活化锂二次电池的方法与流程

相关申请的交叉引用本申请要求于2024年7月9日提交的韩国专利申请第10-2024-0090143号的优先权权益，所述专利申请的公开内容通过引用以其完整的形式并入本文中。本发明涉及一种活化锂二次电池的方法，所述方法能够改善容量特性和寿命特性，并减少含有富锰正极材料的锂二次电池中的气体释放量。

背景技术：

1、近来，随着锂二次电池的应用领域不仅迅速扩展到诸如电力、电子、通信和计算机的电子装置的电源，还扩展到诸如汽车和电力储存系统的大型装置的电力储存和供应，对具有高容量、高输出和高稳定性的二次电池的需求日益增加。

2、锂二次电池通常由含有正极活性材料的正极、含有负极活性材料的负极、用作锂离子传输介质的电解质和隔膜组成。此时，作为正极活性材料，主要使用锂过渡金属氧化物如锂钴氧化物、锂镍氧化物和锂镍钴锰复合氧化物。

3、然而，为了降低正极活性材料的单位价格并提高锂二次电池的能量密度和容量，富锂富锰氧化物作为下一代正极活性材料近来备受关注。富锂富锰氧化物能够通过提高价格相对低廉且储量丰富的锰(mn)的含量并降低钴(co)的含量而具有相对低的单位制造成本。

4、此外，富锂富锰氧化物不仅通过金属阳离子的氧化/还原反应，而且通过氧阴离子的氧化/还原(氧化还原，redox)反应而能够有助于正极活性材料和二次电池的容量表现。更具体地，由于这种氧的氧化/还原反应所引起的另外的容量表现进一步出现在高电压充电区间中，例如在4.3 v以上或4.4 v以上。结果，富锂富锰氧化物可以具有高的理论可逆容量和250 mah/g以上的能量密度。

5、然而，众所周知，为了表现富锂富锰氧化物的高容量特性，含有所述富锂富锰氧化物的锂二次电池需要利用通过高电压充电所确认的电位平台区间，在高电压下进行初始活化工序。

6、然而，在进行这种初始活化工序的同时，可能会出现问题，例如在正极材料的晶体结构中氧脱离的同时释放过量的活化气体，或者在正极中溶出大量诸如锰的过渡金属，并导致正极活性材料的不可逆结构坍塌。这可能是导致富锂富锰氧化物的寿命和容量特性降低或者释放气体增加的主要因素。

7、因此，对于含有富锂富锰氧化物的锂二次电池，主要技术挑战之一是开发一种合适的活化工序，在不会伴随上述问题的同时有效地表现富锂富锰氧化物特有的高容量特性。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明的一个目的是提供一种活化锂二次电池的方法，所述方法能够改善容量特性和寿命特性，并减少含有富锰正极材料的锂二次电池中的气体释放量。

3、技术方案

4、在本发明的一个示例性方面中，提供了一种活化锂二次电池的方法，所述锂二次电池包含正极、负极和电解质，其中正极包含锂金属氧化物的正极活性材料，该方法包括：

5、在第一温度下对锂二次电池进行充电的步骤，和

6、在比第一温度高至少15℃的第二温度下对锂二次电池进行放电的步骤，

7、其中基于排除锂的全部金属含量，锂金属氧化物含有50 mol%以上且小于100mol%的锰。

8、在一个实施方式的活化方法中，锂金属氧化物可以包括由以下化学式1表示的化合物：

9、[化学式1]

10、lia[mn1-b-cnibmc]2-ao2

11、其中在化学式1中，

12、m为选自co、fe、cr、v、cu、zn、ti、al、mg、b、w、ga、in、ru、nb、sn、sr和zr中的至少一种，并且

13、a、b和c为各独立元素的原子分数，其中1

14、在另一个实施方式的活化方法中，充电和放电步骤可以在单一步骤中进行，进行充电步骤的第一温度可以为20至30℃，并且进行放电步骤的第二温度可以为40至50℃。

15、有益效果

16、根据一个实施方式的活化方法，例如在对含有富锰氧化物类正极活性材料的锂二次电池进行初始充电和活化时，充电温度能够控制在相对低的温度下，而放电温度能够控制在相对高的温度下。

17、作为在此类初始充电-放电条件下进行活化的结果，已经发现，不仅锂二次电池中诸如氧气的气体的释放量减少，而且锂二次电池的容量特性和寿命特性也得到进一步改善。

18、这似乎是因为，对初始充电/放电条件的控制，例如在相对高的温度下进行初始放电，使得在高电压下的氧阴离子氧化/还原(氧化还原)可逆且顺利地进行，从而有效除去导致诸如氧气的气体释放的氧二聚体，并且由于氧阴离子的氧化还原反应而有效实现另外的容量表现。这似乎也是因为，初始充电在相对低的温度下进行，从而抑制了气体释放量并使锂二次电池能够稳定运行。

19、因此，根据一个实施方式的活化方法，不仅能够有效活化富锰氧化物类正极活性材料，由此显示出正极活性材料的高容量特性，而且还能够减少含有所述正极活性材料的锂二次电池运行期间的气体释放量，从而改善寿命特性。

1.一种活化锂二次电池的方法，所述锂二次电池包含正极、负极和电解质，其中所述正极包含锂金属氧化物的正极活性材料，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的活化锂二次电池的方法，其中所述锂金属氧化物包括由以下化学式1表示的化合物：

3.根据权利要求1所述的活化锂二次电池的方法，其中所述锂金属氧化物包括由以下化学式2表示的化合物：

4.根据权利要求3所述的活化锂二次电池的方法，其中所述锂金属氧化物包括处于混合状态的具有岩盐结构的li2mno3和具有层状结构的li[ni1-y-z-wmnycozmw]o2。

5.根据权利要求1所述的活化锂二次电池的方法，其中所述充电和放电步骤在单一步骤中进行。

6.根据权利要求1所述的活化锂二次电池的方法，其中所述第一温度为20℃至30℃，并且所述第二温度为40℃至50℃。

7.根据权利要求1所述的活化锂二次电池的方法，其中所述充电步骤和所述放电步骤在2.0 v至2.6 v的最小放电电压与4.3 v至4.7 v的最大充电电压之间进行。

8.根据权利要求1所述的活化锂二次电池的方法，其中所述充电步骤以cc-cv充电模式进行，其中进行恒流(cc)充电，直至达到特定的充电电压，随后进行恒压(cv)充电。