[发明专利]可再充电锂电池用负极及包括该负极的可再充电锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及用于可再充电锂电池的负极和包括该负极的可再充电锂电池。本发明特别涉及通过抑制由于充放电过程中活性材料颗粒碰撞引起的体积改变和应力从而改进电池特性的用于可再充电锂电池的负极，以及包括该负极的可再充电锂电池。

背景技术

锂可再充电电池已经普遍用作小型便携式电子装置的电源。锂可再充电电池使用有机的电解液，从而具有两倍于使用碱性水溶液的常规电池的放电电压。所以，锂可再充电电池具有高能量密度。

对于可再充电锂电池的正极活性材料，使用能够嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)、LiMnO₂等。

对于可再充电锂电池的负极活性材料，使用能够嵌入和解嵌锂离子的各种碳类材料，例如人造石墨、天然石墨、硬碳。因为石墨具有相对于锂的-0.2V的低放电电势，所以它提高了电池的放电电压和能量密度。使用石墨作为负极活性材料的电池具有3.6V的高的平均放电电势和优异的能量密度。并且，石墨由于其出色的可逆性保证了电池更好的循环寿命，所以在上述碳类材料中，石墨的应用最为广泛。然而，石墨活性材料通常具有低密度，因此当其用作负极活性材料时在单位体积的能量密度方面具有低容量。此外，因为石墨在高放电电压下可能与有机电解液发生反应，所以使用石墨有一定的危险，例如在电池使用不当或过度充电等情况下可能会爆炸或燃烧。

为了解决这些问题，最近对包括锡氧化物或锂钒氧化物的氧化物负极进行了大量的研究。然而，这样的氧化物负极并不能表现出足够的电池性能，所以需要进行大量关于氧化物负极材料的进一步研究。

发明内容

本发明提供了一种用于可再充电锂电池的负极，该负极通过抑制由于充放电过程中活性材料颗粒碰撞引起的体积改变和应力，并降低电极电阻，而改进电池特性。

根据本发明的一个实施方式，提供一种用于可再充电锂电池的负极，包括集流体和布置于该集流体上的负极活性材料层。所述负极活性材料层包括基于金属的负极活性材料和片状石墨，并具有20～80vol％的孔隙率。

根据本发明的各方面，所述负极活性材料层的孔径为1μm或更小的孔占该负极活性材料层总体积的30～70vol％。所述片状石墨的含量可为基于所述负极活性材料层总重量的5～80wt％。所述片状石墨的(002)晶面可以相同的方向排列。所述片状石墨的(002)晶面可以垂直于集流体的方向排列。所述片状石墨可为选自由天然石墨、人造石墨、热解石墨及其混合物所组成的组中的至少一种。所述片状石墨可具有范围在1～20μm的平均粒径(D₅₀)。所述基于金属的负极活性材料可为选自由锂、与锂形成合金的金属材料、能与锂可逆地掺杂和解掺杂的材料、能可逆地形成含锂化合物的材料、过渡元素氧化物及其混合物所组成的组中的至少一种。所述基于金属的负极活性材料可为选自由Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Ti、Ag、Zn、Cd、Al、Ga、In、Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi及其组合所组成的组中的至少一种。所述负极活性材料可为钒氧化物；锂钒氧化物；Si；SiO_x(0＜x＜2)；Sn；SnO₂；过渡元素与选自由Si、Sn、Al及其组合所组成的组中的元素的合金；或它们的混合物。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种包括上述负极的可再充电锂电池。所述可再充电锂电池包括上述负极、包含能够可逆地嵌入和解嵌锂离子的正极活性材料的正极，和包含非水有机溶剂和锂盐的电解液。

本发明另外的方面和/或优点将部分地在下述说明书中阐明，并且将部分地由该说明书变得显而易见，或者可以通过本发明的实施而了解。

附图说明

通过以下结合附图对实施方式的描述，本发明的这些和/或其他方面和优点会变得明显而易于理解：

图1示意性显示根据本发明的一个实施方式的可再充电锂电池的负极；

图2为根据本发明的一个实施方式的可再充电锂电池的示意性剖面透视图；

图3A为根据实施例1和对比例1的电池组单电池的增加的孔体积的测量结果随孔径变化的曲线图；

图3B为根据实施例1和对比例1的电池组单电池的累积的孔体积的测量结果随孔径变化的曲线图；