[发明专利]具有优异性能的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有优异性能的锂二次电池，更特别地，涉及一种锂二次电池，所述锂二次电池包括：电极组件和电解质，所述电极组件包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜；其中所述负极包含锂钛氧化物(LTO)作为负极活性材料，所述锂二次电池具有3.3～4V的充电截止电压，且当达到所述充电截止电压时，在所述正极的电势不超过4.95V的范围内所述负极具有0.75～1.545V的电势。

背景技术

随着对移动装置技术的持续开发和对其需求的日益增加，对作为电源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和运行电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池可商购获得并被广泛使用。

另外，随着对环境问题的关注日益增加，正在积极对电动车辆(EV)、混合电动车辆(HEV)等进行研究，所述电动车辆和混合电动车辆等能够代替使用化石燃料的车辆如汽油车辆、柴油车辆等，所述使用化石燃料的车辆是空气污染的一个主要原因。作为EV、HEV等的电源，主要使用镍金属-氢化物二次电池。然而，对具有高能量密度、高放电电压和输出稳定性的锂二次电池进行了积极研究，且一部分锂二次电池可商购获得。

锂二次电池具有其中电极组件浸渍有含锂盐的非水电解质的结构，在所述电极组件中多孔隔膜置于正极与负极之间，正极和负极各自包含涂布在电极集电器上的活性材料。主要将碳基材料用作负极活性材料，并主要将锂钴基氧化物、锂锰基氧化物、锂镍基氧化物、锂复合氧化物等用作正极活性材料。

在这种正极活性材料中，作为代表性实例，LiCoO₂展示良好的电导率、高输出电压和优异的电极特性并可商购获得。然而，LiCoO₂在根据自然储量和原料成本的经济效益方面以及在环境如对人体的伤害方面是不利的。LiNiO₂相对便宜并展示高的放电容量，但难以合成并在充电状态中存在热稳定性问题。另外，锰基电极材料如LiMn₂O₄、LiMnO₂等易于合成并廉价，展示良好的电化学放电性质，其对环境的危害性较小，由此被广泛用作活性材料。然而，这些锰基电极材料具有低的电导率和理论容量并具有高的运行电压，由此电解质易于分解。

另外，当使用高电压正极时，电解质被氧化，这是因为其达到氧化电势，由此产生气体和副产物，因此电池性能劣化且电阻升高。因此，电池存在严重的安全问题。

因此，迫切需要开发技术以用于不存在这种问题并在高电压下运行的二次电池。

发明内容

技术问题

本发明的目的是解决相关领域的上述问题并实现长期寻求的技术目标。

作为各种广泛且细致研究和实验的结果，本发明的发明人确认，如下所述，当包含LTO作为负极活性材料的锂二次电池具有特定范围的充电截止电压，且当达到充电截止电压时负极具有特定的电势时，可以实现期望的效果，由此完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：电极组件和电解质，所述电极组件包含正极、负极和设置在所述正极与所述负极之间的隔膜；其中所述负极包含锂钛氧化物(LTO)作为负极活性材料，所述锂二次电池具有3.3～4V的充电截止电压，且当达到所述充电截止电压时，在所述正极的电势不超过4.95V的范围内所述负极具有0.75～1.545V的电势。

如本文中所使用的充电截止电压是指，当发生截止时正极与负极的电势之差，并对这种充电截止电压进行设定以防止电解质在高电压下氧化。

由此，在具体实施方案中，为了更有效地防止电解质氧化，充电截止电压可以特别地为3.3～3.5V。在此情况中，当达到充电截止电压时，在正极的电势不超过4.95V的范围内负极可以具有1.2～1.545V的电势。

本发明的发明人发现，当使用高电压正极时，易于达到电解质的氧化电势，由此电解质被氧化，因此产生气体和副产物，这导致电池性能下降且电阻升高。由此，作为广泛且细致研究的结果，本发明的发明人确认，当锂二次电池满足上述条件时，即使当使用高电压正极时仍可防止电解质氧化。即，当充电截止电压在上述范围内且负极具有在上述范围内的电势时，在升至电解质的氧化电势之前正极的电势就达到充电截止电压，因此可以防止电解质氧化。