CN104425847A - 可再充电锂电池 - Google Patents

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Abstract

可再充电锂电池包括：包括顺序地堆叠的正极、第一隔板、负极和第二隔板的电极组件。所述第一隔板包括包含面对所述正极的第一侧和面对所述负极的第二侧的第一基底。所述第二隔板包括包含面对所述负极的第三侧和面对所述正极的第四侧的第二基底。所述第一侧至所述第四侧的至少一个包括包含有机材料的有机层，和所述第二侧和所述第三侧的至少一个包括包含无机材料的无机层。

Description

可再充电锂电池
技术领域
公开了典型的可再充电锂电池。
背景技术
可再充电锂电池包括正极、负极以及在正极和负极之间的隔板。
隔板使在正极和负极之间的空间电绝缘并包括锂离子移动通过其的微孔。隔板的关闭功能防止当电池温度高于预定温度时电池的过热。
然而，这样的隔板可无法有效地防止在重复循环期间的电池膨胀。而且，电池的过热可限制隔板的关闭功能以及在正极和负极之间的绝缘功能。
发明内容
本发明的实施方式的一个或多个方面涉及可再充电锂电池，其通过将电池强度控制为对于纵向压缩是有利的和控制薄的厚度而防止在重复循环期间的电池膨胀并改善电池安全性。
一个实施方式提供可再充电锂电池，其包括：包括顺序地堆叠的正极、第一隔板、负极和第二隔板的电极组件，其中所述第一隔板包括包含面对所述正极的第一侧和面对所述负极的第二侧的第一基底，所述第二隔板包括包含面对所述负极的第三侧和面对所述正极的第四侧的第二基底，和其中至少一个包括有机材料的有机层位于所述第一侧和所述第二侧的至少一个上或者位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和至少一个包括无机材料的无机层位于所述第二侧和所述第三侧的至少一个上。
所述有机层可位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和所述无机层可位于所述第三侧上。
所述有机层可位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和所述无机层可位于所述第一侧和所述第三侧上。
所述有机层可位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和所述无机层可位于所述第二侧和所述第三侧上。
所述有机层可位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和所述无机层可位于所述第二侧和所述第四侧上。
所述第一基底和所述第二基底可各自包括具有约0.01μm-约1μm尺寸的孔。
所述第一基底和所述第二基底可各自包括基于聚烯烃的树脂。
所述第一基底和所述第二基底可各自具有约6μm-约25μm的厚度。
所述有机材料可包括颗粒，所述颗粒包括聚烯烃、聚烯烃衍生物、聚烯烃蜡、基于丙烯酰基的聚合物、或其组合。所述有机材料的重均分子量可为约300-约10,000g/mol，和所述有机材料的粒度可为约100nm-约5μm。
当所述有机层位于所述第一侧和所述第二侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第一基底，所述有机材料可为约1重量份-约80重量份的量，和当所述有机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第二基底，所述有机材料可为约1重量份-约80重量份的量。
所述有机层可具有约1μm-约6μm的厚度。
所述有机层可进一步包括不同于所述有机材料的粘结剂，和所述粘结剂可包括苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、羟乙基纤维素(HEC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-丙烯酸共聚物、聚丙烯腈、醋酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、基于丙烯酰基的橡胶、或其组合。
所述无机材料可包括SiO2、Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH)、TiO2、BaTiO3、ZnO2、Mg(OH)2、MgO、Ti(OH)4、ZrO2、氮化铝、碳化硅、氮化硼、或其组合，和所述无机材料可具有约0.1μm-约5μm的粒度。
当所述无机层位于所述第一侧和所述第二侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第一基底，所述无机材料可为约20重量份-约200重量份的量，和当所述无机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第二基底，所述无机材料可为约20重量份-约200重量份的量。
所述无机层可具有约0.5μm-约7μm的厚度。
所述无机层可进一步包括粘结剂。
其它实施方式包括在以下详细描述中。
提供可再充电锂电池，其通过将电池强度控制为对于纵向压缩是有利的和控制薄的厚度而防止在重复循环期间的电池膨胀并具有改善的安全性。
附图说明
图1为显示根据一个或多个实施方式的可再充电锂电池的分解透视图。
图2为显示根据一个实施方式的可再充电锂电池的结构的横截面分解图。
图3为显示根据另一实施方式的可再充电锂电池的结构的横截面分解图。
图4为显示根据又一实施方式的可再充电锂电池的结构的横截面分解图。
图5为显示根据再一实施方式的可再充电锂电池的结构的横截面分解图。
具体实施方式
在下文中，详细描述实施方式。然而，这些实施方式是示例性的，且本公开内容不限于此。此外，当描述本发明的实施方式时“可”的使用是指“本发明的一个或多个实施方式”。
参照图1描述根据一个实施方式的可再充电锂电池。
图1为根据一个实施方式的可再充电锂电池的分解透视图。根据一个实施方式的可再充电锂电池例如为棱柱电池，但本发明不限于此，且可应用于多种电池例如锂聚合物电池、圆柱形电池等。
参照图1，根据一个实施方式的可再充电锂电池100包括电极组件140和容纳电极组件140的壳150，电极组件140包括顺序地堆叠的正极110、第一隔板130、负极120和第二隔板130'。介于正极110和负极120之间的第一隔板130和第二隔板130'可浸渍有电解质(未示出)。
根据一个实施方式的电极组件可通过将所述正极和所述负极、以及两个隔板螺旋卷绕而形成。介于所述正极和所述负极之间的第一隔板可不具有粘附，且介于所述正极和所述负极之间的第二隔板可具有粘附。当将所述具有粘附的隔板和所述不具有粘附的隔板一起使用时，可获得薄的可再充电锂电池且其可抵抗随着充电和放电循环重复的膨胀，和通过为了纵向压缩优化电池强度可改善电池安全性。通过进一步降低电池单元的强度以获得更好的纵向压缩，可改善可再充电锂电池的安全性，例如，防止由于电池单元的过热的爆炸。
在一些实施方式中，所述第一隔板可包括包含面对所述正极的第一侧和面对所述负极的第二侧的第一基底，和所述第二隔板可包括包含面对所述负极的第三侧和面对所述正极的第四侧的第二基底。至少一种无机材料和至少一种有机材料可覆盖在所述第一侧至所述第四侧的至少一个上，且这里，所述无机材料和所述有机材料可覆盖在同一侧或彼此不同的侧上。
隔板的覆盖有所述有机材料的侧可具有粘附，和隔板的覆盖有所述无机材料或者既未覆盖无机材料也未覆盖有机材料的侧可不具有粘附。根据一个实施方式，所述有机材料可覆盖在所述第一侧和所述第二侧的至少一个上或者在所述第三侧和所述第四侧的至少一个上以螺旋卷绕包括具有粘附的一个隔板和不具有粘附的另一隔板的电极组件。换句话说，所述第一隔板和所述第二隔板之一的一侧可覆盖有所述有机材料。
另外，所述无机材料可覆盖在所述第一侧至所述第四侧的至少一个上，和根据一个实施方式，覆盖在所述第二侧和所述第三侧的至少一个上。换句话说，所述无机材料可覆盖在各隔板中的基底的面对负极的一侧上。在一些实施方式中，当所述无机材料覆盖在基底的面对负极的一侧上时，在所述隔板的其上覆盖所述无机材料的侧中可包括的电解质的量相对增加且所述电解质更容易地供应到负极中，由此降低反应阻力和防止由于副反应产物等导致的厚度膨胀。
参照图2-5更详细地描述根据一个实施方式的可再充电锂电池的结构。图2-5为用于解释本发明的实例，但本发明不限于此。
图2为显示根据一个实施方式的可再充电锂电池的结构的横截面图。
参照图2，根据一个实施方式的可再充电锂电池10包括电极组件，所述电极组件包括顺序地堆叠的正极11、第一隔板13、负极12和第二隔板14。第一隔板13包括包含面对正极11的第一侧和面对负极12的第二侧的第一基底15，和第二隔板14包括包含面对负极12的第三侧和面对正极11的第四侧的第二基底16。这里，第二隔板14可进一步包括位于所述第三侧上并包括无机材料的无机层17、以及位于所述第三侧和所述第四侧上并包括有机材料的有机层18。在所述第三侧上，无机层17和在无机层17上的有机层18可共存。
根据该结构，未覆盖有机材料的第一隔板13可不具有粘附，和覆盖有有机材料的第二隔板14可具有粘附。当具有粘附的隔板与另一不具有粘附的隔板一起使用时，可形成薄的可再充电锂电池且有效地防止其随着充电和放电循环重复而膨胀，和所得可再充电锂电池的安全性可因此通过如下改善：降低电池强度，使得所述电池对于纵向压缩可为有利的。
另外，包括无机材料的无机层17位于面对负极12的第三侧上，使得电解质可充分地供应到负极。结果，反应阻力可降低且可防止由于副反应产物等导致的厚度膨胀。
图3为显示根据本发明的另一实施方式的可再充电锂电池的结构的横截面图。
参照图3，根据一个实施方式的可再充电锂电池20包括电极组件，所述电极组件包括顺序地堆叠的正极21、第一隔板23、负极22和第二隔板24。第一隔板23包括包含面对正极21的第一侧和面对负极22的第二侧的第一基底25，和第二隔板24包括包含面对负极22的第三侧和面对正极21的第四侧的第二基底26。
这里，第一隔板23可进一步包括位于所述第一侧上且包括无机材料的无机层27。另外，第二隔板24可进一步包括位于所述第三侧上且包括无机材料的无机层27以及位于所述第三和第四侧上且包括有机材料的有机层28。在所述第三侧上，无机层27和在无机层27上的有机层28可共存。
根据该结构，未覆盖有机材料的第一隔板23可不具有粘附，和覆盖有有机材料的第二隔板24可具有粘附。当具有粘附的隔板与另一不具有粘附的隔板一起使用时，可形成薄的可再充电锂电池且可有效地防止其随着充电和放电循环重复而膨胀，和所得可再充电锂电池的安全性可通过如下改善：降低电池强度，使得所述电池对于纵向压缩可为有利的。
另外，由于存在于第二隔板24上的无机层27位于面对负极22的第三侧上，电解质可充分地供应到负极且因此，可降低所述电池的反应阻力并防止由于副反应产物等导致的厚度膨胀。
图4为显示根据另一实施方式的可再充电锂电池的结构的横截面图。
参照图4，根据一个实施方式的可再充电锂电池30包括电极组件，所述电极组件包括顺序地堆叠的正极31、第一隔板33、负极32和第二隔板34。第一隔板33包括包含面对正极31的第一侧和面对负极32的第二侧的第一基底35，和第二隔板34包括包含面对负极32的第三侧和面对正极31的第四侧的第二基底36。这里，第一隔板33可进一步包括位于所述第二侧上且包括无机材料的无机层37。另外，第二隔板34可进一步包括位于所述第三侧上且包括无机材料的无机层37、以及位于所述第三和第四侧上且包括有机材料的有机层38。在所述第三侧上，无机层37和在无机层37上的有机层38可共存。
根据该结构，未覆盖有机材料的第一隔板33可不具有粘附，但覆盖有有机材料的第二隔板34可具有粘附。当具有粘附的隔板与另一不具有粘附的隔板一起使用时，可形成薄的可再充电锂电池且可有效地防止其随着充电和放电循环重复而膨胀，和所得可再充电锂电池的安全性可通过如下改善：降低电池强度，使得所述电池对于纵向压缩可为有利的。
另外，由于分别存在于第一隔板33和第二隔板34上的无机层37位于面对负极32的第二侧和第三侧上，电解质可充分地供应到负极且因此，可降低所述电池的反应阻力并防止由于副反应产物等导致的厚度膨胀。
图5为显示根据另一实施方式的可再充电锂电池的结构的横截面图。
参照图5，根据一个实施方式的可再充电锂电池40包括电极组件，所述电极组件包括顺序地堆叠的正极41、第一隔板43、负极42和第二隔板44。第一隔板43包括包含面对正极41的第一侧和面对负极42的第二侧的第一基底45，和第二隔板44包括包含面对负极42的第三侧和面对正极41的第四侧的第二基底46。这里，第一隔板43可进一步包括位于所述第二侧上且包括无机材料的无机层47。另外，第二隔板44可进一步包括位于所述第四侧上且包括无机材料的无机层47以及位于所述第三和第四侧上且包括有机材料的有机层48。在所述第四侧上，无机层47和在无机层47上的有机层48可共存。
根据该结构，未覆盖有机材料的第一隔板43可不具有粘附，和覆盖有有机材料的第二隔板44可具有粘附。当具有粘附的隔板与另一不具有粘附的隔板一起使用时，可形成薄的可再充电锂电池且可有效地防止其随着充电和放电循环重复而膨胀，和所得可再充电锂电池的安全性可通过如下改善：降低电池强度，使得所述电池对于纵向压缩可为有利的。
另外，由于存在于第一隔板43上的无机层47位于面对负极42的第二侧上，电解质可容易地供应到负极且因此，可降低所述电池的反应阻力并防止由于副反应产物等导致的厚度膨胀。
所述第一基底和所述第二基底可各自包括基于聚烯烃的树脂。所述基于聚烯烃的树脂可为例如基于聚乙烯的树脂、基于聚丙烯的树脂、或其组合。
所述第一基底和所述第二基底可各自包括孔。锂离子可移动通过这样的孔。
所述孔可具有约0.01μm-约1μm、在一些实施方式中约0.03μm-约1μm、和在另外的实施方式中约0.1μm-约1μm的尺寸。当所述孔具有在所述范围内的尺寸时，可通过如下保证可再充电锂电池的性能和安全性：防止由于锂枝晶的形成导致的内部短路和使锂离子的移动阻力最小化。
所述第一基底和所述第二基底可各自具有约6μm-约25μm、和在一些实施方式中约7μm-约20μm的厚度。当所述基底具有在所述范围内的厚度时，由于优异的物理特性，可保证可再充电锂电池的优异的安全性以及容量。
所述有机材料可包括颗粒，所述颗粒包括聚烯烃、聚烯烃衍生物、聚烯烃蜡、基于丙烯酰基的聚合物、或其组合。
所述有机材料的重均分子量可为约300-约10,000g/mol、和在一些实施方式中约2,000-约6,000g/mol。所述有机材料的粒度可为约100nm-约5μm、和在一些实施方式中约200nm-约3μm。当所述有机材料具有在这些范围内的重均分子量和粒度时，通过使锂离子的移动阻力最小化可改善可再充电锂电池的性能。
当所述有机层位于所述第一侧和所述第二侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第一基底，可以约1重量份-约80重量份、和在一些实施方式中约30重量份-约70重量份的量包括所述有机材料。
当所述有机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第二基底，可以约1重量份-约80重量份、和在一些实施方式中约30重量份-约70重量份的量包括所述有机材料。当在所述量范围内包括所述有机材料时，在电池的充电和放电循环期间，可进一步防止电池膨胀。
所述有机层可具有约1μm-约6μm、和在一些实施方式中约3μm-约6μm的厚度。当所述有机层具有在所述范围内的厚度时，可制造薄的可再充电锂电池，且还可防止其在所述电池的充电和放电循环期间的膨胀。
除所述有机材料之外，所述有机层可进一步包括粘结剂。
所述粘结剂可为不同于所述有机材料的材料。所述粘结剂的非限制性实例包括苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、羟乙基纤维素(HEC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-丙烯酸共聚物、聚丙烯腈、醋酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、基于丙烯酰基的橡胶、或其组合，和在一些实施方式中，可使用苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)与羧甲基纤维素(CMC)的混合物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、聚乙烯醇(PVA)、乙烯-丙烯酸共聚物、或基于丙烯酰基的橡胶。
当在所述有机层中包括粘结剂时，所述粘结剂可与存在于正极和负极中的粘结剂物理交联并可改善隔板和电极之间的粘附。
所述无机材料可包括SiO2、Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH)、TiO2、BaTiO3、ZnO2、Mg(OH)2、MgO、Ti(OH)4、ZrO2、氮化铝、碳化硅、氮化硼、或其组合。
所述无机材料可具有约0.1μm-约5μm、和在一些实施方式中约0.3μm-约1μm的粒度。当所述无机材料具有在所述范围内的粒度时，通过将所述颗粒均匀地覆盖在基底上和使锂离子的移动阻力最小化，可保证可再充电锂电池的性能。
当所述无机层位于所述第一侧和所述第二侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第一基底，可以约20重量份-约200重量份、和在一些实施方式中约80重量份-约150重量份的量包括所述无机材料。当所述无机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第二基底，可以约20重量份-约200重量份、和在一些实施方式中约80重量份-约150重量份的量包括所述无机材料。当在该范围内包括所述无机材料时，通过进一步降低电池单元的强度以获得更好的纵向压缩，可改善可再充电锂电池的安全性，例如防止由于电池单元的过热导致的电池的爆炸。
所述无机层可具有约0.5μm-约7μm、和在一些实施方式中约1μm-约6μm的厚度。当所述无机层具有在所述范围内的厚度时，通过进一步降低电池的强度，可进一步改善可再充电锂电池的安全性。
除所述无机材料之外，所述无机层可进一步包括粘结剂。
所述粘结剂可使用与所述有机层中包括的粘结剂相同的材料。
在一些实施方式中，所述正极包括集流体和设置在所述集流体上的正极活性物质层。
所述正极集流体可使用铝，但不限于此。
在一些实施方式中，所述正极活性物质层包括正极活性物质。
所述正极活性物质可为能够嵌入和脱嵌锂的化合物(锂化插层化合物)，和在一些实施方式中可为锂金属氧化物。
所述锂金属氧化物可特别地为选自钴、锰、镍和铝的至少一种金属和锂的氧化物。更特别地，可使用由以下化学式之一表示的化合物。
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≤0.05，0<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)；和LiFePO4。
在以上化学式中，A选自Ni、Co、Mn、或其组合；X选自Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素、或其组合；D选自O、F、S、P、或其组合；E选自Co、Mn、或其组合；T选自F、S、P、或其组合；G选自Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V、或其组合；Q选自Ti、Mo、Mn、或其组合；Z选自Cr、V、Fe、Sc、Y、或其组合；和J选自V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、或其组合。
在一些实施方式中，所述锂金属氧化物可为锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、或其组合，和在一些实施方式中，可使用锂镍钴锰氧化物和锂镍钴铝氧化物的混合物。
除所述正极活性物质之外，所述正极活性物质层可进一步包括粘结剂和导电材料。
在一些实施方式中，所述粘结剂改善正极活性物质颗粒彼此的粘结性质、以及正极活性物质与正极集流体的粘结性质。所述粘结剂的非限制性实例包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯化的(丙烯酸类改性的)苯乙烯-丁二烯橡胶、环氧树脂、尼龙等，但不限于此。
在一些实施方式中，所述导电材料改善电极的导电性。可使用任何电导性材料作为导电材料，如果其不在电池中引起化学变化。所述导电材料的非限制性实例包括基于碳的材料例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；基于金属的材料例如铜、镍、铝、银等的金属粉末或金属纤维等；导电聚合物例如聚亚苯基衍生物等；或其混合物。
在一些实施方式中，所述负极包括负极集流体和位于所述负极集流体上的负极活性物质层。
所述负极集流体可使用铜箔。
所述负极活性物质层可包括负极活性物质、粘结剂和任选的导电材料。
所述负极活性物质可包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂金属或半金属合金、能够掺杂和去掺杂锂的材料、或过渡金属氧化物。
所述可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料可为碳材料，所述碳材料为适合用在可再充电锂电池中的任何基于碳的负极活性物质，且其非限制性实例包括结晶碳、无定形碳、或其混合物。所述结晶碳的非限制性实例包括石墨例如非成形的、板状、薄片、球状或纤维状的天然石墨或人造石墨，和所述无定形碳的非限制性实例可为软碳或硬碳、中间相沥青碳化产物、烧结焦炭等。
所述锂金属或半金属合金可为锂与选自如下的金属或半金属的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al、和Sn。
所述能够掺杂和去掺杂锂的材料可为Si、SiOx(0<x<2)、Si-C复合物、Si-Q合金(其中Q为碱金属、碱土金属、13-16族元素的至少一种、过渡金属、稀土元素或其组合，且不为Si)、Sn、SnO2、Sn-C复合物、Sn-R(其中R为碱金属、碱土金属、13-16族元素的至少一种、过渡金属、稀土元素、或其组合，且不为Sn)等，和这些材料的至少一种可与SiO2混合。所述Q和R的非限制性实例包括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、或其组合。
所述过渡金属氧化物可为钒氧化物、锂钒氧化物等。
在一些实施方式中，所述粘结剂改善负极活性物质颗粒彼此的粘结性质、以及负极活性物质与负极集流体的粘结性质。所述粘结剂包括非水溶性粘结剂、水溶性粘结剂、或其组合。所述非水溶性粘结剂包括聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺、或其组合。所述水溶性粘结剂包括苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯化的(丙烯酸类改性的)苯乙烯-丁二烯橡胶、聚乙烯醇、聚丙烯酸钠、丙烯与C2-C8烯烃的聚合物、(甲基)丙烯酸和(甲基)丙烯酸烷基酯的共聚物、或其组合。当使用所述水溶性粘结剂作为负极粘结剂时，可进一步使用基于纤维素的化合物以提供粘度。所述基于纤维素的化合物包括如下的一种或多种：羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素、或其碱金属盐。所述碱金属可为Na、K或Li。基于100重量份的所述负极活性物质，可以约0.1重量份-约3重量份的量包括所述基于纤维素的化合物。
在一些实施方式中，所述导电材料改善电极的导电性。可使用任何电导性材料作为导电材料，除非其在电池中引起化学变化。所述导电材料的非限制性实例包括基于碳的材料例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；基于金属的材料例如铜、镍、铝、银等的金属粉末或金属纤维等；导电聚合物例如聚亚苯基衍生物等；或其混合物。
所述负极可通过如下制造：将所述负极活性物质、粘结剂和导电材料在溶剂中混合以制备负极活性物质组合物，和将所述负极活性物质组合物施加在所述负极集流体上。这里，所述溶剂可为N-甲基吡咯烷酮等，但不限于此。
在一些实施方式中，所述电解质包括非水有机溶剂和锂盐。
所述非水有机溶剂可用作用于传输参与电池的电化学反应的离子的介质。所述非水有机溶剂可选自基于碳酸酯的溶剂、基于酯的溶剂、基于醚的溶剂、基于酮的溶剂、基于醇的溶剂、或非质子溶剂。
所述基于碳酸酯的溶剂可包括，例如，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)、碳酸乙甲酯(EMC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等。
在其中链状碳酸酯化合物和环状碳酸酯化合物混合的实施方式中，可获得具有高的介电常数和低的粘度的有机溶剂。在一些实施方式中，所述环状碳酸酯和所述链状碳酸酯以范围为约1:1-约1:9的体积比混合在一起。
另外，所述基于酯的溶剂可为例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、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。所述基于醚的溶剂可为例如二丁基醚、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，和所述基于酮的溶剂可为环己酮等。另外，所述基于醇的溶剂可为乙醇、异丙醇等。
所述非水有机溶剂可单独或以混合物使用，和当所述有机溶剂以混合物使用时，可根据期望的电池性能控制混合比。
所述电解质可进一步包括过充电抑制剂添加剂例如碳酸亚乙烯酯、焦碳酸酯等。
在一些实施方式中，溶解在有机溶剂中的锂盐供应电池中的锂离子，改善其中的正极和负极之间的锂离子传输，和基本上运行可再充电锂电池。
所述锂盐的非限制性实例包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、其中x和y为自然数的LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2(双(草酸)硼酸锂，LiBOB)、或其组合。
所述锂盐可以范围为约0.1M-约2.0M的浓度使用。当在以上浓度范围内包括所述锂盐时，由于最佳的电解质电导率和粘度，电解质可具有优异的性能和锂离子迁移率。
在下文中，参照实施例更详细地说明实施方式。然而，这些实施例是示例性的，且本公开内容不限于此。
而且，未在本公开内容中描述的内容可被具有本领域中的知识的人员充分地理解且将不在此说明。
实施例1
正极的制造
将98重量％LiCoO2、1重量％炭黑和1重量％聚偏氟乙烯添加到N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶剂，制备浆料。将所述浆料涂覆在薄的铝(Al)箔上，然后干燥和辊压，制造正极。
负极的制造
将98重量％石墨、1重量％苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)和1重量％羧甲基纤维素(CMC)添加到水溶剂，制备浆料。将所述浆料涂覆在铜箔上，然后干燥和辊压，制造负极。
隔板的制造
将97.5重量％基于丙烯酰基的聚合物(FA016A，Asahi Inc.)连同2.5重量％苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)一起与水混合，制备有机层组合物。
将95重量％具有0.6μm的粒度的AlO(OH)连同5重量％苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)一起与水混合，制备无机层组合物。
在具有范围0.1μm-1μm的孔径的第一聚乙烯基底的一侧上涂覆所述无机层组合物以形成无机层，制造第一隔板。
通过如下制造第二隔板：在具有范围0.1μm-1μm的孔径的第二聚乙烯基底的一侧上涂覆所述无机层组合物以形成无机层，和在具有所述无机层的所述第二聚乙烯基底的两侧上涂覆所述有机层组合物以形成有机层。
这里，所述第一和第二基底各自为9μm厚，在所述第一和第二基底的一侧上形成的所述无机层各自为5μm厚，和所述有机层为2μm厚。
电解质的制备
通过如下制造电解质溶液：将碳酸亚乙酯、碳酸乙甲酯和碳酸二甲酯以2:4:4的体积比混合，并向混合物添加1.15M LiPF6。
可再充电锂电池单元的制造
将所述正极、第一隔板、负极和第二隔板顺序地堆叠以制造电极组件，将电极组件置于电池壳中，然后将所述电解质溶液注入其中，制造可再充电锂电池单元。这里，如图3中所示，对于所述第一隔板，在所述第一基底的一侧上的所述无机层安置成面对所述正极，和对于所述第二隔板，在所述第二基底的一侧上的所述无机层安置成面对所述负极，制造可再充电锂电池单元。
实施例2
根据与实施例1中相同的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用具有范围0.1μm-1μm的孔径的第一聚乙烯隔板代替根据实施例1的第一隔板之外。
对比例1
根据与实施例1中相同的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用以下用于制造隔板和可再充电锂电池单元的方法之外：
通过如下制造第一隔板：在具有范围0.1μm-1μm的孔径的第一聚乙烯基底的一侧上涂覆所述无机层组合物以形成无机层，和在具有所述无机层的所述第一基底的两侧上涂覆所述有机层组合物以形成有机层。
通过如下制造第二隔板：在具有范围0.1μm-1μm的孔径的第二聚乙烯基底的一侧上涂覆所述无机层组合物以形成无机层，然后在具有所述无机层的所述第二基底的两侧上涂覆所述有机层组合物以形成有机层。
这里，所述第一和第二基底各自为9μm厚，在所述第一和第二基底的一侧上形成的所述无机层各自为5μm厚，且在具有所述无机层的所述第一和第二基底上的有机层为2μm厚。
将所述正极、第一隔板、负极和第二隔板顺序地堆叠以制造电极组件，将电极组件置于电池壳中，然后将所述电解质溶液注入其中，制造可再充电锂电池单元。这里，对于所述第一隔板，在所述第一基底的一侧上的所述无机层安置成面对所述正极，和对于所述第二隔板，在所述第二基底的一侧上的所述无机层也安置成面对所述正极，制造可再充电锂电池单元。
对比例2
根据与实施例1中相同的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用以下用于制造隔板和可再充电锂电池单元的方法之外：
通过如下制造第一隔板：在具有范围0.1μm-1μm的孔径的第一聚乙烯基底的一侧上涂覆所述无机层组合物以形成无机层。另外，使用具有范围0.1μm-1μm的孔径且既未涂覆无机层也未涂覆有机层的第二聚乙烯隔板。
这里，所述第一和第二基底各自为9μm厚，在所述第一基底的一侧上形成的所述无机层为5μm厚。
将所述正极、第一隔板、负极和第二隔板顺序地堆叠以制造电极组件，将电极组件置于电池壳中，然后将所述电解质溶液注入其中，制造可再充电锂电池单元。这里，对于所述第一隔板，在所述第一基底的一侧上的所述无机层安置成面对所述正极，制造可再充电锂电池单元。
评价1：电极组件的厚度
通过使用高度计测量根据实施例1和2、以及对比例1和2的电极组件的厚度，且结果提供在下表1中。
评价2：电极组件的强度
为了测量根据实施例1和2以及对比例1和2的电极组件的强度，通过使用万能试验机(AMETEK，LLOYD Instruments)进行压缩极限测试，且结果提供在下表1中。
评价3：在充电之后可再充电锂电池的膨胀
将根据实施例1和2以及对比例1和2的可再充电锂电池单元在以下条件下充电和放电，然后分解以评价其在充电后的膨胀程度，测量正极和负极以及隔板的各厚度变化，且结果提供在下表1中。
充电条件：CC-CV/4.35V/0.5C/0.1C截止
放电条件：CC/1.0C/3.5V截止
表1
参照表1，使用具有粘附的隔板和另一不具有粘附的隔板且将至少一个无机层安置成面对负极的实施例1和2可不仅实现薄的可再充电锂电池单元，而且可使在充电后所述电池单元的膨胀最小化且可使所述电池单元的强度急剧下降，由此改善所述电池单元的安全性。
另一方面，由于在充电后的电池膨胀和电池单元的高的强度，使用两个具有粘附的隔板的对比例1可无法保证电池单元的安全性，和由于初始的厚的厚度以及在充电后的电池膨胀，使用不具有粘附的隔板的对比例2对于使用可不是良好的。
尽管已经关于目前认为是实践的示例性实施方式的内容描述了本公开内容，但是将理解本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，意图覆盖包括在所附权利要求及其等同物的精神和范围内的各种变型和等同布置。

Claims (20)

1.可再充电锂电池，包括
包括顺序地堆叠的正极、第一隔板、负极和第二隔板的电极组件，
其中所述第一隔板包括包含面对所述正极的第一侧和面对所述负极的第二侧的第一基底，
所述第二隔板包括包含面对所述负极的第三侧和面对所述正极的第四侧的第二基底，和
其中至少一个包括有机材料的有机层位于所述第一侧和所述第二侧的至少一个上或者位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和
至少一个包括无机材料的无机层位于所述第二侧和所述第三侧的至少一个上。
2.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和
所述无机层位于所述第三侧上。
3.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和
无机层位于所述第一侧和所述第三侧的每一个上。
4.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和
无机层位于所述第二侧和所述第三侧的每一个上。
5.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，和
无机层位于所述第二侧和所述第四侧的每一个上。
6.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述第一基底和所述第二基底各自包括具有0.01μm-1μm的尺寸的孔。
7.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述第一基底和所述第二基底各自包括基于聚烯烃的树脂。
8.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述第一基底和所述第二基底各自具有6μm-25μm的厚度。
9.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机材料包括选自如下的颗粒：聚烯烃、聚烯烃衍生物、聚烯烃蜡、基于丙烯酰基的聚合物、或其组合。
10.权利要求9的可再充电锂电池，其中所述有机材料的重均分子量为300-10,000g/mol。
11.权利要求9的可再充电锂电池，其中所述有机材料具有100nm-5μm的粒度。
12.权利要求1的可再充电锂电池，其中当所述有机层位于所述第一侧和所述第二侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第一基底，以1重量份-80重量份的量包括所述有机材料，和
当所述有机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上，基于100重量份的所述第二基底，以1重量份-80重量份的量包括所述有机材料。
13.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机层具有1μm-6μm的厚度。
14.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机层进一步包括不同于所述有机材料的粘结剂。
15.权利要求14的可再充电锂电池，其中所述粘结剂包括苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、羧甲基纤维素(CMC)、聚偏氟乙烯(PVdF)、聚偏氟乙烯-六氟丙烯(PVdF-HFP)共聚物、乙烯醋酸乙烯酯共聚物(EVA)、羟乙基纤维素(HEC)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙烯醇缩丁醛(PVB)、乙烯-丙烯酸共聚物、聚丙烯腈、醋酸乙烯酯衍生物、聚乙二醇、基于丙烯酰基的橡胶、或其组合。
16.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述无机材料包括SiO2、Al2O3、Al(OH)3、AlO(OH)、TiO2、BaTiO3、ZnO2、Mg(OH)2、MgO、Ti(OH)4、ZrO2、氮化铝、碳化硅、氮化硼、或其组合。
17.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述无机材料具有0.1μm-5μm的粒度。
18.权利要求1的可再充电锂电池，其中当所述无机层位于所述第一侧和所述第二侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第一基底，以20重量份-200重量份的量包括所述无机材料，和
当所述无机层位于所述第三侧和所述第四侧的至少一个上时，基于100重量份的所述第二基底，以20重量份-200重量份的量包括所述无机材料。
19.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述无机层具有0.5μm-7μm的厚度。
20.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述无机层进一步包括粘结剂。
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