公開了一種用于可再充電鋰電池的負極和一種包括所述負極的可再充電鋰電池。

背景技術(shù)：

可再充電鋰電池可以用作例如小型便攜式電子裝置的電源。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

示例性實施例提供了一種用于可再充電鋰電池的負極，所述負極包括負極活性物質(zhì)層，所述負極活性物質(zhì)層包括具有大約10GPa至大約35GPa的楊氏模量并具有大于或等于大約1.65g/cc的活性物質(zhì)密度和大于或等于大約3.2mAh/cm²的電流密度的負極活性材料。

負極可以具有大約1.65g/cc至大約1.85g/cc的活性物質(zhì)密度。

負極可以具有大約3.2mAh/cm²至大約4.2mAh/cm²的電流密度。

負極活性材料可以具有大約15GPa至大約25GPa的楊氏模量。

負極活性材料可以是人造石墨。

負極活性物質(zhì)層可以包括粘結(jié)劑。粘結(jié)劑的量可以是大約1wt％至大約5wt％。

負極活性物質(zhì)層可以包括導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料的量可以是大約1wt％至大約5wt％。

其它的示例性實施例提供了一種包括上述示例性實施例的負極、包括正極活性材料的正極和電解質(zhì)的可再充電鋰電池。

附圖說明

通過參照附圖詳細描述示例性實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，特征將變得明顯，在附圖中：

圖1是示出根據(jù)一個實施例的可再充電鋰電池的分解透視圖。

圖2示出了表明分別通過使用根據(jù)示例1以及對比示例1和2的負極活性材料制備的每個漿料顆粒的電解質(zhì)溶液注入實驗結(jié)果的圖。

圖3示出了表明分別通過使用根據(jù)示例1和對比示例1的負極制造的每個電池單體的容量保持率的圖。

圖4示出了表明分別通過使用根據(jù)示例1和對比示例1的負極制造的每個電池單體的電池厚度增大率的圖。

圖5示出了表明分別通過使用根據(jù)對比示例3和對比示例4的負極制造的每個電池單體的容量保持率的圖。

具體實施方式

在下文中，現(xiàn)在將參照附圖更充分地描述示例實施例；然而，示例實施例可以以不同的形式實施，并且不應(yīng)解釋為限于在這里所闡述的實施例。相反，提供這些實施例使得本公開將是徹底的和完整的，并將把示例性實施方式充分地傳達給本領(lǐng)域技術(shù)人員。

在附圖中，為了示出的清楚，可以夸大層和區(qū)域的尺寸。還將理解的是，當(dāng)層或元件被稱作“在”另一層或基底“上”時，該層或元件可以直接在所述另一層或基底上，或者也可以存在中間層。另外，將理解的是，當(dāng)層被稱為“在”另一層“下”時，該層可以直接在所述另一層下，或者也可以存在一個或更多個中間層。此外，還將理解的是，當(dāng)層被稱為“在”兩個層“之間”時，該層可以是所述兩個層之間的唯一層，或者也可以存在一個或更多個中間層。同樣的附圖標(biāo)記始終表示同樣的元件。

如在此使用的，活性物質(zhì)(active mass)表示活性材料、粘結(jié)劑和可選的導(dǎo)電材料的混合物。將該混合物在溶劑中混合以制備漿料型活性材料組合物。該活性材料組合物被涂覆在集流體上并被干燥以形成活性材料層。在此，活性材料層被稱為活性物質(zhì)層。該活性物質(zhì)和活性物質(zhì)層通常在相關(guān)領(lǐng)域中是熟知的，因此將不詳細描述。

此外，活性物質(zhì)密度表示每單位電極體積的活性物質(zhì)的重量。

根據(jù)一個實施例的用于可再充電鋰電池的負極可以包括負極活性物質(zhì)層，該負極活性物質(zhì)層包括具有大約10GPa至大約35GPa的楊氏模量的負極活性材料。負極活性物質(zhì)層也可以具有大于或等于大約1.65g/cc的活性物質(zhì)密度和大于或等于大約3.2mAh/cm²的電流密度。

負極活性材料的楊氏模量可以是大約10GPa至大約35GPa，例如，優(yōu)選地，大約15GPa至大約25GPa。當(dāng)負極活性材料具有指定的楊氏模量時，該活性材料可以應(yīng)用于具有高電流密度的電極。因此，可以提供具有高活性物質(zhì)密度的電極以及由此具有改善的循環(huán)壽命特性和改善的膨脹特性的電池。

在一個實施例中，可以使用原位SEM壓痕實驗(in-situ SEM indentation experiment)法來測量楊氏模量。該方法通過在利用SEM檢測在原位狀態(tài)的活性材料的同時下壓探針來執(zhí)行。當(dāng)下壓探針并同時施加壓力時，通過測量活性材料的深度來獲得楊氏模量。

對于具有該楊氏模量的負極活性材料，例如，可以適當(dāng)?shù)厥褂萌嗽焓?/p>

相反，當(dāng)無定形碳被用作具有該楊氏模量的負極活性材料時，由于低的容量和效率，不會實現(xiàn)高能量密度。

示例性實施例的負極可以具有大于或等于大約1.65g/cc的活性物質(zhì)密度，例如，優(yōu)選地，大約1.65g/cc至大約1.85g/cc。當(dāng)負極具有指定的活性物質(zhì)密度時，可以提供具有高能量密度的電池。

負極可以具有大于或等于大約3.2mAh/cm²的電流密度，例如，優(yōu)選地，大約3.2mAh/cm²至大約4.2mAh/cm²。當(dāng)負極具有指定的電流密度時，可以實現(xiàn)具有高能量密度的電池。

一個實施例的具有大于或等于大約1.65g/cc的活性物質(zhì)密度和大于或等于大約3.2mAh/cm²的電流密度的負極可以包括具有在10GPa至35GPa的范圍中的楊氏模量的負極活性材料，因此，可以改善循環(huán)壽命特性和膨脹特性。然而，當(dāng)負極具有與上面相同的楊氏模量，但是活性物質(zhì)密度或電流密度超范圍時，不會實現(xiàn)高能量密度。

在根據(jù)一個實施例的負極中，負極活性物質(zhì)層可以包括粘結(jié)劑，并可以可選地包括導(dǎo)電材料。

在負極活性物質(zhì)層中，基于負極活性物質(zhì)層的總重量，負極活性物質(zhì)的量可以是大約95wt％至大約99wt％。

在負極活性物質(zhì)層中，基于負極活性物質(zhì)層的總重量，粘結(jié)劑的量可以是大約1wt％至大約5wt％。當(dāng)負極活性物質(zhì)層還包括導(dǎo)電材料時，負極活性物質(zhì)層可以包括大約90wt％至大約98wt％的負極活性材料、大約1wt％至大約5wt％的粘結(jié)劑和大約1wt％至大約5wt％的導(dǎo)電材料。

粘結(jié)劑可以改善負極活性材料顆粒彼此之間的粘結(jié)性質(zhì)以及負極活性材料顆粒與集流體之間的粘結(jié)性質(zhì)。例如，粘結(jié)劑可以包括非水溶性粘結(jié)劑、水溶性粘結(jié)劑或它們的組合。

非水溶性粘結(jié)劑可以包括例如聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含乙撐氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亞胺、聚酰亞胺或它們的組合。

水溶性粘結(jié)劑可以包括例如橡膠類粘結(jié)劑或聚合物樹脂粘結(jié)劑。橡膠類粘結(jié)劑可以選自于例如丁苯橡膠、丙烯酸酯丁苯橡膠(SBR)、丁腈橡膠、丙烯酸橡膠、丁基橡膠、氟橡膠和它們的組合。聚合物樹脂粘結(jié)劑可以選自于例如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚環(huán)氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚環(huán)氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、乳膠、聚酯樹脂、丙烯酸樹脂、酚樹脂、環(huán)氧樹脂、聚乙烯醇和它們的組合。

當(dāng)水溶性粘結(jié)劑用作負極粘結(jié)劑時，例如，還可以使用纖維素類化合物以提供粘性。纖維素類化合物可以包括例如羧甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、甲基纖維素和它們的堿金屬鹽中的一種或更多種。堿金屬可以是例如Na、K或Li。例如，基于100重量份的負極活性材料，可以以大約0.1重量份至大約3重量份的量包括纖維素類化合物。

可以包括導(dǎo)電材料以提供電極導(dǎo)電性。任何導(dǎo)電的材料可以用作導(dǎo)電材料，除非它引起化學(xué)變化。例如，導(dǎo)電材料可以包括諸如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纖維等的碳基材料；包括銅、鎳、鋁和銀等的金屬粉或金屬纖維的金屬基材料；諸如聚亞苯基衍生物的導(dǎo)電聚合物；或它們的混合物。

集流體可以包括例如銅箔、鎳箔、不銹鋼箔、鈦箔、泡沫鎳、泡沫銅、涂覆有導(dǎo)電金屬的聚合物基底或它們的組合。

另一實施例提供一種包括負極、正極(其包括正極活性材料)和電解質(zhì)的可再充電鋰電池。

正極可以包括正極集流體和形成在正極集流體上的正極活性物質(zhì)層。正極活性材料可以包括例如鋰化嵌入化合物，該鋰化嵌入化合物可逆地嵌入和脫嵌鋰離子。優(yōu)選地，可以使用鈷、錳、鎳或它們的組合中的至少一種和鋰的復(fù)合氧化物。示例可以是由下面的化學(xué)式表示的化合物：

Li_aA_1-bX_bD₂(0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5)；Li_aA_1-bX_bO_2-cD_c(0.90≤a≤1.8,0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；Li_aE_1-bX_bO_2-cD_c(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5,0≤c≤0.05)；Li_aE_2-bX_bO_4-cD_c(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；Li_aNi_1-b-cCo_bX_cD_α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0≤α≤2)；Li_aNi_1-b-cCo_bX_cO_2-αT_α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0≤α<2)；Li_aNi_1-b-cCo_bX_cO_2-αT₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0≤α<2)；Li_aNi_1-b-cMn_bX_cD_α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0≤α≤2)；Li_aNi_1-b-cMn_bX_cO_2-αT_α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0≤α<2)；Li_aNi_1-b-cMn_bX_cO_2-αT₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；Li_aNi_bE_cG_dO₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)；Li_aNi_bCo_cMn_dG_eO₂(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)；Li_aNiG_bO₂(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；Li_aCoG_bO₂(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；Li_aMn_1-bG_bO₂(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；Li_aMn₂G_bO₄(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；Li_aMn_1-gG_gPO₄(0.90≤a≤1.8，0≤g≤0.5)；QO₂；QS₂；LiQS₂；V₂O₅；LiV₂O₅；LiZO₂；LiNiVO₄；Li_(3-f)J₂(PO₄)₃(0≤f≤2)；Li_(3-f)Fe₂(PO₄)₃(0≤f≤2)；以及Li_aFePO₄(0.90≤a≤1.8)。

在上面的化學(xué)式中，A選自于Ni、Co、Mn和它們的組合；X選自于Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素和它們的組合；D選自于O、F、S、P和它們的組合；E選自于Co、Mn和它們的組合；T選自于F、S、P和它們的組合；G選自于Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V和它們的組合；Q選自于Ti、Mo、Mn和它們的組合；Z選自于Cr、V、Fe、Sc、Y和它們的組合；以及J選自于V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和它們的組合。

化合物可以在表面上具有涂層，或者可以與具有涂層的另一化合物混合。涂層可以包括從由例如涂層元素的氧化物、涂層元素的氫氧化物、涂層元素的羥基氧化物、涂層元素的堿式碳酸鹽和涂層元素的羥基碳酸鹽組成的組中選擇的至少一種涂層元素化合物。例如，用于涂層的化合物可以是非結(jié)晶的或結(jié)晶的。包括在涂層中的涂層元素可以包括例如Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它們的混合物。涂層可以以化合物中使用的這些元素對正極活性材料的性質(zhì)沒有不利影響的方法設(shè)置。例如，該方法可以包括諸如噴涂和浸漬等的任何涂覆方法，但是由于這些方法對于在相關(guān)領(lǐng)域中工作的技術(shù)人員而言可以是熟知的，因此不更詳細地說明。

在正極中，基于正極活性物質(zhì)層的總重量，正極活性材料的量可以是大約90wt％至大約98wt％。

在一個實施例中，正極活性物質(zhì)層還可以包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電材料。在此，均基于正極活性物質(zhì)層的總重量，可以以從大約1wt％至大約5wt％的范圍的量包括粘結(jié)劑和導(dǎo)電材料。

粘結(jié)劑可以改善正極活性材料顆粒彼此之間的粘結(jié)性質(zhì)以及正極活性材料顆粒與集流體之間的粘結(jié)性質(zhì)。粘結(jié)劑可以包括例如聚乙烯醇、羧甲基纖維素、羥丙基纖維素、二乙酰纖維素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含乙撐氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡膠、丙烯酸酯丁苯橡膠、環(huán)氧樹脂和尼龍等，但不限于此。

導(dǎo)電材料可以改善電極的導(dǎo)電性。任何導(dǎo)電的材料可以用作導(dǎo)電材料，除非它引起化學(xué)變化。例如，導(dǎo)電材料可以包括諸如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纖維等的碳基材料；諸如銅、鎳、鋁和銀等的金屬粉或金屬纖維等的金屬基材料；諸如聚亞苯基衍生物等的導(dǎo)電聚合物；或它們的混合物。

例如，集流體可以是鋁，但不限于此。

電解質(zhì)可以包括例如非水有機溶劑和鋰鹽。

非水有機溶劑可以用作傳輸參與電池的電化學(xué)反應(yīng)的離子的介質(zhì)。

非水有機溶劑可以是例如碳酸鹽類溶劑、酯類溶劑、醚類溶劑、酮類溶劑、醇類溶劑或非質(zhì)子性溶劑。

碳酸鹽類溶劑可以包括例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亞乙酯(EC)、碳酸亞丙酯(PC)和碳酸亞丁酯(BC)等。酯類溶劑可以是例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、二甲基乙酰胺、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁內(nèi)酯、癸內(nèi)酯、戊內(nèi)酯、甲羥戊酸內(nèi)酯和己內(nèi)酯等。醚類溶劑可以是例如二丁醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、乙二醇二甲醚、2-甲基四氫呋喃和四氫呋喃等。酮類溶劑可以是例如環(huán)己酮等。醇類溶劑可以是例如乙醇和異丙醇等。例如，非質(zhì)子性溶劑可以是諸如R-CN(其中R是C₂至C₂₀直鏈、支鏈或環(huán)結(jié)構(gòu)的烴基，或者可以包括雙鍵、芳環(huán)或醚鍵)等的腈、諸如二甲基甲酰胺的酰胺、諸如1,3-二氧戊環(huán)的二氧戊環(huán)和環(huán)丁砜等。

有機溶劑可以單獨地使用或以混合物使用。當(dāng)以混合物使用有機溶劑時，可以根據(jù)期望的電池性能來控制混合物比例。

碳酸酯類溶劑可以包括例如環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯的混合物?？梢砸源蠹s1:1至大約1:9的體積比將環(huán)狀碳酸酯和鏈狀碳酸酯混合在一起。當(dāng)將該混合物用作電解質(zhì)時，可再充電鋰電池可以具有增強的性能。

除了碳酸酯類溶劑，有機溶劑還可以包括例如芳烴類有機溶劑?？梢砸源蠹s1:1至大約30:1的體積比將碳酸酯類溶劑和芳烴類溶劑混合在一起。

芳烴類有機溶劑可以是由化學(xué)式1表示的芳香烴類化合物。

[化學(xué)式1]

在化學(xué)式1中，R₁至R₆可以相同或不同，并可以選自于氫、鹵素、C₁至C₁₀烷基、鹵代烷基和它們的組合。

芳烴類有機溶劑可以是例如苯、氟苯、1,2-二氟苯、1,3-二氟苯、1,4-二氟苯、1,2,3-三氟苯、1,2,4-三氟苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2,3-三氯苯、1,2,4-三氯苯、碘苯、1,2-二碘苯、1,3-二碘苯、1,4-二碘苯、1,2,3-三碘苯、1,2,4-三碘苯、甲苯、氟代甲苯、2,3-二氟甲苯、2,4-二氟甲苯、2,5-二氟甲苯、2,3,4-三氟甲苯、2,3,5-三氟甲苯、氯甲苯、2,3-二氯甲苯、2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,3,4-三氯甲苯、2,3,5-三氯甲苯、碘甲苯、2,3-二碘甲苯、2,4-二碘甲苯、2,5-二碘甲苯、2,3,4-三碘甲苯、2,3,5-三碘甲苯、二甲苯和它們的組合。

電解質(zhì)還可以包括可改善循環(huán)壽命的碳酸亞乙烯酯或由化學(xué)式2表示的碳酸亞乙酯類化合物。

[化學(xué)式2]

在化學(xué)式2中，R₇和R₈可以相同或不同，并可以均獨立地為氫、鹵素、氰基(CN)、硝基(NO₂)或C₁至C₅氟代烷基，條件是R₇和R₈中的至少一個是鹵素、氰基(CN)、硝基(NO₂)或C₁至C₅氟代烷基，且R₇和R₈不同時為氫。

碳酸亞乙酯類化合物可以包括例如二氟碳酸亞乙酯、氯代碳酸亞乙酯、二氯碳酸亞乙酯、溴代碳酸亞乙酯、二溴碳酸亞乙酯、硝基碳酸亞乙酯、氰基碳酸亞乙酯和氟代碳酸亞乙酯等?？梢栽谶m當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)靈活地使用用于改善循環(huán)壽命的添加劑的量。

鋰鹽可以溶解在有機溶劑中，可以將鋰離子供應(yīng)給電池，可以基本上運作可再充電鋰電池，并且可以改善正極與負極之間的鋰離子的傳輸。鋰鹽可以包括例如選自于LiPF₆、LiBF₄、LiSbF₆、LiAsF₆、LiN(SO₂C₂F₅)₂、Li(CF₃SO₂)₂N、LiN(SO₃C₂F₅)₂、LiC₄F₉SO₃、LiClO₄、LiAlO₂、LiAlCl₄、LiN(C_xF_2x+1SO₂)(C_yF_2y+1SO₂)(其中，x和y是自然數(shù)，例如在1至20范圍內(nèi)的整數(shù))、LiCl、LiI和LiB(C₂O₄)₂(二草酸硼酸鋰，LiBOB)的至少一種支持鹽?？梢砸源蠹s0.1M至大約2.0M的范圍的濃度使用鋰鹽。當(dāng)以上面的濃度范圍包括鋰鹽時，由于最佳的電解質(zhì)導(dǎo)電率和粘度，使得電解質(zhì)可以具有優(yōu)異的性能和鋰離子遷移率。

根據(jù)電池的種類，可再充電鋰電池還可以包括位于負極與正極之間的分隔件。合適的分隔件材料可以包括例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯以及諸如聚乙烯/聚丙烯雙層分隔件、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三層分隔件和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三層分隔件的它們的多層。

圖1是示出根據(jù)一個實施例的可再充電鋰電池的分解透視圖。根據(jù)一個實施例的可再充電鋰電池示出為具有例如棱柱形狀，但是不限于此，并可以具有諸如圓柱狀、袋狀等的各種形狀。

參照圖1，根據(jù)一個實施例的可再充電鋰電池100可以包括電極組件40和其中容納有電極組件40的殼50，電極組件40通過在正極10與負極20之間放置分隔件30并且將其卷繞來形成。電解質(zhì)溶液可以浸漬在正極10、負極20和分隔件30中。

提供下面的示例和對比示例以便強調(diào)一個或更多個實施例的特性，但是將理解的是，示例和對比示例不被解釋為限制實施例的范圍，對比示例也不被解釋為在實施例的范圍之外。另外，將理解的是，實施例不限于示例和對比示例中描述的具體的細節(jié)。

(示例1)

將97.5wt％的具有20GPa的楊氏模量的人造石墨負極活性材料、1wt％的羧甲基纖維素和1.5wt％的丁苯橡膠在水溶劑中混合以制備負極活性材料漿料。

使用PI85 SEM PicoIndenter(導(dǎo)電金剛石立方角探針：Inc.USA(美國海思創(chuàng)有限公司))通過原位SEM壓痕法測量楊氏模量。

將負極活性材料漿料涂覆在8μm厚的Cu箔上并壓制，以制造或生產(chǎn)Cu箔上具有活性物質(zhì)層的負極。負極具有1.70g/cc的活性物質(zhì)密度和3.4mAh/cm²的電流密度。

(對比示例1)

除了使用具有8GPa的楊氏模量的人造石墨作為負極活性材料之外，根據(jù)與示例1相同的方法制備負極。負極具有1.70g/cc的活性物質(zhì)密度和3.4mAh/cm²的電流密度。

(對比示例2)

除了使用具有40GPa的楊氏模量的人造石墨作為負極活性材料之外，根據(jù)與示例1相同的方法制備負極。負極具有1.60g/cc的活性物質(zhì)密度和3.4mAh/cm²的電流密度。

漿料顆粒密度

通過下面的工藝分別將根據(jù)示例1和對比示例1至2的負極活性材料制備為漿料顆粒。

將97.5wt％的負極活性材料、1wt％的羧甲基纖維素和1.5wt％的丁苯橡膠在水溶劑中混合以制備負極活性材料漿料。

負極活性材料漿料被倒入由鋁箔制成的容器中，并在110℃的烤爐中完全干燥。干燥的漿料粉末用臼和杵磨細，并過篩250目篩。將1g過篩粉末放在顆粒夾具中并用表1中提供的壓力壓制30秒以制造或生產(chǎn)漿料顆粒。

使得漿料顆粒保持24小時，然后測量漿料顆粒的重量和厚度。測量的重量和厚度用于計算漿料顆粒的密度，結(jié)果提供在表1中。

表1

參照表1的結(jié)果，分別使用根據(jù)示例1和對比示例1的負極活性材料制備的漿料顆粒在3.5噸和2.0噸的壓力下均具有大于或等于1.70g/cc的漿料顆粒密度。結(jié)果表明可以獲得大于或等于1.65g/cc的活性物質(zhì)密度，也可以實現(xiàn)具有高能量密度的電池。

相反地，通過使用根據(jù)對比示例2的負極活性材料制備的漿料顆粒顯示1.62g/cc的低漿料顆粒密度(盡管壓力是3.8噸的高壓，但是難以獲得大于或等于1.65g/cc的活性物質(zhì)密度)。原因是根據(jù)對比示例2的負極活性材料具有太高的楊氏模量而不能在壓制工藝中壓縮，因此，幾乎不能實現(xiàn)高的活性物質(zhì)密度。因此，對比示例2的負極活性材料不會適用于具有高能量密度的電池。

電解質(zhì)溶液浸漬實驗

在通過工藝制備的漿料顆粒上以逐滴的方式仔細地添加50μL電解質(zhì)溶液(通過將1M LiPF₆溶于碳酸亞乙酯和碳酸二甲酯的混合溶劑(3:7的體積比)中來獲得)，并將它覆蓋以防止電解質(zhì)溶液的蒸發(fā)之后，測量電解質(zhì)溶液完全地浸漬到漿料顆粒中的時間。結(jié)果提供在圖2中。

參照圖2的結(jié)果，根據(jù)示例1和對比示例2的負極活性材料表現(xiàn)出非常短的電解質(zhì)溶液浸漬時間。相反，根據(jù)對比示例1的負極活性材料是示例1的浸漬時間的兩倍慢。

基于表1和圖2的結(jié)果，楊氏模量不應(yīng)該太低或太高以便獲得快速的浸漬時間并實現(xiàn)高的活性物質(zhì)密度。

循環(huán)壽命特性和電池厚度增大率

根據(jù)示例1和對比示例1的每個負極用于制造具有2000mAh的理論容量(名義容量)的可再充電鋰電池單體。根據(jù)對比示例2的負極不具有高的活性物質(zhì)密度，因此，不屬于該電池實驗。在此，LiCoO₂用作正極，通過將1M LiPF₆溶解在碳酸亞乙酯和碳酸二甲酯的混合溶劑(3:7的體積比)中來制備電解質(zhì)。

制造的電池單體在45℃的溫度下在1.0C充電，暫停5分鐘，在1.0C放電，并暫停5分鐘。作為一個循環(huán)的這個充電和放電過程一共被重復(fù)750次。圖3示出了在每個充電和放電循環(huán)的放電容量相對于在第一個充電和放電循環(huán)的放電容量的比例的容量保持率。

此外，圖4示出通過在充電和放電循環(huán)之前測量電池厚度和在每個循環(huán)測量另一電池厚度而得到的厚度增大率。

如圖3中所示，與對比示例1的負極相比，示例1的負極顯示出優(yōu)異的容量保持率，如圖4中所示，與對比示例1的負極相比，示例1的負極顯示出較低的厚度增大率。

(對比示例3)

示例1的負極活性材料漿料被用于制備具有1.60g/cc的活性物質(zhì)密度和3.0mAh/cm²的電流密度的負極。

(對比示例4)

對比示例1的負極活性材料漿料被用于制備具有1.60g/cc的活性物質(zhì)密度和3.0mAh/cm²的電流密度的負極。

循環(huán)壽命特性

分別將根據(jù)對比示例3和對比示例4的負極用于制造具有2000mAh的理論容量(名義容量)的兩個可再充電鋰電池單元。在此，使用了利用LiCoO₂的正極以及通過將1M LiPF₆溶解在碳酸亞乙酯和碳酸二甲酯的混合溶劑(3:7的體積比)中制備的電解質(zhì)。

制造的電池單體在45℃的溫度下在1.0C充電，暫停5分鐘，在1.0C放電，并暫停5分鐘。作為一個充電和放電循環(huán)的這個充電和放電過程一共被重復(fù)750次。圖5示出了在每個充電和放電循環(huán)的放電容量相對于在第一個充電和放電循環(huán)的放電容量的比值的容量保持率。

如圖5中所示，與使用具有8GPa的低的楊氏模量的負極活性材料的對比示例4相比，使用具有20GPa的楊氏模量的負極活性材料的對比示例3顯示出相似的但是低的活性物質(zhì)密度和電流密度。這個結(jié)果表明，當(dāng)活性物質(zhì)密度和電流密度低的時候，循環(huán)壽命特性不會通過調(diào)整楊氏模量得到改善。

通過總結(jié)和回顧的方式，可再充電鋰電池可以使用有機電解質(zhì)溶液，從而可以具有是使用堿性水溶液的傳統(tǒng)電池的放電電壓至少兩倍高的放電電壓，因此，可以具有高的能量密度。

對于可再充電鋰電池的正極活性材料，可以使用具有能夠嵌入鋰離子的結(jié)構(gòu)的鋰-過渡金屬氧化物(諸如LiCoO₂、LiMn₂O₄和LiNi_1-xCo_xO₂(0<x<1)等)。

對于負極活性材料，已經(jīng)使用可嵌入和脫嵌鋰離子的諸如人造石墨、天然石墨和硬碳的各種碳基材料。為了獲得高容量，硅基或錫基的非碳基負極活性材料也已經(jīng)被考慮。

示例性實施例提供了用于可以具有改善的循環(huán)壽命特性和改善的膨脹特性的可再充電鋰電池的負極。

根據(jù)示例性實施例的用于可再充電鋰電池的負極活性材料可以提供用于可改善高速充電特性并且可具有高活性物質(zhì)密度的可再充電鋰電池的負極。

示例性實施例也提供了包括該負極的可再充電鋰電池。

在這里已經(jīng)公開了示例實施例，雖然采用了特定的術(shù)語，但是僅以一般的和描述性的含義來使用和解釋它們，而不是為了限制的目的。在一些情況下，對于到提交本申請時為止的本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言將明顯的是，可以單獨使用結(jié)合具體實施例描述的特征、特性和/或元件，或與結(jié)合其它實施例描述的特征、特性和/或元件組合使用，除非另有明確說明。因此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是，在不脫離權(quán)利要求書中闡述的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以做出形式上和細節(jié)上的各種改變。