[发明专利]锂二次电池

说明书

技术领域

本发明的实施方式涉及锂二次电池。

背景技术

电池将化学能(由电池中的化学材料的电化学氧化还原反应产生)转化为电能。这样的电池分为在电池的所有能量被消耗之后应丢弃的一次电池和可再充电许多次的可再充电电池。由于化学能向电能的可逆的转化，可再充电电池可充电/放电许多次。

近来的在高科技电子设备方面的发展已容许电子装置变得小且重量轻，导致便携式电子装置的增多。作为用于这样的便携式电子装置的电源，对于具有高能量密度的电池的需求日益增加，且正在对锂可再充电电池进行研究。

锂二次电池通过将电解质注入电极组件而制造。电极组件包括包含能够嵌入/脱嵌锂的正极活性材料的正极和包含能够嵌入/脱嵌锂的负极活性材料的负极。

由于在嵌入和脱嵌锂时发生的晶体结构的变化，负极活性材料可经历体积膨胀。该体积膨胀可导致在充电和放电期间在负极活性材料的表面上(且特别地，在负极的SEI层的表面上)形成裂纹，导致电池的循环寿命特性的恶化。

发明内容

在本发明的一个示例性实施方式中，锂二次电池基本上防止负极的体积膨胀，且因此具有改善的循环寿命特性。

在本发明的另一实施方式中，锂二次电池包括正极、负极和电解质。负极包括集流体、在集流体上的负极活性材料层、和在负极活性材料层上的SEI(固体电解质界面)层。负极活性材料层包括包含由SiO_x(0.95＜x＜1.7)表示的非晶的硅氧化物的负极活性材料颗粒，且在充电期间，SEI层的表面包括约70面积%或更多的具有范围约5nm~约300nm的尺寸的突出部分。

所述活性材料颗粒可包括非晶的硅氧化物和覆盖在非晶的硅氧化物的至少一部分上的碳层。

碳层可具有范围约1nm~约100nm的厚度。

碳层可具有范围约10nm~约50nm的厚度。

基于活性材料颗粒的总重量，可以范围约0.5重量%~约20重量%的量包括碳层。

在充电期间，SEI层在表面上可包括约70面积%~约99.9面积%的具有范围约5nm~300nm的尺寸的突出部分。

在充电期间，SEI层在表面上可包括约80面积%~约90面积%的具有范围约5nm~300nm的尺寸的突出部分。

活性材料层可不包括或者基本上不包括结晶Si颗粒。

SEI层可包括Li₂CO₃、Si-F结合结构、或其组合。

电解质可包含选自碳酸亚乙酯(EC)、氟化碳酸亚乙酯(FEC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)的至少一种溶剂。

在一个实施方式中，例如，电解质可包括包含氟化碳酸亚乙酯(FEC)的溶剂，且基于溶剂的总体积，氟化碳酸亚乙酯(FEC)的量可为10体积%或更多。

所述活性材料层可具有约20%或更小的裂纹出现率。

根据本发明实施方式的锂二次电池基本上防止在充电和放电期间负极活性材料的膨胀，导致改善的循环寿命特性。

附图说明

图1为根据一个实施方式的锂二次电池的横截面透视示意图。

图2为根据本发明一个实施方式的负极的示意图。

图3为根据本发明一个实施方式的负极活性材料的示意图。

图4A为根据制备实施例1制备的负极活性材料的X-射线衍射图。

图4B为根据制备对比例1制备的负极活性材料的X-射线衍射图。

图5A为根据制备实施例1的负极活性材料的拉曼光谱图。

图5B为根据制备对比例1的负极活性材料的拉曼光谱图。

图6A和6B为所拍摄的在一次充电和放电循环之后根据实施例1制备的电池中负极活性材料层的表面的扫描电子显微镜(SEM)照片。

图7A和7B为所拍摄的在50次充电和放电循环之后根据实施例1制备的电池中SEI层的表面的SEM照片。

图8A和8B为所拍摄的在一次充电和放电循环之后根据对比例1制备的电池中负极活性材料层的表面的SEM照片。

图9A和9B为所拍摄的在50次充电和放电循环之后根据对比例1制备的电池中SEI层的表面的SEM照片。

图10为比较根据实施例1和对比例1的电池的容量保持力对循环次数的图。

具体实施方式

现在将参照附图描述本发明的示例性实施方式。然而，这些实施方式仅是示例性的，且本发明不限于此。