[发明专利]用于锂二次电池的电极、制造方法及锂二次电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年2月21日向美国专利商标局提交的美国临时申请No.61/601,420的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

本发明涉及用于锂二次电池的电极、制造所述电极的方法和包括所述电极的锂二次电池。

背景技术

对用作小型和便携的电子装置的电源有吸引力的锂二次电池使用有机电解溶液。由于有机电解溶液的使用，锂二次电池具有使用碱性水溶液的典型电池二倍以上的放电电压，因此锂二次电池具有高能量密度。

锂二次电池的正极和负极包括能够嵌入和解嵌锂离子的材料，且正极和负极之间的空间被有机电解溶液或聚合物电解溶液充满。通过当锂离子由正极和负极嵌入和解嵌时发生的氧化和还原反应产生电能。

虽然这样的锂二次电池具有良好的电池性能，包括高电动势和高能量密度，但是产业的发展需要具有更长寿命特性电池。

发明内容

根据本发明的实施方式，用于锂二次电池的电极具有改善的寿命特性。其它实施方式涉及制造所述电极的方法。

本发明的另一个实施方式提供了包括所述电极的锂二次电池。

根据本发明的一个或多个实施方式，用于锂二次电池的电极包括硅类合金，并具约1μm至约10μm的表面粗糙度和5μm或更小的表面粗糙度偏差。

根据本发明的一个或多个实施方式，制造电极的方法包括通过向溶剂中加入活性物质、导电材料和粘结剂随后湿法混合并研磨以制备用于形成电极活性物质层的组合物；并在集流体上涂布和干燥所述组合物。

根据本发明的一个或多个实施方式，锂二次电池包括上述电极。

根据本发明的实施方式，用于锂二次电池的电极被电解溶液有效浸渍，因此包括这样的电极的锂二次电池具有改善的效率、容量保持率和寿命特性。

附图说明

图1为解释根据本发明的实施方式的负极的电解溶液浸渍性能的图。

图2为根据本发明的实施方式的锂二次电池的截面透视图。

图3为根据实施例1制备的使用用于形成负极活性物质层的组合物制造的负极的扫描电子显微镜(SEM)图。

图4为根据对比例2制备的使用用于形成负极活性物质层的组合物制造的负极的SEM图。

图5为比较根据实施例1和对比例1至4制造的电极的与体积容量有关的膨胀率的曲线图。

图6为比较根据制造例1和对比制造例1、2、3和5制造的纽扣电池的循环特性的曲线图。

具体实施方式

根据本发明的实施方式，用于锂二次电池的电极包括硅类合金，并具有约1μm至约10μm的表面粗糙度和5μm或更小的表面粗糙度偏差。

硅类合金可被用作电极活性物质，但是为获得高容量，使用具有高硅含量的硅类合金。当使用这种含高硅含量的硅类合金制造的电极时，硅类合金的结晶粒度增加，因此所形成的电极可具有大于10μm的表面粗糙度。因此，降低了电极的电解溶液浸渍性能，造成当硅体积膨胀时在电极表面持续形成固体电解质界面(SEI)。因此，使用所述电极的锂二次电池可具有降低的初始效率和大幅降低的容量保持率(C.R.R)。结果，所述锂二次电池具有减少的寿命。

相反，根据本发明的实施方式的电极具有在所述硅类合金中适当控制的硅含量和活性硅与非活性硅的混合比例。此外，根据本发明的一些实施方式，硅类合金、粘结剂和导电材料的最优的混合和研磨条件产生具有1至10μm的表面粗糙度和5μm或更小的表面粗糙度偏差的电极。

所述硅类合金中硅的含量可为约60原子%至约75原子%。如果所述硅类合金中硅的含量在这个范围内，使用所述硅类合金的电极可具有良好的表面粗糙度和粗糙度偏差特性。

所述硅类合金的硅可包含混合的非活性硅和活性硅。所述活性硅可直接影响所述硅类合金的容量，而所述非活性硅可具有非活性矩阵结构，并可防止硅类合金的体积膨胀。

基于硅类合金中100原子%的活性硅和非活性硅的总量，活性硅的含量可为至约40原子%至约80原子%。如果活性硅的含量在这个范围内，当对包括所述活性硅的电极充电和放电时，可有效地抑制硅类合金的体积膨胀，并且所述电极可具有良好的容量特性。

硅类合金具有分散于硅合金类基质中的硅颗粒。由于硅类合金的结构和组成，当硅颗粒在充电和放电中膨胀时，所述硅颗粒周围的硅合金类基质可有效地控制硅的体积变化。因此，当硅类合金用作负极活性物质时，可在充电和放电中降低使用所述硅类合金的电极的膨胀率。