CN106684326B - 用于可再充电锂电池的负极和包括其的可再充电锂电池 - Google Patents

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Abstract

提供了用于可再充电锂电池的负极和包括其的可再充电锂电池。所述负极可以包括负极活性物质层，负极活性物质层包括具有大约10GPa至大约35GPa的杨氏模量并具有大于或等于大约1.65g/cc的活性物质密度和大于或等于大约3.2mAh/cm2的电流密度的负极活性材料。

Description

用于可再充电锂电池的负极和包括其的可再充电锂电池
技术领域
公开了一种用于可再充电锂电池的负极和一种包括所述负极的可再充电锂电池。
背景技术
可再充电锂电池可以用作例如小型便携式电子装置的电源。
发明内容
示例性实施例提供了一种用于可再充电锂电池的负极，所述负极包括负极活性物质层，所述负极活性物质层包括具有大约10GPa至大约35GPa的杨氏模量并具有大于或等于大约1.65g/cc的活性物质密度和大于或等于大约3.2mAh/cm2的电流密度的负极活性材料。
负极可以具有大约1.65g/cc至大约1.85g/cc的活性物质密度。
负极可以具有大约3.2mAh/cm2至大约4.2mAh/cm2的电流密度。
负极活性材料可以具有大约15GPa至大约25GPa的杨氏模量。
负极活性材料可以是人造石墨。
负极活性物质层可以包括粘结剂。粘结剂的量可以是大约1wt％至大约5wt％。
负极活性物质层可以包括导电材料。导电材料的量可以是大约1wt％至大约5wt％。
其它的示例性实施例提供了一种包括上述示例性实施例的负极、包括正极活性材料的正极和电解质的可再充电锂电池。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施例，对于本领域的普通技术人员而言，特征将变得明显，在附图中：
图1是示出根据一个实施例的可再充电锂电池的分解透视图。
图2示出了表明分别通过使用根据示例1以及对比示例1和2的负极活性材料制备的每个浆料颗粒的电解质溶液注入实验结果的图。
图3示出了表明分别通过使用根据示例1和对比示例1的负极制造的每个电池单体的容量保持率的图。
图4示出了表明分别通过使用根据示例1和对比示例1的负极制造的每个电池单体的电池厚度增大率的图。
图5示出了表明分别通过使用根据对比示例3和对比示例4的负极制造的每个电池单体的容量保持率的图。
具体实施方式
在下文中，现在将参照附图更充分地描述示例实施例；然而，示例实施例可以以不同的形式实施，并且不应解释为限于在这里所阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把示例性实施方式充分地传达给本领域技术人员。
在附图中，为了示出的清楚，可以夸大层和区域的尺寸。还将理解的是，当层或元件被称作“在”另一层或基底“上”时，该层或元件可以直接在所述另一层或基底上，或者也可以存在中间层。另外，将理解的是，当层被称为“在”另一层“下”时，该层可以直接在所述另一层下，或者也可以存在一个或更多个中间层。此外，还将理解的是，当层被称为“在”两个层“之间”时，该层可以是所述两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或更多个中间层。同样的附图标记始终表示同样的元件。
如在此使用的，活性物质(active mass)表示活性材料、粘结剂和可选的导电材料的混合物。将该混合物在溶剂中混合以制备浆料型活性材料组合物。该活性材料组合物被涂覆在集流体上并被干燥以形成活性材料层。在此，活性材料层被称为活性物质层。该活性物质和活性物质层通常在相关领域中是熟知的，因此将不详细描述。
此外，活性物质密度表示每单位电极体积的活性物质的重量。
根据一个实施例的用于可再充电锂电池的负极可以包括负极活性物质层，该负极活性物质层包括具有大约10GPa至大约35GPa的杨氏模量的负极活性材料。负极活性物质层也可以具有大于或等于大约1.65g/cc的活性物质密度和大于或等于大约3.2mAh/cm2的电流密度。
负极活性材料的杨氏模量可以是大约10GPa至大约35GPa，例如，优选地，大约15GPa至大约25GPa。当负极活性材料具有指定的杨氏模量时，该活性材料可以应用于具有高电流密度的电极。因此，可以提供具有高活性物质密度的电极以及由此具有改善的循环寿命特性和改善的膨胀特性的电池。
在一个实施例中，可以使用原位SEM压痕实验(in-situ SEM indentationexperiment)法来测量杨氏模量。该方法通过在利用SEM检测在原位状态的活性材料的同时下压探针来执行。当下压探针并同时施加压力时，通过测量活性材料的深度来获得杨氏模量。
对于具有该杨氏模量的负极活性材料，例如，可以适当地使用人造石墨。
相反，当无定形碳被用作具有该杨氏模量的负极活性材料时，由于低的容量和效率，不会实现高能量密度。
示例性实施例的负极可以具有大于或等于大约1.65g/cc的活性物质密度，例如，优选地，大约1.65g/cc至大约1.85g/cc。当负极具有指定的活性物质密度时，可以提供具有高能量密度的电池。
负极可以具有大于或等于大约3.2mAh/cm2的电流密度，例如，优选地，大约3.2mAh/cm2至大约4.2mAh/cm2。当负极具有指定的电流密度时，可以实现具有高能量密度的电池。
一个实施例的具有大于或等于大约1.65g/cc的活性物质密度和大于或等于大约3.2mAh/cm2的电流密度的负极可以包括具有在10GPa至35GPa的范围中的杨氏模量的负极活性材料，因此，可以改善循环寿命特性和膨胀特性。然而，当负极具有与上面相同的杨氏模量，但是活性物质密度或电流密度超范围时，不会实现高能量密度。
在根据一个实施例的负极中，负极活性物质层可以包括粘结剂，并可以可选地包括导电材料。
在负极活性物质层中，基于负极活性物质层的总重量，负极活性物质的量可以是大约95wt％至大约99wt％。
在负极活性物质层中，基于负极活性物质层的总重量，粘结剂的量可以是大约1wt％至大约5wt％。当负极活性物质层还包括导电材料时，负极活性物质层可以包括大约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。
粘结剂可以改善负极活性材料颗粒彼此之间的粘结性质以及负极活性材料颗粒与集流体之间的粘结性质。例如，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。
非水溶性粘结剂可以包括例如聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含乙撑氧的聚合物、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、聚酰亚胺或它们的组合。
水溶性粘结剂可以包括例如橡胶类粘结剂或聚合物树脂粘结剂。橡胶类粘结剂可以选自于例如丁苯橡胶、丙烯酸酯丁苯橡胶(SBR)、丁腈橡胶、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶和它们的组合。聚合物树脂粘结剂可以选自于例如聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、乳胶、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚树脂、环氧树脂、聚乙烯醇和它们的组合。
当水溶性粘结剂用作负极粘结剂时，例如，还可以使用纤维素类化合物以提供粘性。纤维素类化合物可以包括例如羧甲基纤维素、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更多种。碱金属可以是例如Na、K或Li。例如，基于100重量份的负极活性材料，可以以大约0.1重量份至大约3重量份的量包括纤维素类化合物。
可以包括导电材料以提供电极导电性。任何导电的材料可以用作导电材料，除非它引起化学变化。例如，导电材料可以包括诸如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维等的碳基材料；包括铜、镍、铝和银等的金属粉或金属纤维的金属基材料；诸如聚亚苯基衍生物的导电聚合物；或它们的混合物。
集流体可以包括例如铜箔、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它们的组合。
另一实施例提供一种包括负极、正极(其包括正极活性材料)和电解质的可再充电锂电池。
正极可以包括正极集流体和形成在正极集流体上的正极活性物质层。正极活性材料可以包括例如锂化嵌入化合物，该锂化嵌入化合物可逆地嵌入和脱嵌锂离子。优选地，可以使用钴、锰、镍或它们的组合中的至少一种和锂的复合氧化物。示例可以是由下面的化学式表示的化合物：
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≤0.5，0≤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)；以及LiaFePO4(0.90≤a≤1.8)。
在上面的化学式中，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；以及J选自于V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu和它们的组合。
化合物可以在表面上具有涂层，或者可以与具有涂层的另一化合物混合。涂层可以包括从由例如涂层元素的氧化物、涂层元素的氢氧化物、涂层元素的羟基氧化物、涂层元素的碱式碳酸盐和涂层元素的羟基碳酸盐组成的组中选择的至少一种涂层元素化合物。例如，用于涂层的化合物可以是非结晶的或结晶的。包括在涂层中的涂层元素可以包括例如Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它们的混合物。涂层可以以化合物中使用的这些元素对正极活性材料的性质没有不利影响的方法设置。例如，该方法可以包括诸如喷涂和浸渍等的任何涂覆方法，但是由于这些方法对于在相关领域中工作的技术人员而言可以是熟知的，因此不更详细地说明。
在正极中，基于正极活性物质层的总重量，正极活性材料的量可以是大约90wt％至大约98wt％。
在一个实施例中，正极活性物质层还可以包括粘结剂和导电材料。在此，均基于正极活性物质层的总重量，可以以从大约1wt％至大约5wt％的范围的量包括粘结剂和导电材料。
粘结剂可以改善正极活性材料颗粒彼此之间的粘结性质以及正极活性材料颗粒与集流体之间的粘结性质。粘结剂可以包括例如聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含乙撑氧的聚合物、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、丙烯酸酯丁苯橡胶、环氧树脂和尼龙等，但不限于此。
导电材料可以改善电极的导电性。任何导电的材料可以用作导电材料，除非它引起化学变化。例如，导电材料可以包括诸如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维等的碳基材料；诸如铜、镍、铝和银等的金属粉或金属纤维等的金属基材料；诸如聚亚苯基衍生物等的导电聚合物；或它们的混合物。
例如，集流体可以是铝，但不限于此。
电解质可以包括例如非水有机溶剂和锂盐。
非水有机溶剂可以用作传输参与电池的电化学反应的离子的介质。
非水有机溶剂可以是例如碳酸盐类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂或非质子性溶剂。
碳酸盐类溶剂可以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)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)和碳酸亚丁酯(BC)等。酯类溶剂可以是例如乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、二甲基乙酰胺、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲羟戊酸内酯和己内酯等。醚类溶剂可以是例如二丁醚、四乙二醇二甲醚、二甘醇二甲醚、乙二醇二甲醚、2-甲基四氢呋喃和四氢呋喃等。酮类溶剂可以是例如环己酮等。醇类溶剂可以是例如乙醇和异丙醇等。例如，非质子性溶剂可以是诸如R-CN(其中R是C2至C20直链、支链或环结构的烃基，或者可以包括双键、芳环或醚键)等的腈、诸如二甲基甲酰胺的酰胺、诸如1,3-二氧戊环的二氧戊环和环丁砜等。
有机溶剂可以单独地使用或以混合物使用。当以混合物使用有机溶剂时，可以根据期望的电池性能来控制混合物比例。
碳酸酯类溶剂可以包括例如环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物。可以以大约1:1至大约1:9的体积比将环状碳酸酯和链状碳酸酯混合在一起。当将该混合物用作电解质时，可再充电锂电池可以具有增强的性能。
除了碳酸酯类溶剂，有机溶剂还可以包括例如芳烃类有机溶剂。可以以大约1:1至大约30:1的体积比将碳酸酯类溶剂和芳烃类溶剂混合在一起。
芳烃类有机溶剂可以是由化学式1表示的芳香烃类化合物。
[化学式1]
Figure BDA0001148352170000071
在化学式1中，R1至R6可以相同或不同，并可以选自于氢、卤素、C1至C10烷基、卤代烷基和它们的组合。
芳烃类有机溶剂可以是例如苯、氟苯、1,2-二氟苯、1,3-二氟苯、1,4-二氟苯、1,2,3-三氟苯、1,2,4-三氟苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2,3-三氯苯、1,2,4-三氯苯、碘苯、1,2-二碘苯、1,3-二碘苯、1,4-二碘苯、1,2,3-三碘苯、1,2,4-三碘苯、甲苯、氟代甲苯、2,3-二氟甲苯、2,4-二氟甲苯、2,5-二氟甲苯、2,3,4-三氟甲苯、2,3,5-三氟甲苯、氯甲苯、2,3-二氯甲苯、2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,3,4-三氯甲苯、2,3,5-三氯甲苯、碘甲苯、2,3-二碘甲苯、2,4-二碘甲苯、2,5-二碘甲苯、2,3,4-三碘甲苯、2,3,5-三碘甲苯、二甲苯和它们的组合。
电解质还可以包括可改善循环寿命的碳酸亚乙烯酯或由化学式2表示的碳酸亚乙酯类化合物。
[化学式2]
Figure BDA0001148352170000072
在化学式2中，R7和R8可以相同或不同，并可以均独立地为氢、卤素、氰基(CN)、硝基(NO2)或C1至C5氟代烷基，条件是R7和R8中的至少一个是卤素、氰基(CN)、硝基(NO2)或C1至C5氟代烷基，且R7和R8不同时为氢。
碳酸亚乙酯类化合物可以包括例如二氟碳酸亚乙酯、氯代碳酸亚乙酯、二氯碳酸亚乙酯、溴代碳酸亚乙酯、二溴碳酸亚乙酯、硝基碳酸亚乙酯、氰基碳酸亚乙酯和氟代碳酸亚乙酯等。可以在适当的范围内灵活地使用用于改善循环寿命的添加剂的量。
锂盐可以溶解在有机溶剂中，可以将锂离子供应给电池，可以基本上运作可再充电锂电池，并且可以改善正极与负极之间的锂离子的传输。锂盐可以包括例如选自于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，例如在1至20范围内的整数)、LiCl、LiI和LiB(C2O4)2(二草酸硼酸锂，LiBOB)的至少一种支持盐。可以以大约0.1M至大约2.0M的范围的浓度使用锂盐。当以上面的浓度范围包括锂盐时，由于最佳的电解质导电率和粘度，使得电解质可以具有优异的性能和锂离子迁移率。
根据电池的种类，可再充电锂电池还可以包括位于负极与正极之间的分隔件。合适的分隔件材料可以包括例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯以及诸如聚乙烯/聚丙烯双层分隔件、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三层分隔件和聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层分隔件的它们的多层。
图1是示出根据一个实施例的可再充电锂电池的分解透视图。根据一个实施例的可再充电锂电池示出为具有例如棱柱形状，但是不限于此，并可以具有诸如圆柱状、袋状等的各种形状。
参照图1，根据一个实施例的可再充电锂电池100可以包括电极组件40和其中容纳有电极组件40的壳50，电极组件40通过在正极10与负极20之间放置分隔件30并且将其卷绕来形成。电解质溶液可以浸渍在正极10、负极20和分隔件30中。
提供下面的示例和对比示例以便强调一个或更多个实施例的特性，但是将理解的是，示例和对比示例不被解释为限制实施例的范围，对比示例也不被解释为在实施例的范围之外。另外，将理解的是，实施例不限于示例和对比示例中描述的具体的细节。
(示例1)
将97.5wt％的具有20GPa的杨氏模量的人造石墨负极活性材料、1wt％的羧甲基纤维素和1.5wt％的丁苯橡胶在水溶剂中混合以制备负极活性材料浆料。
使用PI85 SEM PicoIndenter(导电金刚石立方角探针：
Figure BDA0001148352170000092
Inc.USA(美国海思创有限公司))通过原位SEM压痕法测量杨氏模量。
将负极活性材料浆料涂覆在8μm厚的Cu箔上并压制，以制造或生产Cu箔上具有活性物质层的负极。负极具有1.70g/cc的活性物质密度和3.4mAh/cm2的电流密度。
(对比示例1)
除了使用具有8GPa的杨氏模量的人造石墨作为负极活性材料之外，根据与示例1相同的方法制备负极。负极具有1.70g/cc的活性物质密度和3.4mAh/cm2的电流密度。
(对比示例2)
除了使用具有40GPa的杨氏模量的人造石墨作为负极活性材料之外，根据与示例1相同的方法制备负极。负极具有1.60g/cc的活性物质密度和3.4mAh/cm2的电流密度。
浆料颗粒密度
通过下面的工艺分别将根据示例1和对比示例1至2的负极活性材料制备为浆料颗粒。
将97.5wt％的负极活性材料、1wt％的羧甲基纤维素和1.5wt％的丁苯橡胶在水溶剂中混合以制备负极活性材料浆料。
负极活性材料浆料被倒入由铝箔制成的容器中，并在110℃的烤炉中完全干燥。干燥的浆料粉末用臼和杵磨细，并过筛250目筛。将1g过筛粉末放在颗粒夹具中并用表1中提供的压力压制30秒以制造或生产浆料颗粒。
使得浆料颗粒保持24小时，然后测量浆料颗粒的重量和厚度。测量的重量和厚度用于计算浆料颗粒的密度，结果提供在表1中。
表1
Figure BDA0001148352170000091
Figure BDA0001148352170000101
参照表1的结果，分别使用根据示例1和对比示例1的负极活性材料制备的浆料颗粒在3.5吨和2.0吨的压力下均具有大于或等于1.70g/cc的浆料颗粒密度。结果表明可以获得大于或等于1.65g/cc的活性物质密度，也可以实现具有高能量密度的电池。
相反地，通过使用根据对比示例2的负极活性材料制备的浆料颗粒显示1.62g/cc的低浆料颗粒密度(尽管压力是3.8吨的高压，但是难以获得大于或等于1.65g/cc的活性物质密度)。原因是根据对比示例2的负极活性材料具有太高的杨氏模量而不能在压制工艺中压缩，因此，几乎不能实现高的活性物质密度。因此，对比示例2的负极活性材料不会适用于具有高能量密度的电池。
电解质溶液浸渍实验
在通过工艺制备的浆料颗粒上以逐滴的方式仔细地添加50μL电解质溶液(通过将1M LiPF6溶于碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的混合溶剂(3:7的体积比)中来获得)，并将它覆盖以防止电解质溶液的蒸发之后，测量电解质溶液完全地浸渍到浆料颗粒中的时间。结果提供在图2中。
参照图2的结果，根据示例1和对比示例2的负极活性材料表现出非常短的电解质溶液浸渍时间。相反，根据对比示例1的负极活性材料是示例1的浸渍时间的两倍慢。
基于表1和图2的结果，杨氏模量不应该太低或太高以便获得快速的浸渍时间并实现高的活性物质密度。
循环寿命特性和电池厚度增大率
根据示例1和对比示例1的每个负极用于制造具有2000mAh的理论容量(名义容量)的可再充电锂电池单体。根据对比示例2的负极不具有高的活性物质密度，因此，不属于该电池实验。在此，LiCoO2用作正极，通过将1M LiPF6溶解在碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的混合溶剂(3:7的体积比)中来制备电解质。
制造的电池单体在45℃的温度下在1.0C充电，暂停5分钟，在1.0C放电，并暂停5分钟。作为一个循环的这个充电和放电过程一共被重复750次。图3示出了在每个充电和放电循环的放电容量相对于在第一个充电和放电循环的放电容量的比例的容量保持率。
此外，图4示出通过在充电和放电循环之前测量电池厚度和在每个循环测量另一电池厚度而得到的厚度增大率。
如图3中所示，与对比示例1的负极相比，示例1的负极显示出优异的容量保持率，如图4中所示，与对比示例1的负极相比，示例1的负极显示出较低的厚度增大率。
(对比示例3)
示例1的负极活性材料浆料被用于制备具有1.60g/cc的活性物质密度和3.0mAh/cm2的电流密度的负极。
(对比示例4)
对比示例1的负极活性材料浆料被用于制备具有1.60g/cc的活性物质密度和3.0mAh/cm2的电流密度的负极。
循环寿命特性
分别将根据对比示例3和对比示例4的负极用于制造具有2000mAh的理论容量(名义容量)的两个可再充电锂电池单元。在此，使用了利用LiCoO2的正极以及通过将1M LiPF6溶解在碳酸亚乙酯和碳酸二甲酯的混合溶剂(3:7的体积比)中制备的电解质。
制造的电池单体在45℃的温度下在1.0C充电，暂停5分钟，在1.0C放电，并暂停5分钟。作为一个充电和放电循环的这个充电和放电过程一共被重复750次。图5示出了在每个充电和放电循环的放电容量相对于在第一个充电和放电循环的放电容量的比值的容量保持率。
如图5中所示，与使用具有8GPa的低的杨氏模量的负极活性材料的对比示例4相比，使用具有20GPa的杨氏模量的负极活性材料的对比示例3显示出相似的但是低的活性物质密度和电流密度。这个结果表明，当活性物质密度和电流密度低的时候，循环寿命特性不会通过调整杨氏模量得到改善。
通过总结和回顾的方式，可再充电锂电池可以使用有机电解质溶液，从而可以具有是使用碱性水溶液的传统电池的放电电压至少两倍高的放电电压，因此，可以具有高的能量密度。
对于可再充电锂电池的正极活性材料，可以使用具有能够嵌入锂离子的结构的锂-过渡金属氧化物(诸如LiCoO2、LiMn2O4和LiNi1-xCoxO2(0<x<1)等)。
对于负极活性材料，已经使用可嵌入和脱嵌锂离子的诸如人造石墨、天然石墨和硬碳的各种碳基材料。为了获得高容量，硅基或锡基的非碳基负极活性材料也已经被考虑。
示例性实施例提供了用于可以具有改善的循环寿命特性和改善的膨胀特性的可再充电锂电池的负极。
根据示例性实施例的用于可再充电锂电池的负极活性材料可以提供用于可改善高速充电特性并且可具有高活性物质密度的可再充电锂电池的负极。
示例性实施例也提供了包括该负极的可再充电锂电池。
在这里已经公开了示例实施例，虽然采用了特定的术语，但是仅以一般的和描述性的含义来使用和解释它们，而不是为了限制的目的。在一些情况下，对于到提交本申请时为止的本领域普通技术人员而言将明显的是，可以单独使用结合具体实施例描述的特征、特性和/或元件，或与结合其它实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用，除非另有明确说明。因此，本领域技术人员将理解的是，在不脱离权利要求书中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以做出形式上和细节上的各种改变。

Claims (6)

1.一种用于可再充电锂电池的负极，所述负极包括负极活性物质层，所述负极活性物质层包括具有10GPa至35GPa的杨氏模量的负极活性材料，并且负极具有1.65g/cc至1.85g/cc的活性物质密度和3.2mAh/cm2至4.2mAh/cm2的电流密度。
2.根据权利要求1所述的负极，其中，负极活性材料的杨氏模量为15GPa至25GPa。
3.根据权利要求1所述的负极，其中，负极活性材料是人造石墨。
4.一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括：
根据权利要求1所述的负极；
正极，包括正极活性材料；以及
电解质。
5.根据权利要求4所述的可再充电锂电池，其中，负极活性材料的杨氏模量为15GPa至25GPa。
6.根据权利要求4所述的可再充电锂电池，其中，负极活性材料是人造石墨。
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