可再充電鋰電池的制作方法
【技術領域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及可再充電鋰電池。
【背景技術】
[0002]可再充電鋰電池作為用于小型便攜式電子裝置的電源已經(jīng)引起注意?？稍俪潆婁囯姵匕ㄓ袡C電解質(zhì)溶液并具有為包括堿性水溶液的常規(guī)電池的放電電壓的兩倍或更大的高的放電電壓。因此，這樣的電池具有高的能量密度。
[0003]這樣的可再充電鋰電池通過將電解質(zhì)注入電極組件中而制造，所述電極組件包括包含能夠嵌入/脫嵌鋰離子的正極活性物質(zhì)的正極和包含能夠嵌入/脫嵌鋰離子的負極活性物質(zhì)的負極。
[0004]作為負極活性物質(zhì)，多種碳基材料例如人造石墨、天然石墨和硬碳已被應用。近來，根據(jù)對于穩(wěn)定性和高容量的需要，已存在對于非碳基負極活性物質(zhì)例如硅(Si)的研宄。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一個實施方式提供高容量和高功率的可再充電鋰電池。
[0006]本發(fā)明的一個實施方式提供可再充電鋰電池，其包括:包括負極活性物質(zhì)的負極；包括正極活性物質(zhì)的正極；以及包括鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑的電解質(zhì)，
[0007]其中所述負極活性物質(zhì)包括石墨-硅復合物和石墨，所述石墨-硅復合物包括石墨顆粒、安置在所述石墨顆粒的表面上的硅(Si)顆粒、和包圍所述硅(Si)顆粒安置于其上的所述石墨顆粒的碳包覆層，
[0008]所述添加劑包括碳酸氟代亞乙酯，和
[0009]基于所述非水有機溶劑的總量，以約2重量％ -約5重量％的量包括所述碳酸氟代亞乙酯。
[0010]基于所述負極活性物質(zhì)的總量，可以約5重量％ -約15重量％的量包括所述石墨-硅復合物。
[0011]基于所述負極活性物質(zhì)的總量，可以約1.0重量％ -約7.5重量％的量包括所述娃(Si)顆粒。
[0012]基于所述石墨-娃復合物的總量，可以約15重量％ -約25重量％的量包括所述娃(Si)顆粒。
[0013]基于所述石墨-娃復合物的總量，可以約55重量％ -約65重量％的量包括所述石墨顆粒O
[0014]基于所述石墨-娃復合物的總量，可以約15重量％ -約25重量％的量包括所述碳包覆層。
[0015]所述娃(Si)顆?？删哂屑s50nm_約300nm的平均粒徑。
[0016]所述碳包覆層可具有約0.5 μπι-約1.0 μπι的厚度。
[0017]所述非水有機溶劑可包括碳酸二甲酯(DMC)。
[0018]基于所述非水有機溶劑的總量，可以約50體積% -70體積%的量包括所述碳酸二甲酯(DMC)。
[0019]所述非水有機溶劑可具有約0.3cP-約5.0cP的粘度。
[0020]所述可再充電鋰電池可以約5C-約1C的倍率運行。
[0021]本發(fā)明的另外的實施方式包括在以下詳細描述中。
[0022]可實現(xiàn)高容量和高功率的可再充電鋰電池。
【附圖說明】
[0023]圖1為顯示根據(jù)一個實施方式的可再充電鋰電池的示意圖。
[0024]圖2為顯示根據(jù)一個實施方式的負極活性物質(zhì)中包括的石墨-硅復合物的SEM照片。
[0025]圖3為顯示根據(jù)一個實施方式的負極的示意圖。
[0026]圖4為顯示根據(jù)對比例I的負極的示意圖。
[0027]圖5為顯示根據(jù)實施例1和對比例I的負極的電導率的圖。
[0028]圖6為顯示使用根據(jù)實施例1和對比例I的負極制造的硬幣半單元電池的輸出特性的圖。
[0029]圖7為顯示根據(jù)實施例1的可再充電鋰電池的循環(huán)壽命特性的圖。
[0030]圖8為顯示根據(jù)對比例I和2的可再充電鋰電池單元的循環(huán)壽命特性的圖。
【具體實施方式】
[0031]在下文中，詳細地描述本發(fā)明的實施方式。然而，這些實施方式是示例性的，且本公開內(nèi)容不限于此。
[0032]根據(jù)一個實施方式的可再充電鋰電池包括:包括負極活性物質(zhì)的負極；包括正極活性物質(zhì)的正極；以及包括鋰鹽、非水有機溶劑和添加劑的電解質(zhì)，所述負極活性物質(zhì)包括石墨-硅復合物和石墨，所述石墨-硅復合物包括石墨顆粒、安置在所述石墨顆粒的表面上的硅(Si)顆粒和包圍所述硅(Si)顆粒安置于其上的所述石墨顆粒的碳包覆層，所述添加劑包括碳酸氟代亞乙酯，和基于所述非水有機溶劑的總量，以約2重量％ -約5重量％的量包括所述碳酸氟代亞乙酯。
[0033]圖2顯示所述石墨-硅復合物的具體結(jié)構。
[0034]圖2為顯示根據(jù)一個實施方式的負極活性物質(zhì)中包括的石墨-硅復合物的SEM照片。
[0035]參照圖2，所述負極活性物質(zhì)中包括的所述石墨-硅復合物可包括石墨顆粒7、安置在所述石墨顆粒的表面上的娃(Si)顆粒8、和在娃(Si)顆粒8的表面上包圍石墨顆粒7的碳包覆層9。
[0036]所述石墨-硅復合物包括所述硅(Si)顆粒且可向所述負極活性物質(zhì)施加優(yōu)異的電導率。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的負極活性物質(zhì)可包括以上石墨-硅復合物和石墨。
[0038]所述負極活性物質(zhì)中包括的所述石墨-硅復合物和所述石墨具有表面接觸，且因此與其中S1x顆粒和石墨顆粒簡單地混合且具有點接觸的負極活性物質(zhì)相比可具有降低接觸電阻的效果。
[0039]基于所述負極活性物質(zhì)的總量，可以約5重量％ -約15重量％和特別地約7重量％ -約12重量％的量包括所述石墨-硅復合物?；谒鲐摌O活性物質(zhì)的總量，可以約95重量％ -約85重量％和特別地約93重量％ -約88重量％的量包括所述石墨。
[0040]當在所述范圍內(nèi)包括所述石墨-硅復合物時，其可具有增加的緩沖所述硅(Si)顆粒的體積膨脹的效果并施加優(yōu)異的電導率，且因此改善循環(huán)壽命特性。
[0041]基于所述負極活性物質(zhì)的總量，可以約1.0重量％ -約7.5重量％、和特別地約1.2重量％ -約5.0重量％的量包括所述娃(Si)顆粒。當在所述范圍內(nèi)包括所述娃(Si)顆粒時，可施加優(yōu)異的電導率。
[0042]基于所述石墨-硅復合物的總量，可以約15重量％-約25重量％、和特別地約17重量％ -約23重量％的量包括所述娃(Si)顆粒。當在所述范圍內(nèi)包括所述娃(Si)顆粒時，可抑制在充電和放電期間產(chǎn)生的體積膨脹，且可改善循環(huán)壽命保持率。
[0043]基于所述石墨-硅復合物的總量，可以約55重量％ -約65重量％、和特別地約57重量％ -約62重量％的量包括所述石墨顆粒。
[0044]基于所述石墨-硅復合物的總量，可以約15重量％-約25重量％、和特別地約17重量％ -約20重量％的量包括所述碳包覆層。
[0045]當在所述范圍內(nèi)包括所述石墨顆粒和所述碳包覆層時，所述石墨-娃復合物可具有對于所述硅(Si)顆粒的體積膨脹的緩沖物的作用并施加優(yōu)異的電導率，且因此改善循環(huán)壽命特性。
[0046]所述娃(Si)顆?？删哂屑s50nm_約300nm、和特別地約80nm_約200nm的平均粒徑。當所述硅(Si)顆粒具有在所述范圍內(nèi)的納米尺寸時，所述石墨-硅復合物可具有平穩(wěn)的鋰離子嵌入和脫嵌以及低的離子阻力，并因此抑制所述硅(Si)顆粒的體積膨脹且改善循環(huán)壽命保持率。
[0047]所述碳包覆層可具有約0.5 μπι-約1.0 μ m、和特別地約0.6 μπι-約0.9 μπι的厚度。當所述碳包覆層具有在所述范圍內(nèi)的厚度時，所述碳包覆層包圍所述硅(Si)顆粒和所述石墨顆粒兩者，且因此，所述硅(Si)顆?？衫喂痰馗街剿鍪w粒的表面。因此，當在充電和放電期間所述硅(Si)顆粒具有體積膨脹時，所述碳包覆層與所述石墨顆粒一起可起到對于所述硅(Si)顆粒的體積膨脹的緩沖物的作用且可進一步改善循環(huán)壽命特性。
[0048]參照圖3說明根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的負極。
[0049]圖3為顯示根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的負極的示意圖。圖3顯示所述負極的一個實例，但不限于此。
[0050]參照圖3，示出了集流體12以及在集流體12上的包括石墨-硅復合物10和石墨11的負極活性物質(zhì)。
[0051 ] 所述集流體可選自銅箔、镲箔、不銹鋼箔、鈦箔、泡沫镲、泡沫銅、涂覆有導電金屬的聚合物基底、及其組合。
[0052]所述負極活性物質(zhì)與以上描述的相同。
[0053]所述負極活性物質(zhì)包括粘合劑和任選的導電材料。
[0054]基于所述負極活性物質(zhì)的總量，可以約I重量％ -約5重量％的量包括所述粘合劑。當進一步包括所述導電材料時，可使用約90重量％ -約98重量％的所述負極活性物質(zhì)、約I重量％ -約5重量％的所述粘合劑、和約I重量％ -約5重量％的所述導電材料。
[0055]所述粘合劑改善負極活性物質(zhì)顆粒彼此的和對集流體的粘合性質(zhì)。所述粘合劑可為非水溶性粘合劑、水溶性粘合劑、或其組合。
[0056]所述非水溶性粘合劑可為聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亞乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺、或其組合。
[0057]所述水溶性粘合劑可為丁苯橡膠、丙烯酸酯化的(丙烯酸類改性的)丁苯橡膠、聚乙烯醇、聚丙烯酸鈉、丙