CN105428712A - 可再充电锂电池 - Google Patents

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Abstract

可再充电锂电池包括：负极，其包括负极活性物质，所述负极活性物质包括基于Si的物质；正极；和电解质，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括三氟甲磺酸锂和碳酸氟代亚乙酯。所述可再充电锂电池的实施方式具有优异的可逆特性和循环寿命特性。

Description

可再充电锂电池
技术领域
公开了可再充电锂电池。
背景技术
锂聚合物电池可制造成具有各种形状例如薄膜，且因此可应用于小型信息技术(IT)器件例如智能手机、平板电脑、上网本等。
由于这样的IT器件逐渐地要求越来越高的性能，因此期望其中使用的电池具有较高的容量。由于期望可再充电锂电池具有较高的容量，因此作为负极活性物质的石墨可无法实现如可再充电锂电池所期望的充分的或合适的高容量。
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已作为负极活性物质引起注意。然而，基于硅的活性物质具有急剧的循环寿命恶化，因为作为重复的充电和放电循环的结果，由于负极中的硅与电解质的反应，电解质被耗尽。
发明内容
一种实施方式总体上涉及具有优异的可逆特性和循环寿命特性的可再充电锂电池。
在一种实施方式中，可再充电锂电池包括：负极，其包括负极活性物质，所述负极活性物质包括基于Si的物质；正极；和电解质，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括三氟甲磺酸锂和碳酸氟代亚乙酯。
基于100重量份的所述有机溶剂，可在所述电解质中以约0.5重量份-约10重量份的量包括所述三氟甲磺酸锂。在一些实施方式中，基于100重量份的所述有机溶剂，可在所述电解质中以约3重量份-约5重量份的量包括所述三氟甲磺酸锂。
基于100重量份的所述有机溶剂，可在所述电解质中以约5重量份-20重量份的量包括所述碳酸氟代亚乙酯。在一些实施方式中，基于100重量份的所述有机溶剂，可在所述电解质中以约10重量份-20重量份的量包括所述碳酸氟代亚乙酯。
所述三氟甲磺酸锂对所述碳酸氟代亚乙酯的重量比可为约1:2-约1:10。
所述基于Si的物质可包括Si、SiOx、Si-Y合金、Si-C复合物、或其组合，其中0<x≤2，和Y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，但不是Si。
其它实施方式包括在下列详细描述中。
根据本公开内容的实施方式的可再充电锂电池具有优异的可逆特性和循环寿命特性。
附图说明
附图与说明书一起说明本发明的实施方式，且与说明书一起用于说明本发明的原理。
图1为显示根据一种实施方式的可再充电锂电池的示意图。
图2-5为使用锂金属作为参比/对电极的分别根据实施例1、对比例1、对比例3和对比例5的负极的循环伏安法分析图。
图6为显示根据实施例2和对比例2的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图。
图7为显示根据实施例1、3和4的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图。
图8为显示根据实施例3、5和6的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图。
图9为显示根据实施例1以及对比例1、3和5的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图。
具体实施方式
在下文中，更详细地描述本发明的实施方式。然而，这些实施方式是示例性的，且本公开内容不限于此。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。而且，在本申请的上下文中，当第一元件被称为“在”第二元件“上”时，其可直接在所述第二元件上，或者间接在所述第二元件上且其间插入一个或多个中间元件。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
在下文中，参考图1描述根据一种实施方式的可再充电锂电池。
图1为显示根据一种实施方式的可再充电锂电池的示意图。
参考图1，根据一种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，电极极耳13起到(例如提供)用于外部地导出在电极组件10中形成的电流的电通道的作用。电池壳20的两侧被叠盖和密封。另外，将电解质注入容纳电极组件10的电池壳20中。
电极组件10包括正极、面对所述正极的负极、以及介于所述负极和所述正极之间的隔板，其中所述电解质浸渍在所述正极、负极和隔板中。
所述电解质可包括锂盐、有机溶剂和添加剂，但所述电解质不限于此。
所述添加剂可包括三氟甲磺酸锂和碳酸氟代亚乙酯，但所述添加剂不限于此。
所述三氟甲磺酸锂可由化学式1表示。
化学式1
当将所述三氟甲磺酸锂添加到电解质时，在所述负极的表面上可形成稳定的SEI(固体电解质界面)膜。所述SEI膜可增加可逆的锂离子(例如，可被可逆地嵌入和脱嵌的锂离子)的量并抑制、减少、或防止所述电解质与所述负极中的基于Si的物质(基于Si的活性物质)的反应，且结果，可改善电池性能例如可逆特性和循环寿命特性。
例如，在所述基于Si的物质的表面上可发生所述电解质中的锂盐与所述负极的基于Si的物质的反应。通过使用LiPF6作为实例对所述锂盐进行说明，和通过使用SiO2作为实例对所述基于Si的物质进行说明，但可彼此反应的锂盐和基于Si的物质的种类不限于此。
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
所述电解质与所述负极的基于Si的物质通过其进行反应的机理可使电池性能恶化，但在一种实施方式中，电解质中包括的以上三氟甲磺酸锂与所述电解质中的HF结合(或反应)，且因此可抑制、减少、或防止所述基于Si的物质与HF结合(或反应)，例如，如反应5)和6)中所示，由此改善可再充电锂电池的可逆特性和循环寿命特性。
基于100重量份的所述有机溶剂，可在所述电解质中以约0.5重量份-约10重量份例如约3重量份-约5重量份的量包括所述三氟甲磺酸锂。当在任意前述范围内包括所述三氟甲磺酸锂时，所述三氟甲磺酸锂可更容易地与HF结合且更好地抑制、减少、或防止所述电解质与所述负极的基于Si的物质的反应。
在所述可再充电锂电池中，所述碳酸氟代亚乙酯在当用作有机溶剂时的其它碳酸酯例如碳酸亚乙酯之前分解，且所述碳酸氟代亚乙酯可在所述负极的表面上形成稳定的SEI膜，且因此进一步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，可在所述电解质中以约5重量份-20重量份例如10重量份-20重量份的量包括所述碳酸氟代亚乙酯。当在任意前述范围内包括所述碳酸氟代亚乙酯时，可再充电锂电池的可逆特性和循环寿命特性可得以改善。
所述添加剂可通过将所述三氟甲磺酸锂和所述碳酸氟代亚乙酯以约1:2-约1:10例如约1:7-约1:10的重量比混合而制备。当将所述三氟甲磺酸锂和所述碳酸氟代亚乙酯在任意前述重量比范围内混合时，在所述负极的表面上形成稳定且坚固的SEI膜，且因此，可再充电锂电池的可逆特性和循环寿命特性可大大或显著地改善。
除上述添加剂组分之外，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、LiBF4、或其组合。
所述电解质的有机溶剂用作用于传输参与电池的电化学反应的离子的介质。所述有机溶剂可选自基于碳酸酯的溶剂(例如，链状碳酸酯和/或环状碳酸酯)、基于酯的溶剂、基于醚的溶剂、基于酮的溶剂、基于醇的溶剂和非质子溶剂，但所述有机溶剂不限于此。
基于碳酸酯的有机溶剂可包括，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。
例如，当将所述链状碳酸酯与所述环状碳酸酯混合时，可提供具有高的介电常数和低的粘度的溶剂。在一些实施方式中，将所述环状碳酸酯和所述链状碳酸酯以约1:1-约1:9的体积比混合在一起。
基于酯的有机溶剂可包括例如乙酸甲酯、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。基于醚的有机溶剂可包括例如二丁基醚、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。基于酮的溶剂可包括例如环己酮等。基于醇的溶剂可包括例如乙醇、异丙醇等。
所述有机溶剂可单独地或以混合物使用。当所述有机溶剂以混合物使用时，可根据合适的或期望的电池性能控制混合比。
所述电解质的锂盐溶解于所述有机溶剂中，供应所述可再充电锂电池中的锂离子，使所述可再充电锂电池基本上运行，和改善其中的正极和负极之间的锂离子传输。
所述锂盐可包括例如LiPF6、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y为自然数，例如，1-20的整数)、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2(双(草酸)硼酸锂(LiBOB))、或者其组合或混合物。
所述锂盐可以约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，由于合适的或最佳的电解质电导率和粘度，电解质可具有改善的性能和锂离子迁移率。
所述负极包括负极集流体和在其上的负极活性物质层。
所述集流体可包括铜箔、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，但所述集流体不限于此。
所述负极活性物质层可包括负极活性物质、以及任选的导电材料和/或粘合剂。
根据一种实施方式，所述负极活性物质可包括基于Si的物质。当将以上添加剂添加到电解质时，稳定的SEI膜在所述负极的表面上形成且抑制、减少、或防止所述电解质与所述基于Si的物质的反应，且因此可保证可再充电锂电池的优异的可逆特性和循环寿命特性。
所述基于Si的物质可包括Si、SiOx(0<x≤2)、Si-Y合金(其中Y为选自如下的元素：碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、及其组合，但不是Si)、Si-C复合物、或其组合，但所述基于Si的物质不限于此。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及其组合。
除所述基于Si的物质之外，所述负极活性物质可进一步包括基于碳的物质、锂金属合金、过渡金属氧化物、或其组合。
所述基于碳的物质可包括结晶碳、无定形碳、或其组合。所述结晶碳可包括石墨。所述石墨的实例可包括非成形的、板状的、薄片状的、球状的、或纤维状的天然石墨或人造石墨。所述无定形碳可包括软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、烧结焦炭等。
所述锂金属合金可包括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。
所述过渡金属氧化物可包括钒氧化物、锂钒氧化物等。
所述粘合剂改善负极活性物质颗粒彼此的粘结性质和与集流体的粘结性质。所述粘合剂的实例可包括聚乙烯醇、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、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，但所述粘合剂不限于此。
所述导电材料改善电极的导电性。可使用任何合适的电传导性物质作为导电材料，除非其在电池中引起化学变化。所述导电材料的实例可包括基于碳的物质例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；基于金属的物质例如铜、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或在所述正极集流体上形成的正极活性物质层。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、以及任选的粘合剂和导电材料。
所述正极集流体可包括Al(铝)，但所述正极集流体不限于此。
所述正极活性物质可包括能够嵌入和脱嵌锂的化合物。例如，可使用锂与如下的金属的至少一种复合氧化物：钴、锰、镍、或其组合。而且，所述正极活性物质的实例可包括由以下化学式之一表示的化合物：
LiaA1-bBbD2(0.90≤a≤1.8和0≤b≤0.5)；LiaE1-bBbO2-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaE2-bBbO4-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobBcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)；LiaNi1-b-cCobBcO2-αFα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cCobBcO2-αF2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbBcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbBcO2-αFα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbBcO2-αF2(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)；LiaMnGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(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)；和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。
所述粘合剂改善正极活性物质颗粒彼此的粘结性质和与集流体的粘结性质。所述粘合剂的实例可包括聚乙烯醇、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，但所述粘合剂不限于此。
所述导电材料改善电极的导电性。可使用任何合适的电传导性物质作为导电材料，除非其在电池中引起化学变化。所述导电材料的实例可包括如下的一种或多种：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，和/或导电聚合物例如聚亚苯基衍生物等。
所述负极和所述正极可通过包括如下的方法制造：将活性物质、导电材料和粘合剂在溶剂中混合以形成活性物质组合物，和将所述组合物涂覆在集流体上。所述电极制造方法对于本领域普通技术人员应是明晰的，且因此不需要在此进一步详细地描述。所述溶剂包括N-甲基吡咯烷酮等，但所述溶剂不限于此。
所述隔板可包括在锂电池领域中可利用的任何合适的物质，只要所述隔板将所述负极与所述正极分隔并提供锂离子的传输通道。换句话说，所述隔板可具有低的对离子传输的阻力和优异的电解质溶液浸渍特性。例如，所述隔板可包括选自如下的一种或多种：玻璃纤维、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、或其组合。所述隔板可具有无纺物或机织物的形式。例如，对于锂离子电池，主要或首要使用基于聚烯烃的聚合物隔板例如聚乙烯、聚丙烯等。为了确保所述隔板的合适的耐热性或机械强度，可使用包括陶瓷组分或聚合物材料的经涂覆的隔板。例如，所述隔板可具有单层或多层的结构。
在下文中，参考实施例更详细地说明一些实施方式。然而，这些实施例是示例性的，且本公开内容不限于此。
此外，在本公开内容中未描述或说明的内容可被具有本领域中的知识的人员充分地理解。
实施例1
(正极的制造)
将LiCoO2、聚偏氟乙烯(PVdF)和炭黑以92:4:4的重量比混合，然后分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中以制备浆料。将所述浆料涂覆在20μm厚的铝箔上，然后干燥和压缩以制造正极。
(负极的制造)
另一方面，将Si-Fe合金(CV4，3M)和聚偏氟乙烯(PVdF)以92:8的重量比混合，然后分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中以制备浆料。将所述浆料涂覆在15μm厚的铜箔上，然后干燥和压缩以制造负极。
(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的体积比混合以获得有机溶剂，并在所述有机溶剂中溶解1.15MLiPF6，然后向其添加10重量份碳酸氟代亚乙酯和1重量份三氟甲磺酸锂，基于100重量份的所述有机溶剂。
(可再充电锂电池单元的制造)
将所述正极和负极以及由聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯形成的20μm厚的三层隔板螺旋形地卷绕以制造电极组件。随后，将所述电极组件容纳在电池壳中，并将所述电解质溶液注入所述电池壳中以制造可再充电锂电池单元。
实施例2
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用2重量份三氟甲磺酸锂代替1重量份三氟甲磺酸锂以制备电解质溶液之外。
实施例3
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用3重量份三氟甲磺酸锂代替1重量份三氟甲磺酸锂以制备电解质溶液之外。
实施例4
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用5重量份三氟甲磺酸锂代替1重量份三氟甲磺酸锂以制备电解质溶液之外。
实施例5
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用7重量份碳酸氟代亚乙酯和5重量份三氟甲磺酸锂代替10重量份碳酸氟代亚乙酯和1重量份三氟甲磺酸锂以制备电解质溶液之外。
实施例6
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用5重量份碳酸氟代亚乙酯和7重量份三氟甲磺酸锂代替10重量份碳酸氟代亚乙酯和1重量份三氟甲磺酸锂以制备电解质溶液之外。
对比例1
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了未添加三氟甲磺酸锂以制备电解质溶液之外。
对比例2
根据实施例2的方法制造可再充电锂电池单元，除了未添加碳酸氟代亚乙酯以制备电解质溶液之外。
对比例3
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了如下之外：负极如下制造，而不是如关于实施例1所描述地制造，且未添加三氟甲磺酸锂以制备电解质溶液。
(负极的制造)
将人造石墨(MITSUBISHI，MC20)和聚偏氟乙烯(PVdF)以92:8的重量比混合，然后分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中以制备浆料。将所述浆料涂覆在15μm厚的铜箔上，然后干燥和压缩以制造负极。
对比例4
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用根据对比例3的负极代替根据实施例1的负极且未添加碳酸氟代亚乙酯以制备电解质溶液之外。
对比例5
根据实施例1的方法制造可再充电锂电池单元，除了使用根据对比例3的负极代替根据实施例1的负极之外。
根据实施例1-6和对比例1-5的可再充电锂电池单元的组成总结和提供于下表1中。
表1
评价1:可逆特性
通过如下评价根据实施例1以及对比例1、3和5的负极的可逆特性：使用各负极作为工作电极且使用锂金属作为参比电极和对电极，且以1mV/s的速率从0V到3V进行循环伏安法分析。循环伏安法分析的结果示于图2-5中。
图2-5为显示使用锂金属作为参比/对电极的分别根据实施例1、对比例1、3和5的负极的循环伏安法分析的图。在图2-5中，图例中的从1到5的数字表示循环次数。
参考图2和3，与实施例1有关的图2显示，作为重复的循环的结果，在约0V到1V的区域中，电流峰未降低，而与对比例1有关的图3显示，作为重复的循环的结果，电流峰降低。因此，观察到根据实施例1的通过添加三氟甲磺酸锂制备的电解质溶液包括比在未添加三氟甲磺酸锂的情况下制备的根据对比例1的电解质溶液(所述电解质溶液不包括三氟甲磺酸锂)多的可逆的锂离子(例如，可被可逆地嵌入和脱嵌的锂离子)。
另外，参考图4和5，当使用石墨代替基于Si的物质作为负极活性物质时，与其中未向电解质溶液添加三氟甲磺酸锂的对比例3(所述电解质溶液不包括三氟甲磺酸锂)相比，其中向电解质溶液添加三氟甲磺酸锂的对比例5显示出改善的可逆特性。然而，将图4和5与图2和3相比，当使用基于Si的负极活性物质代替石墨时，通过向电解质溶液添加三氟甲磺酸锂来改善可逆特性的效果大得多。
评价2:循环寿命特性
将根据实施例1-6和对比例1-5的可再充电锂电池单元在室温下重复地在4.4V和0.7C下充电以及在2.75V和0.5C下放电100次，且评价它们的取决于循环次数的放电容量。结果显示于图6-9中。
图6为显示根据实施例2和对比例2的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图，图7为显示根据实施例1、3和4的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图，图8为显示根据实施例3、5和6的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图，和图9为显示根据实施例1以及对比例1、3和5的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图。
参考图6，与在未向电解质溶液添加碳酸氟代亚乙酯的情况下制造的对比例2(所述电解质溶液不包括碳酸氟代亚乙酯)相比，通过向电解质溶液添加三氟甲磺酸锂和碳酸氟代亚乙酯制造的实施例2显示出优异的循环寿命特性。
另外，参考图7和8，实施例1和3-6显示出优异的循环寿命特性。例如，通过实施例1、3和4的比较可获得三氟甲磺酸锂的最佳的或合适的量，且通过实施例3、5和6的比较可获得三氟甲磺酸锂和碳酸氟代亚乙酯的最佳的或合适的混合比。
参考图9，与其中未向使用基于Si的物质作为负极活性物质的可再充电锂电池单元的电解质溶液添加三氟甲磺酸锂的对比例1相比，实施例1显示出显著改善的循环寿命特性。另外，与其中未向使用石墨作为负极活性物质的可再充电锂电池单元的电解质溶液添加三氟甲磺酸锂的对比例3相比，其中向电解质溶液添加三氟甲磺酸锂和碳酸氟代亚乙酯的对比例5显示出略微改善的循环寿命特性。换句话说，当将通过添加三氟甲磺酸锂和碳酸氟代亚乙酯而制备的电解质溶液应用于使用基于Si的物质代替石墨作为负极活性物质的电池单元时，改善循环寿命的效果大得多。
尽管已经结合目前被认为是实践性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 (7)

1.可再充电锂电池，包括：
负极，其包括负极活性物质，所述负极活性物质包括基于Si的物质；
正极；和
电解质，其包括锂盐、有机溶剂和添加剂，所述添加剂包括三氟甲磺酸锂和碳酸氟代亚乙酯。
2.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，在所述电解质中以0.5重量份-10重量份的量包括所述三氟甲磺酸锂。
3.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，在所述电解质中以3重量份-5重量份的量包括所述三氟甲磺酸锂。
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，在所述电解质中以5重量份-20重量份的量包括所述碳酸氟代亚乙酯。
5.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，在所述电解质中以10重量份-20重量份的量包括所述碳酸氟代亚乙酯。
6.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述三氟甲磺酸锂对所述碳酸氟代亚乙酯的重量比为1:2-1:10。
7.权利要求1的可再充电锂电池，其中所述基于Si的物质包括Si、SiOx、Si-Y合金、Si-C复合物、或其组合，其中0<x≤2，和Y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，但不是Si。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106099174A (zh) * 2016-08-26 2016-11-09 东莞市凯欣电池材料有限公司 一种硅基负极高电压锂离子电池
CN112310475A (zh) * 2019-07-31 2021-02-02 杉杉新材料（衢州）有限公司 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
WO2021195965A1 (zh) * 2020-03-31 2021-10-07 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及包括其的电子装置

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102588454B1 (ko) 2014-12-12 2023-10-11 바이킹 파워 시스템즈 피티이. 엘티디. 전기화학 셀 및 이를 제조하는 방법
WO2017179468A1 (ja) * 2016-04-12 2017-10-19 ダイキン工業株式会社 電解液、電気化学デバイス、リチウムイオン二次電池、及び、モジュール
US10734683B2 (en) 2016-08-12 2020-08-04 Viking Power Systems Pte. Ltd. Additive containing electrolytes for high energy rechargeable metal anode batteries
FI129573B (en) * 2017-08-04 2022-05-13 Broadbit Batteries Oy Improved electrochemical cells for high energy battery use
KR102570117B1 (ko) * 2017-11-07 2023-08-22 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 전극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR102660938B1 (ko) * 2021-11-11 2024-04-25 주식회사 엘지에너지솔루션 리튬 이차전지

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1866603A (zh) * 2005-01-11 2006-11-22 气体产品与化学公司 电解质、电池和形成钝化层的方法
CN101626098A (zh) * 2008-07-07 2010-01-13 三星Sdi株式会社 可再充电电池及相关方法
CN102074733A (zh) * 2010-12-29 2011-05-25 珠海市赛纬电子材料有限公司 一种非水电解液及锂离子电池
CN103181015A (zh) * 2010-09-20 2013-06-26 埃纳德尔公司 具有减少的放气的钛酸锂单电池

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100349627B1 (ko) 2000-05-17 2002-08-23 한국과학기술원 가교화된 폴리에틸렌옥사이드를 이용한 고분자 전해질조성물 및 제조방법
US6841303B2 (en) 2001-01-17 2005-01-11 Skc Co., Ltd. High ionic conductivity gel polymer electrolyte for rechargeable polymer batteries
KR100709838B1 (ko) * 2005-07-07 2007-04-23 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지
KR100726889B1 (ko) 2005-07-22 2007-06-14 한국과학기술원 리튬 전지용 비수 전해액 및 이를 포함하는 리튬이차전지
EP3621141A1 (en) * 2006-04-27 2020-03-11 Mitsubishi Chemical Corporation Non-aqueous liquid electrolyte and non-aqueous liquid electrolyte secondary battery
KR100898290B1 (ko) * 2007-09-12 2009-05-18 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지
KR20110056150A (ko) * 2009-11-20 2011-05-26 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차 전지용 난연성 전해액 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1866603A (zh) * 2005-01-11 2006-11-22 气体产品与化学公司 电解质、电池和形成钝化层的方法
CN101626098A (zh) * 2008-07-07 2010-01-13 三星Sdi株式会社 可再充电电池及相关方法
CN103181015A (zh) * 2010-09-20 2013-06-26 埃纳德尔公司 具有减少的放气的钛酸锂单电池
CN102074733A (zh) * 2010-12-29 2011-05-25 珠海市赛纬电子材料有限公司 一种非水电解液及锂离子电池

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106099174A (zh) * 2016-08-26 2016-11-09 东莞市凯欣电池材料有限公司 一种硅基负极高电压锂离子电池
CN112310475A (zh) * 2019-07-31 2021-02-02 杉杉新材料（衢州）有限公司 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
CN112310475B (zh) * 2019-07-31 2023-08-18 新亚杉杉新材料科技(衢州)有限公司 一种锂离子电池非水电解液及锂离子电池
WO2021195965A1 (zh) * 2020-03-31 2021-10-07 宁德新能源科技有限公司 一种电化学装置及包括其的电子装置

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