CN1601798A - 可充电锂电池 - Google Patents

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Abstract

一种可充电锂电池，包括：正极，该正极具有能够可逆地嵌入和脱出锂离子的正极活性物质；负极，该负极具有负极活性物质；及电解液，其中在该可充电锂电池充放电之后，正极的表面粗糙度的算术平均值Ra为155～419nm，负极的表面粗糙度的算术平均值Ra为183～1159nm。

Description

可充电锂电池
                   相关申请的交叉参考
本申请基于2003年9月26日提交韩国知识产权局的第2003-66900号申请，其公开内容引入本文作为参考。
                    技术领域
本发明涉及一种可充电锂电池，更具体地，本发明涉及具有有效循环寿命特性的可充电锂电池。
                    背景技术
目前的商用可充电锂电池具有比常规的镍-镉电池和镍-氢电池高的功率和能量密度，并且基本上产生4V的电压，换言之，它们具有3.7V的平均放电电位。这种电池被认为是数字时代的基本元件，因为它是便携式数字设备如移动电话、笔记本电脑、摄录机等简称为3C设备不可缺少的能源。
正极使用能够嵌入和脱出锂离子的氧化物，负极使用能够嵌入和脱出锂离子的碳质材料。
尽管可充电锂电池具有有效的电池性能，如高功率和能量密度，但是产业的发展需要更高的循环寿命特性，且已经对此开展了各种研究。
                    发明内容
一方面，本发明提供一种具有有效循环寿命特性的可充电锂电池。
本发明的该方面和/或其它方面可以通过这样的可充电锂电池来实现，该可充电锂电池包括：正极，该正极具有能够可逆地嵌入和脱出锂离子的正极活性物质；负极，该负极具有负极活性物质；及电解液。该可充电锂电池充放电之后，正极的表面粗糙度的算术平均值Ra为155～419nm，或者负极的表面粗糙度的算术平均值Ra为183～1159nm。作为选择，正极和负极可以同时均有各自范围的表面粗糙度的算术平均值。
正极活性物质通常为镍基活性物质，或者镍基活性物质与其它活性物质(如钴基或锰基活性物质)的混合物。
本发明的其它方面和/或优点将部分在随后的说明中阐述，部分从该说明中显而易见，也可以通过本发明的实施来了解。
                       附图说明
结合附图，通过下面的具体实施方式的说明，本发明的这些和/或其它方面和优点将会变得更加显而易见和更容易理解，在附图中：
图1给出了根据本发明实施方案的可充电锂电池；及
图2给出了测量本发明的电极的表面粗糙度所用的电极样品的采集部分的实施方案。
                     具体实施方式
现将详述本发明的实施方案，其实例图示于附图中，其中相同的附图标记始终代表相同的组成部分。现将参照附图说明该实施方案，以便解释本发明。
本发明涉及一种可充电锂电池，其通过控制正极或负极或者正极和负极的表面粗糙度而具有改进的循环寿命特性。本发明通过控制电极的表面粗糙度来提高电池性能，但是本发明没有采用迄今为止关于表面粗糙度对电池性能的特定影响的研究。例如，US6365300揭示，负极的表面粗糙度是激活无机电解质层之生成的因素之一，所述无机电解质层可以防止在锂金属活性物质上形成锂金属的枝晶，但是该专利未提及表面粗糙度对循环寿命特性的影响。US6051340中所公开的集电体的表面粗糙度值，仅仅是有关能够与锂形成合金的金属负极的物理性质数据。而且，US 6051340也未提及表面粗糙度对电池性能的影响。另外，US 5631100公开了集电体的表面粗糙度，但是该表面粗糙度对容量保持率没有影响，因为降低表面粗糙度并不提高容量保持率。因此，本领域的技术人员很好理解，从这些文献中并不能得知本发明的控制表面粗糙度对循环寿命特性的提高作用。
表面粗糙度定义为算术平均值Ra和均方根值Rq。算术平均值Ra是指各峰的算术平均值(视电极表面的最高和最低部分而定)，均方根值Rq是指各峰的均方根值rms(root mean square)。Ra和Rq越低，表明表面越一致。
本发明的可充电锂电池包括正极，负极，及电解液。正极和负极分别包含能够嵌入和脱出锂离子的活性物质。
在组装电池之后和充放电之前，优选正极的表面粗糙度的算术平均值Ra(下文中简称为“Ra”)为141～359nm，更优选为150～300nm。优选正极的均方根值Rq(下文中简称为“Rq”)为196～500nm，更优选为215～450nm。
作为选择，即使正极的表面粗糙度超出这些范围，165～965nm的负极表面粗糙度Ra也可以实现本发明的效果。一般地，有效的负极具有211～1250nm，特别是240～700nm的Rq。
当正极和负极的表面粗糙度均在这些范围时，也可以实现本发明的效果，这对于本领域的技术人员而言是容易理解的。
在充放电期间，具有上述表面粗糙度的可充电锂电池中的表面粗糙度增加，对于正极而言，Ra可达155～419nm，特别是155～385nm；Rq可达219～591nm，特别是219～535nm。此外，负极的表面粗糙度也增加，Ra可达183～1159nm，特别是183～1141nm，尤其是183～450nm；Rq可达238～1518nm，特别是255～1487nm，尤其是255～1000nm。
充放电之后的表面粗糙度值是这样得到的：拆解充放电过的电池并对其进行预处理，然后测量从中央部分采集的样品，如图2所示。如果电极的纵向总长度和宽度为100％，则中央部分是相当于其60％的部分，左右部分各为20％，见图2。另外，中央部分不包括电极盘绕的折叠部分。所述预处理如此进行：将所采集的样品在碳酸二甲酯等有机溶剂中浸泡1～3分钟，然后在大约40℃的温度和10.0～1×10-8托的真空下，将其干燥30分钟至1小时。
充放电是以0.1～2.0C(通常为0.2～1.5C)的充电速度，及0.1～2.0C(通常为0.2～1.5C)的放电速度进行的。按面积计，充电电流密度为0.1～5.0mA/cm2，且通常为0.2～4.0mA/cm2；按面积计，放电电流密度为0.1～5.0mA/cm2，且通常为0.2～4.0mA/cm2。充放电操作是在上述条件下进行的。对充放电的重复次数没有限制，但是充放电操作通常进行若干次，这也是本领域中公知的形成操作和标准操作。
充放电之后，电池以充电或放电的状态存在，或者以正在充电或放电的状态存在。而且，充放电之后，电池的开路电压(OCV)为1.0～5.5V，优选为1.5～4.5V。
负极活性物质是能够可逆地嵌入和脱出锂离子的碳质材料。碳质材料可以是结晶或无定形的碳质材料，并且一般为结晶的碳质材料，其在X-射线衍射中具有至少20nm的Lc(微晶尺寸)，并且具有700℃或更高温度的放热峰。结晶的碳质材料通常是通过碳化介晶相的球形颗粒并使之碳化了的材料石墨化而制备的碳质材料，也可以是通过碳化和石墨化而制备的石墨纤维。
正极活性物质可以是可充电锂电池中常用作正极活性物质的任何化合物。其实例是选自下面式1至18所示的化合物中的一种：
LiNiO2                       (1)
LiCoO2                       (2)
LiMnO2                       (3)
LiMn2O4                     (4)
LiaNibBcMdO2            (5)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)
LiaNibCocMndMeO2      (6)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)
LiaNiMbO2                 (7)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaCoMbO2                 (8)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMnMbO2                 (9)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMn2MbO4               (10)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
DS2                          (11)
LiDS2                        (12)
V2O5                        (13)
LiV2O5                      (14)
LiEO2                        (15)
LiNiVO4                      (16)
Li(3-x)F2(PO4)3(0≤x≤3)  (17)
Li(3-x)Fe2(PO4)3(0≤x≤2) (18)
(式中B为Co或Mn；
D为Ti或Mo；
E选自Cr，V，Fe，Sc，及Y；
F选自V，Cr，Mn，Co，Ni，及Cu；以及
M为选自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr，及V中的至少一种过渡金属或镧系元素)。
在裸露化合物或其与涂布化合物的混合物的表面上，正极活性物质可以具有涂层。该涂层可以包含至少一种含有涂布元素的化合物，该化合物选自涂层元素的氢氧化物(hydroxide)、氧基氢氧化物(oxyhydroxide)、氧基碳酸盐(oxycarbonate)、氢氧基碳酸盐(hydroxycarbonate)。含涂布元素的化合物可以是无定形的或结晶的。涂布元素可以是Mg，Al，Co，K，Na，Ca，Si，Ti，V，Sn，Ge，Ga，B，As，Zr，或其混合物。涂布过程可以通过任何不对正极活性物质的物理性质产生不利影响的技术(如喷涂、浸涂等)来进行，并且不在此详述，因为本领域的技术人员熟知这些技术。
对式1至18所示化合物的镍基化合物而言，通过控制电极的表面粗糙度可以更有效地提高循环寿命特性。镍基化合物的实例为式1，5-7，及16所示的化合物。换言之，优选的正极活性物质为式1，5-7，及16所示的一种或至少两种镍基化合物，或者该镍基化合物与式2-4，8-15，及17-18所示的其它化合物的混合物。
在加压操作过程中，较低的镍基化合物强度，导致形成较低表面粗糙度的电极。这种较低的表面粗糙度有效地提高循环寿命特性。采用镍基化合物作为正极活性物质时，降低的表面粗糙度与正极有关，但是与负极无关。
在充放电之前，采用镍基化合物的电池通常具有150～312nm，特别是150～225nm的正极表面粗糙度Ra；及196～440nm，特别是196～330nm的Rq。在充放电之后，Ra优选为155～356nm，更优选为155～280nm；且Rq优选为219～498nm，更优选为219～350nm。
此外，电极活性物质的密度是实现本发明的效果的重要因素，其是通过活性物质的重量(包括活性物质、导电剂及粘合剂，不包括集电体)除以其体积而得到的，单位为g/cc。换言之，随着活性物质的密度的增加，表面粗糙度降低，进而提高循环寿命特性。然而，太高的密度会导致表面粗糙度过度地降低，进而造成循环寿命特性降低。因此，应当适当地控制活性物质的密度。正极活性物质的密度一般为3.0～3.9g/cc，负极活性物质的密度一般为1.1～2.0g/cc。
表面粗糙度可以通过任何公知的技术来控制，且一般是通过控制加压操作过程中的增压装置的表面粗糙度来控制，因为这样做简单、经济，且无需改变整个电极的工序。另外，本发明的表面粗糙度可以通过控制施压条件如压力和时间来实现。
增压装置的表面粗糙度可以通过任何公知的技术来控制，只要所得的表面粗糙度为10～30nm的Ra，及12～39nm的Rq。其实例为超精加工工艺，其中带有微颗粒的磨石与圆筒、平面或球形的表面接触，进而对其提供振动。
本发明的非水电解液可以包含非水有机溶剂和锂盐。
将锂盐溶解于有机溶剂，充当锂离子支撑源，其有助于电池的工作，并促进锂离子的传递。锂盐可以是选自LiPF6，LiBF4，LiSbF6，LiAsF6，LiCF3SO3，LiN(CF3SO2)3，Li(CF3SO2)2N，LiC4F9SO3，LiClO4，LiAlO4，LiAlCl4，LiN(CxF2x+1SO2)(CxF2y+1SO2)(其中x和y为自然数)，LiCl，及LiI中的一种或至少两种，作为支撑性盐。电解液中锂盐的浓度优选为0.1～2.0M。
非水有机溶剂充当能够传递参与电化学反应的离子的介质。非水有机溶剂包括选自下列中的一种或至少两种：苯，甲苯，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，氟甲苯，1，2-二氟甲苯，1，3-二氟甲苯，1，4-二氟甲苯，1，2，3-三氟甲苯，1，2，4-三氟甲苯，氯甲苯，1，2-二氯甲苯，1，3-二氯甲苯，1，4-二氯甲苯，1，2，3-三氯甲苯，1，2，4-三氯甲苯，碘甲苯，1，2-二碘甲苯，1，3-二碘甲苯，1，4-二碘甲苯，1，2，3-三碘甲苯，1，2，4-三碘甲苯，R-CN(其中R为C2-C50直链、支链或环状的烃，并且可以包含双键、芳环或醚键)，二甲基甲酰胺，二甲基乙酸酯，二甲苯，环己烷，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，环己酮，乙醇，异丙醇，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯，碳酸甲丙酯，丙酸甲酯，丙酸乙酯，乙酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，二甲氧基乙烷，1，3-二氧戊环，二甘醇二甲醚，四甘醇二甲醚，碳酸亚乙酯，碳酸亚丙酯，γ-丁内酯，环丁砜，戊内酯，癸交酯，及甲羟戊内酯。
如果使用混合溶剂，则可以根据所需电池性能适当地控制混合比，这是本领域的技术人员可以理解的。
本发明的可充电锂电池1的实施方案图示于图1中。可充电锂电池包括正极3；负极2；介于正极3和负极2之间的隔板4；浸渍了正极2、负极3和隔板4的电解液；圆筒状电池壳5；密封部分6。可充电锂电池的构造并不限于图1所示的结构，其可以容易地修改成棱柱形或盒状电池，这是本领域的技术人员容易理解的。
下面的实施例用于更详细地说明本发明，但是应当理解本发明并不限于这些实施例。
I.电极的制备
*采用LiCoO2正极活性物质
实施例1
将LiCoO2正极活性物质、聚偏二氟乙烯粘合剂和Super-P导电剂以94∶3∶3的重量比溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中，制得正极活性物质浆料。将正极活性物质浆料涂布在铝集电体上并干燥。所得电极称之为正极前体。
用增压设备压制正极前体。增压装置是通过精加工商用增压器的表面，使Ra为55nm且Rq为67nm的初始表面粗糙度达到Ra为30nm且Rq为39nm的最终的表面粗糙度而制备的。压制之后，所得正极具有3.60g/cc的活性物质密度。
实施例2
按与实施例1相同的工序制备正极，只是使用表面粗糙度为Ra＝10nm且Rq＝12nm的增压装置。压制之后，所得正极具有3.60g/cc的活性物质密度。
比较例1
按与实施例1相同的工序制备正极，只是使用Ra＝55nm且Rq＝67nm的商用增压器。压制之后，所得正极具有3.60g/cc的活性物质密度。
测量根据实施例1～2及比较例1的正极的表面粗糙度Ra和Rq，结果示于表1中。为了对照，还测量了正极前体的表面粗糙度Ra和Rq，结果示于表1中。
                                     表1
    正极前体     比较例1     实施例1     实施例2
 Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)
 2190   3066   553   780   359   499   181   250
如表1所示，根据实施例1～2的正极的表面粗糙度Ra和Rq显著地低于比较例1的表面粗糙度。
实施例3
将碳负极活性物质和聚偏二氟乙烯粘合剂溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中，制得负极活性物质浆料。将负极活性物质浆料涂布在Cu集电体上并干燥。干燥的电极称为负极前体。利用实施例1中使用的增压装置压制负极前体。压制之后，负极具有1.60g/cc的活性物质的密度。
实施例4
按与实施例3相同的工序制备负极，只是使用实施例2中使用的增压装置。
比较例2
按与实施例3相同的工序制备负极，只是采用比较例1中使用的增压装置。
测量根据实施例3～4及比较例2的负极的表面粗糙度Ra和Rq，结果示于表2中。为了参照，还测量了压制之前的负极的表面粗糙度Ra和Rq，结果示于表2中。
                                    表2
    负极前体     比较例2     实施例3     实施例4
 Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)
 5300   6890   1524   1996   965   1245   179   234
如表2所示，根据实施例3～4的负极的表面粗糙度Ra和Rq显著地低于比较例2的表面粗糙度。
实施例5
按与实施例1相同的工序制备正极，只是利用表面粗糙度Ra＝10nm且Rq＝12nm的增压装置压制根据实施例1制备的正极前体，得到3.0g/cc的活性物质的密度。
实施例6
按与实施例5相同的工序制备正极，只是一直进行压制操作，直到活性物质的密度达到3.3g/cc为止。
实施例7
按与实施例5相同的工序制备正极，只是一直进行压制操作，直到活性物质的密度达到3.9g/cc为止。
比较例3
按与实施例5相同的工序制备正极，只是一直进行压制操作，直到活性物质的密度达到4.2g/cc为止。
测量根据实施例5～7及比较例3的正极的表面粗糙度，结果示于表3中。此外，为了验证活性物质的密度对表面粗糙度Ra和Rq的影响，同时将实施例2的表面粗糙度Ra和Rq也示于表3中。为了参照，表3中还给出了正极前体的表面粗糙度Ra和Rq。在表3中，Ra和Rq的单位为nm。
                           表3
    Ra     Rq     活性物质的密度(g/cc)
    正极前体     2090     3066     -
    实施例5     265     376     3.0
    实施例6     214     297     3.3
    实施例2     181     250     3.6
    实施例7     167     229     3.9
    比较例3     151     216     4.2
如表3所示，随着活性物质的密度的增加，表面粗糙度Ra和Rq降低，尽管使用相同的增压装置。
实施例8
按与实施例3相同的工序制备负极，只是利用表面粗糙度Ra＝10nm且Rq＝12nm的增压装置压制通过实施例3制备的负极前体，直至活性物质的密度达到1.1g/cc为止。
实施例9
按与实施例8相同的工序制备负极，只是压制操作持续进行，直到活性物质的密度达到1.4g/cc为止。
实施例10
按与实施例8相同的工序制备负极，只是压制操作持续进行，直到活性物质的密度达到2.0g/cc为止。
比较例4
按与实施例8相同的工序制备负极，只是压制操作持续进行，直到活性物质的密度达到2.3g/cc为止。
测量根据实施例8～10及比较例4的负极的表面粗糙度Ra和Rq，结果示于表4中。此外，为了验证活性物质的密度对表面粗糙度Ra和Rq的影响，表4中还给出了实施例3的表面粗糙度Ra和Rq。为了参照，表4中示出了负极前体的表面粗糙度Ra和Rq。在表4中，Ra和Rq的单位为nm。
                             表4
    Ra     Rq     活性物质的密度(g/cc)
    负极前体     5300     6890     -
    实施例8     256     335     1.1
    实施例9     210     277     1.4
    实施例3     179     234     1.6
    实施例10     165     211     2.0
    比较例4     149     188     2.3
从表4可以看出，随着活性物质的密度的增加，表面粗糙度Ra和Rq降低。
*采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极活性物质
实施例11
将得自共沉淀的作为正极活性物质的LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2、作为粘合剂的聚偏二氟乙烯及作为导电剂的Super-P，以94∶3∶3的重量比混合，并溶解于N-甲基吡咯烷酮溶剂中，制得正极活性物质浆料。将正极活性物质浆料涂布在铝集电体上并干燥。干燥后的产物称为正极前体。
利用增压装置压制正极前体。增压装置是通过精加工商用增压器，使Ra＝55nm且Rq＝67nm的初始表面粗糙度达到Ra＝30nm且Rq＝39nm的最终表面粗糙度而制备的。压制之后，所得正极具有3.60g/cc的活性物质密度。
实施例12
按与实施例11相同的工序制备正极，只是使用表面粗糙度Ra＝10nm且Rq＝12nm的增压装置。压制之后，所得正极具有3.60g/cc的活性物质密度。
比较例5
按与实施例11相同的工序制备正极，只是使用表面粗糙度Ra＝55nm且Rq＝67nm的商用增压器。压制之后，所得正极具有3.60g/cc的活性物质密度。
测量根据实施例11和12以及比较例5的正极的表面粗糙度Ra和Rq，结果示于表5中。为了参照，还测量了正极前体的表面粗糙度Ra和Rq，结果示于表5中。
                                    表5
  正极前体     比较例5     实施例11     实施例12
  Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)   Ra(nm)   Rq(nm)
  1562   2202   425   599   256   356   150   210
从表5可以看出，根据实施例11和12的表面粗糙度Ra和Rq显著地低于比较例5的表面粗糙度。
实施例13
按与实施例11相同的工序制备正极，只是利用表面粗糙度Ra＝10nm且Rq＝12nm的增压装置压制根据实施例11制备的正极前体，得到3.0g/cc的活性物质的密度。
实施例14
按与实施例13相同的工序制备正极，只是一直进行压制操作，直到活性物质的密度达到3.3g/cc为止。
实施例15
按与实施例13相同的工序制备正极，只是一直进行压制操作，直到活性物质的密度达到3.9g/cc为止。
比较例6
按与实施例13相同的工序制备正极，只是一直进行压制操作，直到活性物质的密度达到4.2g/cc为止。
测量根据实施例13～15和比较例6的正极的表面粗糙度，结果示于表6中。此外，为了验证活性物质的密度对表面粗糙度Ra和Rq的影响，表6中还示出了实施例12的表面粗糙度Ra和Rq。为了参照，表6中也给出了正极前体的表面粗糙度Ra和Rq。在表6中，Ra和Rq的单位为nm。
                            表6
    Ra     Rq     活性物质的密度(g/cc)
  正极前体     1562     2202     -
  实施例13     312     440     3.0
  实施例14     225     311     3.3
  实施例12     150     210     3.6
  实施例15     141     196     3.9
  比较例6     128     184     4.2
如表6所示，随着活性物质的密度的增加，表面粗糙度Ra和Rq降低。
II.电池的制备
*采用LiCoO2正极活性物质
实施例16～23和比较例7
利用根据实施例1～2及比较例1的正极，根据实施例3和4以及比较例2的负极，制备表7所示的可充电锂电池。作为电解液，使用1.0M的LiPF6于碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯(体积比为3∶4∶4)的混合溶剂中。所制备的电池的高度为4.5cm，宽度为3.7cm，厚度为0.4cm，并且具有650mAh的标称容量。
*容量和循环寿命特性的测量
将根据实施例16～23及比较例7的电池以0.2C进行充放电(形成操作)，然后以0.5C充电并以0.2C放电(标准操作)。标准操作完成之后，测量放电容量，结果示于表7中。
另外，分别将所得的进行了标准操作的电池以1.0C充放电100次和300次，并测量容量保持率(循环寿命特性：第300次的容量/标称容量)。结果也示于表7中。非常厚的正极前体和负极前体，致使所制备的电池具有极低的以至于可以忽略不计的容量，如表7所示。
                         表7
  正极   负极  放电容量(mAh) 容量保持率(％)
比较例7   比较例1   比较例2  642 67
实施例16   比较例1   实施例3  650 70
实施例17   比较例1   实施例4  651 73
实施例18   实施例1   比较例2  647 72
实施例19   实施例1   实施例3  660 79
实施例20   实施例1   实施例4  658 81
实施例21   实施例2   比较例2  647 75
实施例22   实施例2   实施例3  661 82
实施例23   实施例2   实施例4  665 86
从表7可以看出，随着电极的表面粗糙度的降低，即使相同的活性物质密度，循环寿命特性也得到提高。
*表面粗糙度的测量
在形成操作和标准操作之后，拆解根据实施例16～23及比较例7的电池，然后采集正极和负极。测量正极和负极的表面粗糙度，结果示于表8中。另外，在有关循环寿命的充放电进行100次和300次之后，测量正极和负极的表面粗糙度，结果也示于表8中。随着充放电过程的重复进行，边缘部分或折叠部分的表面特性可能会改变。因此，如图2所示，通过下列方法从正极的中央部分采样，并测量表面粗糙度。
中央部分是相当于60％的正极部分，即，如果正极的总纵向长度为100％，除去左右各为20％的正极部分，和总横向长度为100％，除去上下各为20％的正极部分。另外，中央部分不包括电极盘绕的折叠部分。控制中央部分，使其横向长度为5cm、纵向长度为3cm。
电极的中央部分用150ml的碳酸二甲酯溶剂洗涤2分钟，并从溶剂中取出。所得电极在40℃和1×10-4托的真空下干燥1小时，并测量表面粗糙度。
                                                  表8
Co7   Ex16   Ex17   Ex18   Ex19   Ex20   Ex21   Ex22   Ex23
组装前 Positive  Ra(nm) 553   553   553   359   359   359   181   181   181
 Rq(nm) 780   780   780   499   499   499   250   250   250
Negative  Ra(nm) 1524   965   179   1524   965   179   1524   965   179
 Rq(nm) 1996   1245   234   1996   1245   234   1996   1245   234
形成和标准操作之后 Positive  Ra(nm) 623   620   618   419   412   385   210   204   200
 Rq(nm) 878   868   871   591   577   535   296   290   278
Negative  Ra(nm) 1916   1157   206   1906   1150   202   1900   1141   196
 Rq(nm) 2510   1516   272   2478   1507   269   2508   1483   255
第100次充放电循环的循环寿命 Positive  Ra(nm) 683   680   676   464   454   431   234   226   223
 Rq(nm) 963   959   960   654   636   599   330   321   310
Negative  Ra(nm) 2121   1284   231   2116   1270   225   2105   1261   221
 Rq(nm) 2800   1669   305   2751   1676   295   2779   1639   285
第300次充放电循环的循环寿命 Positive  Ra(nm) 756   750   743   306   294   279   260   251   246
 Rq(nm) 1074   1050   1048   431   412   388   364   354   342
Negative  Ra(nm) 2324   1412   258   2316   1406   250   2305   1394   245
 Rq(nm) 3068   1878   341   3011   1842   333   3043   1826   323
*Positive表示正极，Negative表示负极，Co表示比较例，Ex表示实施例
从表8可以看出，随着充放电的重复进行，正极和负极的表面粗糙度增加。
实施例24～47和比较例8
利用根据实施例2、5～7及比较例3的正极，根据实施例3、8～10及比较例4的负极，制备表9所示的可充电锂电池。作为电解液，使用1.0M的LiPF6于碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯(体积比为3∶4∶4)的混合溶剂中。所制备的电池的高度为4.5cm，宽度为3.7cm，厚度为0.4cm，并且具有650mAh的标称容量。
*容量和循环寿命特性的测量
对根据实施例24～37及比较例8的电池进行形成操作和标准操作，并在与上述实施例相同的条件下实施有关循环寿命好的充放电。测量标准操作过程中第3次循环的放电容量，并且该值作为容量示于表9中。进行300次充放电之后，测量容量保持率(循环寿命特性：第300次的容量/标称容量)，同时示于表9中。非常厚的正极前体和负极前体，使得所制备的电池具有如此之低以至于可以忽略不计的容量，见表9。
                                    表9
  正极   负极  放电容量(mAh)   容量保持率(％)
  实施例24   实施例5   实施例8  653   79
  实施例25   实施例5   实施例9  656   80
  实施例26   实施例5   实施例3  659   82
  实施例27   实施例5   实施例10  651   76
  实施例28   实施例5   比较例4  650   68
  实施例29   实施例6   实施例8  661   82
  实施例30   实施例6   实施例9  662   83
  实施例31   实施例6   实施例3  664   85
  实施例32   实施例6   实施例10  660   81
  实施例33   实施例6   比较例4  658   65
  实施例34   实施例2   实施例8  664   84
  实施例35   实施例2   实施例9  664   85
  实施例36   实施例2   实施例3  665   86
  实施例37   实施例2   实施例10  659   80
  实施例38   实施例2   比较例4  655   63
  实施例39   实施例7   实施例8  653   80
  实施例40   实施例7   实施例9  655   81
  实施例41   实施例7   实施例3  660   82
  实施例42   实施例7   实施例10  652   76
  实施例43   实施例7   比较例4  650   61
  实施例44   比较例3   实施例8  650   70
  实施例45   比较例3   实施例9  651   64
  实施例46   比较例3   实施例3  654   58
  实施例47   比较例3   实施例10  648   49
  比较例8   比较例3   比较例4  645   46
从表9可以看出，3.9或更高的正极密度及2.0或更高的负极密度，导致循环寿命特性降低。较高的活性物质密度，降低电极的表面粗糙度，但是太高的密度会恶化循环寿命特性，尽管表面粗糙度降低。
*表面粗糙度的测量
在形成操作和标准操作之后，拆解根据实施例24～47及比较例8的电池，然后采集正极和负极。测量正极和负极的表面粗糙度，结果示于表10～12中。另外，在进行100次和300次有关循环寿命的充放电之后，测量正极和负极的表面粗糙度，结果也示于表10～12中。表面粗糙度是在与上述实施例相同的条件下测量的。在表10～12中，Positive表示正极，Negative表示负极，Ex表示实施例，Co表示比较例。
                                                     表10
    Ex24     Ex25     Ex26     Ex27     Ex28     Ex29     Ex30     Ex31
组装前   Positive  Ra(nm)     265     265     265     265     265     214     214     214
 Rq(nm)     376     376     376     376     376     297     297     297
Negative  Ra(nm)     256     210     179     165     149     256     210     179
 Rq(nm)     335     277     234     211     188     335     277     234
形成和标准操作之后   Positive  Ra(nm)     293     296     297     299     302     234     237     240
 Rq(nm)     413     414     416     422     423     330     332     338
  Negative  Ra(nm)     281     231     194     185     169     283     233     295
Rq(nm) 368 303 256 242 221 371 305 389
第100次充放电循环的循环寿命   Positive  Ra(nm)     323     325     326     329     331     257     258     259
 Rq(nm)     455     465     463     464     463     362     366     368
  Negative  Ra(nm)     309     255     214     204     187     311     257     214
 Rq(nm)     408     332     282     371     247     411     334     282
第300次充放电循环的循环寿命   Positive  Ra(nm)     355     356     358     363     271     283     285     286
 Rq(nm)     504     506     505     512     519     405     399     403
  Negative  Ra(nm)     340     281     235     225     206     343     272     235
 Rq(nm)     456     374     310     293     270     453     356     310
                                             表11
    Ex32     Ex33     Ex34     Ex35     Ex36     Ex37     Ex38     Ex39
  组装前  Positive   Ra(nm)     214     214     181     181     181     181     181     167
  Rq(nm)     297     297     250     250     250     250     250     229
Negative   Ra(nm)     165     149     256     210     179     165     149     256
  Rq(nm)     211     188     335     277     234     211     188     335
形成和标准操作之后  Positive   Ra(nm)     241     243     194     197     200     202     206     185
  Rq(nm)     337     340     274     276     278     285     28g     261
Negative   Ra(nm)     183     167     284     235     196     186     168     289
  Rq(nm)     238     219     375     308     255     242     220     379
第100次充放电循环的循环寿命  Positive   Ra(nm)     263     267     218     221     223     230     236     203
  Rq(nm)     371     374     310     312     310     324     330     286
Negative   Ra(nm)     200     184     312     260     221     205     185     319
  Rq(nm)     264     243     412     338     285     267     244     421
第300次充放电循环的循环寿命  Positive   Ra(nm)     291     299     240     243     246     253     259     223
  Rq(nm)     410     425     341     340     342     357     363     317
Negative   Ra(nm)     221     202     343     286     245     226     203     351
  Rq(nm)     287     265     449     380     323     294     266     463
                                               表12
  Ex40   Ex41   Ex42   Ex43   Ex44   Ex45   Ex46   Ex47   Co8
组装前 Positive  Ra(nm)   167   167   167   167   151   151   151   151   151
 Rq(nm)   229   229   229   229   216   216   216   216   216
Negative  Ra(nm)   210   179   165   149   256   210   179   165   149
Rq(nm) 277 234 211 188 335 277 234 211 188
形成和标准操作之后 Positive  Ra(nm)   187   189   193   196   167   170   172   174   176
 Rq(nm)   266   266   272   274   239   238   243   245   246
Negative  Ra(nm)   240   198   191   172   295   246   203   195   179
Rq(nm) 314 263 248 225 386 322 272 254 234
第100次充放电循环的循环寿命 Positive  Ra(nm)   204   206   210   214   184   185   187   192   198
 Rq(nm)   294   293   296   300   259   259   266   271   277
Negative  Ra(nm)   263   218   210   189   324   271   223   214   197
 Rq(nm)   347   288   273   249   428   355   294   278   260
第300次充放电循环的循环寿命 Positive  Ra(nm)   225   226   230   238   202   203   204   210   215
 Rq(nm)   320   319   324   333   287   286   288   296   301
Negative  Ra(nm)   289   240   233   210   356   298   245   235   220
 Rq(nm)   381   317   303   275   470   396   326   306   288
从表10～12可以看出，重复的充放电循环增加了正极和负极的表面粗糙度。
*采用LiNi0.8Co0.1Mn0.1O2正极活性物质
实施例48～55和比较例9
利用根据实施例11和12以及比较例5的正极，根据实施例3～4及比较例2的负极，制备表13所示的可充电锂电池。作为电解液，使用1.0M的LiPF6于碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯及碳酸甲乙酯(体积比为3∶4∶4)的混合溶剂中。所制备的电池的高度为4.5cm，宽度为3.7cm，厚度为0.4cm，并且具有650mAh的标称容量。
*容量和循环寿命特性的测量
对于根据实施例48～55及比较例9的电池，进行形成操作和标准操作，并在与上述实施例相同的条件下，进行有关循环寿命的充放电。测量标准操作过程中第3次循环的放电容量，并且该值作为容量示于表13中。在进行300次充放电之后，测量容量保持率(循环寿命特性：第300次的容量/标称容量)，同时也将其示于表13中。非常厚的正极前体和负极前体，使得所制备的电池具有如此之低以至于可以忽略不计的容量，见表13。
                                      表13
  正极   负极    放电容量(mAh)    容量保持率(％)
  比较例9   比较例5   比较例2    640    65
  实施例48   比较例5   实施例3    648    69
  实施例49   比较例5   实施例4     647     71
  实施例50   实施例11   比较例2     645     70
  实施例51   实施例11   实施例3     645     77
  实施例52   实施例11   实施例4     658     79
  实施例53   实施例12   比较例2     655     73
  实施例54   实施例12   实施例3     644     80
  实施例55   实施例12   实施例4     660     84
从表13可以看出，对应相同的活性物质密度，随着电极的表面粗糙度降低，循环寿命特性得到提高。
*表面粗糙度的测量
在形成操作和标准操作之后，拆解根据实施例48～55及比较例9的电池，然后采集正极和负极。测量正极和负极的表面粗糙度，结果示于表14中。另外，在进行100次和300次有关循环寿命的充放电之后，测量正极和负极的表面粗糙度，结果也示于表14中。表面粗糙度是在与上述实施例相同的条件下测量的。
                                   表14
  Co9   Ex48   Ex49   Ex50   Ex51   Ex52   Ex53   Ex54   Ex55
  组装前  Positive  Ra(nm)   425   425   425   256   256   256   150   150   150
 Rq(nm)   599   599   599   356   356   356   210   210   210
 Negative  Ra(nm)   1524   965   179   1524   965   179   1524   965   179
Rq(nm) 1996 1245 234 1996 1245 234 1996 1245 234
形成和标准操作之后 Positive  Ra(nm)   490   486   482   286   283   281   174   171   166
 Rq(nm)   691   680   680   403   396   391   245   243   231
Negative  Ra(nm)   1920   1159   209   1911   1155   208   1910   1144   199
 Rq(nm)   2515   1518   276   2484   1513   277   2521   1487   259
第100次充放电循环的循环寿命  Positive  Ra(nm)   546   543   540   315   310   306   191   189   185
 Rq(nm)   775   766   767   450   434   425   269   268   257
 Negative  Ra(nm)   2129   1293   237   2122   1281   229   2111   1269   227
Rq(nm) 2810 1681 308 2759 1691 305 2787 1650 293
第300次充放电循环的循环寿命  Positive  Ra(nm)   613   609   602   346   342   339   211   209   205
 Rq(nm)   864   853   849   488   482   471   295   295   289
 Negative  Ra(nm)   2330   1422   264   2331   1411   258   2314  1404   253
Rq(nm) 3076 1891 341 3030 1848 343 3101 1839 334
*Positive表示正极，Negative表示负极，Co表示比较例，Ex表示实施例
如表14所示，随着充放电的重复进行，正极和负极的表面粗糙度增加。
实施例56～79和比较例10
利用根据实施例12～15和比较例6的正极，根据实施例3、8～10及比较例4的负极，制备表15所示的可充电锂电池。作为电解液，使用1.0M的LiPF6于碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯和碳酸甲乙酯(体积比为3∶4∶4)的混合溶剂中。所制备的电池的高度为4.5cm，宽度为3.7cm，厚度为0.4cm，且具有650mAh的标称容量。
*容量和循环寿命特性的测量
对于根据实施例56～79及比较例10的电池，进行形成操作和标准操作，且在与上述实施例相同的条件下，实施有关循环寿命的充放电。测量标准操作过程中第3循环的放电容量，并且该值作为容量示于表15中。进行300次充放电之后，测量容量保持率(循环寿命特性：第300次的容量/标称容量)，同时也示于表15中。非常厚的正极前体和负极前体，使得所制备的电池具有如此之低以至于可以忽略不计的容量，见表15。
                                   表15
  正极   负极     放电容量(mAh)     容量保持率(％)
  实施例56   实施例13   实施例8     651     76
  实施例57   实施例13   实施例9     653     77
  实施例58   实施例13   实施例3     656     79
  实施例59   实施例13   实施例10     649     74
  实施例60   实施例13   比较例4     645     65
  实施例61   实施例14   实施例8     657     80
  实施例62   实施例14   实施例9     660     81
  实施例63   实施例14   实施例3     662     82
  实施例64   实施例14   实施例10     658     78
  实施例65   实施例14   比较例4     655     63
  实施例66   实施例12   实施例8     660     82
  实施例67   实施例12   实施例9     661     83
  实施例68   实施例12   实施例3     660     84
  实施例69   实施例12   实施例10     655     77
  实施例70   实施例12   比较例4     652     60
  实施例71   实施例15   实施例8     650     78
  实施例72   实施例15   实施例9     652     79
  实施例73   实施例15   实施例3     657     80
  实施例74   实施例15   实施例10     650     73
  实施例75   实施例15   比较例4     647     58
  实施例76   比较例6   实施例8     646     66
  实施例77   比较例6   实施例9     648     62
  实施例78   比较例6   实施例3     650     55
实施例79 比较例6  实施例10     644     45
比较例10 比较例66  比较例4     642     43
从表9可以看出，4.2或更大的正极密度及2.3或更大的负极密度，导致循环寿命特性下降。较高的活性物质密度降低电极的表面粗糙度，但是太高的密度将恶化循环寿命特性，尽管表面粗糙度降低。
*表面粗糙度的测量
形成操作和标准操作之后，将根据实施例56～79及比较例10的电池拆解，然后采集正极和负极。测量正极和负极的表面粗糙度，结果示于表16～18中。另外，在进行100次和300次有关循环寿命的充放电之后，测量正极和负极的表面粗糙度，结果也示于表16～18中。表面粗糙度是在与上述实施例相同的条件下测量的。在表16～18中，Positive表示正极，Negative表示负极，Ex表示实施例，Co表示比较例。
                                表16
  Ex56   Ex57   Ex58   Ex59   Ex60   Ex61   Ex62   Ex63
  组装前   Positive  Ra(nm)   312   312   312   312   312   225   225   225
 Rq(nm)   440   440   440   440   440   311   311   311
  Negative  Ra(nm)   256   210   179   165   149   256   210   179
Rq(nm) 335 277 234 211 188 335 277 234
形成和标准操作之后   Positive  Ra(nm)   346   344   343   351   356   247   245   243
 Rq(nm)   488   482   480   495   498   348   343   343
  Negative  Ra(nm)   284   235   297   189   171   287   236   197
Rq(nm) 372 308 392 248 224 376 309   260
第100次充放电循环的循环寿命   Positive  Ra(nm)   382   379   381   385   391   272   270   266
 Rq(nm)   539   542   541   543   547   384   383   378
  Negative  Ra(nm)   315   262   220   211   193   319   263   222
 Rq(nm)   416   341   290   281   255   421   342   293
第300次充放电循环的循环寿命   Positive  Ra(nm)   420   417   416   426   433   300   297   295
 Rq(nm)   596   592   587   601   606   429   416   416
  Negative  Ra(nm)   348   293   245   234   215   353   282   246
 Rq(nm)   466   390   323   304   282   466   369   325
                                                    表17
Ex64   Ex65   Ex66   Ex67  Ex68  Ex69  Ex70  Ex71  Ex72
组装前  Positive  Ra(nm) 225   225   150   150  150  150  150  141  141
 Rq(nm) 311   311   210   210  210  210  210  196  196
Negative  Ra(nm) 165   149   256   210  179  165  149  256  210
 Rq(nm) 211   188   335   277  234  211  188  335  277
形成和标准操作之后  Positive  Ra(nm) 250   256   168   167  166  170  173  157  156
 Rq(nm) 350   358   237   234  231  240  242  221  222
Negative  Ra(nm) 186   171   289   237  199  189  174  291  245
 Rq(nm) 242  224  381  310  259  246  228  381  321
第100次充放电循环的循环寿命  Positive  Ra(nm) 276  283  186  186  185  187  191  173  171
 Rq(nm) 389  396  264  262  257  264  267  244  246
 Negative  Ra(nm) 209  191  319  267  227  211  190  325  269
 Rq(nm) 276  252  421  347  293  274  251  429  355
第300次充放电循环的循环寿命  Positive  Ra(nm) 303  310  207  205  205  208  211  190  189
 Rq(nm) 427  440  294  287  289  293  295  270  268
Negative  Ra(nm) 231  211  354  297  253  236  213  359  299
 Rq(nm) 300  276  464  395  334  307  279  474  395
                                                   表18
    Ex73     Ex74     Ex75     Ex76     Ex77     Ex78     Ex79     Co9
组装前   Positive  Ra(nm)     141     141     141     128     128     128     128     128
 Rq(nm)     196     196     196     184     184     184     184     184
Negative  Ra(nm)     179     165     149     256     210     179     165     149
 Rq(nm)     234     211     188     335     277     234     211     188
形成和标准操作之后   Positive  Ra(nm)     155     163     169     144     142     141     150     156
 Rq(nm)     219     230     237     206     199     199     212     218
Negative  Ra(nm)     203     196     177     300     251     207     199     184
 Rq(nm)     270     255     232     393     329     277     259     241
第100次充放电循环的循环寿命   Positive  Ra(nm)     170     179     186     158     155     153     165     173
 Rq(nm)     241     252     260     223     217     217     233     242
  Negative  Ra(nm)     224     218     196     332     279     228     223     204
 Rq(nm)     296     283     259     438     365     301     290     269
第300次充放电循环的循环寿命   Positive  Ra(nm)     186     197     203     175     172     171     183     187
 Rq(nm)     262     278     284     249     243     241     258     262
  Negative  Ra(nm)     250     244     222     367     312     257     246     240
 Rq(nm)     330     317     291     484     415     342     320     314
表16～18表明，重复的充放电增加正极和负极的表面粗糙度。
本发明降低电极的表面粗糙度，从而将第300次循环的循环寿命特性从67％提高至86％。
尽管已经给出和说明了本发明的一些实施方案，但是本领域的技术人员应当理解，可以改变这些实施方案而不脱离本发明的原理和构思，其范围定义于权利要求书及其等价物中。

Claims (89)

1.一种可充电锂电池，包括：
正极，该正极包含能够可逆地嵌入和脱出锂离子的正极活性物质；
负极，该负极包含负极活性物质；及
电解液，
其中在该可充电锂电池充放电之后，所述正极的表面粗糙度的算术平均值Ra为155～419nm。
2.根据权利要求1的可充电锂电池，其中所述表面粗糙度的算术平均值Ra为155～385nm。
3.根据权利要求1的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之后，所述正极的表面粗糙度的均方根值Rq为219～591nm。
4.根据权利要求3的可充电锂电池，其中所述均方根值Rq为219～535nm。
5.根据权利要求1的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述算术平均值Ra为141～359nm。
6.根据权利要求5的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述算术平均值Ra为150～300nm。
7.根据权利要求1的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，均方根值Rq为196～500nm。
8.根据权利要求1的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述均方根值Rq为196～500nm。
9.根据权利要求1的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.1～2.0C的充电速度和0.1～2.0C的放电速度进行的。
10.根据权利要求9的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.2～1.5C的充电速度和0.2～1.5C的放电速度进行的。
11.根据权利要求1的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.1～5.0mA/cm2的充电电流和0.1～5.0mA/cm2的放电电流进行的。
12.根据权利要求11的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.2～4.0mA/cm2的充电电流和0.2～4.0mA/cm2的放电电流进行的。
13.根据权利要求1的可充电锂电池，其中该可充电锂电池以充电的状态存在。
14.根据权利要求1的可充电锂电池，其中该可充电锂电池以正在放电的状态存在。
15.根据权利要求1的可充电锂电池，其中该可充电锂电池的开路电压(OCV)为1.0～5.5V。
16.根据权利要求15的可充电锂电池，其中该可充电锂电池的OCV为1.5～4.5V。
17.根据权利要求1的可充电锂电池，其中该正极的密度为3.0～3.90g/cc。
18.根据权利要求1的可充电锂电池，其中该正极活性物质为选自下面式1至18所示的化合物中的一种或至少两种，或者在该正极表面上具有所述正极活性物质的涂层：
LiNiO2                   (1)
LiCoO2                   (2)
LiMnO2                   (3)
LiMn2O4                 (4)
LiaNibBcMdO2        (5)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)
LiaNibCocMndMeO2   (6)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)
LiaNiMbO2              (7)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaCoMbO2              (8)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMnMbO2              (9)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMn2MbO4            (10)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
DS2                      (11)
LiDS2                    (12)
V2O5                         (13)
LiV2O5                       (14)
LiEO2                         (15)
LiNiVO4                       (16)
Li(3-x)Fx(PO4)3(0≤x≤3)     (17)
Li(3-x)Fe2(PO4)3(0≤x≤2)  (18)
式中B为Co或Mn；
D为Ti或Mo；
E选自Cr，V，Fe，Sc，及Y；
F选自V，Cr，Mn，Co，Ni，及Cu；以及
M为选自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr和V中的至少一种过渡金属或镧系元素。
19.根据权利要求18的可充电锂电池，其中该正极活性物质为镍基化合物或者镍基化合物与其它化合物的混合物，其中该镍基化合物为选自下面式1，5-7，及16中的一种或至少两种，该其它化合物为选自下面式2-4，8-15，及17-18中的一种或至少两种，且所述正极的算术平均值Ra为155～356nm：
LiNiO2                    (1)
LiCoO2                    (2)
LiMnO2                    (3)
LiMn2O4                  (4)
LiaNibBcMdO2         (5)
(0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)
LiaNibCocMndMeO2    (6)
(0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)
LiaNiMbO2             (7)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaCoMbO2             (8)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMnMbO2             (9)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMn2MbO4          (10)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
DS2                          (11)
LiDS2                        (12)
V2O5                        (13)
LiV2O5                      (14)
LiEO2                        (15)
LiNiVO4                      (16)
Li(3-x)F2(PO4)3(0≤x≤3)   (17)
Li(3-x)Fe2(PO4)3(0≤x≤2)  (18)
(式中B为Co或Mn；
D为Ti或Mo；
E选自Cr，V，Fe，Sc，及Y；
F选自V，Cr，Mn，Co，Ni，及Cu；以及
M为选自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr和V中的至少一种过渡金属或镧系元素)。
20.根据权利要求19的可充电锂电池，其中所述算术平均值Ra为155～280nm。
21.根据权利要求19的可充电锂电池，其中该正极的均方根值Rq为219～498nm。
22.根据权利要求21的可充电锂电池，其中所述均方根值Rq为219～350nm。
23.一种可充电锂电池，包括：
正极，该正极包含能够可逆地嵌入和脱出锂离子的正极活性物质；
负极，该负极包含负极活性物质；及
电解液，
其中在该可充电锂电池充放电之后，所述负极的表面粗糙度的算术平均值Ra为183～1159nm。
24.根据权利要求23的可充电锂电池，其中所述表面粗糙度的算术平均值Ra为183～1141nm。
25.根据权利要求23的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之后，所述负极的表面粗糙度的均方根值Rq为238～1518nm。
26.根据权利要求25的可充电锂电地，其中所述均方根值Rq为255～1487nm。
27.根据权利要求23的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，算术平均值Ra为165～965nm。
28.根据权利要求27的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述算术平均值Ra为180～500nm。
29.根据权利要求23的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，均方根值Rq为211～1250nm。
30.根据权利要求29的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述均方根值Rq为240～700nm。
31.根据权利要求23的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.1～2.0C的充电速度和0.1～2.0C的放电速度进行的。
32.根据权利要求31的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.2～1.5C的充电速度和0.2～1.5C的放电速度进行的。
33.根据权利要求23的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.1～5.0mA/cm2的充电电流和0.1～5.0mA/cm2的放电电流进行的。
34.根据权利要求33的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.2～4.0mA/cm2的充电电流和0.2～4.0mA/cm2的放电电流进行的。
35.根据权利要求23的可充电锂电池，其中该可充电锂电池以充电的状态存在。
36.根据权利要求23的可充电锂电池，其中该可充电锂电池以正在放电的状态存在。
37.根据权利要求23的可充电锂电池，其中该可充电锂电池的开路电压(OCV)为1.0～5.5V。
38.根据权利要求37的可充电锂电池，其中该可充电锂电池的OCV为1.5～4.5V。
39.根据权利要求23的可充电锂电池，其中所述负极的密度为1.10～2.00g/cc。
40.根据权利要求23的可充电锂电池，其中所述负极活性物质为碳质材料。
41.根据权利要求40的可充电锂电池，其中该碳质材料在Lc的c轴方向上具有至少20nm的结晶尺寸，且具有至少700℃的放热峰。
42.根据权利要求40的可充电锂电池，其中该碳质材料是通过碳化介晶相球形颗粒并使之石墨化而制备的结晶碳质材料，或者是通过碳化纤维状介晶沥青并使之石墨化而制备的纤维状结晶碳质材料。
43.一种可充电锂电池，包括：
正极，该正极包含能够可逆地嵌入和脱出锂离子的正极活性物质；
负极，该负极包含负极活性物质；及
电解液，
其中在该可充电锂电池充放电之后，所述正极的表面粗糙度的算术平均值Ra为155～419nm；所述负极的表面粗糙度的算术平均值Ra为183～1159nm。
44.根据权利要求43的可充电锂电池，其中所述正极的表面粗糙度的算术平均值Ra为155～385nm，所述负极的表面粗糙度的算术平均值Ra为155～385nm。
45.根据权利要求43的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之后，所述正极的表面粗糙度的均方根值Rq为219～591nm，所述负极的表面粗糙度的均方根值Rq为238～1518nm。
46.根据权利要求45的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之后，所述正极的表面粗糙度的均方根值Rq为219～535nm，所述负极的表面粗糙度的均方根值Rq为255～1487nm。
47.根据权利要求43的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述正极的算术平均值Ra为141～359nm，所述负极的算术平均值Ra为165～965nm。
48.根据权利要求47的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述正极的算术平均值Ra为150～300nm，所述负极的算术平均值Ra为180～500nm。
49.根据权利要求43的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述正极的均方根值Rq为196～500nm，所述负极的均方根值Rq为211～1250nm。
50.根据权利要求49的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述正极的均方根值Rq为196～450nm，所述负极的均方根值Rq为240～700nm。
51.根据权利要求43的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.1～2.0C的充电速度和0.1～2.0C的放电速度进行的。
52.根据权利要求51的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.2～1.5C的充电速度和0.2～1.5C的放电速度进行的。
53.根据权利要求43的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.1～5.0mA/cm2的充电电流和0.1～5.0mA/cm2的放电电流进行的。
54.根据权利要求53的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.2～4.0mA/cm2的充电电流和0.2～4.0mA/cm2的放电电流进行的。
55.根据权利要求43的可充电锂电池，其中该可充电锂电池以充电的状态存在。
56.根据权利要求43的可充电锂电池，其中该可充电锂电池以正在放电的状态存在。
57.根据权利要求43的可充电锂电池，其中该可充电锂电池的开路电压(OCV)为1.0～5.5V。
58.根据权利要求57的可充电锂电池，其中该可充电锂电池的OCV为1.5～4.5V。
59.根据权利要求43的可充电锂电池，其中所述正极的密度为3.0～3.90g/cc。
60.根据权利要求43的可充电锂电池，其中所述正极活性物质为选自下面式1至18所示的化合物中的一种或至少两种，或者在所述正极的表面具有正极活性物质的涂层：
LiNiO2                           (1)
LiCoO2                           (2)
LiMnO2                           (3)
LiMn2O4                        (4)
LiaNibBcMdO2               (5)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)
LiaNibCocMndMeO2          (6)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)
LiaNiMbO2                    (7)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaCoMbO2                    (8)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMnMbO2                    (9)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMn2MbO4                 (10)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
DS2                           (11)
LiDS2                         (12)
V2O5                         (13)
LiV2O5                       (14)
LiEO2                         (15)
LiNiVO4                       (16)
Li(3-x)F2(PO4)3(0≤x≤3)    (17)
Li(3-x)Fe2(PO4)3(0≤x≤2)   (18)
(式中B为Co或Mn；
D为Ti或Mo；
E选自Cr，V，Fe，Sc，及Y；
F选自V，Cr，Mn，Co，Ni，及Cu；以及
M为选自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr，及V中的至少一种过渡金属或镧系元素)。
61.根据权利要求60的可充电锂电池，其中所述正极活性物质为镍基化合物或镍基化合物与其它化合物的混合物，其中所述镍基化合物为选自下面式1，5-7，及16中的一种或至少两种，所述其它化合物为选自下面式2-4，8-15，及17-18中的一种或至少两种，且所述正极的算术平均值Ra为155～356nm：
LiNiO2                           (1)
LiCoO2                           (2)
LiMnO2                           (3)
LiMn2O4                         (4)
LiaNibBcMdO2                (5)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)
LiaNibCocMndMeO2           (6)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)
LiaNiMbO2                     (7)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaCoMbO2                     (8)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMnMbO2                     (9)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMn2MbO4                  (10)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
DS2                             (11)
LiDS2                           (12)
V2O5                           (13)
LiV2O5                         (14)
LiEO2                           (15)
LiNiVO4                         (16)
Li(3-x)F2(PO4)3(0≤x≤3)     (17)
Li(3-x)Fe2(PO4)3(0≤x≤2)    (18)
(式中B为Co或Mn；
D为Ti或Mo；
E选自Cr，V，Fe，Sc，及Y；
F选自V，Cr，Mn，Co，Ni，及Cu；以及
M为选自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr，及V中的至少一种过渡金属或镧系元素)。
62.根据权利要求61的可充电锂电池，其中所述正极的算术平均值Ra为155～280nm。
63.根据权利要求43的可充电锂电池，其中所述负极的密度为1.0～2.00g/cc。
64.根据权利要求43的可充电锂电池，其中所述负极活性物质为碳质材料。
65.根据权利要求64的可充电锂电池，其中该碳质材料在Lc的c轴方向上具有至少20nm的结晶尺寸，且具有至少700℃的放热峰。
66.根据权利要求62的可充电锂电池，其中该碳质材料是通过碳化介晶相球形颗粒并使之石墨化而制备的结晶碳质材料，或者是通过碳化纤维状介晶沥青并使之石墨化而制备的纤维状结晶碳质材料。
67.一种可充电锂电池，包括：
正极，该正极包含镍基正极活性物质；
负极，该负极包含负极活性物质；及
电解液，
其中在该可充电锂电池充放电之后，所述正极的表面粗糙度的算术平均值Ra为155～356nm；所述负极的表面粗糙度的算术平均值Ra为183～1159nm。
68.根据权利要求67的可充电锂电池，其中所述正极的表面粗糙度的算术平均值Ra为155～280nm，所述负极的表面粗糙度的算术平均值Ra为183～1141nm。
69.根据权利要求67的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之后，所述正极的表面粗糙度的均方根值Rq为219～498nm，所述负极的表面粗糙度的均方根值Rq为238～1518nm。
70.根据权利要求69的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之后，所述正极的表面粗糙度的均方根值Rq为219～350nm，所述负极的表面粗糙度的均方根值Rq为255～1487nm。
71.根据权利要求67的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述正极的算术平均值Ra为150～312nm，所述负极的算术平均值Ra为165～965nm。
72.根据权利要求71的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述正极的算术平均值Ra为150～225nm，所述负极的算术平均值Ra为180～500nm。
73.根据权利要求72的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述正极的均方根值Rq为196～440nm，所述负极的均方根值Rq为211～1250nm。
74.根据权利要求73的可充电锂电池，其中在该可充电锂电池充放电之前，所述正极的均方根值Rq为196～330nm，所述负极的均方根值Rq为240～700nm。
75.根据权利要求67的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.1～2.0C的充电速度和0.1～2.0C的放电速度进行的。
76.根据权利要求75的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.2～1.5C的充电速度和0.2～1.5C的放电速度进行的。
77.根据权利要求67的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.1～5.0mA/cm2的充电电流和0.1～5.0mA/cm2的放电电流进行的。
78.根据权利要求77的可充电锂电池，其中所述充放电是以0.2～4.0mA/cm2的充电电流和0.2～4.0mA/cm2的放电电流进行的。
79.根据权利要求67的可充电锂电池，其中该可充电锂电池以充电的状态存在。
80.根据权利要求67的可充电锂电池，其中该可充电锂电池以正在放电的状态存在。
81.根据权利要求67的可充电锂电池，其中该可充电锂电池的开路电压(OCV)为1.0～5.5V。
82.根据权利要求81的可充电锂电池，其中该可充电锂电池的OCV为1.5～4.5V。
83.根据权利要求67的可充电锂电池，其中所述正极的密度为3.0～3.90g/cc。
84.根据权利要求67的可充电锂电池，其中所述镍基正极活性物质为选自下面式1，5-7，及16所示化合物中的一种或至少两种：
LiNiO2                             (1)
LiaNibBcMdO2                  (5)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)
LiaNibCocMndMeO2             (6)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)
LiaNiMbO2                        (7)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiNiVO4                            (16)。
85.根据权利要求84的可充电锂电池，其中该正极活性物质为选自下面式1，5-7，及16所示化合物中的一种或至少两种的镍基化合物，或者为所述镍基化合物与其它化合物的混合物，其中该镍基化合物为选自下面式1，5-7，及16所示化合物中的一种或至少两种，所述其它化合物为选自下面式2-4，8-15，及17-18所示化合物中的一种或至少两种：
LiNiO2                             (1)
LiCoO2                             (2)
LiMnO2                             (3)
LiMn2O4                          (4)
LiaNibBcMdO2                 (5)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)
LiaNibCocMndMeO2            (6)
(式中0.90≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)
LiaNiMbO2                       (7)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaCoMbO2                       (8)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMnMbO2                       (9)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
LiaMn2MbO4                    (10)
(0.90≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)
DS2                               (11)
LiDS2                             (12)
V2O5                            (13)
LiV2O5                          (14)
LiEO2                             (15)
LiNiVO4                           (16)
Li(3-x)F2(PO4)3(0≤x≤3)       (17)
Li(3-x)Fe2(PO4)3(0≤x≤2)     (18)
式中B为Co或Mn；
D为Ti或Mo；
E选自Cr，V，Fe，Sc，及Y；
F选自V，Cr，Mn，Co，Ni，及Cu；以及
M为选自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr，及V中的至少一种过渡金属或镧系元素。
86.根据权利要求67的可充电锂电池，其中所述负极的密度为1.0～2.00g/cc。
87.根据权利要求67的可充电锂电池，其中所述负极活性物质为碳质材料。
88.根据权利要求87的可充电锂电池，其中该碳质材料在Lc的c轴方向上具有至少20nm的结晶尺寸，且具有至少700℃的放热峰。
89.根据权利要求87的可充电锂电池，其中该碳质材料是通过碳化介晶相球形颗粒并使之石墨化而制备的结晶碳质材料，或者是通过碳化纤维状介晶沥青并使之石墨化而制备的纤维状结晶碳质材料。
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