[发明专利]锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池，所述锂二次电池包括：正极，其含有锂镍钴锰基正极活性材料，其中，相对于过渡金属的总量，镍含量为至少80摩尔％；负极，其含有硅基负极活性材料；隔膜；和含有非水性有机溶剂和锂盐的非水性电解质溶液，其中，所述锂盐的浓度为1.8M至5M，并且所述锂盐包含LiPF₆和双(氟磺酰基)酰亚胺锂。

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池，更具体而言，涉及具有高容量特性以及优异的寿命特性、电化学特性和稳定性的锂二次电池。

背景技术

随着因最近的环境问题而对可替代核能和化石燃料的新型可再生能源的兴趣不断增长，在新型可再生能源中对二次电池的需求急剧增加，其具有能够充电和放电以供重复使用的半永久寿命特性。

其中，锂二次电池由于其优异的寿命特性和高能量密度而成为最受关注的二次电池。作为正极活性材料，已经开发出各种锂过渡金属氧化物，例如LiCoO₂、LiNiO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、LiFePO₄、Li(Ni_aCo_bMn_c)O₂(其中a，b和c是各自独立氧化物组成元素的原子分数，0a1，0b1，0c1且a+b+c＝1，以下称为NCM基锂氧化物)。在这些金属氧化物中，目前正在积极开发镍含量增加以满足高容量特性的高Ni的NCM基锂氧化物。随着NCM基锂氧化物的镍含量的增加，就实现容量而言存在优点，但是由于结构稳定性变差并且过渡金属组分因与电解质反应而溶出，因此存在电池性能急剧劣化的问题。特别地，当正极活性材料中的镍含量在全部过渡金属中为80摩尔％以上时，这种问题是非常明显的。

同时，诸如石墨等碳质材料已经主要用作锂二次电池的负极活性材料，但是近来正在开发包括硅基材料作为负极活性材料的技术。因为硅基材料具有比碳基材料更高的理论容量，所以具有可以实现高容量特性的优点。但是，由于不可逆容量高，所以硅基材料存在初始容量低且初始电阻高的问题。另外，由于在充放电过程中发生体积膨胀，因此存在电池寿命降低的问题。

另外，当硅基负极活性材料和具有高镍含量的正极活性材料一起使用时，由于从正极活性材料中溶出的金属离子阻碍在负极表面上形成SEI(固体电解质中间相)，因此存在难以形成稳定的膜的问题，从而加速了负极性能的劣化。

因此，需要开发具有优异的电化学特性、稳定性和寿命特性同时实现高容量特性的锂二次电池。

发明内容

技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种锂二次电池，该锂二次电池具有优异的电化学特性、稳定性和寿命特性，同时将具有高容量特性的活性材料用于正极和负极。

技术方案

在本发明的一个方面，提供了一种锂二次电池，所述锂二次电池包含：正极，其包含锂镍钴锰基正极活性材料，其中，在所有过渡金属中，镍的含量为80摩尔％以上；负极，其包含硅基负极活性材料；隔膜；和非水性电解质溶液，其中，所述非水性电解质溶液包含非水性有机溶剂和锂盐，所述锂盐的浓度为1.8M至5M，并且所述锂盐包括LiPF₆和双(氟磺酰基)酰亚胺锂。此处，所包含的LiPF₆和双(氟磺酰基)酰亚胺锂的重量比优选为1:9至5:5。

所述正极活性材料可以由以下式1表示。

[式1]

Li_1+x[Ni_aCo_bMn_cM_d]O₂