[发明专利]人工合成SEI阴极材料以及包含此人工合成SEI阴极材料的锂二次电池

说明书

在此揭示一种人工合成的SEI阴极材料，可用在充电式电池，特别是锂二次电池。所述人工合成的SEI阴极材料其结构上包含阴极材料，和导电聚合物/碳材料复合物，所述导电聚合物/碳材料复合物包覆该阴极材料用以在二次电池的阴极周围形成固态电解质界面(a sol id electrolyte interface,SEI)，使得该二次电池展现出改良的电化学特性，其中该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的5％。同时以提供一种包含以此人工合成的SEI阴极材料制成的阴极的锂二次电池，因其阴极表面上形成一层稳定的SEI层而能使锂二次电池展现出较对照组二次电池而言，较佳的电化学特性，包括降低等效串联电阻(ESR)值、提高电容以及电池寿命长。

技术领域

本揭示内容涉及充电式电池的新颖的人工合成SEI阴极材料。据此，本揭示内容也涉及以此新颖、人工合成的SEI阴极材料所制成的锂二次电池。

背景技术

锂二次电池包含正极和负极，以及存在于正极和负极间的有机电解液，其中正极和负极材料中含有能够可逆地嵌入或游离的锂，作为其中的正极或负极活性材料。基本上，锂电池通过过锂离子被嵌入至正极和负极材料中或是从其中游离出来的氧化还原反应，来产生并储存电能。

传统上锂二次电池，在第一次充放电循环后，因阴极材料表面上新生成的一层被动层(亦即，固态电解质界面层(solid electrolyte interface,SEI))造成电容不可逆耗损(irrevisible capacity loss,ICL)，使得电池效能下降。此SEI层是由于阴极表面上的溶剂分子分解以及锂离子不可逆地嵌入至阴极材料层所致。上述ICL现象也表现为在锂电池第一次充放电循环初期所观察到的高阻抗值，然而，本领域技术人员多半将所观察到的高阻抗值归咎于电极表面新生成的SEI层阻绝电流的缘故，或是将其视为电荷转移电阻(charge-transfer resistance)的一部分。一般商业用钮扣型锂电池的等效串联电阻(equivalent series resistance,ESR)大约在30-200欧姆间，大部分都在75欧姆左右。高电阻意谓着电池充放电期间电容上会出现大幅度的欧姆耗损(ohmic losses)，这类的耗损会造成电池无法在短期间内有效地充、放电，不利电池效能。综上所述，可合理地推论锂电池的运作，与SEI层的稳定性与导电性密切相关。

因此，相关技术领域需要一种改良的锂电池阴极材料，其至少可在一部份的阴极材料表面形成一层相对稳定且具导电性的SEI层，以致包含有由此改良的锂电池阴极材料所制成的阴极的充电式锂电池，可呈现出较佳的电化学特性，包括降低锂电池的ESR、提高电容，同时电池寿命较长。

发明内容

基于此技术领域相关问题，本揭示内容主要目的是提供一种人工合成的SEI阴极材料，可用在充电式电化学电池，特别是锂二次电池。据此，包含有由所述人工合成的SEI阴极材料制成的阴极的锂二次电池，因其阴极表面上形成一层稳定的SEI层而能展现出较对照组二次电池而言，较佳的电化学特性，包括降低等效串联电阻(ESR)值、提高电容以及电池寿命长。

因此，本揭示内容一方面提供一种人工合成的SEI阴极材料，包含阴极材料：和导电聚合物/碳材料复合物，所述导电聚合物/碳材料复合物包覆该阴极材料用以在二次电池的阴极周围形成固态电解质界面(a solid electrolyte interface,SEI)，其中该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的5％。在某些实施方式中，该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的2％。在其它实施方式中，该导电聚合物/碳材料复合物的重量不超过该人工合成的SEI阴极材料重量的1％。