[发明专利]锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池，其包括正极、负极、隔膜、和凝胶聚合物电解质，并且更具体而言，涉及一种锂二次电池，其中，负极包括硅(Si)基负极活性材料，凝胶聚合物电解质通过使包含具有可与金属离子结合的官能团的单体的组合物聚合来形成，并且电池的充电电压范围为3.0V至5.0V。

背景技术

近来，随着电子设备的便携式、小型化、轻量化和高性能化的趋势，电子设备、信息和通信行业快速增长。因此，高性能的锂二次电池用作这些便携电子设备的动力源，并且因此需求快速增长。可以重复充电和放电使用的二次电池对于用于信息和通信、电动车或电动汽车的便携电子设备的动力源而言是必需的。特别地，由于这些产品的性能可以取决于作为关键部件的电池，所以对高容量电池的消费者需求不断提高。

一般而言，已知电池安全性依照以下顺序增加：液体电解质＜凝胶聚合物电解质＜固体聚合物电解质，但是电池性能以同样的顺序降低。

液体状态的电解质，特别地，离子导电型有机液体电解质(其中盐溶解于非水性有机溶剂中)已被主要用作电化学设备的电解质，如使用电化学反应和双电层电容器的常用电池的电解质。然而，当使用液体状态的电解质时，电极材料可以降解并且有机溶剂可能挥发。同样，由于环境温度和电池本身的温度升高，可能有安全性缺陷(例如燃烧)。

已知由于电池性能差，固体聚合物电解质目前仍未商业化。

由于凝胶聚合物电解质可以具有优异的电化学安全性，所以可以恒定地维持电池的厚度。此外，由于凝胶相的固有粘附性使得电极和电解质之间的接触可以良好，因此，可以制备薄膜型电池。因此，正在扩大各种凝胶聚合物电解质的开发。

在凝胶聚合物电解质中，由于锂离子的尺寸可以较小，所以直接移动不仅相对容易，而且由于如图1所示的跳跃(hopping)现象，锂离子还易于在电解液中移动。

当金属离子溶解时，金属离子可以还原成负极的金属态以阻断(block)负极的反应位点。当新的金属在负极表面上沉淀时，电解液在该金属表面上生成了新的固体电解质界面(SEI)层，因此，电解液被持续消耗。另外，由于负极中的SEI层的厚度可持续增加而增大了电阻，因此，可降低锂二次电池寿命性能。因此，需要改进上述局限。

发明内容

技术问题

本发明提供一种锂二次电池，其可以通过防止从正极溶解的金属离子移动至负极或降低移动速度，由此降低金属在负极的沉淀，因此，不仅可以提高电池寿命，而且电池的容量性能在标准电压和高电压下均是优异的。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种锂二次电池，其包括正极、负极、隔膜和凝胶聚合物电解质，其特征在于，

i)所述负极包括硅(Si)基负极活性材料，

ii)所述凝胶聚合物电解质通过使包含具有可与金属离子结合的官能团的单体的组合物聚合来形成，并且

iii)所述电池的充电电压范围为3.0V至5.0V。

根据本发明的另一方面，提供了一种制备锂二次电池的方法，其特征在于，其包括：将包括正极、负极和设置在正极和负极之间的隔膜的电极组合体插入至电池盒的步骤；将用于凝胶聚合物电解质的组合物注入至电池盒并且使组合物聚合以形成凝胶聚合物电解质的步骤，其中，所述用于凝胶聚合物电解质的组合物包含电解液溶剂、可离子化的锂盐、聚合引发剂、和具有可与金属离子结合的官能团的单体。

有益效果

根据本发明一个实施方案的锂二次电池，可以通过防止从正极溶解的金属离子移动至负极或降低金属离子的移动速度而降低金属在负极的沉淀，并且因此，不仅可以提高电池寿命，而且电池的容量性能在标准电压和高电压下均是优异的。

附图说明

图1是表示当使用凝胶聚合物电解质时的锂离子的运动原理的图。

图2是对比了使用常规电解液和本发明的一个实施方案的电解液时的金属在负极上的沉淀程度的图。

图3是示出在实施例1至4和对比实施例1至4中制备的锂二次电池在4.3V的高电压下的容量的曲线图。

具体实施方式

在下文中，将更详细地描述本发明，以使本发明能够被更清楚地理解。

应理解的是，在说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应理解为限制于通用字典里的含义。还应理解，在本发明人为了最佳阐述本发明而合理地定义词语或术语的意思的原则基础上，词语或术语应被解释为具有符合其在相关技术和本发明的技术思想情况下所具有的意思。