[發明專利]用于鋰二次電池的電極、制造方法及鋰二次電池

有效

• 申請號: 201310045515.9
• 申請日: 2013-02-05
• 公開（公告）號: CN103258989B
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 徐淳星;尤里·馬圖萊維奇;權昇旭;樸燿翰;鄭昶義;金哉赫;李天珪;崔鐘書
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/134
• 分類號: H01M4/134;H01M4/1395;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司11018
• 代理人: 康泉,王珍仙

相關申請的交叉引用

本申請要求于2012年2月21日向美國專利商標局提交的美國臨時申請No.61/601,420的優先權和權益，其全部內容通過引用合并于此。

技術領域

本發明涉及用于鋰二次電池的電極、制造所述電極的方法和包括所述電極的鋰二次電池。

背景技術

對用作小型和便攜的電子裝置的電源有吸引力的鋰二次電池使用有機電解溶液。由于有機電解溶液的使用，鋰二次電池具有使用堿性水溶液的典型電池二倍以上的放電電壓，因此鋰二次電池具有高能量密度。

鋰二次電池的正極和負極包括能夠嵌入和解嵌鋰離子的材料，且正極和負極之間的空間被有機電解溶液或聚合物電解溶液充滿。通過當鋰離子由正極和負極嵌入和解嵌時發生的氧化和還原反應產生電能。

雖然這樣的鋰二次電池具有良好的電池性能，包括高電動勢和高能量密度，但是產業的發展需要具有更長壽命特性電池。

發明內容

根據本發明的實施方式，用于鋰二次電池的電極具有改善的壽命特性。其它實施方式涉及制造所述電極的方法。

本發明的另一個實施方式提供了包括所述電極的鋰二次電池。

根據本發明的一個或多個實施方式，用于鋰二次電池的電極包括硅類合金，并具約1μm至約10μm的表面粗糙度和5μm或更小的表面粗糙度偏差。

根據本發明的一個或多個實施方式，制造電極的方法包括通過向溶劑中加入活性物質、導電材料和粘結劑隨后濕法混合并研磨以制備用于形成電極活性物質層的組合物；并在集流體上涂布和干燥所述組合物。

根據本發明的一個或多個實施方式，鋰二次電池包括上述電極。

根據本發明的實施方式，用于鋰二次電池的電極被電解溶液有效浸漬，因此包括這樣的電極的鋰二次電池具有改善的效率、容量保持率和壽命特性。

附圖說明

圖1為解釋根據本發明的實施方式的負極的電解溶液浸漬性能的圖。

圖2為根據本發明的實施方式的鋰二次電池的截面透視圖。

圖3為根據實施例1制備的使用用于形成負極活性物質層的組合物制造的負極的掃描電子顯微鏡(SEM)圖。

圖4為根據對比例2制備的使用用于形成負極活性物質層的組合物制造的負極的SEM圖。

圖5為比較根據實施例1和對比例1至4制造的電極的與體積容量有關的膨脹率的曲線圖。

圖6為比較根據制造例1和對比制造例1、2、3和5制造的紐扣電池的循環特性的曲線圖。

具體實施方式

根據本發明的實施方式，用于鋰二次電池的電極包括硅類合金，并具有約1μm至約10μm的表面粗糙度和5μm或更小的表面粗糙度偏差。

硅類合金可被用作電極活性物質，但是為獲得高容量，使用具有高硅含量的硅類合金。當使用這種含高硅含量的硅類合金制造的電極時，硅類合金的結晶粒度增加，因此所形成的電極可具有大于10μm的表面粗糙度。因此，降低了電極的電解溶液浸漬性能，造成當硅體積膨脹時在電極表面持續形成固體電解質界面(SEI)。因此，使用所述電極的鋰二次電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)。結果，所述鋰二次電池具有減少的壽命。

相反，根據本發明的實施方式的電極具有在所述硅類合金中適當控制的硅含量和活性硅與非活性硅的混合比例。此外，根據本發明的一些實施方式，硅類合金、粘結劑和導電材料的最優的混合和研磨條件產生具有1至10μm的表面粗糙度和5μm或更小的表面粗糙度偏差的電極。

所述硅類合金中硅的含量可為約60原子%至約75原子%。如果所述硅類合金中硅的含量在這個范圍內，使用所述硅類合金的電極可具有良好的表面粗糙度和粗糙度偏差特性。

所述硅類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響所述硅類合金的容量，而所述非活性硅可具有非活性矩陣結構，并可防止硅類合金的體積膨脹。

基于硅類合金中100原子%的活性硅和非活性硅的總量，活性硅的含量可為至約40原子%至約80原子%。如果活性硅的含量在這個范圍內，當對包括所述活性硅的電極充電和放電時，可有效地抑制硅類合金的體積膨脹，并且所述電極可具有良好的容量特性。

硅類合金具有分散于硅合金類基質中的硅顆粒。由于硅類合金的結構和組成，當硅顆粒在充電和放電中膨脹時，所述硅顆粒周圍的硅合金類基質可有效地控制硅的體積變化。因此，當硅類合金用作負極活性物質時，可在充電和放電中降低使用所述硅類合金的電極的膨脹率。