[发明专利]通过消除金属离子而具有改善的使用寿命特性的二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有通过消除金属离子而改善的使用寿命特性的 锂二次电池。更具体地，本发明涉及一种具有改善了的使用寿命特性 的锂二次电池，其中，通过将包含选自锂、钠、铵及其任意组合的阳 离子的阳极交换材料添加至电极和/或隔膜表面，经由阳离子交换过程 去除电池组装过程中所掺入的金属离子杂质以防止金属离子在阳极上 产生电沉积，从而改善使用寿命特性。

背景技术

随着诸如行动电话、笔记本电脑、可携式摄像机、数字相机等便 携式电子设备的使用快速增长，对于作为这种设备电源的具有高能量 密度的二次电池的需求也随之增加。近年来，已实现应用二次电池作 为电动车(EV)以及混合动力车(HEV)的电源。

作为这种二次电池的实例而言，含有含碳材料的阳极、锂金属氧 化物的阴极、聚烯烃材料的隔膜以及非水锂盐电解质的锂二次电池已 广为使用。为了在嗜好的电子设备或交通工具中最佳地使用，所述锂 二次电池需要优异的使用寿命特性。同样，因为电池在重复充/放电循 环之后必定会有些微容量减少，对于改善电池使用寿命的努力与尝试 不曾中断。

由于各种因素引起个别化合物降解而造成电池使用寿命特性恶 化。导致电池使用寿命特性退化的其中一个主要因素就是杂质掺入到 电池中。例如，电池内掺入水时会加速电池性能退化，韩国专利登记 No.414588公开了一种经由在电解质内添加沸石吸收水和水性 (water-borne)副产物来抑制不利的副作用和气体逸出的技术。此外， 日本专利申请No.2003-323916 A1公开了一种技术，经由将沸石添加 至电极活性材料等，通过吸收或去除水与锂盐之间反应所产生的氢氟 酸，抑制电池退化。

不过，根据本发明的发明者所进行的实验，证实即使在完全去除 电池内的水或水与锂盐反应所产生的副产物，当有金属杂质掺入电池 内时，内部短路会发生，因而急剧降低电池容量。此外，掺入大量金 属杂质会导致无法充分实现电池的功能。因此，应非常小心确保在制 造锂二次电池时不要掺入杂质。

然而，因为事实上不可能完全避免在电极活性材料、导电材料等 的制造过程中会发生的金属杂质掺入的情况，所以需要开发一项技术 确保即使掺入杂质也不会发生电池的内部短路。

发明内容

因此，创造本发明来解决上述问题以及需要解决的其他技术问题。

在经过广泛且深入的研究与实验来解决上述问题之后，本发明的 发明者发现，在制造锂二次电池时在电池特定部分内包含具有阳离子 交换能力的特定材料，如此可藉由金属阳离子与添加材料内所包含的 阳离子交换，轻易去除对电池使用寿命特性严重危害的金属杂质。基 于这种发现而完成本发明。

具体实施方式

因此，根据本发明的锂二次电池的特征在于，经由阳离子交换过 程，通过将包含选自锂、钠、铵及其任意组合的阳离子的阳离子交换 材料添加到电极和/或隔膜的表面，如此可有效去除在电池组装过程中 所掺入的金属离子杂质。

也就是说，根据本发明的二次电池通过使用对电池工作无害的锂 离子、钠离子和/或铵离子来置换(replace)金属杂质的金属离子，通 过将上述阳离子交换材料掺入电池，从而去除电池内部的杂质，来改 善电池的使用寿命特性。

例如，在诸如铁(Fe)、铜(Cu)、镍(Ni)和钴(Co)这样的 金属杂质掺入阴极，杂质会在阴极的工作电位下被洗提(elute)到电 解质中，并且一旦以金属离子的形态溶解在电解质内，就会在阳极上 还原并沉淀为金属。如此沉淀的金属导致发生内部短路。进一步，当 在电池制造过程中金属阳离子也存在于电解质内，发生阳极上的金属 离子的电沉积，于是造成内部短路。结果，从阴极洗提的金属离子或 在电池制造过程中存在于电解质内杂质中的金属离子，会在电池工作 期间被电沉积在阳极上，因此导致内部短路。

然而，根据本发明，由于使用锂离子、钠离子和/或铵离子置换这 些金属离子并使其迁移到阳离子交换材料内，所以可预先防止金属离 子电沉积在阳极上。

阳离子交换材料为内含锂离子等而不会在电池工作上产生不利的 副作用的材料。优选地，阳离子交换材料的示例可包含铝硅酸盐、磷 铝酸盐等。这些材料可单独使用或任意组合使用。