用于鋰電池的負(fù)極的制作方法
【專利說明】用于裡電池的負(fù)極
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請根據(jù)35 U.S.C. §119要求在2012年5月16日提交的韓國專利申請 No. 10-2012-0052204的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益、W及由其產(chǎn)生的所有權(quán)益，將其內(nèi)容通過參考全部 引入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本公開內(nèi)容設(shè)及用于裡電池的負(fù)極、包括其的裡電池、及其制造方法。所述負(fù)極提 供改善的穩(wěn)定性W及改善的充電和放電特性。
【背景技術(shù)】
[0004] 裡電池用在用于移動(dòng)通信的便攜式電子裝置，例如個(gè)人數(shù)字助理（PDA)、移動(dòng)電 話、筆記本電腦、電動(dòng)自行車、或電動(dòng)汽車中，并具有水性電池的放電電壓的超過兩倍的放 電電壓，且因此，具有高的能量密度。
[00化]包括碳質(zhì)（例如石墨）負(fù)極材料的裡離子電池由當(dāng)裡離子嵌入正極和負(fù)極或從正 極和負(fù)極脫嵌時(shí)發(fā)生的氧化和還原反應(yīng)產(chǎn)生電能，所述正極和負(fù)極各自包括可嵌入和脫嵌 裡離子的活性材料。
[0006] 包括裡金屬或裡合金作為負(fù)極材料的負(fù)極可具有石墨的10倍大的比容量，且由 于該樣的高容量，已對裡金屬和裡合金進(jìn)行了大量研究。然而，當(dāng)在負(fù)極中使用裡金屬或裡 合金時(shí)，由于在充電期間電解質(zhì)與裡金屬或裡合金之間的化學(xué)反應(yīng)而形成固體電解質(zhì)界面 (SEI，即固體電解質(zhì)際面），且形成許多裡枝晶，由此降低充電和放電效率和潛在地導(dǎo)致到 正極的短路。
[0007] 因此，仍然存在對開發(fā)具有改善的穩(wěn)定性W及改善的充電和放電特性的負(fù)極、W 及包括所述負(fù)極的裡電池的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[000引技術(shù)問題
[0009] 提供在充電和放電期間具有減少的體積變化的用于裡電池的負(fù)極。
[0010] 提供具有改善的穩(wěn)定性W及充電和放電特性的裡電池。
[0011] 額外的方面將在隨后的描述中部分地闡明，且部分地將從所述描述明晰。
[001引 問題的解決方案
[0013] 根據(jù)一個(gè)方面，負(fù)極包括；包括裡的金屬層；和包括具有板（片）結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料 且設(shè)置在所述金屬層上的板狀碳質(zhì)材料層。
[0014] 所述碳質(zhì)材料層可具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)。
[0015] 所述碳質(zhì)材料層可具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。
[0016] 所述碳質(zhì)材料層可通過剝落方法或通過生長方法形成。
[0017] 所述碳質(zhì)材料層可具有薄膜結(jié)構(gòu)。
[0018] 所述碳質(zhì)材料層可具有約1納米（nm)-lO微米（ym)的厚度。
[0019] 所述碳質(zhì)材料層可具有約Inm-約lOOnm的厚度。
[0020] 所述碳質(zhì)材料層可具有約25平方米/克（mVg)-約500mVg的比表面積。
[0021] 基于1平方厘米（cm2)的所述金屬層，所述碳質(zhì)材料層的量可在約0.03克（g)-約 4g的范圍內(nèi)。
[0022] 所述碳質(zhì)材料層可進(jìn)一步包括粘結(jié)劑。
[0023] 所述粘結(jié)劑可包括選自如下的至少一種；偏氣己締/六氣丙締共聚物、聚偏氣己 締、聚丙締膳、聚甲基丙締酸甲醋、聚四氣己締、聚酷亞胺、聚酷胺酷亞胺、聚丙締酸、聚己締 醇、基于了苯橡膠的聚合物、丙締膳-了二締橡膠、丙締膳-了二締-苯己締橡膠、基于丙締 酸醋的橡膠、哲丙基甲基纖維素，和駿甲基纖維素鋼（"CMC")。
[0024] 所述包括裡的金屬層可為包括裡金屬的層或包括能與裡成合金的金屬的層。
[0025] 所述碳質(zhì)材料層可為用于防止所述金屬層的惡化的保護(hù)層。
[0026] 根據(jù)另一方面，公開了裡電池，其包括；正極；電解質(zhì)；和負(fù)極，其中所述負(fù)極包 括：包括裡的金屬層，和包括具有板結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)材料且設(shè)置在所述金屬層上的板狀碳質(zhì)材 料層。
[0027] 所述碳質(zhì)材料層可具有單層結(jié)構(gòu)或多層結(jié)構(gòu)。
[002引隔板可介于所述正極和所述負(fù)極之間。
[0029] 所述碳質(zhì)材料層可設(shè)置在所述負(fù)極的面對所述隔板的表面上。
[0030] 所述電解質(zhì)可為水性電解質(zhì)或非水電解質(zhì)。
[0031] 所述裡電池可包括一次裡電池或二次裡電池。
[0032] 所述裡電池可為裡硫電池。
[0033] 所述裡電池可為裡空氣電池。
[0034] 所述板狀碳質(zhì)材料層可為用于防止所述金屬層的惡化的保護(hù)層。
[0035] 發(fā)明的有益效果
[0036] 所公開的用于裡電池的負(fù)極可減少在包括裡的金屬層上形成的具有板結(jié)構(gòu)的碳 質(zhì)材料的體積變化，且包括所述負(fù)極的裡電池可具有改善的充電和放電特性并因此具有改 善的壽命特性。
【附圖說明】
[0037] 從結(jié)合附圖考慮的實(shí)施方式的下列描述，該些和/或其它方面將變得明晰和更容 易理解，在附圖中；
[003引 圖1為裡硫電池的實(shí)施方式的示意圖；
[0039] 圖2為裡空氣電池的實(shí)施方式的示意圖；
[0040] 圖3A為根據(jù)實(shí)施例5制造的裡電池在第一次循環(huán)和第十次循環(huán)的電勢（伏，相對 于裡，V，相對于U)相對于充電和放電容量（毫安時(shí)，mAh)的圖；
[0041] 圖3B為根據(jù)實(shí)施例6制造的裡電池在第一次循環(huán)和第十次循環(huán)的電勢（V，相對于 Li)相對于充電和放電容量（mAh)的圖；
[0042] 圖3C為根據(jù)對比例1制造的裡電池在第一次循環(huán)和第十次循環(huán)的電勢（V，相對于 Li)相對于充電和放電容量（mAh)的圖訊
[00創(chuàng)圖3D為根據(jù)對比例2制造的裡電池在第一次循環(huán)和第十次循環(huán)的電勢（V，相對 于）相對于充電和放電容量（mAh)的圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 現(xiàn)在將對實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)介紹，其實(shí)例說明在附圖中，其中相同的附圖標(biāo)記始 終是指相同的元件。在該點(diǎn)上，本實(shí)施方式可具有不同的形式并且不應(yīng)解釋為限于本文中 所闡明的描述。因此，下面僅通過參考附圖描述實(shí)施方式，W解釋本描述的方面、特征和優(yōu) 點(diǎn)。
[0045] 將理解，當(dāng)一個(gè)元件被稱為"在"另外的元件"上"時(shí)，其可直接在所述另外的元件 上或在其間可存在中間元件。相反，當(dāng)一個(gè)元件被稱為"直接在"另外的元件"上"時(shí)，則不 存在中間元件。
[0046] 將理解，盡管術(shù)語"第一"、"第二"、"第立"等可在本文中用于描述各種元件、組分、 區(qū)域、層和/或部分，但該些元件、組分、區(qū)域、層和/或部分不應(yīng)被該些術(shù)語限制。該些術(shù)語 僅用來使一個(gè)元件、組分、區(qū)域、層或部分區(qū)別于另外的元件、組分、區(qū)域、層或部分。因此， 在不背離本文中的教導(dǎo)的情況下，下面討論的"第一元件"、"組分"、"區(qū)域"、"層"或"部分" 可稱為第二元件、組分、區(qū)域、層或部分。
[0047] 本文中所使用的術(shù)語僅僅是為了描述【具體實(shí)施方式】且不意圖為限制性的。表述例 如"…的至少一種（個(gè)）"，當(dāng)在要素列表之前或之后時(shí)，修飾整個(gè)要素列表，且不修飾所述 列表的單獨(dú)要素。如本文中所使用的單數(shù)形式"一種（個(gè)）（a, an)"和"所述（該）（the)" 也意圖包括復(fù)數(shù)形式，包括"至少一種（個(gè)）"，除非上下文清楚地另外說明。"或"意味著 "和/或"。如本文中使用的術(shù)語"和/或"包括相關(guān)所列項(xiàng)目的一個(gè)或多個(gè)的任意和全部 組合。將進(jìn)一步理解，術(shù)語"包括"或"包含"當(dāng)用在本說明書中時(shí)表示存在所述的特征、區(qū) 域、整體、步驟、操作、元件和/或組分，但不排除存在或添加一種或多種另外的特征、區(qū)域、 整體、步驟、操作、元件、組分和/或其集合。
[0048] 為了便于描述，在本文中可使用空間相對術(shù)語例如"在……之下"、"在……下面"、 "下部"、"在……之上"、"上部"等來描述如圖所示的一個(gè)元件或特征與另外的元件或特征 的關(guān)系。將理解，除圖中所示的方位W外，空間相對術(shù)語還意圖包括在使用或操作中的裝置 的不同方位。例如，如果翻轉(zhuǎn)圖中的裝置，則被描述為"在"其它元件或特征"下面"或"之 下"的元件將被定向"在"其它元件或特征"之上"。因此，示例性術(shù)語"在……下面"可包 括在……之上和在……下面兩種方位。裝置可W其它方式定向（旋轉(zhuǎn)90度或在其它方位 上），并且相應(yīng)地解釋本文中使用的空間相對描述詞。
[0049] 除非另外定義，在本文中所使用的所有術(shù)語（包括技術(shù)和科學(xué)術(shù)語）的含義與本 公開內(nèi)容所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的含義相同。將進(jìn)一步理解，術(shù)語，例如在常用 字典中定義的那些，應(yīng)被解釋為其含義與它們在相關(guān)領(lǐng)域和本公開內(nèi)容的背景中的含義一 致，并且將不對所述術(shù)語進(jìn)行理想化或過度形式意義的解釋，除非在本文中清楚地如此定 義。
[0化0] 在本文中參照作為理想化實(shí)施方式的示意性圖解的橫截面圖描述示例性實(shí)施方 式。該樣，將預(yù)料到作為例如制造技術(shù)和/或公差的結(jié)果的與圖解的形狀的偏差。因此，本 文中描述的實(shí)施方式不應(yīng)解釋為限于如本文中圖解的區(qū)域的具體形狀，而是包括由例如制 造導(dǎo)致的形狀上的偏差。例如，圖解或描述為平坦的區(qū)域可典型地具有粗趟和/或非線型 特征。而且，圖解的尖銳的角可為圓的。因此，圖中圖解的區(qū)域在本質(zhì)上是示意性的且它們 的形狀不意在說明區(qū)域的精確形狀且不意圖限制本發(fā)明權(quán)利要求的范圍。
[0051] 如本說明書中使用的術(shù)語"石墨締"意指由彼此共價(jià)結(jié)合的多個(gè)碳原子形成的多 環(huán)芳族分子。所述共價(jià)結(jié)合的碳原子可形成六元環(huán)作為重復(fù)單元，且可進(jìn)一步包括五元環(huán) 和走元環(huán)的至少一種。因此，石墨締包括具有sp2雜化的共價(jià)結(jié)合的碳原子的單層。多個(gè) 石墨締層在本領(lǐng)域中常常稱為石墨。然而，為了方便，如本文中使用的"石墨締"可為單層， 或者也可包括多個(gè)碳層。因此，如本文中使用的石墨締可具有通過將石墨締的單層堆疊而 形成的多層結(jié)構(gòu)。在實(shí)施方式中，石墨締包括1-約300個(gè)碳層。
[0化2]"平面的"意指基本上是平坦的且具有均勻的厚度的形狀。
[005引"板狀"意指由薄板狀的片（塊，piece)構(gòu)成。
[0化4] 在下文中，進(jìn)一步詳細(xì)地描述用于裡電池的負(fù)極的實(shí)施方式和包括其的裡電池的 實(shí)施方式。提供該些實(shí)施方式僅用于說明的目的。本發(fā)明不應(yīng)限于此，且僅由權(quán)利要求的 范圍限定。
[0化5] 用于裡電池的負(fù)極的實(shí)施方式包括：包括裡的金屬層，和包括具有板結(jié)構(gòu)的碳質(zhì) 材料并且設(shè)置于例如形成于所述金屬層上的板狀碳質(zhì)材料層。如下面進(jìn)一步公開的，所述 碳質(zhì)材料層的板狀結(jié)構(gòu)包括所述碳質(zhì)材料的薄板狀的片。在實(shí)施方式中，所述碳質(zhì)材料層 具有與所述金屬層的形狀對應(yīng)的形狀。而且，所述碳質(zhì)材料層可具有與所述金屬層的形狀 一致的（congruent)形狀。
[0化6] 所述碳質(zhì)材料層設(shè)置在所述包括裡的金屬層上，例如附著到所述包括裡的金屬 層，并且可為平坦膜形式。盡管不想要受理論束縛，但理解，所述平坦膜結(jié)構(gòu)導(dǎo)致所述碳質(zhì) 材料層對所述金屬層的優(yōu)異的粘著強(qiáng)度，使得即使當(dāng)不使用額外的載體時(shí)，所述碳質(zhì)材料 層也具有優(yōu)異的對所述包括裡的金屬層的粘著強(qiáng)度。所述平坦膜結(jié)構(gòu)可為在微觀和/或宏 觀尺度（規(guī)模）上。在實(shí)施方式中，所述碳質(zhì)材料層可具有在微觀尺度上的平坦膜結(jié)構(gòu)，且 可將包括所述碳質(zhì)材料層的負(fù)極在保持所述在微觀尺度上的平坦膜結(jié)構(gòu)的同時(shí)卷起，例如 W形成果凍卷