CN103811716A - 用于可再充电锂电池的正极和包括其的可再充电锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于可再充电锂电池的正极和一种包括所述正极的可再充电锂电池。所述正极包括集流体和位于集流体上的正极活性物质层。正极活性物质层包括正极活性材料、活性炭、导电材料和粘结剂。正极活性物质层的活性物质密度和正极活性物质层的厚度满足式1。式10.02≤活性物质层的活性物质密度(g/cc)/活性物质层的厚度(μm)≤0.3。

Description

用于可再充电锂电池的正极和包括其的可再充电锂电池
技术领域
本公开涉及一种用于可再充电锂电池的正极和一种包括该正极的可再充电锂电池。
背景技术
近来，便携式电子设备的尺寸减小和重量减轻以及便携式电子装置的普及已经引起对用作这类便携式电子装置的电源的具有高能量密度的可再充电锂电池的研究。
可再充电锂电池包括负极、正极和电解质，并通过正极和负极中的引起锂离子的嵌入/脱嵌的氧化和还原反应来产生电能。
作为负极活性物质，可再充电锂电池通常使用锂金属、碳基材料、Si等。
作为正极活性物质，可再充电锂电池通常使用能够嵌入和脱嵌锂离子的金属硫族化合物（metal chalcogenide compound），例如复合金属氧化物，诸如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2（0<x<1）、LiMnO2。
近来，已经积极地研究具有良好的功率特性的可再充电锂电池作为用于车辆的电池。
发明内容
在本发明的示例性实施例中，用于可再充电锂电池的正极展现出良好的高倍率特性和循环寿命特性。
在本发明的另一实施例中，可再充电锂电池包括所述正极。
根据本发明的实施例，一种用于可再充电锂电池的正极包括集流体和位于集流体上的正极活性物质层。正极活性物质层包括正极活性材料、活性炭、导电材料和粘结剂。正极活性物质层的正极活性物质密度和正极活性物质层的厚度满足下面的式1。
式1
0.02≤活性物质层的活性物质密度(g/cc)/活性物质层的厚度(μm)≤0.3
活性物质层的活性物质密度(g/cc)与活性物质层的厚度(μm)之比可以为大约0.025至大约0.3，如下面的式2表示的。在另一实施例中，活性物质层的活性物质密度(g/cc)与活性物质层的厚度(μm)之比可以为大约0.025至大约0.2，如下面的式3表示的。
式2
0.025≤活性物质层的活性物质密度(g/cc)/活性物质层的厚度(μm)≤0.3
式3
0.025≤活性物质层的活性物质密度(g/cc)/活性物质层的厚度(μm)≤0.2
活性物质层的活性物质密度可以为大约1.5g/cc至大约4g/cc。活性物质层的厚度可以为大约10μm至大约200μm，在另一实施例中，所述厚度可以为大约30μm至大约200μm。
根据另一实施例，一种可再充电锂电池包括所述正极、负极和电解质，负极包括负极活性材料，电解质包括有机溶剂和锂盐。
根据又一实施例，一种可再充电锂电池包括所述正极、负极、位于正极和负极之间的分隔件、电解质以及电池壳体，负极包括负极活性材料，电解质包括有机溶剂和锂盐。基于100体积%的电池壳体，正极、负极和分隔件占据的电池壳体的体积为大约80体积%至100体积%。
所述正极展现出高倍率下快速的输入和输出特性，并且可以提供展现出良好的循环寿命特性的可再充电锂电池。
附图说明
图1是根据一个实施例的可再充电锂电池单元的结构的剖视图。
图2是将示例1和对比示例1的可再充电锂电池单元的相对于循环次数的电压进行比较的曲线图。
具体实施方式
在下文中将详细地描述本公开的示例性实施例。然而，这些实施例仅是示例性的，本公开不限于此。
根据一个实施例的正极包括集流体和位于集流体上的正极活性物质层。正极活性物质层包括正极活性材料、活性炭、导电材料和粘结剂。在可再充电锂电池中，“活性物质（active mass）”通常是指活性材料（active material）、导电材料和粘结剂的混合物，在本发明中，“活性物质”是指正极活性材料、活性炭、导电材料和粘结剂的混合物。
正极活性物质层的活性物质密度(g/cc)和正极活性物质层的厚度(μm)可以满足式1。
式1
0.02≤活性物质层的活性物质密度(g/cc)/活性物质层的厚度(μm)≤0.3
活性物质层的活性物质密度(g/cc)与活性物质层的厚度(μm)之比可以为大约0.025至大约0.3，如下面的式2表示的。在另一实施例中，活性物质层的活性物质密度(g/cc)与活性物质层的厚度(μm)之比可以为大约0.025至大约0.2，如下面的式3表示的。
式2
0.025≤活性物质层的活性物质密度(g/cc)/活性物质层的厚度(μm)≤0.3
式3
0.025≤活性物质层的活性物质密度(g/cc)/活性物质层的厚度(μm)≤0.2
当正极活性物质层的活性物质密度与正极活性物质层的厚度之比满足式1时，得到的可再充电锂电池展现出高倍率下快速的输入和输出特性，并且可以实现期望的容量。
在一些实施例中，活性物质层的活性物质密度可以为大约1.5g/cc至大约4g/cc。当活性物质层的活性物质密度落在此范围内时，得到的电池展现出改善的容量。
此外，活性物质层的厚度可以为大约10μm至大约200μm，在另一实施例中，所述厚度可以为大约30μm至大约200μm。当活性物质层的厚度在这些范围内时，得到的电池具有适当的电池容量以及快速的输入和输出特性。
因此，期望的是，活性物质层的活性物质密度和厚度满足式1，并且被包括在以上范围内。
通常，随着正极活性物质的活性物质密度增加，容量增大，但是过高的密度可能是不适当的。具体而言，负载水平（即，每单位面积的正极活性材料的量）的增大会导致输出特性的劣化。此外，随着活性物质层的厚度减小，可以改善在高倍率下的输入和输出特性，但是过低的厚度导致容量衰减。因此，在本发明的一些实施例中，将活性物质层的活性物质密度和厚度适当地控制为满足式1，由此改善容量以及在高倍率下的输入和输出特性。
根据一些实施例，包括所述正极的可再充电锂电池可以有效地用作一加仑汽油所行驶的里程增加且CO2输出减少的车辆中的ISG（怠速停止和启动（idle stop and go））的电池。通常，用于ISG的电池是当汽车停止时关闭发动机并且当需要时再次启动发动机的电池。因为停止或启动汽车必须在短时间段内发生，所以这些电池应当具有非常快的反应速度。此外，这些电池在进行驱动的同时通常应当保持完全充电状态，并且应当具有低温下良好的功率特性。
根据本发明的一个实施例的正极在正极活性物质层中包括活性物质，活性物质包括正极活性材料。这能够实现可再充电锂电池的所述优点和超容量的优点，由此提供展现出快速的输入和输出电流特性以及长的循环寿命特性的电池。此外，因为正极活性物质层的活性物质密度和厚度满足式1，所以电池可以展现出高倍率下的快速的输入和输出特性以及高容量。
正极活性材料可以包括可逆地嵌入和脱嵌锂的化合物（即，锂化插层化合物）。例如，可以使用钴、锰、镍和它们的组合中的至少之一与锂的复合氧化物。适当的化合物的非限制性示例包括由下面的式子表示的化合物：
LiaA1-bXbD2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)
LiaA1-bXbO2-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)
LiaE1-bXbO2-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)
LiaE2-bXbO4-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)
LiaNi1-b-cCobXcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0<α≤2)
LiaNi1-b-cCobXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)
LiaNi1-b-cCobXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)
LiaNi1-b-cMnbXcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)
LiaNi1-b-cMnbXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)
LiaNi1-b-cMnbXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)
LiaNibEcGdO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)
LiaNibCocMndGeO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)
LiaNiGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)
LiaCoGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)
LiaMn1-bGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)
LiaMn2GbO4(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)
LiaMn1-gGgPO4(0.90≤a≤1.8，0≤g≤0.5)
QO2
QS2
LiQS2
V2O5
LiV2O5
LiZO2
LiNiVO4
Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)
Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)
LiaFePO4(0.90≤a≤1.8)
在上面的式子中，A选自于Ni、Co、Mn和它们的组合；X选自于Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素和它们的组合；D选自于O、F、S、P和它们的组合；E选自于Co、Mn和它们的组合；T选自于F、S、P和它们的组合；G选自于Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V和它们的组合；Q选自于Ti、Mo、Mn和它们的组合；Z选自于Cr、V、Fe、Sc、Y和它们的组合；J选自于V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和它们的组合。
正极活性材料化合物可以具有位于表面上的被覆层，或者可与具有被覆层的另一化合物混合。被覆层可包括从被覆元素的氧化物、被覆元素的氢氧化物、被覆元素的羟基氧化物、被覆元素的碳酸氧盐（oxycarbonate）和被覆元素的羟基碳酸盐中选择的至少一种被覆元素化合物。用于被覆层的化合物可为非晶的或结晶的。包括在被覆层中的被覆元素可包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它们的混合物。可以通过任何适当的方法来设置被覆层，只要该方法对正极活性材料的性能没有负面影响即可。例如，该方法可包括诸如喷涂、浸涂等的任何涂覆方法。这些涂覆方法对于本领域普通技术人员来讲是已知的。
在正极活性物质层中，基于正极活性物质层的总重量，正极活性材料和活性炭的总量占正极活性物质层的大约85wt%至大约98wt%。在正极活性物质层的85wt%至98wt%（即，正极活性材料和活性炭）中，正极活性材料与活性炭的混合比可以为大约80:20至大约95:5的重量比。
此外，基于正极活性物质层的总重量，可以以范围为大约1wt%至大约10wt%的量包括粘结剂和导电材料中的每者。粘结剂改善正极活性材料颗粒彼此间以及正极活性材料颗粒与集流体的粘结性能。粘结剂的非限制性示例包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
导电材料为电极提供导电性。可以使用任何导电材料作为该导电材料，只要它不引起化学变化即可。导电材料的非限制性示例包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如包括铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物；以及它们的混合物。
集流体可以为Al，但不限于此。
可以通过在溶剂中混合正极活性材料、活性炭、导电材料和粘结剂以制备活性物质组合物并将活性物质组合物涂覆在集流体上来制造正极。溶剂可以是N-甲基吡咯烷酮，但不限于此。
根据本发明的另一实施例，可再充电锂电池包括所述正极、含负极活性材料的负极以及电解质。可再充电锂电池可以包括位于正极和负极之间的分隔件，并且还可以包括电池壳体。即，根据一个实施例的可再充电锂电池包括设置在电池壳体中的正极、分隔件、负极和电解质。
可以将正极、分隔件和负极螺旋卷绕，以形成果冻卷形状。基于电池壳体的总体积，果冻卷的体积（即，正极、分隔件和负极的体积）可以占电池壳体的大约80体积%至100体积%。即，包装比可以为80体积%至100体积%。在本说明书中，电池壳体的总体积是指在组装电池之前的体积或者电池壳体由于初始充放电而增大后的总体积（例如，基于电池壳体在充电/放电之前的100体积%的初始体积，壳体的体积可增大至大约105体积%）。
当包装比落在以上范围内时，能够制造具有最佳容量的电池，并且可以有效地抑制果冻卷在电池壳体内的摇动，由此防止对果冻卷造成的损坏和电池性能的劣化。
负极包括集流体和设置在集流体上的负极活性物质层（即，负极活性材料层）。负极活性材料层包括负极活性材料。
负极活性材料包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属合金、能够掺杂/脱掺杂锂的材料或过渡金属氧化物。
能够可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料可以包括碳质材料。碳质材料可以是通常在锂离子可再充电电池中使用的任何碳基负极活性材料。碳材料的非限制性示例包括结晶碳、非晶碳和它们的混合物。结晶碳可以是非定形的、或板形的、薄片形的、球形的或纤维形状的天然石墨或人造石墨。非晶碳可以为软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、烧制焦炭等。
锂金属合金的非限制性示例包括锂与从Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al和Sn中选择的元素的合金。能够掺杂/脱掺杂锂的材料可以包括Si、Si-C复合物、SiOx（0<x<2）、Si-Q合金（其中，Q是从碱金属、碱土金属、第13族元素、第14族元素、第15族元素、第16族元素、过渡元素、稀土元素和它们的组合中选择的元素，但Q不是Si）、Sn、SnO2、Sn-R合金（其中，R是从碱金属、碱土金属、第13族元素、第14族元素、第15族元素、第16族元素、过渡元素、稀土元素和它们的组合中选择的元素，但R不是Sn）等。这些材料中的至少一种可以与SiO2混合。元素Q和R可以选自于Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、Rf、V、Nb、Ta、Db、Cr、Mo、W、Sg、Tc、Re、Bh、Fe、Pb、Ru、Os、Hs、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Tl、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po和它们的组合。
过渡金属氧化物可以包括氧化钒、氧化锂钒等。
在负极活性材料层中，基于负极活性材料层的总重量，可以包括大约95wt%至大约99wt%的量的负极活性材料。
负极活性材料层可以包括粘结剂，并可选地包括导电材料。基于负极活性材料层的总重量，负极活性材料层可以包括大约1wt%至大约5wt%的粘结剂。当负极活性材料层包括导电材料时，负极活性材料层包括大约90wt%至大约98wt%的负极活性材料、大约1wt%至大约5wt%的粘结剂和大约1wt%至大约5wt%的导电材料。
粘结剂改善负极活性材料颗粒彼此间以及负极活性材料颗粒与集流体的粘结性能。粘结剂可以包括非水溶性粘结剂、水溶性粘结剂或它们的组合。
非水溶性粘结剂的非限制性示例包括聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺和它们的组合。
水溶性粘结剂的非限制性示例包括丁苯橡胶、丙烯酸(酯)化的丁苯橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、丙烯与C2至C8烯烃的共聚物、(甲基)丙烯酸与(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物以及它们的组合。
当使用水溶性粘结剂作为负极粘结剂时，还可以包括纤维素类化合物来提供粘性。纤维素类化合物可以包括羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和它们的碱金属盐中的一种或多种。碱金属可以为Na、K或Li。基于100重量份的负极活性材料，可以包括大约0.1重量份至大约3重量份的量的纤维素类化合物。
包括导电材料来提供电极导电性。可以使用任何导电材料作为该导电材料，只要它不引起化学变化即可。导电材料的非限制性示例包括：碳基材料，例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属基材料，例如包括铜、镍、铝、银等的金属粉或金属纤维；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物；以及它们的混合物。
集流体的非限制性示例包括铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、被覆有导电金属的聚合物基板和它们的组合。
可以通过混合负极活性材料、粘结剂和可选的导电材料来制备活性材料组合物并将该组合物涂覆在集流体上来制造负极。电极制造方法是众所周知的。溶剂可以包括N-甲基吡咯烷酮等，但不限于此。当负极包括水溶性粘结剂时，负极活性材料组合物可以使用水作为溶剂。
电解质包括有机溶剂和锂盐。有机溶剂用作用于传输参与电池的电化学反应的离子的媒介。有机溶剂可包括碳酸酯类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂或非质子溶剂。
碳酸酯类溶剂的非限制性示例包括碳酸二甲酯（DMC）、碳酸二乙酯（DEC）、碳酸二丙酯（DPC）、碳酸甲丙酯（MPC）、碳酸乙丙酯（EPC）、碳酸甲乙酯（MEC）、碳酸亚乙酯（EC）、碳酸亚丙酯（PC）、碳酸亚丁酯（BC）等。
酯类溶剂的非限制性示例包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯等。
醚类溶剂的非限制性示例包括二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃等。
酮类溶剂的非限制性示例包括环己酮等。
醇类溶剂的非限制性示例包括乙醇、异丙醇等。
非质子溶剂的非限制性示例包括腈例如R-CN（其中，R为C2至C20直链烃基、支链烃基或环烃基；或者包括双键、芳香环或醚键）、酰胺（例如，二甲基甲酰胺）、二氧戊环（例如，1,3-二氧戊环）、环丁砜等。
可以使用单种有机溶剂，或者可以使用有机溶剂的混合物。当使用有机溶剂的混合物时，可以根据期望的电池性能控制混合比。
碳酸酯类溶剂可以包括环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物。环状碳酸酯和链状碳酸酯可以以大约1:1至大约1:9的体积比混合在一起。当环状碳酸酯和链状碳酸酯在此范围内混合时，可以改善电解质性能。
有机电解质可以包括碳酸酯类溶剂和芳香烃类溶剂。碳酸酯类溶剂和芳香烃类溶剂可以以范围为大约1:1至大约30:1的体积比混合在一起。
芳香烃类有机溶剂可以由下面的化学式1表示。
化学式1
Figure BDA0000402434090000091
在化学式1中，R1至R6均独立地选自于氢、卤素、C1至C10烷基、C1至C10卤代烷基和它们的组合。
芳香烃类有机溶剂的非限制性示例包括苯、氟代苯、1,2-二氟代苯、1,3-二氟代苯、1,4-二氟代苯、1,2,3-三氟代苯、1,2,4-三氟代苯、氯代苯、1,2-二氯代苯、1,3-二氯代苯、1,4-二氯代苯、1,2,3-三氯代苯、1,2,4-三氯代苯、碘代苯、1,2-二碘代苯、1,3-二碘代苯、1,4-二碘代苯、1,2,3-三碘代苯、1,2,4-三碘代苯、甲苯、氟代甲苯、2,3-二氟代甲苯、2,4-二氟代甲苯、2,5-二氟代甲苯、2,3,4-三氟代甲苯、2,3,5-三氟代甲苯、氯代甲苯、2,3-二氯代甲苯、2,4-二氯代甲苯、2,5-二氯代甲苯、2,3,4-三氯代甲苯、2,3,5-三氯代甲苯、碘代甲苯、2,3-二碘代甲苯、2,4-二碘代甲苯、2,5-二碘代甲苯、2,3,4-三碘代甲苯、2,3,5-三碘代甲苯、二甲苯和它们的组合。非水电解质还可以包括碳酸亚乙烯酯或由下面的化学式2表示的碳酸亚乙酯类化合物，以改善循环寿命。
化学式2
Figure BDA0000402434090000101
在化学式2中，R7和R8均独立地选自于氢、卤素、氰基（CN）、硝基（NO2）和C1至C5氟代烷基，只要R7和R8中的至少一个选自于卤素、氰基（CN）、硝基（NO2）和C1至C5氟代烷基（即，R7和R8中的至少一个不为氢）。
碳酸亚乙酯类化合物的非限制性示例可以包括碳酸二氟代亚乙酯、碳酸氯代亚乙酯、碳酸二氯代亚乙酯、碳酸溴代亚乙酯、碳酸二溴代亚乙酯、碳酸硝基亚乙酯、碳酸氰基亚乙酯、碳酸氟代亚乙酯等。可在合适的范围内调节用于改善循环寿命的碳酸亚乙烯酯或碳酸亚乙酯类化合物的量。
电解质还可以包括作为添加剂的硼酸酯类化合物，以改善功率特性。硼酸酯类化合物可以是三(三甲基甲硅烷)硼酸酯（TMSB）等，但不限于此。可以适当地控制硼酸酯类化合物的量。
锂盐溶于有机溶剂中，在电池中提供锂离子，能够使可再充电锂电池的基本操作运行，并且改善锂离子在正极和负极之间的传输。锂盐的非限制性示例包括支持电解质盐，例如LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2C2F5)2、Li(CF3SO2)2N、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)（其中，x和y是自然数，并且是1至20的整数）、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2（二草酸硼酸锂，LiBOB）和它们的组合。可以包括浓度为大约0.1M至大约2.0M的锂盐。当包括浓度处于此范围内的锂盐时，电解质可由于最佳的电解质导电率和粘性而具有良好的性能和锂离子迁移率。
分隔件可以包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯或它们的两个或更多个层的多层分隔件。分隔件还可以包括混合的多层，例如聚乙烯/聚丙烯的2层分隔件、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的3层分隔件、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的3层分隔件等。
图1是根据本发明实施例的可再充电锂电池的代表性结构的示意性剖视图。如图1中所示，可再充电锂电池1包括正极2、负极4以及位于正极2和负极4之间的分隔件3、电池壳体5和密封电池壳体5的密封构件6，电解质注入在其中。
下面的示例仅出于说明性的目的而给出，并且不限制本发明的范围。
示例1
在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合85wt%的LiCoO2、5wt%的活性炭、4wt%的超导电乙炔炭黑（denka black）、6wt%的聚偏二氟乙烯（产品名：Solef6020，制造商：Solvay），以制备正极活性材料浆料。
在厚度为15μm的Al箔上涂覆正极活性材料浆料，在100℃下干燥，然后压制，以制造具有活性物质密度为2.6g/cc的活性物质层（正极活性材料层）的正极。活性物质层的厚度为35μm。因此，活性物质层的活性物质密度与该层的厚度之比为大约0.074。
在水溶剂中混合92wt%的软碳、5wt%的超导电乙炔炭黑和丁苯橡胶与羧甲基纤维素（重量比为2:1）的混合物3wt%，以制备负极活性材料浆料。
在厚度为10μm的Cu箔上涂覆负极活性材料浆料，在100℃下干燥，然后压制，以制造具有活性物质密度为大约1g/cc且负载水平（L/L）为大约4.95g/cm2的活性物质层（负极活性材料层）的负极。
将分隔件插在正极和负极之间，并以圆柱的形式卷绕得到的组件，以得到果冻卷形状。作为分隔件，使用厚度为25μm的聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的3层膜。
将获得的果冻卷放入到18650尺寸的电池壳体中，并在其中注入50g电解质，以制造可再充电锂电池单元。通过将0.5wt%的三(三甲基甲硅烷)硼酸酯加入到溶于碳酸亚乙酯、碳酸乙甲酯与碳酸二甲酯（体积比为2:4:4）的混合溶液中的1.15M的LiPF6中来制备电解质。基于100体积%的电池壳体，将果冻卷（正极、负极和分隔件）的体积设为电池壳体的大约92体积%至大约94体积%。
示例2
在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合85wt%的LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2、5wt%的活性炭、4wt%的超导电乙炔炭黑、6wt%的聚偏二氟乙烯（产品名：Solef6020，制造商：Solvay），以制备正极活性材料浆料。
在厚度为15μm的Al箔上涂覆正极活性材料浆料，在100℃下干燥，然后压制，以制造具有活性物质密度为2.4g/cc的活性物质层（正极活性材料层）的正极。活性物质层的厚度为40μm。因此，活性物质层的活性物质密度与厚度之比为大约0.06。
在水溶剂中混合92wt%的软碳、5wt%的超导电乙炔炭黑和丁苯橡胶与羧甲基纤维素（重量比为2:1）的混合物3wt%，以制备负极活性材料浆料。
在厚度为10μm的Cu箔上涂覆负极活性材料浆料，在100℃下干燥，然后压制，以制造具有活性物质密度为大约1g/cc且负载水平（L/L）为大约4.95g/cm2的活性物质层（负极活性材料层）的负极。
将分隔件插在正极和负极之间，并以圆柱类型的形式卷绕所得物，以得到果冻卷形状。作为分隔件，使用厚度为25μm的聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的3层膜。
将获得的果冻卷放入到18650尺寸的电池壳体中，并在其中注入50g电解质，以制造可再充电锂电池单元。作为电解质，使用将0.5wt%的三(三甲基甲硅烷)硼酸酯加入到溶于碳酸亚乙酯、碳酸乙甲酯与碳酸二甲酯（体积比为2:4:4）的混合溶液中的1.15M的LiPF6中获得的电解质。此时，基于总共100体积%的电池壳体，将果冻卷（正极、负极和分隔件）的体积设为电池壳体的大约92体积%至大约94体积%。
示例3
在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合85wt%的LiFePO4、5wt%的活性炭、4wt%的超导电乙炔炭黑、6wt%的聚偏二氟乙烯（产品名：Solef6020，制造商：Solvay），以制备正极活性材料浆料。
在厚度为15μm的Al箔上涂覆正极活性材料浆料，在100℃下干燥，然后压制，以制造具有活性物质密度为1.9g/cc的活性物质层（正极活性材料层）的正极。活性物质层的厚度为45μm。因此，活性物质层的活性物质密度与厚度之比为大约0.042。
在水溶剂中混合92wt%的软碳、5wt%的超导电乙炔炭黑和丁苯橡胶与羧甲基纤维素（重量比为2:1）的混合物3wt%，以制备负极活性材料浆料。
在厚度为10μm的Cu箔上涂覆负极活性材料浆料，在100℃下干燥，然后压制，以制造具有活性物质密度为大约1g/cc且负载水平（L/L）为大约5.94g/cm2的活性物质层（负极活性材料层）的负极。
将分隔件插在正极和负极之间，并以圆柱类型的形式卷绕所得物，以得到果冻卷形状。作为分隔件，使用厚度为25μm的聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的3层膜。
将获得的果冻卷放入到18650尺寸的电池壳体中，并在其中注入50g电解质，以制造可再充电锂电池单元。作为电解质，使用将0.5wt%的三(三甲基甲硅烷)硼酸酯加入到溶于碳酸亚乙酯、碳酸乙甲酯与碳酸二甲酯（体积比为2:4:4）的混合溶液中的1.15M的LiPF6中获得的电解质。此时，基于总共100体积%的电池壳体，将果冻卷（正极、负极和分隔件）的体积设为电池壳体的大约92体积%至大约94体积%。
对比示例1
在厚度为15μm的Al箔上涂覆示例1中制造的正极活性材料浆料，干燥，然后压制，以制造具有活性物质密度为2.6g/cc且其厚度为200μm的活性物质层（正极活性材料层）的正极，从而使活性物质层的活性物质密度与活性物质层的厚度之比为大约0.013，除此之外，如在示例1中那样来制造可再充电锂电池单元。
对比示例2
在厚度为15μm的Al箔上涂覆示例3中制造的正极活性材料浆料，干燥，然后压制，以制造具有活性物质密度为1.9g/cc且其厚度为107μm的活性物质层（正极活性材料层）的正极，除此之外，通过与示例1的过程相同的过程来制造可再充电锂电池单元。在正极中，活性物质层的活性物质密度与活性物质层的厚度之比为大约0.018。
以30C对示例1（即，示例1(a)和示例1(b)）和对比示例1（即，对比示例1(a)和对比示例1(b)）中的每个示例的两个电池单元充放电150,000次循环，结果示出在图2中。
在以高倍率进行充电时，达到4.2V的电压表明循环寿命的结束，即，不发生充放电的情况。如图2中所示，即使执行充放电150,000次（即，150,000次循环），根据示例1（即，示例1(a)和示例1(b)）的可再充电锂电池单元也未达到4.2V。这些结果显示出根据示例1的电池单元能够更好地保持循环寿命。然而，根据对比示例1（即，对比示例1(a)和对比示例1(b)）的电池单元在第30,000次充放电循环时达到4.2V，这表明循环寿命的结束发生在30,000次循环时。因此，与根据对比示例1的电池单元相比，根据示例1的可再充电锂电池单元展现出显著改善的循环寿命特性。
对示例1至示例3和对比示例2中的每个示例中的两个电池单元进行充放电，同时改变C倍率，即，以1C、10C、30C和50C进行充放电，以这样的C倍率进行一次充放电。测量放电容量，结果示出在表1中。此外，测量充电容量，结果示出在表2中。此外，在表1中示出了在50C下的放电容量与在1C下的放电容量之比，并在表2中示出了在50C下的充电容量与在1C下的充电容量之比。
表1
放电 1C[Ah] 10C[Ah] 30C[Ah] 50C[Ah] 50C/1C(%)
示例1 4.1 3.9 3.8 3.7 92
示例1 4.1 3.9 3.8 3.7 92
示例2 4.0 3.8 3.7 3.6 91
示例2 4.0 3.8 3.7 3.6 91
示例3 3.2 3.1 2.9 2.8 87
示例3 3.2 3.1 2.9 2.8 87
对比示例2 3.9 3.1 2.6 1.4 37
对比示例2 3.9 3.1 2.6 1.4 38
表2
充电 1C[Ah] 10C[Ah] 30C[Ah] 50C[Ah] 50C/1C(%)
示例1 4.0 3.7 3.3 2.9 72
示例1 4.0 3.7 3.3 2.9 72
示例2 3.9 3.7 3.4 3.1 80
示例2 3.9 3.7 3.4 3.1 80
示例3 3.2 3.0 2.8 2.6 80
示例3 3.2 3.0 2.8 2.6 81
对比示例2 3.8 2.9 2.4 1.4 37
对比示例2 3.8 2.9 2.4 1.4 37
如表1和表2中所示，与根据对比示例2的可再充电锂电池单元相比，根据示例1至示例3的可再充电锂电池单元展现出高倍率下良好的充电和放电特性。
尽管已经结合特定的示例性实施例示出并描述了本发明，但是本领域普通技术人员将理解的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对所描述的实施例做出各种修改。

Claims (19)

1.一种用于可再充电锂电池的正极，所述正极包括：
集流体；以及
正极活性物质层，位于集流体上，正极活性物质层包括正极活性材料、活性炭、导电材料和粘结剂，正极活性物质层具有满足式1的正极活性物质密度和厚度：
式1
0.02≤活性物质密度/厚度≤0.3，活性物质密度的单位为g/cc，厚度的单位为μm。
2.根据权利要求1所述的正极，其中，正极活性物质层的正极活性物质密度和厚度满足式2：
式2
0.025≤活性物质密度/厚度≤0.3，活性物质密度的单位为g/cc，厚度的单位为μm。
3.根据权利要求1所述的正极，其中，正极活性物质层的正极活性物质密度和厚度满足式3：
式3
0.025≤活性物质密度/厚度≤0.2，活性物质密度的单位为g/cc，厚度的单位为μm。
4.根据权利要求1所述的正极，其中，正极活性物质层的正极活性物质密度为1.5g/cc至4g/cc。
5.根据权利要求1所述的正极，其中，正极活性物质层的厚度为10μm至200μm。
6.根据权利要求1所述的正极，其中，正极活性物质层的厚度为30μm至200μm。
7.根据权利要求1所述的正极，其中，基于100wt%的正极活性物质层，正极活性材料和活性炭的总量占正极活性物质层的85wt%至98wt%。
8.根据权利要求7所述的正极，其中，正极活性材料与活性炭之比为80:20至95:5的重量比。
9.根据权利要求1所述的正极，其中，基于正极活性物质层的总重量，粘结剂和导电材料均以1wt%至10wt%的量存在。
10.一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括：
根据权利要求1所述的正极；
负极，包括负极活性材料；以及
电解质。
11.根据权利要求10所述的可再充电锂电池，其中，正极活性物质层的正极活性物质密度和厚度满足式2：
式2
0.025≤活性物质密度/厚度≤0.3，活性物质密度的单位为g/cc，厚度的单位为μm。
12.根据权利要求10所述的可再充电锂电池，其中，正极活性物质层的正极活性物质密度和厚度满足式3：
式3
0.025≤活性物质密度/厚度≤0.2，活性物质密度的单位为g/cc，厚度的单位为μm。
13.根据权利要求10所述的可再充电锂电池，其中，正极活性物质层的正极活性物质密度为1.5g/cc至4g/cc。
14.根据权利要求10所述的可再充电锂电池，其中，正极活性物质层的厚度为10μm至200μm。
15.根据权利要求10所述的可再充电锂电池，其中，正极活性物质层的厚度为30μm至200μm。
16.根据权利要求10所述的可再充电锂电池，所述可再充电锂电池还包括：
分隔件，位于正极和负极之间；以及
电池壳体，
其中，基于100体积%的电池壳体，正极、负极和分隔件占据80体积%至100体积%的电池壳体。
17.根据权利要求10所述的可再充电锂电池，其中，基于100wt%的正极活性物质层，正极活性材料和活性炭的总量占正极活性物质层的85wt%至98wt%。
18.根据权利要求17所述的可再充电锂电池，其中，正极活性材料与活性炭之比为80:20至95:5的重量比。
19.根据权利要求10所述的可再充电锂电池，其中，基于正极活性物质层的总重量，粘结剂和导电材料均以1wt%至10wt%的量存在。
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