[发明专利]电极组件和包含该电极组件的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种电极组件和包含该电极组件的锂二次电池。

背景技术

手持式电子装置正在变得更小更轻，这导致对小型的高容量电池的需求增加。特别是锂二次电池正在得到快速发展，因为锂电池具有单位重量的高能量密度和3.6V的操作电压，这比镍-镉电池或镍-金属氢化物电池高三倍。

锂二次电池通过在正极和负极的锂离子的嵌入和解嵌来储存和释放电能。通过在正极和负极之间填充有机或聚合物电解液来制造锂二次电池。上述正极和负极包括能嵌入/解嵌锂离子的正极和负极活性材料。

锂二次电池包括含有被顺序堆叠并卷绕成胶卷型形状的负极板、隔板和正极板的电极组件。该电极组件布置在有电解液的罐内，且使用盖组件来密封该罐。

通常，锂金属被用作负极活性材料。但锂金属易形成枝状晶体，这会导致电池短路或爆炸。因此，诸如不定形碳或结晶碳等含碳材料通常用来取代锂金属。

含碳阳极是多孔的，因此在充电和放电时含碳阳极的体积变化很小。这导致高电池稳定性。然而，由于含碳阳极相对高的多孔性，使用含碳阳极的电池具有低电池容量。例如，高结晶材料石墨，当以LiC₆的形式时，具有约372mAh/g的理论容量密度。该密度只是金属锂的理论容量密度(即3860mAh/g)的约10％。

为克服这些问题，对使用例如铝、锗、硅、锡、锌或铅等金属性材料作为负极活性材料的锂电池进行了积极研究，因为这些材料具有比含碳负极活性材料更高的容量和能量密度。例如，纯硅具有4017mAh/g的理论容量密度。

通常，将诸如聚丙烯层、聚乙烯层或它们的多层等聚烯烃类非多孔聚合物层用作隔板。但是，由于快速放电/充电时产生的热，当其中的孔被阻塞时，这种聚烯烃类隔板会收缩。结果是，隔板收缩，使得部分正极和负极直接相互接触，这会导致短路、燃烧、断路或爆炸。

当常规的聚烯烃类隔板与金属性负极活性材料一起使用时，隔板的收缩会增大。也就是说，与使用含碳负极活性材料相比，在充电和放电中金属负极活性材料产生大量的热，这些热进一步加剧隔板的收缩。

上述金属性负极活性材料中包括的金属性材料在充电时吸收锂，因而负极活性材料膨胀约300～400％。当在放电时锂被释放，负极活性材料以相等的量收缩。这种体积变化降低了负极活性材料的导电性，且负极活性材料会变得与负极集流体分离，从而降低电池的寿命期限。

发明内容

本发明的各方案涉及电极组件和包含该电极组件的锂二次电池，该电极组件抗短路且具有良好的容量特性。

根据本发明的一个方面，提供一种电极组件，包括：含有正极活性材料层的正极；含有负极活性材料层的负极；和布置在负极和正极之间的隔板。所述负极活性材料层包括能与锂形成合金的金属性材料。所述隔板包括含有陶瓷材料和粘结剂的多孔层。形成的所述隔板的厚度为负极活性材料层厚度的7～20％。所述粘结剂构成多孔层总重量的5～20％。

根据本发明的另一方面，提供包括所述电极组件的锂二次电池。

根据本发明的又一方面，所述锂二次电池具有至少3000mAh的容量。

根据本发明的方案，上述金属性材料可包括从由SiO、SnO和GeO构成的组中选择的至少一种。

根据本发明的方案，负极活性材料层可包括从其表面生长的碳纳米纤维。

根据本发明的方案，上述碳纳米纤维具有1nm～1mm的长度和1～40nm的直径。

根据本发明的方案，负极可包括负极集流体，该负极集流体具有负极活性材料层厚度的5～10％的厚度。

本发明的其它方面和/或优点将在随后的说明中部分地阐述，且其部分从说明书是显而易见的，或可通过本发明的实施被理解。

附图说明

由以下结合附图对示例性实施方式的描述中，本发明的这些和/或其它方面和优点将变得显而易见，且更易理解，其中：

图1示例了根据本发明的方案的二次电池的截面图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的示例性实施方式，其实施例将结合附图详述，其中，相同的附图标记在全文中指代相同的元件。为了说明本发明的方案，下面参照附图对示例性实施方式进行描述。

图1示出了根据本发明方案的二次电池200。二次电池200包括电极组件100。电极组件100包括正极110、负极120和布置在它们之间的隔板130。