專(zhuān)利名稱(chēng)：：電解質(zhì)、電極組合物以及由此制成的電化學(xué)電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于電化學(xué)電池的新型電解質(zhì)配方和電極組合物。
背景技術(shù)：
：在很多電子設(shè)備中都含有可充電式鋰離子電池。大多數(shù)市售的鋰離子電池都具有負(fù)極，此負(fù)極中含有如石墨等能夠在充電期間通過(guò)插層反應(yīng)機(jī)理結(jié)合鋰的材料。此類(lèi)插層反應(yīng)型電極通常具有良好的循環(huán)壽命和庫(kù)侖效率。然而，每單位質(zhì)量的插層反應(yīng)型材料可結(jié)合的鋰的量卻相對(duì)較低。還已知第二類(lèi)負(fù)極材料，可在充電期間通過(guò)合金化機(jī)理結(jié)合鋰。雖然這些合金型材料的每單位質(zhì)量通常比插層反應(yīng)型材料結(jié)合更多的鋰，但將鋰添加到合金中通常會(huì)附帶較大的體積變化。一些合金型負(fù)極表現(xiàn)出相對(duì)較短的循環(huán)壽命和較低的能量密度。這些合金型電極的較差性能是由于電極組合物在鋰化和之后的脫鋰化期間產(chǎn)生的大體積變化所致。結(jié)合鋰時(shí)所附帶產(chǎn)生的大體積變化可導(dǎo)致通常形成陽(yáng)極的合金、導(dǎo)電稀釋劑(如炭粉)、粘結(jié)劑以及集電器之間的電接觸減弱。電接觸減弱繼而又可導(dǎo)致整個(gè)電極循環(huán)壽命內(nèi)的容量減少。由合金型材料制成的電極復(fù)合材料通常具有高孔隙率，很多情況下孔隙率都大于復(fù)合材料體積的50%，尤其在鋰化時(shí)。這會(huì)導(dǎo)致由含有這些類(lèi)型材料的這些電極所制成的電化學(xué)電池的能量密度降低。8
發(fā)明內(nèi)容鑒于以上所述，已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要具有延長(zhǎng)的循環(huán)壽命和高能量密度的負(fù)極。在一個(gè)方面，本發(fā)明提供含有活性物質(zhì)、石墨以及粘結(jié)劑的復(fù)合材料。石墨的量大于活性物質(zhì)和石墨總體積的約20體積％，并且復(fù)合材料的孔隙率小于約20%。在第二個(gè)方面，本發(fā)明提供含有復(fù)合材料的電極，該復(fù)合材料包含活性物質(zhì)、石墨和粘結(jié)劑。未鋰化的復(fù)合材料中石墨的量大于活性物質(zhì)和石墨總體積的約20體積％。所述復(fù)合材料經(jīng)過(guò)鋰化，并且所述復(fù)合材料的孔隙率小于約30%。在另一方面，本發(fā)明提供制備電極的方法，包括以下步驟將活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和石墨混合以形成復(fù)合材料，以及壓縮復(fù)合材料以形成壓縮的復(fù)合材料。復(fù)合材料中石墨的量大于活性物質(zhì)和石墨總體積的約20體積％，并且壓縮的復(fù)合材料的孔隙率小于約20%。在另一其他方面，本發(fā)明提供包括電極的電化學(xué)電池，該電極包括含有活性物質(zhì)、石墨和粘結(jié)劑的復(fù)合材料，其中石墨的量大于活性物質(zhì)和石墨總體積的約20體積％，并且其中復(fù)合材料的孔隙率小于約20%;并且電解質(zhì)包含至少一種以下物質(zhì)a)具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙烯酯b)具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中R為H或含有一至四個(gè)碳原子的垸基或烯基；X為H、F或Cl;并且Y為F或C1或含有一至四個(gè)碳原子的垸基或烯基。在又一個(gè)方面，本發(fā)明提供包括電極的電化學(xué)電池，該電極包括含有活性物質(zhì)、石墨和粘結(jié)劑的復(fù)合材料，其中未鋰化的復(fù)合材料中石墨的量大于該復(fù)合材料中活性物質(zhì)和石墨總體積的約20體積％，其中所述復(fù)合材料經(jīng)過(guò)鋰化，并且其中所述復(fù)合材料的孔隙率小于約30%;并且電解質(zhì)包含至少一種以下物質(zhì)a)具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙烯酯或b)具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage10</formula>其中R為H或含有一至四個(gè)碳原子的垸基或烯基；X為H、F或Cl;并且Y為F或C1或含有一至四個(gè)碳原子的烷基或烯基。本公開(kāi)中的電解質(zhì)和電極可用于制備具有改善的循環(huán)壽命和高比容量的電化學(xué)電池。它們還能通過(guò)這些組分來(lái)提高鋰離子電池的能量密度和安全性。在本公開(kāi)中術(shù)語(yǔ)"一"、"一個(gè)"和"該"與"至少一種"可互換使用，指一種或多種被描述的要素；術(shù)語(yǔ)"金屬"是指金屬和準(zhǔn)金屬(例如碳、硅和鍺)，可以為元素態(tài)或離子態(tài)；術(shù)語(yǔ)"合金"是指兩種或更多種金屬的組合物，該組合物的物理特性與任何金屬本身的物理特性都不相同；術(shù)語(yǔ)"鋰化"和"鋰化反應(yīng)"是指將鋰添加到電極材料的過(guò)程；當(dāng)涉及負(fù)極時(shí)，術(shù)語(yǔ)"已鋰化"是指該電極已經(jīng)結(jié)合的鋰離子的量超過(guò)其吸收鋰的總?cè)萘康?0%。術(shù)語(yǔ)"脫鋰化"和"脫鋰化反應(yīng)"是指將鋰從電極材料中移除的過(guò)程；術(shù)語(yǔ)"活性物質(zhì)"是指能夠發(fā)生鋰化反應(yīng)和脫鋰化反應(yīng)的材料，但在本專(zhuān)利申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)"活性物質(zhì)"并不包括石墨。但應(yīng)理解，活性物質(zhì)可以包括由石墨制成的含碳合金；術(shù)語(yǔ)"充電"是指為電池提供電化學(xué)能量的過(guò)程；術(shù)語(yǔ)"放電"是指移除電池中電化學(xué)能量的過(guò)程，如使用電池進(jìn)行所需的工作；短語(yǔ)"正極"是指放電過(guò)程中發(fā)生電化學(xué)還原反應(yīng)和鋰化反應(yīng)的電極(通常稱(chēng)為陰極)；以及短語(yǔ)"負(fù)極"是指放電過(guò)程中發(fā)生電化學(xué)氧化反應(yīng)和脫鋰化反應(yīng)的電極(通常稱(chēng)為陽(yáng)極)；以及術(shù)語(yǔ)"粉末"或"粉末材料"是指在一個(gè)緯度上平均最大長(zhǎng)度不超過(guò)約lOO)im的粒子。11除非上下文中明確說(shuō)明，否則術(shù)語(yǔ)"脂肪族"、"環(huán)脂族"和"芳香族"包括僅含有碳和氫的取代和未取代部分；含有碳、氫和其他原子(如氮或氧環(huán)原子)的部分；以及由包含碳、氫或其他原子(如鹵素原子、烷基、酯基、醚基、酰胺基、羥基或胺基)的原子或基團(tuán)取代的部分。具體實(shí)施例方式假定本文所有數(shù)字均被術(shù)語(yǔ)"約"修飾。由端值表述的數(shù)值范圍可包括該范圍內(nèi)所包含的所有數(shù)值(例如，1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4禾口5)。復(fù)合材料和使用根據(jù)本發(fā)明的這些復(fù)合材料制成的電極可用作負(fù)極。本發(fā)明的復(fù)合材料包含活性物質(zhì)、石墨和粘結(jié)劑?？刹捎枚喾N活性物質(zhì)制備電極復(fù)合材料。這些活性物質(zhì)可以為粉末形式?；钚晕镔|(zhì)也可以為單一化學(xué)元素的形式或合金形式。示例性的活性物質(zhì)可(例如)包括一種或多種金屬，例如碳、硅、銀、鋰、錫、鉍、鉛、銻、鍺、鋅、金、鉑、鈀、砷、鋁、鎵以及銦?；钚晕镔|(zhì)還可包括一種或多種非活性元素，例如鉬、鈮、鎢、鉭、鐵、銅、鈦、釩、鉻、錳、鎳、鈷、鋯、釔、鑭系元素、錒系元素和堿土金屬。合金可以為無(wú)定形的，可以為晶體或納米晶，或者以不止一種相存在。粉末在一個(gè)諱度上的最大長(zhǎng)度可以不超過(guò)100pm、不超過(guò)80pm、不超過(guò)60pm、不超過(guò)40pm、不超過(guò)20pm、不超過(guò)2pm，或甚至更小。例如，粉末材料的粒徑(最小尺寸)為亞微米，至少0.5nm、至少lpm、至少2pm、至少5pm、或至少10pm，或甚至更大。例如，合適粉末的尺寸通常為0.5)tim至100|iim、0.5pm至80pm、0,5pm至60jxm、0.5pm至40jim、0.5,至2.0jum、10jim至60萍、20拜至60,、40jxm至60|im、2|im至40,、10pm至40拜、5fim至20(im、或IO拜至20|im。粉末材料可包含任選的基質(zhì)形成物。初始存在于粒子中(即，第一次鋰化反應(yīng)之前)的各相可與粒子中其他相接觸。例如，在基于硅:銅:銀合金的粒子中，硅相可與硅化銅相和銀或銀合金相接觸。例如，粒子中各相的粒徑可小于50nm、小于40nm、小于30nm、小于20nm、小于15nm，或甚至更小。示例性的含硅活性物質(zhì)包括硅合金，其中活性物質(zhì)包含約50至約85摩爾百分比(摩爾％)的硅、約5至約12摩爾％的鐵、約5至約12摩爾％的鈦以及約5至約12摩爾％的碳。另外，活性物質(zhì)可以是純硅。可用的硅合金的更多例子包括含有硅、銅和銀或銀合金的組合物，例如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2006/0046144(Obrovac等人)中所述的那些；多相、含硅電極，例如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2005/0031957(Christensen等人)中所述的那些；包含錫、銦和鑭系元素、錒系元素或釔的硅合金，例如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2007/0020521、2007/0020522以及2007/0020528(均授予Obrovac等人)中所述的那些；硅含量高的無(wú)定形合金，例如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2007/0128517(Christensen等人)中所述的那些；用于電極的其他粉末材料，例如于2006年5月22日提交的U.S.S.N.11/419,564(Krause等人)、美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2007/0148544(Le)、2006/038258(Krause等人)以及美國(guó)專(zhuān)利No.6,203,944(Turner)中所述的那些。用于制備本發(fā)明的電化學(xué)電池和電池或電池組的正極的可用活性物質(zhì)包含鋰。正極活性物質(zhì)的例子包括1^4/3115/304、LiV308、LiV205、LiCo0.2Ni0.8O2、LiNi0.33Mn0.33Co0.33、LiNi0.5Mno.3Co0.2、LiNi02、LiFeP04、LiMnP04、LiCoP04、LiMn204以及uc。02;含有氧化鈷、氧化錳和氧化鎳的混合物的正極活性物質(zhì)組合物，例如美國(guó)專(zhuān)利No.6,964，828、7,078128(Lu等人)和6,660,432(Paulsen等人)中所述；以及納米復(fù)合正極活性物質(zhì)，例如6,680,145(Obrovac等人)中所述。可用于制備本公開(kāi)的負(fù)極的示例性材料包括在環(huán)境溫度下呈無(wú)定形組合物形式的至少一種電化學(xué)非活性元素金屬和至少一種電化學(xué)活性元素金屬，例如美國(guó)專(zhuān)利No.6,203,944(Turner等人)中所述。其他可用的活性物質(zhì)在美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2003/0211390(Dahn等人)、美國(guó)專(zhuān)利No.6,255,017(Turner)、6,436,578(Turner等人)禾卩6,699,336(Turner等人)中有所描述，它們的組合以及其他粉末材料將為本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知。上述所有文獻(xiàn)全文均以引用的方式并入本文。本發(fā)明的電極包含石墨。在本專(zhuān)利申請(qǐng)中，石墨或石墨碳為在其X-射線粉末衍射圖中具有可分辨結(jié)晶峰并且具有分層結(jié)晶結(jié)構(gòu)形式的碳。石墨層之間的夾層間距(d()()2間距)是對(duì)石墨碳結(jié)晶度的直接測(cè)量，并可通過(guò)X射線衍射進(jìn)行測(cè)定。有序結(jié)晶石墨的doo2間距為33.5nm。完全無(wú)序(亂層)石墨的d。02間距為34.5nm。對(duì)于本公開(kāi)而言，優(yōu)選的是使用d(K)2間距小于約34.0nm、小于33.6nm、或甚至更小的結(jié)晶石墨碳。適用于本公開(kāi)的石墨包括SLP30和SFG-44石墨粉末(均得自TimcalLtd.，Bodio,Switzerland)和中間相炭微球(MCMB)(得自O(shè)sakaGas,Osaka,Japan)。本公開(kāi)的電極包含粘結(jié)劑。示例性的聚合物粘結(jié)劑包括聚烯烴，例如由乙烯、丙烯、或丁烯單體制備的那些；氟化聚烯烴，例如由偏二氟乙烯單體制備的那些；全氟化聚烯烴，例如由六氟丙烯單體制備的那些；全氟化聚(烷基乙烯基醚)；全氟化聚(烷氧基乙烯基醚)；或它們的組合。聚合物粘結(jié)劑的具體例子包括偏二氟乙烯、四氟乙烯和丙烯的聚合物或共聚物；以及偏二氟乙烯和六氟丙烯的共聚物。在一些電極中，粘結(jié)劑是交聯(lián)的。交聯(lián)可提高粘結(jié)劑的機(jī)械性能，并且改善合金組合物與可能存在的任何導(dǎo)電稀釋劑之間的接觸狀況。在其他陽(yáng)極中，粘結(jié)劑為聚酰亞胺，例如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2006/0099506中所述的脂肪族或環(huán)脂族聚酰亞胺。此類(lèi)聚酰亞胺粘結(jié)劑具有如下化學(xué)式(III)所表示的重復(fù)單元N—R2—(III)其中Ri為脂肪族或環(huán)脂族；而W為芳香族、脂肪族、或環(huán)脂族。脂肪族或環(huán)脂族聚酰亞胺粘結(jié)劑可以如下形成例如，利用脂肪族或環(huán)脂族聚酐(如二酐)與芳香族、脂肪族或環(huán)脂族聚胺(如二胺或三胺)之間的縮合反應(yīng)形成聚酰胺酸，然后通過(guò)化學(xué)或熱環(huán)化反應(yīng)形成聚酰亞胺。還可利用另外包含芳香族聚酐(如芳香族二酐)的反應(yīng)復(fù)合材料，或利用含有衍生自芳香族聚酐(如芳香族二酐)和脂肪族或環(huán)脂族聚酐(如脂肪族或脂環(huán)族二酐)的共聚物的反應(yīng)復(fù)合材料來(lái)形成聚酰亞胺粘結(jié)劑。例如，聚酰亞胺中約10%至約90%的酰亞胺基團(tuán)可結(jié)合到脂肪族或環(huán)脂族部分，并且約90%至約10%的酰亞胺基團(tuán)可結(jié)合到芳香族部分。代表性的芳香族聚酐在(例如)美國(guó)專(zhuān)利No.5,504,128(Mizutani等人)中有所描述。本公開(kāi)的粘結(jié)劑可包含聚丙烯酸鋰，如在提交于2007年2月6日的共有專(zhuān)利申請(qǐng)U.S.S.N.11/671,601中所公開(kāi)。聚丙烯酸鋰可通過(guò)用氫氧化鋰中和過(guò)的聚(丙烯酸)來(lái)制備。在本專(zhuān)利申請(qǐng)中，聚(丙烯酸)包括任何丙烯酸或甲基丙烯酸或其衍生物的聚合物或共聚物，其中至少約50摩爾％、至少約60摩爾％、至少約70摩爾％、至少約80摩爾％、或至少約90摩爾％的共聚物是使用丙烯酸或甲基丙烯酸制成。可用于形成這些共聚物的可用單體包括(例如)具有1至12個(gè)碳原子的烷基(支鏈或非支鏈)的丙烯酸或甲基丙烯酸的垸基酯、丙烯腈、丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺、N，N-二垸基丙烯酰胺、丙烯酸羥基垸基酯等等。特別要關(guān)注的是丙烯酸或甲基丙烯酸的水溶性聚合物或共聚物，尤其是在中和作用或部分中和作用之后。水溶性通常取決于聚合物或共聚物和/或組合物的分子量。聚(丙烯酸)的水溶性非常好，并且優(yōu)選地與oucYoouc>=o含有大摩爾份數(shù)丙烯酸的共聚物一起使用。聚(甲基丙烯酸)的水溶性較差，尤其是分子量較大時(shí)。可用于本公開(kāi)的丙烯酸與甲基丙烯酸的均聚物和共聚物的分子量(Mw)大于約10,000克/摩爾、大于約75,000克/摩爾、或甚至大于約450,000克/摩爾，或甚至更大。可用于本公開(kāi)的均聚物和共聚物的分子量(MJ小于約3,000,000克/摩爾、小于約500,000克/摩爾、小于約450,000克/摩爾，或甚至更小。通過(guò)將聚合物或共聚物溶解在水中或另一種適當(dāng)溶劑(例如四氫呋喃、二甲基亞砜、N,N-二甲基甲酰胺，或一種或多種可與水混溶的其他偶極非質(zhì)子溶劑)中，可中和聚合物或共聚物上的羧酸基團(tuán)。聚合物或共聚物上的羧酸基團(tuán)(丙烯酸或甲基丙烯酸)則可使用氫氧化鋰水溶液進(jìn)行滴定。例如，通過(guò)使用20重量%的氫氧化鋰水溶液進(jìn)行滴定，可以中和34重量百分比(重量％)的聚(丙烯酸)水溶液。通常添加足量的氫氧化鋰，以便中和50%或更多、60%或更多、70%或更多、80%或更多、卯％或更多，或甚至100%的羧酸基團(tuán)(按摩爾計(jì))。在一些實(shí)施例中，添加過(guò)量的氫氧化鋰，以使得粘結(jié)劑溶液可包含大于100%、大于103%、大于107%,或甚至更大當(dāng)量的氫氧化鋰(基于羧酸基團(tuán)的量，按摩爾計(jì))。聚丙烯酸鋰可與其他聚合物材料共混，以形成材料的共混物。如此便可(例如)增大粘附力，提高導(dǎo)電性，改變熱特性，或影響粘結(jié)劑的其他物理特性。聚丙烯酸鋰為非彈性體。所謂非彈性體是指粘結(jié)劑不含有大量的天然橡膠或合成橡膠。合成橡膠包括苯乙烯-丁二烯橡膠和苯乙烯-丁二烯橡膠的乳膠。例如，聚丙烯酸鋰粘結(jié)劑可含有小于20重量％、小于10重量％、小于5重量％、小于2重量％，或甚至更少的天然橡膠或合成橡膠。本發(fā)明所公開(kāi)的電極包括含有活性物質(zhì)、石墨以及粘結(jié)劑的復(fù)合材料。復(fù)合材料中包含的石墨量大于約20體積％、大于約25體積％、大于約30體積％、大于約35體積％、大于約40體積％，或甚至更大量16的石墨(基于復(fù)合材料中活性物質(zhì)和石墨的總體積)。體積％通過(guò)密度與重量％相關(guān)聯(lián)。例如，如果復(fù)合材料含有60.72重量％的活性物質(zhì)(密度為3.8g/cc)、31.28重量％的石墨(密度為2.26g/cc)和8重量％的粘結(jié)劑(密度為1.4g/cc)，則100克復(fù)合材料將由如下體積的物質(zhì)組成合金體積=60.72§/(3.8§/(^)=16.0cc，石墨體積=31.28g/(2.26g/cc)=13.84cc，粘結(jié)劑體積=8g/(l,4g/cc)=5.7cc。相對(duì)于復(fù)合材料中石墨和活性物質(zhì)的總體積，石墨的體積％為(13.84")/(13.84(^+16.0cc)X100%=46.4%。本發(fā)明所公開(kāi)的電極的復(fù)合材料還具有小于約20%、小于約15%、小于約10%、或甚至更低的孔隙率?？紫堵士筛鶕?jù)實(shí)際測(cè)量密度和零孔隙率的電極涂層的理論密度來(lái)測(cè)定。將復(fù)合材料涂覆到基底(通常為集電器)并進(jìn)行干燥之后，通過(guò)測(cè)量復(fù)合材料的厚度來(lái)確定實(shí)際測(cè)量密度。由各個(gè)組分的密度來(lái)計(jì)算零孔隙率復(fù)合材料的理論密度。例如，如果集電器基底上的電極涂層為60.72重量％的合金(密度為3.8g/cc)、31.28重量％的石墨(密度為2.26g/cc)和8重量％的粘結(jié)劑(密度為1.4g/cc)，并且如果涂層的孔隙率為零，則100g該涂層所占據(jù)的體積為60.72g/(3.8g/cc)+31.28g/(2.26g/cc)+8g/(1.4g/cc)=35.53cc。則零孔隙率該涂層的理論密度為100g/35.53cc=2.81g/cc。然后如下測(cè)量基底上涂層的厚度使用測(cè)微器測(cè)量電極厚度，并減去基底厚度。由基底尺寸，可以計(jì)算出所涂覆的復(fù)合材料的實(shí)際體積。然后測(cè)量涂層重量，并計(jì)算所涂覆的復(fù)合材料的密度。假定零孔隙率復(fù)合材料的理論密度與實(shí)際測(cè)量密度之間的差值是由孔所引起。則可以計(jì)算出孔的體積，繼而計(jì)算出孔隙率百分比。對(duì)于上述例子而言，假設(shè)測(cè)得電極涂層的體積為l.OOcc，并且該電極涂層的重2.5g。則涂層中固體的體積為2.5g/(2.81g/cc)=0.89cc。孔的體積則必定為l.OOcc-0.89cc=0.11cc。因此，該材料的孔隙率百分比為0.11cc/1.00ccX100%=11%?？墒褂门c上述未鋰化的復(fù)合材料相同的方法來(lái)計(jì)算鋰化涂層的孔隙率，不同的是在鋰化反應(yīng)期間，電極涂層和石墨的每種活性組分將膨脹一定的特征量。計(jì)算鋰化涂層中固體所占據(jù)的理論體積時(shí)必須考慮此體積膨脹。例如，已知完全鋰化反應(yīng)期間石墨膨脹10%?？赏ㄟ^(guò)測(cè)量合金材料的充電容量由已知硅的充電容量(3，578mAh/克)來(lái)計(jì)算合金(其中硅為活性成分)的鋰化百分比。在此合金中，僅電化學(xué)活性硅在鋰化反應(yīng)之后發(fā)生膨脹，如果合金包含任何電化學(xué)非活性材料，則合金中的此組分不會(huì)發(fā)生膨脹，因此可由鋰化反應(yīng)的百分比來(lái)計(jì)算合金的體積膨脹，并且已知完全鋰化之后硅的體積膨脹為280%。這樣便可以計(jì)算零孔隙率的鋰化電極的理論厚度。由鋰化電極的理論厚度與實(shí)際測(cè)量電極厚度之間的差值來(lái)計(jì)算鋰化電極孔隙率百分比。作為另外一種選擇，可使用氦比重計(jì)直接測(cè)量未鋰化或鋰化電極的固體密度。然后通過(guò)將此密度與電極涂層的測(cè)量體積和重量進(jìn)行比較，便可計(jì)算出該電極的孔隙率?？蓪⒑辖鹬谱鞒杀∧せ蚍勰┬问?，該形式取決于制備材料時(shí)所選用的技術(shù)。制備合金復(fù)合材料的合適方法包括(但不限于)濺射法、化學(xué)氣相沉積法、真空蒸鍍法、熔體紡絲法、液滴冷卻法、噴射霧化法、電化學(xué)沉積法、以及球磨法。濺射法是制備無(wú)定形合金組合物的有效工序。熔融處理法則是可用于制備無(wú)定形合金組合物的另一種工序。根據(jù)此方法，可在射頻場(chǎng)中熔融包含所述合金組合物的鑄錠，然后通過(guò)噴嘴噴射到旋轉(zhuǎn)輪(例如銅輪)表面上。由于旋轉(zhuǎn)輪表面溫度大大低于熔融物溫度，因此接觸旋轉(zhuǎn)輪表面可使熔融物驟冷。迅速驟冷可以最小化晶體材料的形成，并有利于無(wú)定形材料的形成。合適的熔融處理方法進(jìn)一步在美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2007/0020521、2007/0020522和2007/0020528(均授予Obrovac等人)中有所描述?？蓪?duì)已經(jīng)過(guò)濺射或熔融處理的合金組合物進(jìn)行進(jìn)一步處理以制備粉末活性材料。例如，可研磨帶狀或薄膜狀合金組合物形成粉末。粉末合金粒子可包括導(dǎo)電涂層。例如，包含硅、銅和銀或銀合金的粒子可涂覆一層導(dǎo)電材料(如，合金組合物在粒子的芯中，導(dǎo)電材料在粒子的外殼中)。當(dāng)采用導(dǎo)電涂層時(shí)，它們可以使用例如電鍍、化學(xué)汽相沉積、真空蒸鍍或?yàn)R射等技術(shù)來(lái)形成。合適的導(dǎo)電材料包括，例如碳、銅、銀、或鎳。本發(fā)明所公開(kāi)的電極可包含附加組分，例如本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟悉的。電極可包括導(dǎo)電稀釋劑，以有利于電子從粉末復(fù)合材料轉(zhuǎn)移到集電器。導(dǎo)電稀釋劑包括炭粉(如，用于負(fù)極的炭黑和用于正極的炭黑、片狀石墨等)、金屬、金屬氮化物、金屬碳化物、金屬硅化物以及金屬硼化物。代表性的導(dǎo)電碳稀釋劑包括炭黑、乙炔黑、爐黑、燈黑、碳纖維以及它們的組合。負(fù)極可包含增粘劑，它可提高粉末復(fù)合材料(活性材料和石墨)和/或?qū)щ娤♂寗┡c粘結(jié)劑的粘附力。增粘劑與粘結(jié)劑的組合有助于使電極組合物更好地適應(yīng)在重復(fù)鋰化/脫鋰化循環(huán)期間粉末復(fù)合材料發(fā)生的體積變化。增粘劑的例子包括硅烷、鈦酸酯和膦酸酯，如美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2004/0058240(Christensen)中所述，該專(zhuān)利的公開(kāi)內(nèi)容以引用的方式并入本文。要制備負(fù)極，應(yīng)將活性材料和石墨的復(fù)合材料，所有選擇的附加組分(例如粘結(jié)劑、導(dǎo)電稀釋劑、增粘劑、用于調(diào)節(jié)涂層粘度的增稠劑(例如羥甲基纖維素))，以及本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員已知的其他添加劑混入合適的涂層溶劑(例如水或N-甲基吡咯垸酮(NMP))中，以形成涂層分散體。充分?jǐn)嚢柙摲稚Ⅲw，然后使用本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員已知的任何適當(dāng)?shù)姆稚Ⅲw涂覆技術(shù)將其涂覆到金屬箔集電器上。集電器通常為諸如銅、不銹鋼或鎳箔的導(dǎo)電金屬薄片。把漿液涂覆到集電器金屬薄片上，并在空氣中干燥，然后通常在約8(TC至約30(TC的熱烘箱中干燥約一小時(shí)，以去除所有溶劑。然后使用多種方法中的任何一種壓制或壓縮電極。例如，可通過(guò)以下方法壓縮電極將其置于兩個(gè)壓光輥之間進(jìn)行軋制、將其置于靜壓機(jī)的壓力之下，、或使用本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員已知的任何其他對(duì)平坦表面施加壓力的裝置。通常使用大于約100MPa、大于約500MPa、大于約lGPa、或甚至更高的壓力來(lái)壓縮干燥的電極，從而生成低孔隙率的粉末材料。在本發(fā)明所公開(kāi)的鋰離子電池中可采用多種電解質(zhì)。代表性的電解質(zhì)包含一種或多種鋰鹽以及固體、液體或凝膠形式的電荷傳輸介質(zhì)。示例性的鋰鹽包括LiPF6、LiBF4、LiC104、雙(乙二酸)硼酸鋰、UN(CF3S02)2、LiN(C2F5S02)2、LiAsF6、LiC(CF3S02)3，以及它們的組合。示例性的電荷傳輸介質(zhì)在電池電極可工作的電位窗和溫度范圍內(nèi)穩(wěn)定并且無(wú)凝固或沸騰，該介質(zhì)能夠溶解足量的鋰鹽，以使得能夠?qū)⑦m量電荷從正極傳送到負(fù)極，并且該介質(zhì)在所選的鋰離子電池中工作性能良好。示例性的固體電荷傳輸介質(zhì)包括聚合物介質(zhì)，例如聚氧化乙烯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、含氟共聚物、聚丙烯腈、它們的組合，以及本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員熟悉的其他固體介質(zhì)。示例性的液體電荷傳輸介質(zhì)包括碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸乙甲酯、碳酸亞丁酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸氟代亞乙酯、碳酸氟代亞丙酯、y-丁內(nèi)酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚(雙(2-甲氧基乙基)醚)、四氫呋喃、二氧戊環(huán)、它們的組合，以及本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員熟悉的其他介質(zhì)。其他示例性的液體電荷傳輸介質(zhì)可包含添加劑，例如具有結(jié)構(gòu)(I)的碳酸亞乙烯酯，其中R為H或含有一至四個(gè)碳原子的院基或烯基?？捎糜诒景l(fā)明的結(jié)構(gòu)(I)表示的示例性材料包括(但不限于)碳酸亞乙烯酯、碳酸甲基亞乙烯酯、碳酸乙基亞乙烯酯、碳酸丙基亞乙烯酯、碳酸異丙基亞乙烯酯、碳酸丁基亞乙烯酯、碳酸異丁基亞乙烯酯等。其他添加劑包括具有結(jié)構(gòu)(II)的碳酸亞乙酯，其中R為H或含有一至四個(gè)碳原子的烷基或烯基；X為氫、氟或氯；并且Y為氟或氯，或含有一至四個(gè)碳原子的垸基或烯基?？捎糜诒景l(fā)明的結(jié)構(gòu)(II)表示的示例性材料包括(但不限于)碳酸氟代亞乙酯、碳酸氯代亞乙酯、1，2-二氟碳酸亞乙酯、l-氟-2-甲基碳酸亞乙酯、l-氯-2-碳酸亞甲酯、碳酸乙烯基亞乙酯等。可以將例如結(jié)構(gòu)(I)和結(jié)構(gòu)(n)中所示的添加劑以基于電解質(zhì)的總重量大于約0.5重量％、大于約1.0重量％、大于約5重量％、大于約10重量％、大于約20重量%、大于約30重量％、或甚至更高的量加入電解質(zhì)中。示例性的電荷傳輸介質(zhì)凝膠包括美國(guó)專(zhuān)利No.6,387,570(Nakamura等人)和6,780,544(Noh)中所描述的那些。可通過(guò)添加合適的助溶劑來(lái)提高電荷傳輸介質(zhì)的增溶能力。示例性的助溶劑包括與包含所選電解質(zhì)的Li離子電池相容的芳香族材料。代表性的助溶劑包括甲苯、環(huán)丁砜、二甲氧基乙烷、它們的組合，以及本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員熟悉的其他助溶劑。電解質(zhì)可包含本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員熟悉的其他添加劑。例如，電解質(zhì)可包含氧化還原化學(xué)對(duì)，例如美國(guó)專(zhuān)利No.5,709,968(Shimizu)、5,763,119(Adachi)、5，536，599(Alamgir等人)、5,858,573(Abraham等人)、5,882,812(Visco等人)、6，004，698(Richardson等人)、6,045,952(Kerr等人)和6,387,571(Lain等人)以及美國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2005/0221168、2005/0221196、2006/0263696和2006/0263697(均授予Dahn等人)中所描述的那些。21本公開(kāi)的電化學(xué)電池是通過(guò)從上述正極和負(fù)極中各取至少一種，并將它們置于電解質(zhì)中來(lái)制備。通常，使用微孔隔板(例如CELGARD2400微孔材料，可得自HoechstCelanese,Corp.,Charlotte,N.C.)來(lái)阻止負(fù)極與正極直接接觸。本公開(kāi)的電化學(xué)電池可用于很多裝置中，包括便攜式計(jì)算機(jī)、平板顯示器、個(gè)人數(shù)字助理、移動(dòng)電話、機(jī)動(dòng)化裝置(如，個(gè)人或家用電器和交通工具)、儀器、照明裝置(如，手電筒)以及加熱裝置。本公開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)電池可以組合形成電池組。本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員將熟悉有關(guān)使用本發(fā)明所公開(kāi)的電極的可充電鋰離子電池和電池組的構(gòu)造以及使用的更多詳細(xì)信息。在以下的示例性實(shí)例中對(duì)本公開(kāi)進(jìn)行進(jìn)一步說(shuō)明，除非另外指明，否則其中所有百分比均按重量％計(jì)。實(shí)例制備實(shí)例1-Si^A^FegTi^ri2(MM)!合金粉末-鋁、硅、鐵、鈦和錫以高純度(99.8重量％或更高)的元素形式得自AlfaAesar，WardHill,MA或Aldrich,Milwaukee,WI。稀土元素的混合物(也稱(chēng)為混合稀土金屬(MM))得自AlfaAesar，其具有99.0重量％的最低稀土含量，含有約50重量％的鈰、18重量％的釹、6重量％的鐠、22重量％鑭以及4重量％的其他稀土元素。合金組合物Si6oAlMFe8ThSri7(MM)K)如下來(lái)制備在具有銅爐膛并充滿氬氣的電弧爐(可從AdvancedVacuumSystems,Ayer,MA商購(gòu)獲得)中熔融7.89g鋁粒、35.18g硅薄片、9.34g鐵粒、1.00g鈦粒、17.35g錫粒和29.26g混合稀土金屬的混合物，以生成鑄錠。用金剛石刃濕鋸將鑄錠切割成帶。然后用熔體紡絲法進(jìn)一步處理該鑄錠。熔體紡絲裝置包括具有圓柱形石英玻璃坩堝(內(nèi)徑為16mm，長(zhǎng)度為140mm)的真空室，坩堝具有設(shè)置在旋轉(zhuǎn)冷卻輪上的0.35mm孔口。旋轉(zhuǎn)冷卻輪(厚度為10mm，并且直徑為203mm)由銅合金(Ni-Si-Cr-CuC18000合金，含有0.45重量％的鉻、2.4重量％的鎳、0.6重量％的硅，其余為銅)加工而成，該銅合金從NonferrousProducts,Inc.,Franklin,IN商購(gòu)獲得。在處理前，用打磨膏(IMPERIALMICROFINISHING,可從3M,St.Paul,MN商購(gòu)獲得)拋光冷卻輪的邊緣表面，然后用礦物油擦拭，從而獲得薄膜。將20g鑄錠帶放入坩堝中，然后將系統(tǒng)抽空至10.6Pa，隨后用氦氣填充至26.6kPa。使用射頻感應(yīng)熔融該鑄錠。當(dāng)溫度達(dá)到1350。C時(shí)，將53.5kPa的氦氣壓施加至熔化的合金組合物表面，并通過(guò)噴嘴將合金組合物擠出到紡絲(每分鐘5031轉(zhuǎn))冷卻輪上。形成寬lmm、厚10微米的條帶。在管式爐中將該條帶在氬氣氛中于20(TC下退火2.5小時(shí)。制備實(shí)例2--Si^Fe^Ti^C^合金粉末合金組合物Si74.8Fe12.6Ti12.6如下來(lái)制備在電弧爐中熔融硅塊(123.31克)(AlfaAesar/99.999%,WardHill,MS)、鐵片(41.29克)(AlfaAesar/99.97。/。)和海綿鈦(35.40克)(AlfaAesar/99.7%)。將合金鑄錠分成小塊，然后在錘磨機(jī)中處理，得到約150微米的合金粉末粒子。由8174.^612.61112.6合金粉末(2.872克)和石墨(0.128克)(TIMREXSFG44，得自TimCalLtd,Bodio,Switzerland)如下制備Si66.5Feu.2Tiu.2Cn.2合金在具有十六個(gè)碳化鎢球(直徑為3.2mm)的Spex球磨機(jī)(可得自SpexCertiprepGroup,Metuchen,NJ)中于氬氣氛下用反應(yīng)球研磨一個(gè)小時(shí)。實(shí)例1A和IB-制備具有60.72重量％的Si66.5Fen.2Tiu.2Cn.2的球磨合金粉末(平均粒度為lpm，密度為3.76g/cm3)、31.28重量％的SLP30石墨粉末(密度為2.26g/cm3，d()02為0.3354至0.3356納米，可得自TimCalLtd.Bodio，Switzerland)和8重量％的聚丙烯酸鋰的組合物的電極。如下制備10重量％的聚丙烯酸鋰水溶液將149.01g去離子水、106.01g20重量％氫氧化鋰溶液和100g34重量％的聚(丙烯酸)(Aldrich，分子量為250K)水溶液混合。然后將Si66.5Feu.2Tin.2dL2粉末(0.897g)、SLP30石墨(0.462g)、聚丙烯酸鋰溶液(1.182g)和去離子水(0.9g)混合在含有四個(gè)直徑為13微米的碳化鉤球的45mL不銹鋼容器中。在微型行星式高能球磨機(jī)(PULVERISETTE7型，F(xiàn)ritsch，Germany)中，以第2檔速度混合60分鐘。使用具有100微米間隙的涂覆棒將所得的混合物涂覆到12微米厚的電解銅箔上。在環(huán)境空氣下干燥涂層IO分鐘，然后在減低的壓力下、15(TC下干燥三小時(shí)。在lGPa壓力下，在壓光輥中壓制干燥后的涂層。從電極涂層中剪切掉2cn^面積的電極圓形區(qū)域。測(cè)量圓形區(qū)域的厚度和重量。由這些測(cè)量數(shù)據(jù)，可計(jì)算出電極涂層的表觀密度，并可確定涂層的孔隙率。結(jié)果如表l所示。然后將電極涂層(實(shí)例1A和1B)放入電化學(xué)硬幣電池中，與具有電解質(zhì)的鋰金屬反電極相對(duì)，所述電解質(zhì)包含1MLiPF6，其溶于90重量％的碳酸亞乙酯:碳酸二甲酯(EC:DEC，1:2v/v)(FerroChemicals,Zachary,LA)禾卩10重量％的碳酸氟代亞乙酉旨(FEC)(FujianChuangxinScienceandTechnologyDevelopment,LTP，F(xiàn)ujian,China)的溶劑混合物中。將四個(gè)硬幣電池以C/10速率的恒定電流放電至5mV，并保持在5mV直到放電電流下降至C/40的速率。然后將這些硬幣電池中的兩塊以C/10的速率充電至0.9V。隨后在干燥房間內(nèi)拆解硬幣電池，用碳酸乙甲酯沖洗電極并在降低的壓力條件下干燥。測(cè)量這些電極的厚度并計(jì)算孔隙率。電極的孔隙率如表1所示。循環(huán)處理之前，每個(gè)電極涂層的孔隙率為涂層體積的約10%。沒(méi)有一個(gè)完全鋰化的涂層具有超過(guò)30%的孔隙率。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage25</column></row><table>(1)包括17.76mg的金屬箔集電器重量。(2)包括12pm的集電器厚度。(3)電極面積等于2.0cm2比較例1A和IB-使用與實(shí)例1相同的工序制備具有92重量％的Si66.5Fe.2Ti.2C.2合金和8重量％的聚丙烯酸鋰的組合物的電極，不同的是使用1.84g的Si66.5Fen.2Tin,2Cn.2合金、1.6g10重量％的聚丙烯酸鋰水溶液和0.9g去離子水制備電極涂層混合物。按照實(shí)例1中所述，涂覆并干燥該混合物，壓縮涂層并組裝和循環(huán)處理硬幣電池。未經(jīng)循環(huán)處理的電極涂層與經(jīng)過(guò)循環(huán)處理的電極涂層的孔隙率如表2所示。進(jìn)行循環(huán)處理之前，每個(gè)比較例的孔隙率均大于20%。完全鋰化的電極涂層的孔隙率超過(guò)電極涂層體積的30%。實(shí)例2A和2B-在行星式高能球磨機(jī)(與實(shí)例1A和1B中相同)中，以第4檔速度將1.188g的Si6oAlwFe8ThSn7MMK)熔紡合金粉末(粒度為8pm)和0.612g的MCMB(OsakaGas,Osaka,Japan)與0.040g的SuperP(TimcalLtd.,Bodio,Switzerland)—起研磨30分鐘。然后添加0.160g聚酰亞胺PI2555(HDMicrosystems,Parlin,NJ)(作為20%的溶液加入)和2.5g的NMP。在行星式高能球磨機(jī)中再將混合物研磨30分鐘。將混合物涂覆到Cu箔上并在30(TC的烘箱中于氬氣條件下加熱24小時(shí)，從而得到具有59.4重量％合金、30.6重量％石墨、2.0重量％導(dǎo)電稀釋劑和8重量％粘結(jié)劑的組合物的電極。將該電極壓延至密度為2.62g/cc，對(duì)應(yīng)的孔隙率為10%。如實(shí)例1中所述組裝2325型硬幣電池，將其與Li/Lr電極相對(duì)，并對(duì)Li箔放電至5mV，以使得合金材料完全鋰化。打開(kāi)硬幣電池，取出電極并用碳酸二甲酯(DMC)沖洗，然后風(fēng)干。由電極的重量和厚度，即可確定電極的密度為1.44g/cc。已鋰化的電極涂層的孔隙率如表2所示。表2已鋰化的Si^Alijl^Iii^^MM^/石墨電極涂層的孔隙率鋰化反應(yīng)鋰化反應(yīng)測(cè)量的電鋰化反應(yīng)前十算的零孔隙鋰化反應(yīng)完全鋰化前測(cè)量的電前測(cè)量的電極涂層密計(jì)算的孔隙率鋰化涂層后測(cè)量的電后計(jì)算的極重量極厚度度率厚度極厚度孔隙率(mg)(1)(,)(2)(g/cc)(3)(%)(Hm)(Hm)(2)(%)實(shí)例2A33.04312.669.325.24726實(shí)例2B32.67312.5612.724.24525(1)包括23.21mg的金屬箔集電器重量。(2)包括12.5(Ltm的集電器厚度。(3)電極面積等于2cm2。比較例2A和2B-按照與實(shí)例1相同的工序制備配方為92重量％的Si6oAlwFe8TiiSn7MMK)、2.2重量％的SUPERP以及5.8重量％的PI2555的電極，不同的是不包含石墨。在lGpa下，經(jīng)過(guò)壓光輥中壓制之后，電極的密度為1.8g/cc。這對(duì)應(yīng)的孔隙率為52%。將電極放入2325型硬幣電池中，其中LiCo02為正極。充電至4.2V之后，將電池打開(kāi)，取出陽(yáng)極并用DMC沖洗。風(fēng)干之后，測(cè)得密度為0.95g/cc。已鋰化的電極涂層的孔隙率如表3所示。表3<table>tableseeoriginaldocumentpage27</column></row><table>(1)包括27.20mg的金屬箔集電器重量。(2)包括15|am的集電器厚度。(3)電極面積等于2cm2。實(shí)例3A、3B和比較例3制備具有64.7重量％的Si66.5Feu.2Tiu.2Cn.2的球磨合金粉末(平均粒度為lpm，密度為3.76g/cm3)、33.3重量％的TIMREXSLP30石墨粉末(密度為2.26g/cm3，d隱為0.3354至O.3356納米，TimCalLtd.Bodio，Switzerland)和2重量％的聚丙烯酸鋰的組合物的電極。如下制備10重量°/。的聚丙烯酸鋰水溶液將149.01g去離子水、106.01g20重量％氫氧化鋰溶液和100g34重量％的聚(丙烯酸)(Aldrich，分子量為250K)水溶液混合。然后通過(guò)向一份10%的溶液中添加三份溶液質(zhì)量的水，將聚丙烯酸鋰水溶液稀釋至濃度為2.5%。然后將Si66.5Feu.2Tin,2Cu.2粉末(1.29g)、SLP30石墨(0.67g)、2.5。/。聚丙烯酸鋰水溶液(1.60g)和去離子水(1.2g)混合在含有四個(gè)直徑為13微米的碳化鎢球的45毫升不銹鋼容器內(nèi)。在微型行星式高能球磨機(jī)(PULVERISETTE7型，F(xiàn)ritsch,Germany)中，以第2檔速度混合60分鐘。使用具有100pm間隙的涂覆棒將所得的混合物涂布到12微米厚的銅箔上。在環(huán)境空氣下干燥涂層30分鐘，然后在降低的壓力、12(TC下干燥兩小時(shí)。在lGPa壓力下，在壓光輥中壓制干燥后的涂層。計(jì)算出電極組合物的孔隙率為16%。在實(shí)例3a、3b和比較例3中使用相同的電極組合物。使用2325型紐扣電池制備半硬幣電池。組裝之前干燥所有部件，并在干燥房間內(nèi)于-70'C露點(diǎn)下制備電池。使用下列部件并按照如下順序由下至上組裝電池Cu箔/Li金屬薄膜/隔板/電解質(zhì)/隔板/合金復(fù)合材料電極/Cu箔。對(duì)于比較例3而言，電解質(zhì)為1M的LiPF6，其溶于體積比為1:2的碳酸亞乙酯(EC)與碳酸二亞乙酯(DEC)的混合物中。對(duì)于實(shí)例3a而言，需向比較例3的電解質(zhì)中添加10%的碳酸氟代亞乙酯。對(duì)于實(shí)例3b而言，需向比較例3的電解質(zhì)中添加10%的碳酸亞乙烯酯(VC)。用100微升的電解質(zhì)溶液填充每個(gè)電池，測(cè)試之前將這些電池彎邊封口。在室溫條件下，使用Maccor循環(huán)儀以C/4的速率使比較例3、實(shí)例3a和3b的電池在0.005至0.9V之間循環(huán)。對(duì)于每次循環(huán)，首先以C/4的速率使電池放電(合金的鋰化反應(yīng))，放電結(jié)束時(shí)涓流電流為10mA/g，然后使電池在開(kāi)路狀態(tài)下保持15分鐘。使電池循環(huán)多次以確定容量衰減的程度隨完成循環(huán)次數(shù)的變化。表現(xiàn)出較低容量衰減程度的電池更為理想。電池的放電容量數(shù)據(jù)如表IV所示。表IV<table>tableseeoriginaldocumentpage28</column></row><table>權(quán)利要求1.一種復(fù)合材料，其包含活性物質(zhì)；石墨；以及粘結(jié)劑，其中石墨的量大于所述活性物質(zhì)和所述石墨總體積的約20體積％，并且其中所述復(fù)合材料的孔隙率小于約20％。2.—種電極，其包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其中所述活性物質(zhì)包含硅。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其中所述粘結(jié)劑為聚丙烯酸鋰。5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其還包括集電器。6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電極，其中所述活性物質(zhì)包含合金。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極，其中所述合金還包含至少一種電化學(xué)非活性元素金屬；以及至少一種在環(huán)境溫度下呈無(wú)定形組合物形式的電化學(xué)活性元素金屬。8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電極，其中所述合金包含約50摩爾％至約85摩爾％的硅、約5摩爾％至約12摩爾％的鐵、約5摩爾％至約12摩爾％的鈦以及約5摩爾％至約12摩爾％的碳。9.一種電化學(xué)電池，其包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求2-8中任一項(xiàng)所述的電極。10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電化學(xué)電池，其還包含:包含至少一種以下物質(zhì)的電解質(zhì)a)具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙烯酯b)具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage3</formula>其中R為H或含有一至四個(gè)碳原子的烷基或烯基；X為H、F或Cl;并且Y為F或C1或含有一至四個(gè)碳原子的垸基或烯基。11.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電化學(xué)電池，其中所述電解質(zhì)包含碳酸亞乙烯酯。12.根據(jù)權(quán)利要求IO所述的電化學(xué)電池，其中所述電解質(zhì)包含具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙酯其中R為H或含有一至四個(gè)碳原子的垸基或烯基；X為H、F或Cl;并且Y為F或C1或含有一至四個(gè)碳原子的烷基或烯基。13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池，其中X為氫，和Y為氟。14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池，其中X為氟，和Y為氟。15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電化學(xué)電池，其中Y為-CH=CH2，和X為氫。16.—種電極，其包含含有如下物質(zhì)的復(fù)合材料活性物質(zhì)；石墨；以及粘結(jié)劑，其中在未鋰化的復(fù)合材料中石墨的量大于所述復(fù)合材料中活性物質(zhì)和石墨總體積的約20體積％，其中所述復(fù)合材料經(jīng)過(guò)鋰化，并且其中所述復(fù)合材料的孔隙率小于約30%。17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電極，其中所述活性物質(zhì)包含合金。18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電極，其中所述合金包含約60摩爾％至約85摩爾％的硅、約5摩爾％至約12摩爾％的鐵、約5摩爾％至約12摩爾％的鈦、以及約5摩爾％至約12摩爾％的碳。19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的電極，其中所述活性物質(zhì)包含硅。20.—種電化學(xué)電池，其包含一種或多種根據(jù)權(quán)利要求11-19中任一項(xiàng)所述的電極。21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電化學(xué)電池，其還包含:包含至少一種以下物質(zhì)的電解質(zhì)a)具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙烯酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>或b)具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage5</formula>(n)其中R為H或含有一至四個(gè)碳原子的烷基或烯基；X為H、F或Cl;并且Y為F或C1或含有一至四個(gè)碳原子的院基或烯基。22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電化學(xué)電池，其中所述電解質(zhì)包含碳酸亞乙烯酯。23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的電化學(xué)電池，其中所述電解質(zhì)包含具有如下結(jié)構(gòu)的碳酸亞乙酯<formula>formulaseeoriginaldocumentpage6</formula>(II)其中R為H或含有一至四個(gè)碳原子的垸基或烯基；X為H、F或Cl;并且Y為F或C1或含有一至四個(gè)碳原子的烷基或烯基。24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電化學(xué)電池，其中X為氫，和Y為25.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電化學(xué)電池，其中X為氟，和Y為氟。26.根據(jù)權(quán)利要求23所述的電化學(xué)電池，其中Y為-CH=CH2，和X為氫。27.—種電池組，其包括一個(gè)或多個(gè)根據(jù)權(quán)利要求20-26中任一項(xiàng)所述的電化學(xué)電池。28.—種制備電極的方法，其包括混合活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和石墨，以形成復(fù)合材料；以及壓縮所述復(fù)合材料以形成壓縮的復(fù)合材料，其中所述復(fù)合材料中石墨的量大于所述活性物質(zhì)和所述石墨總體積的約20體積％，并且其中所述壓縮的復(fù)合材料的孔隙率小于約20%。29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的制備電極的方法，其還包括向包含活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和石墨的混合物中添加溶劑，以形成分散體；將所述分散體涂覆在集電器上；以及干燥所述集電器上的涂層，以形成復(fù)合材料，其中在干燥步驟之后壓縮所述復(fù)合材料。30.—種根據(jù)權(quán)利要求17或18所述的方法制備的電極。全文摘要本發(fā)明公開(kāi)了包括含有復(fù)合材料的電極的電化學(xué)電池，其中所述復(fù)合材料包含活性物質(zhì)、石墨和粘結(jié)劑。所述復(fù)合材料中石墨的量大于所述復(fù)合材料中所述活性物質(zhì)和石墨總體積的約20體積％。所述復(fù)合材料的孔隙率小于約20％。所述電池還包括含有碳酸亞乙烯酯衍生物或鹵代碳酸亞乙酯衍生物的電解質(zhì)。文檔編號(hào)H01M10/36GK101622740SQ200880006430公開(kāi)日2010年1月6日申請(qǐng)日期2008年2月7日優(yōu)先權(quán)日2007年2月27日發(fā)明者威廉·M·拉曼納,帕·T·范,萊夫·克里斯滕森,馬克·N·奧布羅瓦茨申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司