.01%, 0.05%, 1%, 2%, 3%, 4%, 5%이거나 또는 상기 임의의 두 수치 범위 사이의 임의의 수치일 수 있다. 어떠한 이론에도 제한되지 않고, 불포화 탄산에스테르 화합물의 질량 백분율 함량이 너무 적으면, 음극에 SEI 막을 형성하여 전기화학 장치 사이클 성능을 개선하는 작용이 선명하지 않는다. 불포화 탄산에스테르 화합물의 질량 백분율 함량이 너무 높으면, 음극에 형성된 SEI 막이 너무 두껍기에, 임피던스가 증가하고, 레이트 성능이 저하된다. 따라서 불포화 탄산에스테르 화합물의 질량 백분율 함량을 상기 범위 내로 제어함으로써, 전기화학 장치의 사이클 성능 및 레이트 성능을 개선하는데 더 유리하다.
본 출원의 전해액은 리튬염 및 비수성 용매를 을 더 포함한다. 본 출원은 리튬염의 종류를 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 리튬염은 육불화인산리튬 （LiPF6）, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3 또는 LiSiF6 중의 적어도 1종을 포함한다. 바람직하게는, LiPF6을 포함할 수 있으며, 따라서 LiPF6은 높은 이온 전도율을 제공하고, 리튬이온 배터리의 사이클 성능을 개선할 수 있다. 본 출원은 비수성 용매을 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 비수성 용매는 카보네이트 화합물, 카르복실레이트 화합물, 에테르 화합물 또는 기타 유기 용매 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 카보네이트 화합물은 사슬형 카보네이트 화합물 또는 고리형 카보네이트 화합물 중의 적어도 하나일 수 있다. 상기 사슬형 카보네이트 화합물은 디메틸카보네이트（DMC）, 디에틸카보네이트（DEC）, 디프로필카보네이트（DPC）, 메틸프로필카보네이트（MPC）, 에틸프로필카보네이트（EPC） 또는 에틸메틸카보네이트（MEC） 중의 적어도 하나를 포함할 수 있다. 고리형 카보네이트 화합물은 에틸렌 카보네이트（EC）, 프로필렌 카보네이트（PC） 또는 부틸렌 카보네이트（BC） 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 카르복실레이트 화합물은 에틸아세테이트, n-프로필아세테이트, t-부틸아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트 또는 프로필프로피오네이트 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 에테르 화합물은 디부틸에테르, 테트라글라임, 디글라임, 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 에톡시메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로푸란 또는 테트라히드로푸란 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다. 상기 기타 유기 용매는 디메틸술폭시드, 1,2-디옥솔란, 술포란, 메틸술포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, N-메틸-2-피롤리돈, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리옥틸포스페이트 또는 포스페이트 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다.
본 출원의 양극 극편를 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 양극 극편은 양극 집전체 및 양극 물질층을 포함한다. 본 출원은 양극 집전체 을 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 양극 집전체는 알루미늄박, 알루미늄 합금박 또는 복합 집전체 등을 포함할 수 있다. 본 출원의 양극 물질층은 본 출원 전술한 임의의 방안의 양극 활물질을 포함한다. 본 출원에 있어서, 양극 집전체 및 양극 물질층의 두께를 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 양극 집전체의 두께는 5μm 내지 20μm이며, 바람직하게는 6μm 내지 18μm이다. 단일면 양극 물질층의 두께는 30μm 내지 120μm이다. 본 출원에 있어서, 양극 물질층은 양극 집전체 두께 방향 상의 하나의 표면 상에 설치될 수 있으며, 양극 집전체 두께 방향 상의 두 표면 상에 설치될 수도 있다. 설명할 점이라면, 여기의 “표면”은 양극 집전체의 전부 영역 또는 양극 집전체의 일부 영역일 수 있으며, 본 출원은 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 선택적으로, 상기 양극 극편은 도전층을 더 포함할 수 있으며, 상기 도전층은 양극 집전체 및 양극 물질층 사이에 위치한다. 상기 도전층의 조성을 특별히 제한하지 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 도전층일 수 있다. 예를 들면, 상기 도전층은 도전제 및 접착제를 포함한다.
본 출원의 전기화학 장치는 음극 극편을 더 포함한다. 본 출원은 음극 극편를 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 음극 극편은 음극 집전체 및 음극 물질층을 포함한다. 본 출원은 음극 집전체를 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 음극 집전체는 구리박, 구리 합금박, 니켈박, 스테인리스강박, 티타늄박, 발포니켈, 발포구리 또는 복합 집전체 등을 포함할 수 있다. 본 출원의 음극 물질층은 음극 활물질을 포함한다. 본 출원은 음극 활물질의 종류를 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 음극 활물질은 천연 흑연, 인조 흑연, 메조카본 마이크로비드（MCMB）, 하드카본, 소프트카본, 실리콘, 실리콘-탄소복합체, SiOx（0<x<2）, Li-Sn 합금, Li-Sn-O 합금, Sn, SnO, SnO2, 스피넬 구조의 리튬 티타늄산화물 Li4Ti5O12, Li-Al 합금 또는 금속 리튬 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다. 본 출원에 있어서, 음극 집전체 및 음극 물질층의 두께를 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 음극 집전체의 두께는 6μm 내지 10μm이며, 단일면 음극 물질층의 두께는 30μm 내지 130μm이다. 본 출원에 있어서, 음극 물질층은 음극 집전체 두께 방향 상의 하나의 표면 상에 설치될 수 있으며, 음극 집전체 두께 방향 상의 두 표면 상에 설치될 수도 있다. 설명할 점이라면, 여기의 “표면”은 음극 집전체의 전부 영역 또는 음극 집전체의 일부 영역일 수 있으며, 본 출원은 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 선택적으로, 상기 음극 극편은 도전층을 더 포함할 수 있으며, 상기 도전층은 음극 집전체과 음극 물질층 사이에 위치한다. 상기 도전층의 조성을 특별히 제한하지 않으며, 당업계에서 통상적으로 사용되는 도전층일 수 있다. 상기 도전층은 도전제 및 접착제를 포함한다.
상기 도전제는 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 도전제는 전도성 카본블랙（Super P）, 탄소 나노튜브（CNTs）, 탄소나노섬유, 그라파이트, 아세틸렌 블랙, 카본블랙, 케첸블랙, 탄소양자점 또는 그래핀 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다. 예를 들면, 접착제는 폴리아크릴알코올, 폴리아크릴산나트륨, 폴리아크릴산칼륨, 폴리아크릴산리튬, 폴리이미드, 폴리이미드, 폴리아미드이미드, 스티렌-부타디엔 고무（SBR）, 폴리비닐 알코올（PVA）, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리비닐리덴 디플루오라이드（PVDF）, 폴리테트라플루오로에틸렌（PTFE）, 폴리비닐부티랄（PVB）, 수성 아크릴수지, 카르복시메틸셀룰로오스（CMC） 또는 나트륨 카르복시메틸셀룰로오스（CMC-Na） 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다.
본 출원의 전기화학 장치는 양극 극편과 음극 극편을 분리하여 리튬이온 배터리 내부의 단락을 방지하기 위한 분리막을 더 포함하며, 상기 분리막은 전해질 이온의 자유로운 통과를 허용하고, 전기화학 충방전 과정을 완료한다. 본 출원의 분리막은 특별히 제한하지 않으며, 본 출원의 목적을 실현할 수 있기만 하면 된다. 예를 들면, 폴리에틸렌（PE）, 폴리프로필렌（PP）을 위주로 하는 폴리올레핀（PO）계 분리막, 폴리에스테르 필름（예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트（PET） 필름）, 셀룰로오스 필름, 폴리이미드 필름（PI）, 폴리아미드 필름（PA）, 스판덱스, 아라미드 필름, 직조 필름, 부직포 필름（부직포）, 미세다공성 필름, 복합 필름, 세퍼레이터 페이퍼, 프레스 필름, 방사 필름 중의 적어도 1종일 수 있다. 예를 들면, 분리막은 기재층 및 표면 처리층을 포함한다. 기재층은 다공성 구조를 가지는 부직포, 필름 또는 복합 필름일 수 있으며, 기재층의 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리이미드 중의 적어도 1종을 포함할 수 있다. 선택적으로, 폴리프로필렌 다공막, 폴리에틸렌 다공막, 폴리프로필렌부직포, 폴리에틸렌부직포 또는 폴리프로필렌-폴리에틸렌-폴리프로필렌다공성 복합 필름을 사용할 수 있다. 선택적으로, 기재층의 적어도 하나의 표면 상에는 표면 처리층이 설치되어 있으며, 표면 처리층은 중합체층 또는 무기물층일 수 있으며, 혼합 중합체과 무기물로 형성된 층일 수도 있다. 예를 들면, 무기물층은 무기 입자 및 접착제를 포함하며, 상기 무기물 입자는 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면 산화알루미늄, 산화규소, 산화마그네슘, 산화티타늄, 이산화하프늄, 산화주석, 이산화세륨, 산화니켈, 산화아연, 산화칼슘, 산화지르코늄, 산화이트륨, 탄화규소, 베마이트, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘 또는 황산바륨 중의 적어도 1종을 선택할 수 있다. 상기 접착제는 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면 폴리불화비닐리덴, 불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌 공중합체, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 폴리비닐리덴아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르, 폴리메타크릴산메틸, 테프론 또는 폴리헥사플루오로프로필렌 중의 적어도 하나를 선택할 수 있다. 중합체층에는 중합체가 함유되며, 중합체의 재료는 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴레이트 중합체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐리덴 아크릴레이트, 폴리에틸렌에테르, 폴리불화비닐리덴 또는 폴리(불화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌) 중의 적어도 하나를 포함한다.
본 출원의 전기화학 장치를 특별히 제한하지 않으며, 전기화학 반응이 일어나는 모든 장치를 포함할 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 전기화학 장치는 리튬 금속 이차 전지, 리튬이온 이차 전지（리튬이온 배터리）, 리튬 중합체이차 전지 또는 리튬이온 중합체이차 전지 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
전기화학 장치의 제조 과정은 당업자에 잘 알려져 있으며, 본 출원은 특별한 제한이 없다. 예를 들면, 이하의 단계를 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는바, 즉, 양극 극편, 분리막 및 음극 극편을 순차적으로 적층하고, 수요에 따라 이를 감고, 접는 등의 작업으로 감긴 구조의 전극 조립체를 얻고, 전극 조립체를 포장백 내에 넣으며, 전해액을 포장백에 주입하고 밀봉하여, 전기화학 장치를 얻는 단계; 또는, 양극 극편, 분리막 및 음극 극편을 순차적으로 적층한 후, 접착 테이프로 전체 적층 구조의 네 모서리를 고정하여 적층 구조의 전극 조립체를 얻으며, 전극 조립체를 포장백 내에 넣고, 전해액을 포장백에 주입하고 밀봉하여, 전기화학 장치를 얻는 단계를 포함한다. 또한, 수요에 따라 과전류 방지 소자, 가이드 플레이트 등을 포장백 내에 넣음으로써, 전기화학 장치 내부의 압력 상승, 과충전 및 방전을 방지할 수 있다.
본 출원의 제2 측면은 전기 기기를 제공하는 바, 전술한 임의의 실시 형태에 기재된 전기화학 장치를 포함한다. 당해 전기 기기는 우수한 사이클 성능, 레이트 성능 및 안전 성능을 가진다.
본 출원의 전기 기기를 특별히 제한하지 않으며, 노트북 컴퓨터, 펜 입력 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 전자책 플레이어, 휴대용 전화, 휴대용 팩스기, 휴대용 복사기, 휴대용 프린터, 헤드셋 스테레오 헤드폰, 비디오, 액정 TV, 휴대용 청소기, 휴대용 CD 플레이어, 미니 디스크, 트랜시버, 전자 메모장, 계산기, 메모리 카드, 휴대용 녹음기, 라디오, 백업 전원, 모터, 자동차, 오토바이, 전동식 자전거, 자전거, 조명 기구, 장난감, 게임 콘솔, 시계, 전동 공구, 섬광등, 카메라, 가정용 대용량 배터리 및 리튬이온 커패시터 등을 포함할 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 출원은 전기화학 장치 및 이를 포함하는 전기 기기를 제공하는 바, 당해 전기화학 장치는 양극 극편을 포함하며, 양극 극편은 양극 활물질을 포함하고, 전기화학 장치의 충전 상태 SOC가 90% 내지 100%일 때, 양극 극편의 DSC 곡선은 150℃ 내지 400℃ 사이에서 제1 발열 피크 (A1) 및 제2 발열 피크 (A2)를 가지되, 여기서, 양극 활물질의 질량을 기준으로, 제1 발열 피크 (A1)은 400℃에 가장 가까운 피크 강도가 0.1mW/mg보다 큰 발열 피크이고, 제2 발열 피크 (A2)는 150℃에 가장 가까운 피크 강도가 0.1mW/mg보다 큰 발열 피크이며, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb의 차이는 20℃ 내지 150℃이다. 당해 전기화학 장치는 우수한 사이클 성능, 레이트 성능 및 안전 성능을 가진다. 이를 포함하는 전자 장치도 우수한 사이클 성능, 레이트 성능 및 안전 성능을 가진다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
이하, 본 출원의 목적, 기술 방안 및 이점을 더 명확히 이해될 수 있도록 하기 위하여, 도면과 실시예를 참조하여 본 출원을 더 상세히 설명한다. 물론, 설명되는 실시예는 단지 본 출원의 일부 실시예일 뿐, 전부의 실시예가 아니다. 당업자가 본 출원 중의 실시예에 기반하여 얻은 모든 기타 실시예는 모두 본 출원의 보호 범위에 속한다.
설명해야 할 점이라면, 본 출원의 구체적인 실시 형태에 있어서, 리튬이온 배터리를 전기화학 장치의 예로서 본 출원을 해석하지만, 본 출원의 전기화학 장치는 리튬이온 배터리에 한정되지 않는다.
이하, 실시예 및 비교예를 통해 본 출원의 실시 형태를 더 구체적으로 설명한다. 다양한 시험 및 평가는 하기의 방법에 따라 수행한다. 또한, 특별히 명시되지 않는 한, "부", "%"는 질량 기준이다.
테스트 방법 및 기기：
DSC 테스트：
DSC는 샘플과 참조물의 열 흐름 차이와 온도의 관계를 측정하는데 사용된다. 형번 STA449F3 동기식 열분석기를 사용하여 DSC 곡선을 테스트하는 바, 그 방법은 아래와 같다. 리튬이온 배터리를 100% SOC까지 충전하고 분해한 후, 양극 극편을 꺼내어 10cm×10cm 규격으로 절단하며, 온도 범위 150℃ 내지 400℃ 및 가열 레이트 10℃/min을 테스트하여, DSC 곡선을 얻는다.
양극 활물질 중의 각 원소 함량의 테스트：
리튬이온 배터리를 2.8V까지 방전하고 분해한 후, 양극 극편을 꺼내어 고순도 무수 DMC로 3회 세척하고, 매회 8h 동안 침지하였다가 진공 건조 박스에 12h 동안 방치하며, 양극 활물질을 양극 극편에서 긁어낸 후 유도 결합 플라즈마 분광계（ICP） 테스트를 수행하면 된다.
1차 입자 평균 입경 (Ds)의 테스트：
주사형 전자 현미경으로 양극 활물질의 1차 입자의 평균 입경 (Ds)를 테스트한다. 양극 재료를 주사형 전자 현미경（독일 ZEISS Sigma-02-33）으로 성형한 후, 전자 현미 화상에서 랜덤으로 200개의 형태가 완전하고 차폐가 없는 양극 활물질의 1차 입자를 선택하며, 1차 입자의 현미 화상에서의 가장 긴 직경의 평균 값을 평균 입경 (Ds)로 기록한다.
평균 입경 (Dv50)의 테스트：
Mastersizer 3000 레이저 입도 분포 테스터로 테스트한다. 레이저 입도 테스트는 서로 다른 크기의 입자가 레이저로 하여금 서로 다른 강도의 산란을 발생시키는 원리를 이용하여 입도 분포를 테스트하는 것이다. Dv50는 체적 기준의 입도 분포에서 작은 입자 크기 측에서부터 체적 누계의 50%에 달하는 입경를 나타낸다.
액체 주입 계수의 계산：
액체 주입 계수=전해액 용량/리튬이온 배터리 용량이다.
고온 용량 유지율의 테스트：
45℃에서 리튬이온 배터리를 0.5C의 정전류로 4.2 V까지 충전하고, 마지막으로 전류 0.05 C까지 정전압 충전하며, 첫 번째 사이클의 충전 용량을 기록하고; 다시 1C의 정전류로 3.0 V까지 방전하며, 첫 번째 사이클의 방전 용량을 기록한다. 이어서 동일한 단계로 충방전 사이클을 500회 수행하며, 제 500회 사이클의 방전 용량을 기록한다. 용량 유지율을 리튬이온 배터리 사이클 성능을 평가하는 지표로 사용한다.
용량 유지율=(제 500회 사이클의 방전 용량/첫 번째 방전 용량)×100%.
레이트 성능의 테스트：
25℃ 조건 하에서 리튬이온 이차 전지를 0.2C 레이트의 정전류로 4.2V까지 충전하고, 다시 0.05C까지 정전압 충전한 후 30분 동안 방치하며, 다시 0.2C 레이트의 정전류로 3.0V까지 방전하며, 리튬이온 배터리의 0.2C 레이트 방전 용량을 테스트한다.
25℃ 조건 하에서 리튬이온 이차 전지를 0.2C 레이트의 정전류로 4.2V까지 충전하고, 다시 전류가 0.05C보다 작거나 같을 때까지 정전압 충전한 후 30분 동안 방치하며, 다시 1C레이트의 정전류로 3.0V까지 방전하며, 리튬이온 이차 전지의 1C 레이트 방전 용량을 테스트한다.
리튬이온 배터리 1C레이트 방전 용량 유지율（%）=1C레이트 방전 용량 /0.2C레이트 방전 용량 ×100%.
실시예 1-1
<양극 극편의 제조>
양극 활물질 LiMn1.96Al0.04O4, 도전제 아세틸렌 블랙, 접착제 폴리불화비닐리덴（PVDF）을 96:2:2 중량비로 혼합하고, 용매로 NMP를 첨가하여, 고형분이 75%인 슬러리를 제조하며, 진공 교반기로 시스템이 균일한 양극 슬러리가 될 때까지 교반한다. 양극 슬러리를 두께가 10μm인 양극 집전체 알루미늄박의 일 표면에 균일하게 코팅하며, 90℃에서 건조하여 코팅층 두께가 110μm인 단일면 코팅 양극 재료의 양극 극편을 얻는다. 계속하여, 당해 양극 극편의 다른 일 표면에 상기 단계를 반복하여, 양면 코팅 양극 재료의 양극 극편을 얻는다. 코팅이 완료된 후, 양극 극편을 74mm×867mm 규격으로 절단한다. 여기서, 양극 활물질의 Ds는 0.8μm이고, Dv50는 12.4μm이며, 양극 활물질의 격자 파라미터 (α)는 0.8220nm이다.
<음극 극편의 제조>
음극 활물질 흑연, 접착제 SBR, 증점제 나트륨 카르복시메틸셀룰로오스를 97.5:1.5:1 중량비로 혼합한 후, 용매로 탈이온수를 첨가하여, 고형분이 70%인 음극 슬러리를 얻고, 진공 교반기로 시스템이 균일한 음극 슬러리가 될 때까지 교반한다. 음극 슬러리를 두께가 8μm인 음극 집전체 구리박의 일 표면에 균일하게 코팅하며, 90℃에서 건조하여 코팅층 두께가 130μm인 단일면 코팅 음극 재료의 음극 극편을 얻는다. 계속하여, 당해 음극의 다른 일 표면에 상기 단계를 반복하여, 양면 코팅 음극 재료의 음극 극편을 얻는다. 코팅이 완료된 후, 음극 극편을 76mmx851mm 규격으로 절단한다.
<분리막의 제조>
폴리에틸렌 다공성 기판의 양측에 세라믹 코팅층의 분리막을 코팅한다.
<전해액의 제조>
함수율이 10ppm 미만인 아르곤 분위기 글로브 박스에서, 에틸렌 카보네이트 EC, 디에틸카보네이트 DEC, 프로필렌 카보네이트 PC, 프로필 프로피오네이트 PP를 20:30:20:30 질량비로 균일하게 혼합하여, 유기 용매를 얻는다. 유기 용매에 비닐렌카보네이트（VC） 및 리튬염LiPF6을 첨가하고 균일하게 혼합하여, 전해액을 얻는다. 여기서, LiPF6의 농도는 1.15mol/L이고, 전해액의 질량을 기준으로, VC의 질량 백분율 함량은 0.05%이다.
<리튬이온 배터리의 제조>
상기와 같이 제조한 양극 극편, 분리막, 음극 극편을 순차적으로 적층하여, 분리막이 양극 극편과 음극 극편 사이에서 분리 역할을 하도록 하며, 이어서 귄취하여 전극 조립체를 얻는다. 전극 조립체를 알루미늄 플라스틱 포장케이스에 넣고, 85℃ 진공 오븐에 넣고 12h 동안 건조시켜 수분을 제거하며, 상기와 같이 제조한 전해액을 주입하고, 진공 포장, 방치, 포메이션, 성형 등 공정을 거쳐 리튬이온 배터리를 얻는다. 여기서, 액체 주입 계수는 4.55g/Ah이고, 포장 후의 포메이션 상한 전압은 4.12V이며, 포메이션 온도는 85℃이고, 포메이션 방치 시간은 2.3h이다.
실시예 1-2에 있어서, <전해액의 제조>에서 전해액의 질량을 기준으로, VC의 질량 백분율 함량이 1%이고, <리튬이온 배터리의 제조>에서 포장 후의 포메이션 상한 전압이 4.15V이며, 포메이션 온도가 88℃이고, 포메이션 방치 시간이 2.7h인 것 외에, 기타는 실시예 1-1와 동일하다.
실시예 1-3에 있어서, <리튬이온 배터리의 제조>에서 포장 후의 포메이션 상한 전압이 4.18V이고, 포메이션 온도가 90℃이며, 포메이션 방치 시간이 3.0h인 것 외에, 기타는 실시예 1-2와 동일하다.
실시예 1-4에 있어서, <리튬이온 배터리의 제조>에서 포장 후의 포메이션 상한 전압이 4.21V이고, 포메이션 온도가 93℃이며, 포메이션 방치 시간이 3.4h인 것 외에, 기타는 실시예 1-2와 동일하다.
실시예 1-5에 있어서, <전해액의 제조>에서 전해액의 질량을 기준으로, VC의 질량 백분율 함량이 5%이고, <리튬이온 배터리의 제조>에서 액체 주입 계수가 4. 35g/Ah 인 것 외에, 기타는 실시예 1-1와 동일하다.
실시예 1-6에 있어서, <전해액의 제조>에서 전해액의 질량을 기준으로, VC의 질량 백분율 함량이 3%이고, <리튬이온 배터리의 제조>에서 액체 주입 계수가 4.15g/Ah 인 것 외에, 기타는 실시예 1-1와 동일하다.
실시예 2-1 내지 실시예 2-12에 있어서, <전해액의 제조>에서 전해액의 질량을 기준으로, VC의 질량 백분율 함량이 1%이고, 표 2에 따라 양극 활물질 종류, nM/nMn, n(Al+Nb)/nMn, 격자 파라미터 (α)를 조절하는 것 외에, 기타는 실시예 1-1와 동일하다.
실시예 3-1 내지 실시예 3-7에 있어서, 표 3에 따라 Ds, Dv50, Dv50/Ds, 격자 파라미터 (α)를 조절하는 것 외에, 기타는 실시예 2-4와 동일하다.
실시예 4-1에 있어서, <양극 극편의 제조>에서 양극 활물질이LiMn1.88Al0.08Nb0.04O4이고, Ds가 2.4μm이며, Dv50가 8.7μm이고, 격자 파라미터 (α)가 0.8232nm이며, <전해액의 제조>에서 4, 5-디메틸-1, 3-디옥솔-2-온（DMDO）（I-6）으로 VC를 대체하고, 또한 전해액의 질량을 기준으로, 4.5-디메틸-1, 3-디옥솔란의 질량 백분율 함량이 1%이고, <리튬이온 배터리의 제조>에서 액체 주입 계수가 4.53g/Ah이며, 포장 후의 포메이션 상한 전압이 4.13V이고, 포메이션 온도가 86℃이며, 포메이션 방치 시간이 2. 3h인 것 외에, 기타는 실시예 1-1와 동일하다.
실시예 4-2에 있어서, <전해액의 제조>에서 4.5-디메틸-1, 3-디옥솔란과 VC의 조합을 사용하고, 전해액의 질량을 기준으로, 4, 5-디메틸-1, 3-디옥솔-2-온（DMDO）의 질량 백분율 함량이 1%이며, VC의 질량 백분율 함량이 1%이고, <리튬이온 배터리의 제조>에서 액체 주입 계수가 4.57g/Ah이고, 포장 후의 포메이션 상한 전압이 4.15V이며, 포메이션 온도가 88℃이고, 포메이션 방치 시간이 2.3h인 것 외에, 기타는 실시예 4-1와 동일하다.
실시예 4-3에 있어서, <양극 극편의 제조>에서 양극 활물질이 LiMn1.84Al0.16O4이고, Ds가 2.4μm이며, Dv50가 8.7μm이고, 격자 파라미터 (α)가 0.8214nm이며, <전해액의 제조>에서 전해액의 질량을 기준으로, VC의 질량 백분율 함량이 2%이고, <리튬이온 배터리의 제조>에서 액체 주입 계수가 4.6g/Ah이며, 포장 후의 포메이션 상한 전압이 4.2V이고, 포메이션 온도가 88℃이며, 포메이션 방치 시간이 2.5h인 것 외에, 기타는 실시예 1-1와 동일하다.
실시예 4-4에 있어서, <전해액의 제조>에서 전해액의 질량을 기준으로, VC의 질량 백분율 함량이 4%인 것 외에, 기타는 실시예 4-3와 동일하다.
비교예 1에 있어서, <전해액의 제조>에서 전해액의 질량을 기준으로, VC의 질량 백분율 함량이 4%이고, <리튬이온 배터리의 제조>에서 액체 주입 계수가 4.06 g/Ah이며, 포장 후의 포메이션 상한 전압은 4.20V, 포메이션 온도는 88℃인 것 외에, 기타는 실시예 1-1와 동일하다.
실시예 1-1 내지 실시예 1-6, 비교예 1의 관련 제조 파라미터 및 성능 파라미터는 표 1에 나타낸 바와 같고, 실시예 2-1 내지 실시예 2-12의 관련 제조 파라미터 및 성능 파라미터는 표 2에 나타낸 바와 같으며, 실시예 3-1 내지 실시예 3-7의 관련 제조 파라미터 및 성능 파라미터는 표 3에 나타낸 바와 같고, 실시예 4-1 내지 실시예 4-4의 관련 제조 파라미터 및 성능 파라미터는 표 4에 나타낸 바와 같다.
실시예 1-1 내지 실시예 1-6 및 비교예 1로부터 알 수 있듯이, 리튬이온 배터리의 레이트 성능 및 사이클 성능（용량 유지율）은, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 피크 강도 및 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb와 피크 강도의 변화에 따라 변화된다. 제2 발열 피크 (A2)의 피크 강도가 0.1mW/mg보다 크고, 또한 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb의 차이가 본 출원 범위 내에 있는 리튬이온 배터리를 사용하면, 레이트 성능 및 사이클 성능이 더 우수하다.
참고: 표 2 중의 "＼"는 대응하는 파라미터가 없음을 의미한다.
실시예 2-1 내지 실시예 2-12를 비교하면 알 수 있듯이, Mg만 도핑된 실시예 2-1과 비교하면, Al 및/또는 Nb가 도핑된 실시예 2-2 내지 실시예 2-12는 리튬이온 배터리의 사이클 성능이 현저히 향상되며, 또한 양극 활물질의 종류, 도핑된 원소 M과 Mn의 몰비 nM/nMn, Al와 Nb의 몰량 합계와 Mn의 몰비 n(Al+Nb)/nMn, 양극 활물질의 격자 파라미터 (α)가 본 출원 범위 내에 있도록 하면, 리튬이온 배터리는 우수한 레이트 성능 및 사이클 성능을 가질 수 있다.
실시예 3-1 내지 실시예 3-7로부터 알 수 있듯이, 양극 활물질 1차 입자의 평균 입경 Ds일 0.8μm 내지 5μm에 있고, 양극 활물질의 평균 입경 Dv50이 5μm 내지 15μm에 있으며, Dv50/Ds가 1.5 내지 20의 범위에 있는 실시예는, 우수한 레이트 성능 및 사이클 성능을 동시에 가질 수 있다.
실시예 4-1 내지 실시예 4-4로부터 알 수 있듯이, 서로 다른 종류의 불포화 탄산에스테르 화합물 및 그 함량을 선택하고, 액체 주입 계수, 포메이션 조건을 조정할 경우, 모두 리튬이온 배터리의 우수한 레이트 성능 및 사이클 성능을 실현할 수 있다.
상기는 단지 본 출원의 바람직한 실시예일 뿐, 본 출원을 한정하지 않으며, 본 출원의 정신 및 원칙 내에서 이루어지 모든 수정, 균등한 대체, 개량 등은 모두 본 출원의 보호 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (12)

  1. 양극 극편을 포함하고,
    상기 양극 극편은 양극 활물질을 포함하며;
    상기 전기화학 장치의 충전 상태 SOC가 90% 내지 100%일 때, 상기 양극 극편의 DSC 곡선은 150℃ 내지 400℃ 사이에서 제1 발열 피크 (A1) 및 제2 발열 피크 (A2)를 가지고,
    여기서, 상기 양극 활물질의 질량을 기준으로, 제1 발열 피크 (A1)은 400℃에 가장 가까운 피크 강도가 0.1mW/mg보다 큰 발열 피크이고, 제2 발열 피크 (A2)는 150℃에 가장 가까운 피크 강도가 0.1mW/mg보다 큰 발열 피크이며, 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta와 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb의 차이는 20℃ 내지 150℃인 전기화학 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발열 피크 (A1)의 피크 위치 Ta는 250℃ 내지 400℃에 위치하고, 상기 제2 발열 피크 (A2)의 피크 위치 Tb는 200℃ 내지 300℃에 위치하는 전기화학 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 발열 피크 (A1)의 피크 강도와 상기 제2 발열 피크 (A2)의 피크 강도의 비 (S)는 0.1 내지 10인 전기화학 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 양극 극편을 N-메틸피롤리돈에 25℃에서 8h 동안 침지시킨 후, 상기 N-메틸피롤리돈을 교체하고, 두 번 반복하여 침지시킨 후, 상기 양극 극편의 DSC 곡선이 240℃ 내지 400℃ 사이에서 발열 피크 B를 가지며, 상기 양극 활물질의 질량을 기준으로, 상기 발열 피크 (B)의 피크 면적은 360J/g보다 작은 전기화학 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 리튬 전이금속 복합산화물을 포함하고,
    상기 리튬 전이금속 복합산화물은 도핑된 원소 M을 포함하며,
    상기 도핑된 원소 M은 Al, Mg, Ti, Cr, Cu, Fe, Co, W, Zn, Ga, Zr, Ru, Ag, Sn, Au, La, Ce, Pr, Nd, Sm, Nb 또는 Gd 중의 적어도 하나를 포함하고;
    상기 리튬 전이금속 복합산화물은 Mn을 더 포함하며, 상기 도핑된 원소 M과 Mn의 몰비 nM/nMn는 0.1% 내지 10%인 전기화학 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도핑된 원소 M은 Al 또는 Nb 중의 적어도 하나를 포함하고,
    여기서 Al와 Nb의 몰량 합계와 Mn의 몰비 n(Al+Nb)/nMn는 1% 내지 10%인 전기화학 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 양극 활물질은 1차 입자로부터 응집된 2차 입자를 포함하고,
    상기 전기화학 장치는 아래의 조건 a） 내지 d） 중의 적어도 하나를 충족시키는 바,
    a）상기 1차 입자의 평균 입경 (Ds)는 0.8μm 내지 5μm임;
    b）상기 양극 활물질의 평균 입경 (Dv50)은 5μm 내지 15μm임;
    c）상기 양극 활물질의 평균 입경 (Dv50)과 상기 1차 입자의 평균 입경 (Ds)의 비 (Dv50/Ds)는 1.5 내지 20임; 및
    d）상기 양극 활물질은 스피넬 구조를 가지며, 상기 양극 활물질의 격자 파라미터 (α)는 0.8200nm 내지 0.8250nm인 전기화학 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 전기화학 장치는 전해액을 더 포함하며,
    상기 전해액은 불포화 탄산에스테르 화합물을 포함하는 전기화학 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 불포화 탄산에스테르 화합물은 식（I）에 나타낸 화합물을 포함하며,

    식（I）에 있어서, R3은 치환된 C1-C6 알킬렌기, 치환되었거나 치환되지 않는 C2-C6 알케닐렌기에서 선택하며, 치환되었을 경우, 치환기는 할로겐 원자, C1-C6 알킬기, C2-C6 알케닐 중의 적어도 하나를 포함하고, 또한 R3가 치환된 C1-C6 알킬렌기일 경우, 치환기는 적어도 C2-C6 알케닐을 포함하는 전기화학 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 불포화 탄산에스테르 화합물은 이하의 화합물（I-1) 내지（I-8） 중의 적어도 하나에서 선택되는 전기화학 장치:
    .
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전해액의 질량을 기준으로, 상기 불포화 탄산에스테르 화합물의 질량 백분율 함량이 0.01% 내지 5%인 전기화학 장치.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 전기화학 장치를 포함하는 전기 기기.
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