CN116565156A - 用于高性能电池组的电活性材料 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于高性能电池组的电活性材料。提供了一种循环锂离子的电化学电池。该电化学电池包括具有正极电活性材料的正电极，所述正极电活性材料选自：LiNixM2‑xO2(其中M选自钴、锰、铝及其组合，且x≥0.8)，和具有包括含碳材料和氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)的负极电活性复合材料的负电极。正电极在室温下具有约4.5 mAh/cm2至约6.5 mAh/cm2的单侧负荷容量。负电极在室温下具有约4.5 mAh/cm2至约5.5 mAh/cm2的单侧负荷容量。

Description

用于高性能电池组的电活性材料
技术领域
本发明涉及一种循环锂离子的电化学电池。
背景技术
本部分提供了与本公开相关的背景信息，其不一定是现有技术。
需要先进的能量存储装置和系统来满足各种产品的能量和/或功率要求，包括汽车产品，例如启-停系统(例如，12V启-停系统)、电池组辅助系统、混合动力电动车辆(“HEVs”)和电动车辆(“EVs”)。典型的锂离子电池组包括至少两个电极和电解质和/或隔离件。两个电极中的一个可用作正电极或阴极，而另一个电极可用作负电极或阳极。隔离件和/或电解质可设置在负电极和正电极之间。电解质适于在电极之间传导锂离子，并且与两个电极一样，可以是固体和/或液体形式和/或其混合物。在包括固态电极和固态电解质的固态电池组的情况下，固态电解质可物理地分离电极，使得不需要不同的隔离件。
发明内容
本部分提供了本公开的一般概述，而不是其全部范围或其所有特征的全面公开。本公开涉及电活性材料和包括该电活性材料的电化学电池。
在各个方面，本公开提供了一种循环锂离子的电化学电池。该电化学电池可包括在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约6.5 mAh/cm2的单侧负荷容量的正电极，和在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约5.5 mAh/cm2的单侧负荷容量的负电极。正电极可包括选自以下的正极电活性材料：LiNixM2-xO2 (其中M选自钴、锰、铝及其组合，且x≥0.8)。负电极可包括负极电活性复合材料，该负极电活性复合材料包括含碳材料和氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)。
在一个方面，正电极可具有大于或等于约3.2g/cm3至小于或等于约3.8g/cm3的压实密度。正电极可具有大于或等于约25体积%至小于或等于约35体积%的孔隙率。
在一个方面，正电极可具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的宽度。负电极可具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的长度。
在一个方面，正电极可具有小于或等于约600 ppm的水分含量。
在一个方面，电化学电池还可包括设置在正电极和负电极之间的隔离件。所述隔离件可具有大于或等于约17μm至小于或等于约23μm的厚度。隔离件可具有大于或等于约35体积%至小于或等于约55体积%的孔隙率。
在一个方面，电化学电池还可包括分散在正电极和负电极中的一者或两者中的电解质。电化学电池也可包括电解质添加剂。例如，电化学电池可包括大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的电解质添加剂。电解质添加剂可选自：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、硫酸亚乙酯(DTD)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、三(三甲基甲硅烷基)亚磷酸酯(TMSPi)、三亚甲基硫酸酯(TMS)、丁二腈(SN)、三苯胺(Ph3N)、三(三甲基甲硅烷基)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基甲硅烷基)磷酸酯(TMSP)、三苯基膦(TPP)、三乙基亚磷酸酯(TEP)、三甲基硼酸酯(TMB)及其组合。
在一个方面，负电极可具有大于或等于约1.4g/cm3至小于或等于约1.8g/cm3的压实密度。负电极可具有大于或等于约30体积%至小于或等于约40体积%的孔隙率。
在一个方面，负电极可具有是正电极的第一宽度的至少两倍的第二宽度。负电极可具有是正电极的第一长度的至少两倍的第二长度。
在一个方面，第二宽度可小于第一宽度的十倍。第二长度可小于第一长度的十倍。
在一个方面，负电极可具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的宽度。负电极可具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的长度。
在一个方面，负电极可具有小于或等于约500 ppm的水分含量。
一方面，负电极可包括大于或等于约92重量%至小于或等于约98重量%的含碳材料，和大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%的氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)。
在一个方面，含碳材料可选自：石墨、硬碳、软碳、石墨烯、碳纳米管、碳纤维及其组合。
在一个方面，负电极可进一步包括大于或等于约0.05重量%至小于或等于约1重量%的单壁碳纳米管(SWCNT)。
在一个方面，电化学电池可具有大于或等于约1至小于或等于约1.15的N/P比。
在各个方面，本公开提供了一种循环锂离子的电化学电池。该电化学电池可包括具有正极电活性材料的正电极，所述正极电活性材料选自：LiNixM2-xO2 (其中M选自钴、锰、铝及其组合，且x≥0.8)，具有包括含碳材料和氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)的负极电活性复合材料的负电极，和置于正电极和负电极之间的隔离件。所述隔离件可具有大于或等于约17μm至小于或等于约23μm的厚度。隔离件可具有大于或等于约35体积%至小于或等于约55体积%的孔隙率。电化学电池可具有大于或等于约1至小于或等于约1.15的N/P比。
在一个方面，正电极在室温下可具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约6.5 mAh/cm2的单侧负荷容量。负电极可具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约5.5mAh/cm2的室温下的单侧负荷容量。
在一个方面，电化学电池还可包括分散在正电极和负电极中的一者或两者中的电解质。电化学电池也可包括电解质添加剂。例如，电化学电池可包括大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的电解质添加剂。电解质添加剂可选自：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、硫酸亚乙酯(DTD)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、三(三甲基甲硅烷基)亚磷酸酯(TMSPi)、三亚甲基硫酸酯(TMS)、丁二腈(SN)、三苯胺(Ph3N)、三(三甲基甲硅烷基)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基甲硅烷基)磷酸酯(TMSP)、三苯基膦(TPP)、三乙基亚磷酸酯(TEP)、三甲基硼酸酯(TMB)及其组合。
在一个方面，负电极可具有是正电极的第一宽度的至少两倍的第二宽度。负电极可具有是正电极的第一长度的至少两倍的第二长度。第二宽度可小于第一宽度的十倍，并且第二长度可小于第一长度的十倍。
在各个方面，本公开提供了一种循环锂离子的电化学电池。电化学电池可包括具有正极电活性材料的正电极，所述正极电活性材料选自：LiNixM2-xO2 (其中M选自钴、锰、铝及其组合，并且x≥0.8)，和具有包括含碳材料和氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)的负极电活性复合材料的负电极。正电极在室温下可具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约6.5 mAh/cm2的单侧负荷容量。负电极在室温下可具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约5.5 mAh/cm2的单侧负荷容量。负电极可具有是正电极的第一宽度的至少两倍的第二宽度，以及是正电极的第一长度的至少两倍的第二长度。第二宽度可小于第一宽度的十倍，并且第二长度可小于第一长度的十倍。电化学电池可具有大于或等于约1至小于或等于约1.15的N/P比。
本发明公开了以下实施方案：
1 一种循环锂离子的电化学电池，其中所述电化学电池包括：
正电极，其在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约6.5 mAh/cm2的单侧负荷容量，其中所述正电极包含选自以下的正极电活性材料：LiNixM2-xO2 (其中M选自钴、锰、铝及其组合，且x≥0.8)；以及
负电极，其在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约5.5 mAh/cm2的单侧负荷容量，其中所述负电极包含包括含碳材料和氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)的负极电活性复合材料。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述正电极具有大于或等于约3.2g/cm3至小于或等于约3.8g/cm3的压实密度，以及大于或等于约25体积%至小于或等于约35体积%的孔隙率。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述正电极具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的宽度，以及大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的长度。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述正电极具有小于或等于约600 ppm的水分含量。
根据实施方案1所述的电化学电池，还包括：
设置在所述正电极和所述负电极之间的隔离件，其中所述隔离件具有大于或等于约17μm至小于或等于约23μm的厚度和大于或等于约35体积%至小于或等于约55体积%的孔隙率。
根据实施方案1所述的电化学电池，还包括：
分散在所述正电极和所述负电极中的一者或两者中的电解质；以及
电解质添加剂，其选自：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、硫酸亚乙酯(DTD)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、三(三甲基甲硅烷基)亚磷酸酯(TMSPi)、三亚甲基硫酸酯(TMS)、丁二腈(SN)、三苯胺(Ph3N)、三(三甲基甲硅烷基)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基甲硅烷基)磷酸酯(TMSP)、三苯基膦(TPP)、三乙基亚磷酸酯(TEP)、三甲基硼酸酯(TMB)及其组合，其中所述电化学电池包含大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的电解质添加剂。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述负电极具有大于或等于约1.4g/cm3至小于或等于约1.8g/cm3的压实密度，以及大于或等于约30体积%至小于或等于约40体积%的孔隙率。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述负电极具有是正电极的第一宽度的至少两倍的第二宽度，以及是正电极的第一长度的至少两倍的第二长度。
根据实施方案8所述的电化学电池，其中所述第二宽度比所述第一宽度的十倍小，并且所述第二长度比所述第一长度的十倍小。
根据实施方案8所述的电化学电池，其中所述负电极具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的宽度，以及大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的长度。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述负电极具有小于或等于约500 ppm的水分含量。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述负电极包含大于或等于约92重量%至小于或等于约98重量%的含碳材料，和大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%的氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述含碳材料选自：石墨、硬碳、软碳、石墨烯、碳纳米管、碳纤维及其组合。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述负电极还包含大于或等于约0.05重量%至小于或等于约1重量%的单壁碳纳米管(SWCNT)。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述电化学电池具有大于或等于约1至小于或等于约1.15的N/P比。
一种循环锂离子的电化学电池，其中所述电化学电池包括：
具有正极电活性材料的正电极，所述正极电活性材料选自以下：LiNixM2-xO2 (其中M选自钴、锰、铝及其组合，且x≥0.8)，
具有包括含碳材料和氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)的负极电活性复合材料的负电极；以及
设置在所述正电极和所述负电极之间的隔离件，其中所述隔离件具有厚度大于或等于约17μm至小于或等于约23μm，并且具有孔隙率大于或等于约35体积%至小于或等于约55体积%，
其中所述电化学电池具有大于或等于约1至小于或等于约1.15的N/P比。
根据实施方案16所述的电化学电池，其中所述正电极在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约6.5 mAh/cm2的单侧负荷容量，和
其中所述负电极在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约5.5mAh/cm2的单侧负荷容量。
根据实施方案16所述的电化学电池，还包括：
分散在所述正电极和所述负电极中的一者或两者中的电解质；以及
电解质添加剂，其选自：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、硫酸亚乙酯(DTD)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、三(三甲基甲硅烷基)亚磷酸酯(TMSPi)、三亚甲基硫酸酯(TMS)、丁二腈(SN)、三苯胺(Ph3N)、三(三甲基甲硅烷基)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基甲硅烷基)磷酸酯(TMSP)、三苯基膦(TPP)、三乙基亚磷酸酯(TEP)、三甲基硼酸酯(TMB)及其组合，其中所述电化学电池包含大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的电解质添加剂。
根据实施方案1所述的电化学电池，其中所述负电极具有是所述正电极的第一宽度的至少两倍的第二宽度，和是所述正电极的第一长度的至少两倍的第二长度，和
其中，所述第二宽度小于所述第一宽度的十倍，并且所述第二长度小于所述第一长度的十倍。
一种循环锂离子的电化学电池，其中所述电化学电池包括：
具有选自以下的正极电活性材料的正电极：LiNixM2-xO2 (其中M选自钴、锰、铝及其组合，且x≥0.8)，其中所述正电极在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约6.5 mAh/cm2的单侧负荷容量；以及
具有包括含碳材料和氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)的负极电活性复合材料的负电极，所述负电极在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约5.5 mAh/cm2的单侧负荷容量，
其中所述负电极具有是所述正电极的第一宽度的至少两倍的第二宽度，以及是所述正电极的第一长度的至少两倍的第二长度，
其中，所述第二宽度小于所述第一宽度的十倍，并且所述第二长度小于所述第一长度的十倍，以及
其中所述电化学电池具有大于或等于约1至小于或等于约1.15的N/P比。
从本文提供的描述中，进一步的应用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体实例仅意在用于说明的目的，而不意在限制本公开的范围。
附图说明
本文描述的附图仅用于举例说明所选实施方案而非所有可能实施方式的目的，并且不旨在限制本公开的范围。
图1是示例性电化学电池的示意图；
图2A是表示根据本公开的各个方面制备的示例电池的第一循环充电/放电曲线的图示说明；以及
图2B是表示根据本公开的各个方面制备的示例电池实例的循环性能的图示说明。
在附图的几个视图中，相应的附图标记表示相应的组件。
具体实施方式
提供示例性实施方案从而使得本公开将为完全的，并使本公开将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式表现，并且它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的设备结构和公知的技术。
本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语或可被理解成替代性地为更具限制性和局限性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。由此，对叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或举例说明的特定次序执行，除非明确确定以一履行次序的形式进行。还要理解的是，除非另行说明，可采用附加或替代的步骤。
当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”，“啮合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可直接在另一组件、元件或层上，啮合、连接或耦合到另一组件、元件或层上，或可存在居间元件或层。相较之下，当元件被提到直接在另一元件或层上，“直接啮合”、“直接连接”或“直接耦合”到另一元件或层上时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释(例如“在…之间”相对“直接在…之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另行说明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚表明，术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
为了易于描述，在本文中可使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或特征与其它(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。空间或时间上相对的术语可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中在附图中所示的取向之外的不同取向。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了在详细描述最后提供的工作实例中之外，本说明书(包括所附权利要求)中的(例如量或条件)参数的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指所述数值允许一定的轻微不精确(在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是)。如果在本领域中不以这种普通含义另行理解由“大约”提供的不精确性，那么本文所用的“大约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“大约”可包括小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。
此外，范围的公开包括对在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对范围所给出的端点和子范围的公开。
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
典型的锂离子电池组包括与第二电极(例如负电极或阳极)相对的第一电极(例如正电极或阴极)和设置在其间的隔离件和/或电解质。通常，在锂离子电池包(batterypack)中，电池组或电池可以以堆叠或卷绕配置电连接以增加总输出。锂离子电池组通过在第一和第二电极之间可逆地传递锂离子来运行。例如，锂离子可在电池组充电期间从正电极移动到负电极，并且在电池放电时沿相反方向移动。电解质适于传导锂离子，并且可以是液体、凝胶或固体形式。例如，图1中示出了电化学电池(也称为电池组) 20的示例性和示意性说明。
这种电池用于车辆或汽车运输应用(例如，摩托车、船、拖拉机、公共汽车、摩托车、移动房屋、野营车和坦克)。然而，本技术可用于广泛种类的其它工业和应用，包括航空航天组件、消费品、设备、建筑物(例如，房屋、办公室、棚和仓库)、办公设备和家具、以及工业设备机械、农业或农场设备、或重型机械，作为非限制性实例。此外，尽管所示的实例包括单个正电极阴极和单个阳极，但本领域技术人员将认识到，本教导扩展到各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极的那些，以及具有有设置在其一个或多个表面上或与其一个或多个表面相邻的电活性层的各种集流体的那些。例如，在某些变型中，电池组20可包括五个双侧正电极24、四个双侧负电极22和两个单侧负电极22。
电池组20包括负电极22 (例如，阳极)、正电极24 (例如，阴极)和设置在两个电极22、24之间的隔离件26。所述隔离件26提供电隔离，防止电极22、24之间的物理接触。隔离件26还在锂离子循环期间为锂离子(并且在某些情况下，相关阴离子)的内部通过提供最小电阻路径。在各个方面，隔离件26包括电解质30，在某些方面，其也可存在于负电极22和正电极24中。在某些变型中，隔离件26可由固态电解质或半固态电解质(例如凝胶电解质)形成。例如，隔离件26可由多个固态电解质颗粒(未示出)限定。在固态电池组和/或半固态电池组的情况下，正电极24和/或负电极22可包括多个固态电解质颗粒。包括在或限定隔离件26的多个固态电解质颗粒可与包括在正电极24和/或负电极22中的多个固态电解质颗粒相同或不同。
第一集流体32可位于或靠近负电极22。例如，第一集流体32可以是负电极集流体。第一集流体32可以是包括铜或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料的金属箔、金属栅格或筛网、或多孔金属。第二集流体34可位于或靠近正电极24。例如，第二集流体34可以是正电极集流体。第二集流体可以是包括铝或本领域技术人员已知的任何其它合适导电材料的金属箔、金属栅格或筛网、或多孔金属。第一集流体32和第二集流体34分别将自由电子收集并移动至外部电路40和从外部电路40收集并移动自由电子。例如，可中断的外部电路40和负载装置42可连接负电极22 (通过第一集流体32)和正电极24 (通过第二集流体34)。
电池组20可以在放电期间通过可逆电化学反应产生电流，所述可逆电化学反应在外部电路40闭合(以连接负电极22和正电极24)并且负电极22具有比正电极低的电势时发生。正电极24和负电极22之间的化学电位差驱使在负电极22处的反应（例如嵌入锂的氧化）所产生的电子通过外部电路40前往正电极24。同时也在负电极22处产生的锂离子通过隔离件26中含有的电解质30转移前往正电极24。电子流过外部电路40，并且锂离子迁移通过含有电解质30的隔离件26，在正电极24处形成嵌入锂。如上所述，电解质30通常也存在于负电极22和正电极24中。流经外部电路40的电流可以被利用并被引导通过负载装置42，直到负电极22中的锂被耗尽并且电池组20的容量减小。
通过将外部能量源连接到电池组20以逆转在电池组放电期间发生的电化学反应，电池组20可以在任何时间被充电或重新赋能。将外部电源连接到电池组20促进了在正电极24处的反应，例如，嵌入锂的非自发氧化，从而产生电子和锂离子。锂离子通过电解质30穿过隔离件26朝负电极22流回，为负电极22补充用于在下一次电池放电事件期间使用的锂(例如，嵌入的锂)。因此，完全放电事件之后完全充电事件被认为是一个循环，其中锂离子在正电极24和负电极22之间循环。可用于对电池组20充电的外部能量源可根据电池组20的尺寸、构造和特定最终用途而变化，一些值得注意和示例性的外部能量源包括但不限于通过壁装电源插座连接到AC电网的AC-DC转换器和机动车辆交流发电机。
在许多锂离子电池组配置中，负电极集流体32、负电极22、隔离件26、正电极24和正电极集流体34中的每一个被制备为相对薄的层(例如，厚度从几微米到几分之一毫米或更小)并且被组装成以电并联布置连接的层以提供合适的电能和功率封装。在各个方面，电池组20还可包括各种其它组件，虽然这里未示出，但所述组件对于本领域技术人员而言是已知的。例如，电池组20可包括壳体、垫圈、端子盖、极耳、电池组端子和可位于电池组20内的任何其它常规组件或材料，包括在负电极22、正电极24和/或隔离件26之间或周围。图1中显示的电池组20包括液体电解质30，并且显示了电池组操作的代表性概念。然而，本技术还适用于固态电池组和/或半固态电池组，其包括固态电解质和/或固态电解质颗粒和/或半固态电解质和/或固态电活性颗粒，它们可具有本领域技术人员已知的不同设计。
如上所述，电池组20的尺寸和形状可根据其所设计用于的特定应用而变化。例如，电池组供电的车辆和手持消费电子设备是两个实例，其中电池组20将很可能被设计成不同的尺寸、容量和功率输出规格。如果负载装置42需要，电池组20也可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联连接，以产生更大的电压输出、能量和功率。因此，电池组20可以产生电流到作为外部电路40的一部分的负载装置42。当电池组20放电时，负载装置42可由通过外部电路40的电流供电。虽然电负载装置42可以是任何数量的已知电动装置，但是一些具体实例包括用于电动车辆的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话和无绳电动工具或器具。负载装置42还可以是发电设备，其为了存储电能而对电池组20充电。
重新参照图1，正电极24、负电极22和隔离件26可各自在其孔隙内包含电解质溶液或体系30，其能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子。能够在负电极22和正电极24之间传导锂离子的任何合适的电解质30，无论是固体、液体或凝胶形式，都可用于锂离子电池组20中。在某些方面，电解质30可为非水性液体电解质溶液，（例如，大于或等于约0.8 M至小于或等于约1.2 M，并且在某些方面，任选地约1 M）其包含溶解于有机溶剂或有机溶剂混合物中的锂盐。在锂离子电池组20中可采用许多常规的非水性液体电解质30溶液。
在某些方面，电解质30可以是非水性液体电解质溶液，其包含溶解在有机溶剂或有机溶剂的混合物中的一种或多种锂盐。例如，可溶解在有机溶剂中以形成非水性液体电解质溶液的锂盐的非限制性列举包括六氟磷酸锂(LiPF6)、高氯酸锂(LiClO4)、四氯铝酸锂(LiAlCl4)、碘化锂(LiI)、溴化锂(LiBr)、硫氰酸锂(LiSCN)、四氟硼酸锂(LiBF4)、四苯基硼酸锂(LiB(C6H5)4)、双(草酸根合)硼酸锂(LiB(C2O4)2)(LiBOB)、二氟草酸根合硼酸锂(LiBF2(C2O4))、六氟砷酸锂(LiAsF6)、三氟甲磺酸锂(LiCF3SO3)、双(三氟甲烷)磺酰基亚胺锂(LiN(CF3SO2)2)、双(氟磺酰基)亚胺锂(LiN(FSO2)2)(LiSFI)及其组合。
这些和其它类似的锂盐可溶解在各种非水性非质子有机溶剂中，包括但不限于各种碳酸酯，例如环状碳酸酯(例如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC)、氟代碳酸乙烯酯(FEC))、直链碳酸酯(例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲基酯(EMC))、脂族羧酸酯(例如甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯)、γ内酯(例如γ-丁内酯、γ-戊内酯)、链结构醚(例如1,2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷)、环醚(例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃)、1,3-二氧戊环)、硫化合物(例如环丁砜)及其组合。
在某些变型中，电解质30可进一步包括电解质添加剂。例如，电解质30可包括大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于0.1重量%至小于或等于10重量%的电解质添加剂。所述电解质添加剂可包括碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、硫酸亚乙酯(DTD)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、三(三甲基甲硅烷基)亚磷酸酯(TMSPi)、三亚甲基硫酸酯(TMS)、丁二腈(SN)、三苯胺(Ph3N)、三(三甲基甲硅烷基)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基甲硅烷基)磷酸酯(TMSP)、三苯基膦(TPP)、三乙基亚磷酸酯(TEP)、三甲基硼酸酯(TMB)及其组合。
隔离件26可具有大于或等于约35体积%至小于或等于约55体积%的孔隙率，并且在某些方面，任选地为约45体积%。隔离件26可具有大于或等于35体积%至小于或等于55体积%，并且在某些方面中，任选地45体积%的孔隙率。例如，在某些变型中，多孔隔离件26可包括微孔聚合物隔离件，该微孔聚合物隔离件包括聚烯烃。所述聚烯烃可以是均聚物(衍生自单一单体组分)或杂聚物(衍生自多于一种单体组分)，其可以是线性的或支化的。如果杂聚物衍生自两种单体组分，则聚烯烃可呈现任何共聚物链排列，包括嵌段共聚物或无规共聚物的那些。类似地，如果聚烯烃是由多于两种单体组分衍生的杂聚物，则它同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、或聚乙烯(PE)和聚丙烯(PP)的共混物、或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售的聚烯烃多孔隔离件26包括CELGARD®2500 (单层聚丙烯隔离件)和CELGARD®2320(三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件)，可从Celgard LLC获得。
当隔离件26为微孔聚合物隔离件时，其可为单层或多层层合体，其可由干法或湿法制造。例如，在某些情况下，单层聚烯烃可形成整个隔离件26。在其它方面，隔离件26可以是在相对表面之间具有大量孔隙延伸的纤维膜，并且可具有例如小于毫米的平均厚度。然而，作为另一个实例，可组装相似或不相似的聚烯烃的多个离散层以形成微孔聚合物隔离件26。隔离件26还可包含除了聚烯烃之外的其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚酰胺、聚酰亚胺、聚(酰胺-酰亚胺)共聚物、聚醚酰亚胺和/或纤维素，或适于产生所需多孔结构的任何其它材料。聚烯烃层和任何其它任选的聚合物层可进一步作为纤维层包括在隔离件26中，以帮助为隔离件26提供合适的结构和孔隙率特性。
在某些方面，隔离件26还可包括陶瓷材料和耐热材料中的一种或多种。例如，隔离件26也可与陶瓷材料和/或耐热材料混合，或者隔离件26的一个或多个表面可涂覆有陶瓷材料和/或耐热材料。在某些变型中，陶瓷材料和/或耐热材料可设置在隔离件26的一侧或多侧上，陶瓷材料可选自以下：氧化铝(Al2O3)、二氧化硅(SiO2)及其组合。耐热材料可选自以下：Nomex、芳族聚酰胺（Aramid）及其组合。
考虑了用于形成隔离件26的各种常规可获得的聚合物和商业产品，以及可用于生产这种微孔聚合物隔离件26的许多制造方法。在每种情况下，隔离件26可具有大于或等于约17μm至小于或等于约23μm的厚度，并且在某些情况下，任选地为约20μm的厚度。隔离件26可具有大于或等于17μm至小于或等于23μm的厚度，在某些情况下，任选为20μm的厚度。
在各个方面，如图1所示的多孔隔离件26和/或设置在多孔隔离件26中的电解质30可用既用作电解质又用作隔离件的固态电解质(“SSE”)层(未示出)和/或半固态电解质(例如凝胶)层来代替。固态电解质层和/或半固态电解质层可设置在正电极24与负电极22之间，固态电解质层和/或半固态电解质层促进锂离子的转移，同时在负电极22与正电极24之间进行机械地分离并提供的电绝缘。作为非限制性实例，固态电解质层和/或半固态电解质层可包括多个固态电解质颗粒，例如LiTi2(PO4)3、LiGe2(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li3xLa2/3-xTiO3、Li3PO4、Li3N、Li4GeS4、Li10GeP2S12、Li2S-P2S5、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I、Li3OCl、Li2.99Ba0.005ClO或它们的组合。固态电解质颗粒可以是纳米尺寸的基于氧化物的固态电解质颗粒。
正电极24可由基于锂的活性材料形成，所述基于锂的活性材料能够经受锂嵌入和脱嵌、合金化和脱合金化、或镀覆和剥离，同时用作电池组20的正极端子。正电极24可以由多个电活性材料颗粒(未示出)限定。这样的正极电活性材料颗粒可设置在一个或多个层中，以限定正电极24的三维结构。例如，正电极24可具有大于或等于约25体积%至小于或等于约35体积%的孔隙率，并且在某些方面中，任选地为约30体积%的孔隙率。正电极24可具有大于或等于25体积%至小于或等于35体积%的孔隙率，并且在某些方面中，任选地为30体积%的孔隙率。例如在电池组装之后，电解质30可被引入，并且被含有在正电极24的孔隙(未示出)内。在引入电解质30之前，正电极24可具有小于或等于大约600 ppm的水分含量(例如，水含量)。正电极24可具有小于或等于600 ppm的水分含量。在某些变型中，正电极24可包括多个固态电解质颗粒(未示出)，并且孔隙率可被限定为电活性材料颗粒和固态电解质颗粒两者之间。
在每种情况下，正电极24可具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的(第一)宽度(不包括极耳)，并且在某些方面中，任选地大于或等于约80 mm至小于或等于约300mm的(第一)宽度(不包括极耳)。正电极24可具有大于或等于50 mm至小于或等于500 mm的(第一)宽度，并且在某些方面中，任选地大于或等于80 mm至小于或等于300 mm的(第一)宽度。正电极24可具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的(第一)长度(不包括极耳)，并且在某些方面中，任选地大于或等于约100 mm至小于或等于约400 mm(第一)长度(不包括极耳)。正电极24可具有大于或等于50 mm至小于或等于500 mm的(第一)长度，并且在某些方面中，任选地大于或等于100 mm至小于或等于400 mm的(第一)长度。正电极24可具有大于或等于约3.2g/cm3至小于或等于约3.8g/cm3的压实密度，并且在某些方面中，任选地为约3.5g/cm3的压实密度。正电极24可具有大于或等于3.2g/cm3至小于或等于3.8g/cm3的压实密度，并且在某些方面中，任选地具有3.5g/cm3的压实密度。
在各个方面，正电极24可以是富镍阴极，其中正极电活性材料包括例如LiNixM2- xO2，其中M包括钴、锰和/或铝，且x≥0.8。在其它变型中，正极电活性材料可包括例如LMO2，其中M包括钴、锰和/或铝。在再其它变型中，正极电活性材料可包括例如LiNixM2-xO2 (其中M包含钴、锰和/或铝，且x≥0.8)和LMO2 (其中M包含钴、锰和/或铝)的混合物。在每种情况下，LMO2包括单晶颗粒和二次颗粒。单晶颗粒是具有平均粒度大于或等于约1μm至小于或等于约50μm，并且在某些方面中，任选大于或等于1μm至小于或等于50μm的微晶(即，没有任何晶界的单晶)。二次颗粒具有大于或等于约1μm至小于或等于约50μm，并且在某些方面中，任选地大于或等于1μm至小于或等于50μm的平均粒度，其中每个二次颗粒包含多个较小颗粒。所述较小的颗粒通常是纳米尺寸的，具有大于或等于约30 nm至小于或等于约300 nm的平均粒度，并且在某些方面中，任选地大于或等于30 nm至小于或等于300 nm的平均粒度。
在每个变型中，对于室温(例如，约20℃，或任选地约21℃)下的单侧阴极0.1C-倍率，正电极24可具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约5.5 mAh/cm2的容量负荷，并且在某些方面，任选地约5 mAh/cm2的容量负荷。对于室温下的单侧阴极0.1C-倍率，正电极24可具有大于或等于4.5 mAh/cm2至小于或等于5.5 mAh/cm2的容量负荷，并且在某些方面，任选地为5 mAh/cm2的容量负荷。正电极24在大于约3.0V至小于或等于约4.2V的电压下可具有大于或等于约87%的第一循环效率。
在进一步的变型中，正电极24中的一种或多种正极电活性材料可任选地与提供电子传导路径的电子导电材料和/或至少一种改进电极24的结构完整性的聚合物粘合剂材料混合。例如，一种或多种正极电活性材料、电子导电材料和/或聚合物粘合剂材料可分散在非水性溶剂(例如，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP))中以形成用于电极铸造和正电极24形成的稳定浆料。
正电极24中的一种或多种正极电活性材料可任选地与粘合剂混合(例如，浆料铸造)，所述粘合剂如聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚砜、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、三元乙丙橡胶(EPDM)或羧甲基纤维素(CMC)、丁腈橡胶(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯酸锂(LiPAA)、聚丙烯酸钠(NaPAA)、海藻酸钠或海藻酸锂。导电材料可包括基于碳的材料、粉末镍或其它金属颗粒、或导电聚合物。基于碳的材料可包括例如石墨、乙炔黑(例如KETJENTM黑或DENKATM黑)、碳纤维和纳米管、石墨烯等的颗粒。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面，可使用导电材料和/或粘合剂的混合物。
正电极24可包含大于或等于约5重量%至小于或等于约99重量%，任选地大于或等于约10重量%至小于或等于约99重量%，任选地大于或等于约50重量%至小于或等于约98重量%，并且在某些方面中任选地大于或等于约90重量%至小于或等于约95重量%的一种或多种正极电活性材料；大于或等于0重量%至小于或等于约40重量%，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约5重量%的电子导电材料；和大于或等于0重量%至小于或等于约40重量%，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约5重量%的至少一种聚合物粘合剂。
正电极24可包括大于或等于5重量%至小于或等于99重量%、任选地大于或等于10重量%至小于或等于99重量%、任选地大于或等于50重量%至小于或等于98重量%、并且在某些方面中任选地大于或等于90重量%至小于或等于95重量%的一种或多种正极电活性材料；大于或等于0重量%至小于或等于40重量%，任选地大于或等于1重量%至小于或等于20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于1重量%至小于或等于5重量%的电子导电材料；和大于或等于0重量%至小于或等于40重量%，任选地大于或等于1重量%至小于或等于20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于1重量%至小于或等于5重量%的至少一种聚合物粘合剂。
负电极22可由能够用作电池组20的负极端子的锂主体材料形成。在各个方面，负电极22可由多个负极电活性材料颗粒(未示出)限定。这样的负极电活性材料颗粒可设置在一个或多个层中，以限定负电极22的三维结构。例如，负电极22可具有大于或等于约30体积%至小于或等于约40体积%的孔隙率，并且在某些方面中，任选地为约35体积%的孔隙率。负电极22可具有大于或等于30体积%至小于或等于40体积%的孔隙率，并且在某些方面中，任选地为35体积%的孔隙率。例如，在电池组装之后，电解质30可被引入，并被含有在负电极22的孔隙(未示出)内。负电极22可具有小于或等于约500 ppm的水分含量(在引入电解质30之前)。负电极22可具有小于或等于500 ppm的水分含量。在某些变型中，负电极22可包括多个固态电解质颗粒(未示出)，并且孔隙率可被限定在电活性材料颗粒和固态电解质颗粒两者之间。
在每种情况下，负电极22具有大于正电极24的(第一)宽度的(第二)宽度。例如，负电极22的(第二)宽度可比正电极24的(第一)宽度大至少约2 mm。负电极22的(第二)宽度可比正电极24的(第一)宽度大至少2 mm。负电极22的(第二)宽度可小于比正电极24的(第一)宽度宽约10 mm。负电极22的(第二)宽度可小于比正电极24的(第一)宽度大10 mm。例如，负电极22可具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的(第二)宽度，并且在某些方面，任选地大于或等于约80 mm至小于或等于约300 mm。负电极22可具有大于或等于50 mm至小于或等于500 mm的(第二)宽度，并且在某些方面中，任选地大于或等于80 mm至小于或等于300 mm的(第二)宽度。
负电极22可具有大于正电极24的(第一)长度的(第二)长度。负电极22的(第二)长度可大于正电极24的(第一)长度至少约2 mm。负电极22的(第二)长度可大于正电极24的(第一)长度至少2 mm。负电极22的(第二)长度可小于比正电极24的(第一)长度长约10 mm。负电极22的(第二)长度可小于比正电极24的(第一)长度大10 mm。例如，负电极22可具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的(第二)长度，且在某些方面中，任选地大于或等于约100 mm至小于或等于约400 mm。负电极22可具有大于或等于50 mm至小于或等于500mm的(第二)长度，并且在某些方面中，任选地大于或等于100 mm至小于或等于400 mm。
负电极22可具有大于或等于约1.4g/cm3至小于或等于约1.8g/cm3的压实密度，并且在某些方面中，任选地为约1.6g/cm3的压实密度。负电极22可具有大于或等于1.4g/cm3至小于或等于1.8g/cm3的压实密度，并且在某些方面中，任选地为1.6g/cm3的压实密度。
在各个方面，负极电活性材料可以是基于硅的电活性材料，并且在进一步的变型中，负极电活性材料可包括基于硅的电活性材料(即，第一负极电活性材料)和一种或多种其它负极电活性材料的组合。一种或多种其它负极电活性材料仅包括例如含碳材料(例如石墨、硬碳、软碳等)。例如，在某些变型中，负极电活性材料可以是含碳-基于硅的复合材料，其包括例如大于或等于约92重量%至小于或等于约98重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于92重量%至小于或等于98重量%的石墨，和大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于2重量%至小于或等于8重量%的氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)。在每个变型中，对于室温下的单侧阳极0.1C-倍率，负电极22可具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约6.5 mAh/cm2，且在某些方面中，任选地约5.5mAh/cm2的容量负荷。对于室温下的单侧阳极0.1C-倍率，负电极22可具有大于或等于4.5mAh/cm2至小于或等于6.5 mAh/cm2的容量负荷，并且在某些方面，任选地为5.5 mAh/cm2的容量负荷。负电极22在大于0V至小于或等于约1.5C的电压下可具有大于或等于约89%的第一循环效率。
石墨可具有平均粒度(D50)大于或等于约8μm至小于或等于约20μm，并且在某些方面，任选地为大于或等于8μm至小于或等于20μm。石墨可具有大于或等于约1m2/g至小于或等于10m2/g的Brunauer、Emmett和Teller (“BET”)，并且在某些方面中，任选地大于或等于1m2至小于或等于10m2。石墨可具有振实密度(“TD”)大于或等于约0.5g/cc至小于或等于约1g/cc，并且在某些方面中，任选地大于或等于0.5g/cc至小于或等于1g/cc。
氧化硅可具有平均粒度(D50)大于或等于约3μm至小于或等于约10μm，并且在某些方面中，任选地大于或等于3μm至小于或等于10μm。氧化硅可具有大于或等于约1m2至小于或等于约10m2，且在某些方面中任选大于或等于1m2至小于或等于10m2的Brunauer、Emmett和Teller (“BET”)。氧化硅可具有振实密度(“TD”)大于或等于约1.0g/cc至小于或等于约1.5g/cc，并且在某些方面中，任选地大于或等于1.0g/cc至小于或等于1.5g/cc。
在某些变化中，负电极22中的一种或多种负极电活性材料可任选地与单壁碳纳米管(SWCNT)混合。例如，负电极22可包含大于或等于约0.05重量%至小于或等于约1重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于0.05重量%至小于或等于1重量%的单壁碳纳米管(SWCNT)。
在再另外的变型中，负电极22中的一种或多种负极电活性材料可任选地与提供电子传导路径的一种或多种导电材料和/或改进负电极22的结构完整性的至少一种聚合物粘合剂材料混合。例如，一种或多种负极电活性材料、电子导电材料和/或聚合物粘合剂材料可分散在水中以形成用于电极铸造和负电极22的形成的稳定浆料。
负电极22中的一种或多种负极电活性材料可任选地与粘合剂混合(例如，浆料铸造)，所述粘合剂如聚酰亚胺、聚酰胺酸、聚酰胺、聚砜、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚四氟乙烯(PTFE)、三元乙丙橡胶(EPDM)或羧甲基纤维素(CMC)、丁腈橡胶(NBR)、苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)、聚丙烯酸锂(LiPAA)、聚丙烯酸钠(NaPAA)、海藻酸钠或海藻酸锂。导电材料可包括基于碳的材料、粉末镍或其它金属颗粒、或导电聚合物。基于碳的材料可包括例如石墨、乙炔黑(例如KETCHENTM黑或DENKATM黑)、碳纤维和纳米管、石墨烯等的颗粒。导电聚合物的实例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等。在某些方面，可使用导电材料的混合物。
负电极可包括大于或等于约5重量%至小于或等于约99重量%，任选地大于或等于约10重量%至小于或等于约99重量%，任选地大于或等于约50重量%至小于或等于约98重量%，并且在某些方面中任选地大于或等于约90重量%至小于或等于约95重量%的一种或多种负极电活性材料；大于或等于0重量%至小于或等于约40重量%，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约5重量%的电子导电材料；和大于或等于0重量%至小于或等于约40重量%，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于约1重量%至小于或等于约5重量%的至少一种聚合物粘合剂。
负电极22可包括大于或等于5重量%至小于或等于99重量%、任选地大于或等于10重量%至小于或等于99重量%、任选地大于或等于50重量%至小于或等于98重量%、并且在某些方面中任选地大于或等于90重量%至小于或等于95重量%的一种或多种负极电活性材料；大于或等于0重量%至小于或等于40重量%，任选地大于或等于1重量%至小于或等于20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于1重量%至小于或等于5重量%的电子导电材料；和大于或等于0重量%至小于或等于40重量%，任选地大于或等于1重量%至小于或等于20重量%，并且在某些方面中，任选地大于或等于1重量%至小于或等于5重量%的至少一种聚合物粘合剂。
在各个方面，电池组20可具有大于或等于约1至小于或等于约1.15的负电极容量和/或正电极容量比(N/P)比，并且在某些方面，任选地大于或等于1至小于或等于1.15。
在以下非限制性实施例中进一步说明当前技术的某些特征。
实施例1
可以根据本公开的各个方面制备示例电池。例如，正极电活性材料可包括LiNixM2-xO2，其中M包括钴、锰和/或铝，并且x≥0.8 (例如，LiNiCoMnAlO2 (NCMA))，并且负极电活性材料可包括石墨和硅(例如，5重量% SiOx (0.95≤x≤1.05)和95重量%石墨)，如上文详述。
图2A是表示示例电池的第一循环充电/放电曲线的图示说明，其中x轴200表示容量(Ah)，并且y轴202表示电压(V)。
图2B是表示示例电池的循环性能(在室温下)的图示说明，其中x轴210表示循环数，并且y轴212表示放电容量保持率(%)。如图所示，600次循环后的保持率为约89%。
根据本公开的各个方面制备的电池组可由于减小的电极厚度而具有相对高的功率容量，由于正电极和负电极两者的高比容量而具有相对高的能量密度(并且因此，可处于具有相对高负荷的电极)，并且由于负电极中的至少一部分体积膨胀可被富镍正电极抵消而具有有限的体积膨胀。
为了举例说明和描述的目的提供实施方案的上述描述。其无意穷举或限制本公开。特定实施方案的单个要素或特征通常不限于该特定实施方案，而是在适用时可互换并可以用于所选实施方案，即使没有明确显示或描述。其也可以以许多方式变化。此类变化不应被视为背离本公开，并且所有这样的修改意在包括在本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种循环锂离子的电化学电池，其中所述电化学电池包括：
正电极，其在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约6.5 mAh/cm2的单侧负荷容量，其中所述正电极包含选自以下的正极电活性材料：LiNixM2-xO2 (其中M选自钴、锰、铝及其组合，且x≥0.8)；以及
负电极，其在室温下具有大于或等于约4.5 mAh/cm2至小于或等于约5.5 mAh/cm2的单侧负荷容量，其中所述负电极包含包括含碳材料和氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)的负极电活性复合材料。
2.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述正电极具有大于或等于约3.2g/cm3至小于或等于约3.8g/cm3的压实密度，以及大于或等于约25体积%至小于或等于约35体积%的孔隙率。
3.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述正电极具有大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的宽度，以及大于或等于约50 mm至小于或等于约500 mm的长度。
4.根据权利要求1所述的电化学电池，还包括：
设置在所述正电极和所述负电极之间的隔离件，其中所述隔离件具有大于或等于约17μm至小于或等于约23μm的厚度和大于或等于约35体积%至小于或等于约55体积%的孔隙率。
5.根据权利要求1所述的电化学电池，还包括：
分散在所述正电极和所述负电极中的一者或两者中的电解质；以及
电解质添加剂，其选自：碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸乙烯基亚乙酯(VEC)、硫酸亚乙酯(DTD)、1,3-丙磺酸内酯(PS)、三(三甲基甲硅烷基)亚磷酸酯(TMSPi)、三亚甲基硫酸酯(TMS)、丁二腈(SN)、三苯胺(Ph3N)、三(三甲基甲硅烷基)硼酸酯(TMSB)、三(三甲基甲硅烷基)磷酸酯(TMSP)、三苯基膦(TPP)、三乙基亚磷酸酯(TEP)、三甲基硼酸酯(TMB)及其组合，其中所述电化学电池包含大于或等于约0.1重量%至小于或等于约10重量%的电解质添加剂。
6.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述负电极具有大于或等于约1.4g/cm3至小于或等于约1.8g/cm3的压实密度，以及大于或等于约30体积%至小于或等于约40体积%的孔隙率。
7.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述负电极具有是正电极的第一宽度的至少两倍的第二宽度，以及是正电极的第一长度的至少两倍的第二长度，并且
其中所述第二宽度比所述第一宽度的十倍小，并且所述第二长度比所述第一长度的十倍小。
8.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述负电极包含大于或等于约92重量%至小于或等于约98重量%的含碳材料，和大于或等于约2重量%至小于或等于约8重量%的氧化硅(SiOx，0.95≤x≤1.05)。
9.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述负电极还包含大于或等于约0.05重量%至小于或等于约1重量%的单壁碳纳米管(SWCNT)。
10.根据权利要求1所述的电化学电池，其中所述电化学电池具有大于或等于约1至小于或等于约1.15的N/P比。
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