CN104577186A - 可再充电锂电池及其形成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及可再充电锂电池及其形成方法。所述可再充电锂电池包括：包括负极活性物质的负极；正极；和包括添加剂的电解质溶液，其中所述负极活性物质包括基于Si的材料，所述基于Si的材料以基于所述负极的总量的约1-约70重量％的量被包括，和所述添加剂包括碳酸氟代亚乙酯和由化学式1表示的化合物。在化学式1中，R1-R3各自独立地为取代或未取代的C2-C5亚烷基。化学式1

Description

可再充电锂电池及其形成方法
技术领域
所描述的技术涉及可再充电锂电池。
背景技术
可将锂聚合物电池制造成具有各种形状(包括薄膜)，并且因此，这样的电池可以应用于小型IT设备例如智能手机、平板PC、上网本等。
由于这些IT设备要求高性能，因此其中使用的电池要求高容量。然而，在要求高容量的可再充电锂电池中，作为负极活性物质的石墨可无法足够地实现所要求的高容量。
因此，基于硅的活性物质由于其比石墨高的充电和放电容量作为负极活性物质已经引起了关注。然而，基于硅的活性物质具有急剧的循环寿命恶化，因为电解质溶液由于负极中的硅与电解质溶液的反应而被耗尽。
发明内容
本发明实施方式的各方面涉及在室温下以及在高温下在高电压充电期间具有改善的循环寿命特性的可再充电锂电池。
根据实施方式的一个方面涉及提供可再充电锂电池，其包括：包括负极活性物质的负极；包括正极活性物质的正极；以及包括锂盐、有机溶剂和添加剂的电解质溶液。所述负极包括：集流体，和在所述集流体上且包括所述负极活性物质的负极活性物质层。所述负极活性物质包括基于所述负极活性物质层的总量的约1-约70重量％和在一些实施方式中约7-约20重量％的量的基于Si的材料(物质)。所述添加剂包括碳酸氟代亚乙酯(氟代碳酸亚乙酯)和由以下化学式1表示的化合物。
化学式1
在以上化学式1中，R1-R3各自独立地为取代或未取代的C2-C5亚烷基。
基于100重量份的所述有机溶剂，可以约0.1-约10重量份和在一些实施方式中约0.2-约3重量份的量包括由以上化学式1表示的化合物。
基于100重量份的所述有机溶剂，可以约1-约15重量份和在一些实施方式中约5-约10重量份的量包括碳酸氟代亚乙酯。在一个实施方式中，基于100重量份的所述有机溶剂，可以约1-约10重量份的量包括碳酸氟代亚乙酯。
所述有机溶剂可包括：链状碳酸酯，包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙甲酯、或其组合；环状碳酸酯，包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、或其组合；或其组合，和在一个实施方式中可包括碳酸亚丙酯。
所述有机溶剂可以约1:1-约1:9的体积比包括环状碳酸酯和链状碳酸酯。
所述添加剂可进一步包括LiB(C2O4)F2(二氟草酸硼酸锂，LiFOB)，和基于100重量份的所述有机溶剂，可以约0.1-约5重量份的量包括LiB(C2O4)F2。
所述基于Si的材料可包括Si、SiOx(0<x≤2)、Si-Y合金(其中Y为选自碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合的元素，但不是Si)、Si-C复合物、或其组合。
所述可再充电锂电池可配置成以约4.0-约4.45V的电压充电。
由以上化学式1表示的化合物可适合作为阴离子受体，并且所述阴离子受体可配置为抑制所述电解质溶液与所述基于Si的材料的反应。
在一个实施方式中，可再充电锂电池可包括：包括负极活性物质的负极；包括正极活性物质的正极；和电解质溶液，其由锂盐、基于碳酸酯的有机溶剂、添加剂、和由其形成的副产物构成。所述添加剂可由如下构成：碳酸氟代亚乙酯和由化学式1表示的化合物：
化学式1
在化学式1中，R1-R3选自取代或未取代的C2-C5亚烷基。
在一个实施方式中，在以上化学式1中，R1-R3相同。
在一个实施方式中，形成可再充电锂电池的方法包括：提供包括负极活性物质的负极；提供包括正极活性物质的正极；和提供包括锂盐、有机溶剂和添加剂的电解质溶液。所述负极活性物质可包括基于Si的材料，和所述添加剂可包括碳酸氟代亚乙酯和由化学式1表示的化合物：
化学式1
在化学式1中，R1-R3各自独立地为取代或未取代的C2-C5亚烷基。
在以下详细描述中包括其它实施方式。
可提供在室温下和在高温下在高电压充电期间具有改善的循环寿命特性的可再充电锂电池。
附图说明
附图与说明书一起说明本公开内容的实施方式，并且与说明书一起用于解释本公开内容的原理。
图1为显示根据一个实施方式的可再充电锂电池的示意图。
图2为显示根据实施例1的可再充电锂电池单元的负极的表面的XPS(X-射线光电子能谱法)分析的图。
图3为显示根据对比例1的可再充电锂电池单元的负极的表面的XPS(X-射线光电子能谱法)分析的图。
图4为显示根据实施例1的可再充电锂电池单元的循环伏安法分析的图。
图5为显示根据对比例1的可再充电锂电池单元的循环伏安法分析的图。
图6为显示根据实施例1和对比例1的可再充电锂电池单元的室温循环寿命特性的图。
图7为显示根据实施例1-3和对比例1的可再充电锂电池单元的高温循环寿命特性的图。
具体实施方式
下文中，详细描述实施方式。然而，这些实施方式是示例性的，并且本公开内容不限于此。如本领域技术人员将认识到的，本发明可以许多不同的形式体现。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。例如“...的至少一个(种)”和“...之一”的表述当位于要素列表之后或之前时修饰整个要素列表而不是修饰该列表的单独要素。此外，在描述本发明实施方式时“可”的使用涉及“本发明的一个或多个实施方式”。
当未另外提供定义时，如本文中使用的术语“取代”可指化合物或基团中至少一个氢被选自如下的取代基代替：卤素(F、Br、Cl或I)、羟基、烷氧基、硝基、氰基、氨基、叠氮基、脒基、肼基、腙基、羰基、氨基甲酰基、硫醇基、酯基、羧基或其盐、磺酸基或其盐、磷酸基或其盐、C1-C20烷基、C2-C20烯基、C2-C20炔基、C6-C30芳基、C7-C30芳烷基、C1-C4烷氧基、C1-C20杂烷基、C3-C20杂芳烷基、C3-C30环烷基、C3-C15环烯基、C6-C15环炔基、C2-C20杂环烷基、或其组合。
参照图1描述根据一个实施方式的可再充电锂电池。
图1为显示根据一个实施方式的可再充电锂电池的示意图。
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10；容纳电极组件10的电池壳20；和电极极耳13，其起到用于外部施加或者传导在电极组件10中形成的电流的电通道的作用。电池壳20的两侧结合和密封在一起。此外，将电解质溶液注入到容纳电极组件10的电池壳20中。
在一个实施方式中，电极组件10包括正极、面对正极的负极、以及介于负极和正极之间的隔板，并且电解质溶液浸渍在正极、负极和隔板中。
所述电解质溶液可包括锂盐、有机溶剂和添加剂。
所述添加剂可包括碳酸氟代亚乙酯和由以下化学式1表示的化合物。
化学式1
在以上化学式1中，R1-R3各自独立地为取代或未取代的C2-C5亚烷基。例如，R1-R3可以为C2亚烷基或C3-C5亚烷基。
在一个实施方式中，由以上化学式1表示的化合物可起到阴离子受体的作用。当添加至电解质溶液时，这样的化合物减少或抑制电解质溶液与负极活性物质、特别是与基于Si的材料的反应，并且因此可改善电池性能。
具体地，在可再充电锂电池中，电解质溶液的锂盐可与负极的基于Si的材料在基于Si的材料的表面上根据以下反应方案反应。此处，锂盐通过使用LiPF6作为实例进行说明，和基于Si的材料通过使用SiO2作为实例进行说明，但是锂盐和基于Si的材料分别地不限于此。
1)LiPF6(Li++PF6 -)→LiF+PF5
2)PF5+H2O→PF3O+2HF
3)HF+Li+e-→LiF+1/2H2
4)2HF+Li2CO3→2LiF+H2CO3
5)SiO2+4HF→SiF4+2H2O
6)SiO2+6HF→H2SiF6+2H2O
当电解质溶液与负极的基于Si的材料通过该机理反应时，其可使电池性能恶化。在本发明的一个实施方式中，当由以上化学式1表示的化合物与阴离子例如PF6 -结合时，可减少或抑制在反应1)中LiF的形成，并且因此，可减少或抑制可逆锂离子的数量减少。在一个实施方式中，由以上化学式1表示的化合物可使LiF解离，即使在锂离子变成LiF之后也是如此。因此，可减少或抑制电解质溶液与负极的基于Si的材料的反应，和可改善可再充电电池在室温下和在高温下的循环寿命特性。
在以上化学式1中，当亚烷基具有约2个-约5个碳时，所述化合物起到良好的阴离子受体的作用，并且可减少或抑制电解质溶液与负极的基于Si的材料的反应。
基于100重量份的所述有机溶剂，可以约0.1-约10重量份和在一些实施方式中约0.2-约3重量份的量包括(或存在)由以上化学式1表示的化合物。当在这些范围内包括由以上化学式1表示的化合物时，所述化合物起到良好的阴离子受体的作用，并且可减少或抑制电解质溶液与负极的基于Si的材料的反应。
在一个实施方式中，碳酸氟代亚乙酯比有机溶剂中的碳酸酯例如碳酸亚乙酯更早地分解，并且可在负极的表面上形成稳定的固体电解质界面(SEI)膜，并且因此，改善可再充电锂电池的性能。
基于100重量份的所述有机溶剂，可以约1-约15重量份和在一些实施方式中约5-约10重量份的量包括(或存在)碳酸氟代亚乙酯。在一个实施方式中，基于100重量份的所述有机溶剂，可以约1-约10重量份的量包括(或存在)碳酸氟代亚乙酯。当在这些范围内包括碳酸氟代亚乙酯时，可再充电锂电池的循环寿命特性在室温下和在高温下可改善而没有显著的容量恶化。
所述添加剂可进一步包括LiB(C2O4)F2(二氟草酸硼酸锂，LiFOB)。LiB(C2O4)F2具有小的对负极的基于Si的材料的耐受性并且可进一步改善在室温下和在高温下的循环寿命特性。
基于100重量份的所述有机溶剂，可以约0.1-约5重量份和在一些实施方式中约1-约3重量份的量包括(或存在)LiB(C2O4)F2。当在这些范围内包括LiB(C2O4)F2时，在室温下和在高温下的循环寿命特性可改善而没有显著的容量恶化。
除了上述添加剂之外，所述添加剂可进一步包括碳酸乙烯基亚乙酯、丙磺酸内酯、琥珀腈、己二腈、或其组合。
在一个实施方式中，所述有机溶剂充当用于传输参与电池的电化学反应的离子的介质并且可包括链状碳酸酯、环状碳酸酯、或其组合。
所述链状碳酸酯可包括碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙甲酯、或其组合，和所述环状碳酸酯可包括碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、或其组合，但是所述链状碳酸酯和所述环状碳酸酯均不限于此。在一个实施方式中，碳酸亚丙酯可进一步改善在室温下和在高温下的循环寿命特性。
当所述链状碳酸酯与与所述环状碳酸酯混合时，可获得具有高介电常数和低粘度的溶剂。在一个实施方式中，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。
所述有机溶剂可进一步包括选自如下之一：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。
所述基于酯的溶剂的非限制性实例包括乙酸甲酯、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。所述基于醚的溶剂的非限制性实例包括二丁基醚、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的非限制性实例包括环己酮等。所述基于醇的溶剂可包括例如乙醇、异丙醇等，但是所述基于醇的溶剂不限于此。
在一个实施方式中，所述锂盐溶解在所述有机溶剂中，提供电池中的锂离子，通常促进可再充电锂电池的运行，并且改善其中的负极和正极之间的锂离子输运。
所述锂盐可包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y是自然数)、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2(双草酸硼酸锂(LiBOB))或其组合，但是所述锂盐不限于此。
所述锂盐可以范围为约0.1M-约2.0M的浓度使用(或存在)。当在以上浓度范围内包括所述锂盐时，电解质可由于最佳(或合适的)电解质电导率和粘度而具有改善的性能和锂离子迁移率。
在一个实施方式中，所述负极包括负极集流体和在所述集流体上的负极活性物质层。
所述负极集流体可为铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、涂覆有导电金属的聚合物基底、或其组合，但是所述负极集流体不限于此。
所述负极活性物质层可包括负极活性物质、粘合剂、和任选地导电材料。
所述负极活性物质可包括基于Si的材料。在一个实施方式中，上述的电解质溶液添加剂减少或抑制所述基于Si的材料和所述电解质溶液之间的反应，和因此电池性能可改善。
所述基于Si的材料可包括Si、SiOx(0<x≤2)、Si-Y合金(其中Y为选自碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合的元素，但不是Si)、Si-C复合物、或其组合，但是所述基于Si的材料不限于此。在一个实施方式中，Y可选自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。
基于所述负极并且具体地所述负极活性物质层的总量，可以约1-约70重量％和在一些实施方式中约7-约20重量％的量包括(或存在)所述基于Si的材料。当在以上范围内包括所述基于Si的材料时，无需大量包括所述电解质溶液添加剂，并且因此可改善电池的高容量和循环寿命特性。
除了所述基于Si的材料之外，所述负极活性物质可进一步包括基于碳的材料、锂金属合金、过渡金属氧化物、或其组合。
所述基于碳的材料可包括结晶碳、无定形碳、或其组合，但是所述基于碳的材料不限于此。所述结晶碳可包括石墨，和石墨的非限制性实例包括非成形的、板形的、薄片形的、球形或纤维形的天然石墨或人造石墨。所述无定形碳可包括软碳或硬碳、中间相沥青碳化产物、烧结焦炭等。
所述锂金属合金可为锂与选自如下的金属的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al或Sn，但是所述锂金属合金不限于此。
所述过渡金属氧化物可为钒氧化物、锂钒氧化物等，但是所述过渡金属氧化物不限于此。
在一个实施方式中，所述粘合剂改善负极活性物质颗粒彼此的粘合性质以及与所述集流体的粘合性质，和所述粘合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、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、包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、丁苯橡胶、丙烯酸类改性的(丙烯酸酯化的)丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
在一个实施方式中，所述导电材料改善电极的导电性。作为导电材料，可使用任何合适的导电性材料，除非其在电池中导致化学变化。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。
所述正极可包括正极集流体和在所述正极集流体上的正极活性物质层。在一个实施方式中，所述正极活性物质层包括正极活性物质、粘合剂和任选地导电材料。
所述正极集流体可为Al(铝)，但是所述正极集流体不限于此。
所述正极活性物质可为能够嵌入和脱嵌锂的化合物。在一个实施方式中，可采用锂和金属例如钴、锰、镍、或其组合的至少一种复合氧化物，和所述正极活性物质的非限制性实例可为由以下化学式之一表示的化合物：
LiaA1-bBbD2(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8和0≤b≤0.5)；LiaE1-bBbO2-cDc(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiE2-bBbO4-cDc(其中，在以上化学式中，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobBcDα(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)；LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbBcDα(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNibEcGdO2(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMnGbO2(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(其中，在以上化学式中，0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiIO2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)；或LiFePO4。
在以上化学式中，A为Ni、Co、Mn、或其组合；B为Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素、或其组合；D为O、F、S、P、或其组合；E为Co、Mn、或其组合；F为F、S、P、或其组合；G为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V、或其组合；Q为Ti、Mo、Mn、或其组合；I为Cr、V、Fe、Sc、Y、或其组合；和J为V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、或其组合。
在一个实施方式中，所述正极活性物质可为锂钴氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、或其组合。
在一个实施方式中，所述粘合剂改善正极活性物质颗粒彼此的粘合性质以及与所述集流体的粘合性质，和所述粘合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、包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、丁苯橡胶、丙烯酸类改性的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
在一个实施方式中，所述导电材料改善电极的导电性。作为导电材料，可使用任何合适的导电性材料，除非其在电池中导致化学变化。所述导电材料的非限制性实例包括天然石墨，人造石墨，炭黑，乙炔黑，科琴黑，碳纤维，铜、镍、铝、银等的金属粉末、金属纤维等，或导电聚合物例如聚亚苯基衍生物等，或其组合。
所述负极和所述正极可各自通过包括如下的方法制造：将相应的活性物质、导电材料和粘合剂在溶剂中混合以制备活性物质组合物和将所述组合物涂布在集流体上。所述电极制造方法对于本领域技术人员来说应该是显而易见的，并且因此，在此不更详细地描述该方法。所述溶剂可包括N-甲基吡咯烷酮等，但是所述溶剂不限于此。
所述隔板可包括任何合适的材料，只要所述材料能够将负极与正极隔开并且为锂离子提供传输通道。换而言之，所述隔板可具有低的对离子传输的阻力和优异的对于电解质溶液的浸渍。在一个实施方式中，所述隔板可选自玻璃纤维、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、或其组合，但是所述隔板不限于此。其可具有无纺物或纺织物的形式。例如，在锂离子电池中经常包括基于聚烯烃的聚合物隔板例如聚乙烯、聚丙烯等。为了保证(或提供)耐热性和机械强度，可采用包括陶瓷组分或者聚合物材料的经涂布的隔板。在一个实施方式中，所述隔板可具有单层或多层结构。
根据一个实施方式的可再充电锂电池可以约4.0-约4.45V的高电压充电。即使将所述可再充电锂电池在所述高电压范围内充电，也可保证优异的在室温和高温下的循环寿命特性。
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，并且本公开内容不限于此。
此外，未在本公开内容中描述的内容将被本领域技术人员容易地理解，并且因此将不更详细地描述。
实施例1
正极的制造
通过如下制备正极活性物质层组合物：将80重量％的LiCoO2和20重量％的LiNi0.5Co0.2Mn0.3O2、聚偏氟乙烯(PVdF)和炭黑以92:4:4的重量比混合，并且将所获得的混合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中。将该正极活性物质层组合物涂布在20μm厚的铝箔上，干燥和压缩，制造正极。
负极的制造
通过如下制备负极活性物质层组合物：将90重量％的石墨和10重量％的Si合金(CV4，3M)、与聚偏氟乙烯(PVdF)以92:8的重量比混合，并且将所得混合物分散在N-甲基-2-吡咯烷酮中。将该负极活性物质层组合物涂布在15μm厚的铜箔上，干燥和压缩，制造负极。
电解质溶液的制备
通过如下制备电解质溶液：将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸乙甲酯(EMC)和碳酸二乙酯(DEC)以3:5:2的体积比混合以制备混合溶剂，在该混合溶剂中溶解1.3M LiPF6，和基于100重量份的所述混合溶剂，向溶液添加10重量份碳酸氟代亚乙酯和0.2重量份由以下化学式2表示的化合物。
化学式2
可再充电锂电池单元的制造
将所述正极和所述负极与18μm厚的聚乙烯隔板一起螺旋卷绕，制造电极组件。随后，将该电极组件置于电池壳中，并且将所述电解质溶液引入到所述电池壳中，制造可再充电锂电池单元。
实施例2
如实施例1中那样制造可再充电锂电池单元，除了通过如下制备电解质溶液之外：使用以2:2:6的体积比的碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合溶剂。
实施例3
如实施例2中那样制造可再充电锂电池单元，除了通过如下制备电解质溶液之外：基于100重量份的所述混合溶剂，进一步添加3重量份LiB(C2O4)F2。
对比例1
如实施例1中那样制造可再充电锂电池单元，除了不添加由以上化学式2表示的化合物之外。
评价1:可再充电锂电池单元的XPS分析
进行对根据实施例1和对比例1的可再充电锂电池单元的XPS(X-射线光电子能谱法)分析，并且结果示于图2和3中。
图2为显示根据实施例1的可再充电锂电池单元的负极的表面的XPS(X-射线光电子能谱法)分析的图，和图3为显示根据对比例1的可再充电锂电池单元的负极的表面的XPS(X-射线光电子能谱法)分析的图。
参照图2和3，实施例1的LiF含量相对于对比例1的LiF含量较低，因为在根据实施例1的可再充电电池中，作为电解质溶液添加剂的由化学式2表示的化合物起到阴离子受体的作用并且抑制(或减少)锂离子到LiF的反应，并且因此可抑制(或减少)负极的基于Si的材料与电解质溶液的反应。
评价2:负极的不可逆特性
如下评价实施例1和对比例1的负极的不可逆特性：使用负极作为工作电极且使用锂金属作为参比电极和对电极，和从0V到3V以1mV/s的速度进行循环伏安法分析；并且结果示于图4和5中。
图4为显示根据实施例1的可再充电锂电池单元的循环伏安法分析的图，和图5为显示根据对比例1的可再充电锂电池单元的循环伏安法分析的图。
参照图4和5，图5显示在范围为约0V-1V的区域中的电流峰随着循环进行而降低，和图4显示该电流峰随着循环进行而消失掉。因此，图4中的实施例1的可再充电锂电池单元显示出比图5的对比例1的可再充电锂电池单元多的可逆锂离子。
评价3:可再充电锂电池单元的循环寿命特性
将根据实施例1-3和对比例1的可再充电锂电池单元分别在室温和45℃下以4.4V和0.7C充电，然后以2.75V和0.5C放电，和在重复该充电和放电100次之后，评价取决于循环的可再充电锂电池单元的放电容量，并且结果提供于图6和7中。
图6为显示根据实施例1和对比例1的可再充电锂电池单元的室温循环寿命特性的图。
参照图6，与其中未添加由以上化学式2表示的化合物的根据对比例1的可再充电锂电池单元相比，其中向电解质溶液添加碳酸氟代亚乙酯和由化学式2表示的化合物的根据实施例1的可再充电锂电池单元显示出改善的在室温下的循环寿命特性。
图7为显示根据实施例1-3和对比例1的可再充电锂电池单元的高温循环寿命特性的图。
参照图7，与其中未添加由以上化学式2表示的化合物的根据对比例1的可再充电锂电池单元相比，其中在电解质溶液中添加碳酸氟代亚乙酯和由化学式2表示的化合物的根据实施例1-3的可再充电锂电池单元显示出改善的在高温下的循环寿命特性。
在根据实施例1-3的可再充电锂电池单元中，由于向电解质溶液添加碳酸氟代亚乙酯和由化学式2表示的化合物引起的高温循环寿命特性的改善在采用碳酸亚丙酯溶剂时可进一步得以实现，并且当随同碳酸亚丙酯一起包括LiFOB时可甚至更好地得以实现。
虽然已经结合了当前被认为是实践的示例性实施方式的内容描述了本公开内容，然而将理解，本发明不限于所公开的实施方式，而是相反，意图涵盖包括在所附权利要求和其等同物的精神和范围内的各种修改和等同布置。
符号说明
100:可再充电锂电池
10:电极组件
20:电池壳
13:电极极耳

Claims (20)

1.可再充电锂电池，包括：
包括负极活性物质的负极；
包括正极活性物质的正极；和
包括锂盐、有机溶剂和添加剂的电解质溶液，其中所述负极活性物质包括基于Si的材料，和
所述添加剂包括碳酸氟代亚乙酯和由化学式1表示的化合物：
化学式1
其中，在化学式1中，R1-R3各自独立地为取代或未取代的C2-C5亚烷基。
2.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述负极包括集流体和在所述集流体上的负极活性物质层，所述负极活性物质层包括所述负极活性物质，和
其中基于所述负极活性物质层的总量，所述基于Si的材料为1-70重量％的量。
3.权利要求2的可再充电锂电池，其中基于所述负极活性物质层的总量，所述基于Si的材料为7-20重量％的量。
4.权利要求1的可再充电锂电池，其中基于100重量份的所述有机溶剂，所述由化学式1表示的化合物以0.1-10重量份的量在所述电解质溶液中。
5.权利要求4的可再充电锂电池，其中基于100重量份的所述有机溶剂，所述由化学式1表示的化合物以0.2-3重量份的量在所述电解质溶液中。
6.权利要求1的可再充电锂电池，其中基于100重量份的所述有机溶剂，所述碳酸氟代亚乙酯以1-15重量份的量在所述电解质溶液中。
7.权利要求6的可再充电锂电池，其中基于100重量份的所述有机溶剂，所述碳酸氟代亚乙酯以5-10重量份的量在所述电解质溶液中。
8.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机溶剂包括：链状碳酸酯，其选自碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸乙甲酯、及其组合；环状碳酸酯，其选自碳酸亚乙酯、碳酸亚丙酯、碳酸亚丁酯、及其组合；或其组合。
9.权利要求8的可再充电锂电池，其中所述有机溶剂包括碳酸亚丙酯。
10.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述有机溶剂包括环状碳酸酯和链状碳酸酯，和
其中所述环状碳酸酯和所述链状碳酸酯为1:1-1:9的体积比。
11.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述添加剂进一步包括LiB(C2O4)F2。
12.权利要求11的可再充电锂电池，其中基于100重量份的所述有机溶剂，LiB(C2O4)F2以0.1-5重量份的量在所述电解质溶液中。
13.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述基于Si的材料包括Si；SiOx，其中0<x≤2；Si-Y合金，其中Y为选自碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、及其组合的元素，但不是Si；Si-C复合物；或其组合。
14.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述可再充电锂电池配置成以4.0-4.45V的电压充电。
15.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述由化学式1表示的化合物适合作为阴离子受体。
16.权利要求15的可再充电锂电池，其中所述阴离子受体配置为抑制所述电解质溶液与所述基于Si的材料的反应。
17.可再充电锂电池，包括：
包括负极活性物质的负极；
包括正极活性物质的正极；和
电解质溶液，其由锂盐、基于碳酸酯的有机溶剂、添加剂、和由其形成的副产物构成，
其中所述添加剂由碳酸氟代亚乙酯和由化学式1表示的化合物构成：
化学式1
其中，在化学式1中，R1-R3选自取代或未取代的C2-C5亚烷基。
18.权利要求17的可再充电锂电池，其中R1-R3相同。
19.权利要求17的可再充电锂电池，其中所述有机溶剂由环状碳酸酯和链状碳酸酯构成，和
其中所述环状碳酸酯和所述链状碳酸酯为1:1-1:9的体积比。
20.形成权利要求1-16任一项的可再充电锂电池的方法，所述方法包括：
提供包括负极活性物质的负极；
提供包括正极活性物质的正极；和
提供包括锂盐、有机溶剂和添加剂的电解质溶液，
其中提供负极包括提供包括基于Si的材料的负极活性物质，和
提供电解质溶液包括提供包括碳酸氟代亚乙酯和由化学式1表示的化合物的添加剂：
化学式1
其中，在化学式1中，R1-R3各自独立地为取代或未取代的C2-C5亚烷基。
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