[发明专利]二次电池及其制造方法

说明书

本发明的实施方案涉及二次电池及其制造方法，所述二次电池包含预掺杂锂的硅基负活性材料。二次电池不仅可以实现安全性，而且还可以提高能量密度、循环特性和速率特性，并且特别地，可以显著提高初始放电容量和容量保持。

技术领域

本发明涉及二次电池及其制造方法，所述二次电池包括负电极，所述负电极预掺杂有锂并包含硅基负电极活性材料。

背景技术

近年来，由于随着信息产业和通信产业的发展，电子设备变得更小、更轻、更薄和更便携，因此对用作这些电子设备的电源的电池的高能量密度的需求正在增加。锂二次电池是最能满足该需求的电池，并且正在积极进行使用锂二次电池的小型电池的研究及其在大型电子设备(例如，汽车和储能系统)中的应用。

锂二次电池主要使用含锂过渡金属氧化物(例如LiCoO₂和LiMn₂O₄)作为正电极，并使用碳基材料(例如石墨)作为负电极。然而，近年来，特别是为了实现高容量锂二次电池，活性材料充电率的过度改进、隔膜的轻薄化或者通过减小作为隔膜的组成材料的薄膜厚度的方法而使充电电压高电压化会产生不利地影响锂二次电池的安全性的问题。

因此，能够获得高能量密度同时实现二次电池的可靠性和安全性的新型材料(例如，合金负电极活性材料，例如硅或锡及其氧化物)作为下一代高容量材料正受到关注。氧化物基合金负电极活性材料的优点在于其体积变化小于非氧化物基负电极活性材料的体积变化，并且其充电和放电容量比石墨的充电和放电容量的高四倍或更多。然而，氧化物基合金负电极活性材料的问题在于在第一次充电和放电时的不可逆容量较大。

通常，由氧化硅构成的负电极活性材料在初次充电时会与能够可逆地吸收和释放锂的材料和不能可逆地吸收和释放锂(不可逆材料)的材料发生合金化反应。因此，存在设计时正电极中存在的锂离子减少的问题。

在这方面，日本公开特许专利公报号2002-313324公开了一种通过在制造负电极时将锂金属直接加入到负电极中以提高初始效率的方法。然而，如果将锂金属直接加入到负电极中，则在制备负电极活性材料组合物的过程中会发生凝胶化，从而导致二次电池的工艺问题和性能问题。

此外，日本公开特许专利公报号2008-084842公开了一种在制造二次电池时通过使负电极与锂金属接触来进行掺杂的方法。然而，在这种情况下，由于可能发生与氧化硅或氧化锡产生大量热量的反应，因此在二次电池的安全性方面可能存在问题。

同时，在日本公开特许专利公报号2011-222153和日本专利号6274253中公开了将锂直接掺杂到氧化硅基(SiO_x，0.9≤x≤1.6)材料中的技术。然而，根据这些文献中提出的技术，不能获得令人满意的二次电池特性，或者反应速度较慢，并且其在批量生产和实际使用方面存在困难。

发明内容

技术问题

本发明旨在解决现有技术的问题。本发明旨在解决的技术问题为提供一种二次电池，所述二次电池能够提高能量密度、循环特性和速率特性，特别是进一步增强初始放电容量和容量保持率。

本发明旨在解决的另一个技术问题为提供一种制造二次电池的方法。

问题的解决方案

为了实现上述目的，本发明的实施方案提供了一种二次电池，所述二次电池包括正电极、负电极和电解质，其中所述正电极包含金属氧化物活性材料，所述负电极包含硅基负电极活性材料，并且所述负电极预掺杂有对应于负电极的初始不可逆容量的量的锂。

另一个实施方案提供了一种制造二次电池的方法，所述方法包括(1-1)将包含硅基负电极活性材料的负电极活性材料组合物施加到负电极集电器上，以制备负电极；(1-2)在负电极和锂金属板之间插入隔膜，以制备电池；(1-3)对步骤(1-2)中获得的电池进行电化学活化，以使用锂对负电极进行预掺杂；以及(1-4)使用预掺杂有锂的负电极制造二次电池。