[发明专利]预锂化的方法、包括该方法的制造锂二次电池的方法以及由该制造方法制造的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种预掺杂锂的方法，且更特别地，涉及一种将锂大量均匀地预掺杂到至少一个单元电池中的预锂化的方法，包括所述方法的制造锂二次电池的方法，以及由所述制造方法制造的锂二次电池。

本申请要求在2013年3月11日在韩国提交的韩国专利申请号10-2013-0025688的优先权，通过参考将其全部内容并入本文中。

另外，本申请要求在2014年3月11日在韩国提交的韩国专利申请号10-2014-0028192的优先权，通过参考将其全部内容并入本文中。

背景技术

近来，在能量储存技术方面的关注一直在增加。随着能量储存技术的应用领域已经延伸到移动电话、便携式摄像机、笔记本电脑乃至电动车，已经对电化学装置的研究和开发进行了越来越多的努力。在这方面，电化学装置吸引了最多的关注。可再充电的二次电池的开发已经成为特别关注的焦点。

在目前可获得的二次电池中，在1990年代早期开发的锂二次电池由于它们的如下优点而引起了大量的关注：与传统电池如Ni-MH电池等相比，运行电压更高且能量密度更高。

通常，通过如下制造锂二次电池：使用能够嵌入/脱嵌或者合金化/去合金化锂离子的材料制备正极和负极，并在正极和负极之间填充有机电解液或聚合物电解液，并且通过在正极和负极上嵌入和脱嵌锂离子时的氧化/还原反应产生电能。

目前，作为用于锂二次电池的负极的电极活性材料(负极活性材料)，主要使用碳基材料。在碳基材料中，石墨具有约372mAh/g的理论容量，且目前可获得的石墨的实际可实现容量为约350～约360mAh/g。然而，碳基材料如石墨不足以用于高容量锂二次电池。为了满足需要，另一种负极活性材料是显示比碳基材料更高的充放电容量且可以与锂及其氧化物或合金电化学合金化的金属如硅(Si)和锡(Sn)。然而，金属基(非碳基)负极活性材料由于锂充放电中所涉及的体积变化大而经历破裂和粉碎，结果，使用金属基负极活性材料的二次电池具有如下缺点：在充放电循环期间容量猛烈下降且循环寿命短。

同时，由于其高容量性能，使用镍、锰或钴的正极活性材料，特别是富锰的NMC基或MNC基正极活性材料获得很大的关注，但是这种正极活性材料具有过量的Mn³⁺离子存在于表面上，并且Mn³⁺离子经历不均化反应(2Mn³⁺->Mn⁴⁺+Mn²⁺)。在不均化反应期间产生的Mn²⁺离子放出到电解液中，从而导致电池的循环和储存特性的显著劣化。为了解决这个问题，已经进行了尝试以通过穿孔的集电器(例如箔)和锂金属(板状或箔状)之间的直接接触来扩散锂，或者通过电极活性材料之间的短路来预掺杂锂金属。

然而，当使用穿孔的集电器时，存在如下问题：电极活性材料的负载量下降，且因此容量下降，以及电极活性材料与集电器的接触面积下降，因此对电流的电阻增大。另外，在特定的高容量用正极活性材料的情况下，发生基于电压范围的晶体结构崩塌的问题，并且众所周知所得的金属离子使得在负极表面上产生的固体电解质界面(SEI)层劣化。

因此，仍然存在对新的预掺杂方法的需要，从而防止在使用金属基负极活性材料时产生的电池的容量和循环寿命下降以及不可逆的容量下降。

发明内容

技术问题

设计了本发明以解决上述问题，且因此，本发明旨在提供一种将锂均匀地预掺杂到大量的高容量电池(单元电池)的整个负极中并显著防止金属离子从正极渗透到负极表面上的方法。

技术方案

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供一种包括如下的预锂化的方法：准备至少一个单元电池，所述单元电池包含正极、负极以及设置在所述正极和所述负极之间的隔膜；将准备的所述至少一个单元电池设置在反应槽中，并连接具有相同极性的电极；将电解液添加到所述反应槽中，将锂金属板设置在所述电解液中，并将所述锂金属板连接至所述负极，以及对所述负极进行掺杂。

将通过下列说明来理解本发明的这些和其他目的以及优势。另外，显而易见的是，可以通过所附权利要求书中所述的手段或方法及其组合来实现本发明的目的和优势。

有利效果

根据本发明，可以确保负极的初始不可逆容量低并且可以防止正极金属离子向负极表面上的SEI中的渗透，结果，可以大大提高电池的容量和循环寿命。

附图说明