KR20230048524A - 전극 플레이트 및 리튬 이온 배터리 - Google Patents

전극 플레이트 및 리튬 이온 배터리 Download PDF

Info

Publication number
KR20230048524A
KR20230048524A KR1020237007680A KR20237007680A KR20230048524A KR 20230048524 A KR20230048524 A KR 20230048524A KR 1020237007680 A KR1020237007680 A KR 1020237007680A KR 20237007680 A KR20237007680 A KR 20237007680A KR 20230048524 A KR20230048524 A KR 20230048524A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
lithium
layer
electrode plate
semiconductor layer
alkali metal
Prior art date
Application number
KR1020237007680A
Other languages
English (en)
Inventor
르궈 메이
샤오야 창
정자오 류
쯔원 우
이 판
Original Assignee
비와이디 컴퍼니 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 비와이디 컴퍼니 리미티드 filed Critical 비와이디 컴퍼니 리미티드
Publication of KR20230048524A publication Critical patent/KR20230048524A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/628—Inhibitors, e.g. gassing inhibitors, corrosion inhibitors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/665—Composites
    • H01M4/667—Composites in the form of layers, e.g. coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/50—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese
    • H01M4/505—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of manganese of mixed oxides or hydroxides containing manganese for inserting or intercalating light metals, e.g. LiMn2O4 or LiMn2OxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/52—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron
    • H01M4/525—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides of nickel, cobalt or iron of mixed oxides or hydroxides containing iron, cobalt or nickel for inserting or intercalating light metals, e.g. LiNiO2, LiCoO2 or LiCoOxFy
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/66—Selection of materials
    • H01M4/661—Metal or alloys, e.g. alloy coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)

Abstract

전극 플레이트 및 리튬 이온 배터리가 제공된다. 이러한 전극 플레이트는 집전체 층, 반도체 층 및 알칼리 금속 보충 층을 포함하고, 반도체 층은 집전체 층의 적어도 하나의 표면 상에 배열되고, 알칼리 금속 보충 층은 리튬 에이전트 보충 층 또는 나트륨 에이전트 보충 층이고, 알칼리 금속 보충 층은 반도체 층의, 집전체 층으로부터 떨어진, 측 상에 배열된다.

Description

전극 플레이트 및 리튬 이온 배터리
<관련 출원들에 대한 상호 참조>
본 개시내용은 2020년 8월 27일자로 출원된 중국 특허 출원 제202010879566.1호에 대한 우선권 및 그 혜택을 주장한다. 위에 참조된 출원들의 전체 내용은 본 명세서에 참조로 원용된다.
<기술분야>
본 개시내용은 배터리 디바이스 기술들의 분야에 관련되고, 구체적으로, 본 개시내용은 전극 플레이트 및 리튬-이온 배터리에 관련된다.
최근에, 환경 보호에 대한 사람들의 인식의 지속적인 개선으로, 전기 차량들은 사용자들에 의해 추구되는 대상으로서 연료 차량들을 점진적으로 대체하였다. 전기 차량들의 지속적인 업그레이드로, 전기 차량들의 주요 전력 컴포넌트들로서, 리튬-이온 배터리들이 에너지 밀도 및 사이클 수명과 같은 성능에 대한 더 높은 요건들을 충족시킬 것이 요구된다.
리튬-이온 배터리의 최초 충전 및 방전 과정 동안, 음극에 형성되는 SEI(solid electrolyte interface) 필름이 활성 리튬 이온들을 소비하여, 리튬-이온 배터리의 용량에서의 상당한 감소를 초래한다. 음극으로서 흑연을 갖는 리튬-이온 배터리들의 최초 충전 및 방전의 쿨롱 효율은 약 92-94%이고, 음극으로서 실리콘-탄소를 갖는 리튬-이온 배터리들의 최초 충전 및 방전의 쿨롱 효율은 단지 75-85%이다.
현재, 리튬-이온 배터리들의 용량은 리튬 사전-보충 기술에 의해 주로 개선되고, 구체적으로, 배터리를 준비하기 위해 전극 플레이트에 리튬-보충제가 분산 또는 첨가될 수 있고, 이러한 배터리는 주기적 충전 및 방전에 의해 활성화될 수 있어서, 전극 플레이트에 첨가되는 리튬-보충제에 의해 운반되는 활성 리튬 이온들이 방출될 수 있고, 그렇게 함으로써 리튬-이온 배터리의 막 형성으로 인한 활성 리튬의 손실을 보상하고 리튬-이온 배터리의 용량을 개선한다. 그러나, 이러한 리튬 보충 방법은 일반적으로 1회성 리튬 보충이고, 리튬 보충 과정을 효과적으로 제어할 수 없다.
본 개시내용의 실시예들은 리튬-이온 배터리의 리튬 보충 과정이 효과적으로 제어될 수 없는 관련 기술에서의 문제점을 해결하기 위한 전극 플레이트 및 리튬-이온 배터리를 제공한다.
위 기술적 문제점들을 해결하기 위해, 본 개시내용의 실시예들에서는 다음의 기술적 해결책들이 채택된다:
제1 양태에서, 본 개시내용의 실시예는 전극 플레이트를 제공하고, 이는,
집전체 층;
반도체 층 -반도체 층은 집전체의 적어도 하나의 표면 상에 배치됨 -; 및
알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층은 리튬-보충제 층 또는 나트륨-보충제 층이고, 알칼리 금속 보충 층은 집전체 층으로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배열됨 -을 포함한다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 알칼리 금속 보충 층의 두께는 50 μm 내지 300 μm의 범위이다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 알칼리 금속 보충 층은 리튬-보충제 층이고, 리튬-보충제 층은 음극 리튬-보충제 층이다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 음극 리튬-보충제 층은 금속 리튬, 리튬 실리콘 합금, 리튬 알루미늄 합금, 리튬 붕소 합금 및 리튬 마그네슘 합금 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 알칼리 금속 보충 층은 리튬-보충제 층이고, 리튬-보충제 층은 양극 리튬-보충제 층이다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 양극 리튬-보충제 층은 리튬 산화물, 리튬 페라이트, 리튬 코발트산염 및 리튬 니켈 산화물 중 적어도 하나를 포함한다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 반도체 층의 표면 저항은 10-3mΩ·m2 내지 105mΩ·m2의 범위이다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 반도체 층의 두께는 100 nm 내지 500 nm의 범위이다.
제2 양태에서, 본 개시내용의 실시예는 리튬-이온 배터리를 제공하며, 이는 양극 플레이트, 음극 플레이트 및 제1 양태에서의 전극 플레이트를 포함하고, 알칼리 금속 보충 층은 리튬-보충제 층이고;
양극 플레이트 및 음극 플레이트는 분리기에 의해 서로 분리되고, 적어도 하나의 전극 플레이트는 분리기에 의해 양극 플레이트 및/또는 음극 플레이트로부터 분리된다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 전극 플레이트는 음극 리튬-보충 전극 플레이트이고, 전극 플레이트는 집전체 층으로부터 연장되는 리튬-보충 탭을 포함하고, 음극 플레이트는 음극 탭을 포함하고, 리튬-보충 탭은 음극 탭과 연결된다.
본 개시내용의 일부 실시예들에 따르면, 전극 플레이트는 양극 리튬-보충 전극 플레이트이고, 전극 플레이트는 집전체 층으로부터 연장되는 리튬-보충 탭을 포함하고, 양극 플레이트는 양극 탭을 포함하고, 리튬-보충 탭은 양극 탭과 연결된다.
본 개시내용의 실시예들에서 제공되는 기술적 해결책들은 다음의 유익한 효과들을 달성할 수 있다:
본 개시내용의 실시예들은, 집전체 층, 반도체 층, 및 알칼리 금속 보충 층을 포함하는, 전극 플레이트를 제공한다. 반도체 층은 집전체의 적어도 하나의 표면 상에 배치된다. 알칼리 금속 보충 층은 리튬-보충제 층 또는 나트륨-보충제 층이다. 알칼리 금속 보충 층은 집전체 층으로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배열된다. 본 개시내용의 실시예들에 의해 제공되는 전극 플레이트에 따르면, 반도체 층은 집전체 층과 알칼리 금속 보충 층 사이에 배치되어, 반도체 층의 트리거 조건을 조정하는 것에 의해 반도체 층의 온/오프가 유연하게 제어될 수 있고, 그렇게 함으로써 전극 플레이트의 제어가능성을 개선한다.
본 개시내용의 추가적인 양태들 및 이점들이 아래의 설명에서 부분적으로 주어지고 부분적으로 명백하거나, 또는 본 개시내용의 실시를 통해 이해될 것이다.
본 개시내용의 일부분을 구성하는 첨부 도면들은 본 개시내용을 추가로 예시하기 위해 제공된다. 본 개시내용의 예시적인 실시예들 및 그 설명은 본 개시내용을 설명하기 위해 사용되고 본 개시내용에 대한 과도한 제한을 구성하도록 의도되지는 않는다. 도면들에서,
도 1은 본 개시내용의 실시예에 따른 전극 플레이트의 개략적인 구조도이다.
도 2는 본 개시내용의 실시예에 따른 리튬-이온 배터리의 개략적인 구조도이다.
도 3은 본 개시내용의 실시예에 따른 리튬 보충 전후의 리튬-이온 배터리의 용량 테스트 곡선들의 비교를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 개시내용의 실시예에 따른 리튬 보충 전후의 리튬-이온 배터리의 사이클 테스트 곡선들의 비교를 도시하는 도면이다.
참조 번호들의 리스트:
1 - 전극 플레이트; 101 - 집전체 층; 102: 반도체 층 103 - 알칼리 금속 보충 층; 2 - 양극 플레이트; 3 - 음극 플레이트; 4 - 분리기.
본 개시내용의 목적, 기술적 해결책들 및 이점들을 보다 명확하게 하기 위해, 본 개시내용의 기술적 해결책들이 본 개시내용의 구체적인 실시예들 및 대응하는 도면들을 참조하여 다음에서 명확하고 완전하게 설명될 것이다. 명백히, 설명되는 실시예들은, 본 개시내용의 실시예들 전부가 아니라 오히려, 일부 바람직한 실시예들이다. 창의적인 노력 없이 본 개시내용의 실시예들에 기초하여 해당 기술에서의 통상의 기술자에 의해 획득되는 모든 다른 실시예들은 본 개시내용의 보호 범위 내에 속할 것이다.
본 개시내용의 명세서 및 청구항들에서, 용어들 "제1(first)", "제2(second)" 등은 유사한 객체들 사이를 구별하도록 의도되지만 특정 순서 또는 시퀀스를 표시하지는 않는다. 이러한 방식으로 칭해지는 데이터는 적절한 상황들에서 교환가능하여, 본 개시내용의 실시예들이 본 명세서에 예시되는 또는 설명되는 순서 이외의 순서들로 구현될 수 있다는 점이 이해되어야 한다. "제1(first)", "제2(second)" 등과 같은 용어들에 의해 구별되는 객체들은 일반적으로 하나의 종류의 것이고, 이러한 용어들은 객체들의 수를 제한하도록 의도되지는 않는다. 예를 들어, "제1 객체(first object)"는 하나 이상의 제1 객체를 의미할 수 있다. 추가로, 설명 및 청구항들에서의 "및/또는(and/or)"은 연관된 객체들 중 적어도 하나를 표시한다. 문자 "/"는 연관된 객체들 사이의 "또는(or)" 관계를 일반적으로 표시한다.
본 개시내용의 실시예들에 개시되는 기술적 해결책들이 첨부 도면들을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
본 개시내용의 양태에 따르면, 도 1을 참조하여, 본 개시내용의 실시예는, 집전체 층(101), 반도체 층(102) 및 알칼리 금속 보충 층(103)을 포함하는, 전극 플레이트(1)를 제공한다. 반도체 층(102)은 집전체 층(101)의 적어도 하나의 표면 상에 배치된다. 구체적으로, 반도체 층(102)은 집전체 층(101)의 하나의 측의 표면 상에 배치될 수 있거나, 또는 반도체 층(102)은 집전체 층(101)의 2개의 측들 각각의 표면 상에 배치될 수 있다. 알칼리 금속 보충 층(103)은 리튬-보충제 층 또는 나트륨-보충제 층이다. 알칼리 금속 보충 층(103)은 집전체 층(101)으로부터 멀리 떨어진 반도체 층(102)의 측 상에 배열된다. 반도체 층(102)은 정상 상태에서 높은 비저항을 갖는다. 집전체 층(101)과 알칼리 금속 보충 층(103) 사이에는 전기적 연결이 없다. 반도체 층(102)이 고온 또는 고압 조건들 하에서 트리거될 때, 반도체 층(102)의 저항은 상당히 감소되어, 집전체 층(101)과 알칼리 금속 보충 층(103)은 서로 전기적으로 연결된다. 이러한 경우, 집전체 층(101)과 알칼리 금속 보충 층(103) 사이에 경로가 형성될 수 있다. 알칼리 금속 보충 층(103)에서의 활성 알칼리 금속이 방출된 후, 알칼리 금속은 양극 플레이트 또는/및 음극 플레이트에 대해 보충될 필요가 있고, 알칼리 금속 보충 층(103)의 보충률 및 보충량은 반도체 층(102)의 트리거 조건을 조정하는 것에 의해 유연하게 제어될 수 있다.
집전체 층(101)과 알칼리 금속 보충 층(103) 사이에 반도체 층(102)을 배치하는 것에 의해, 본 개시내용의 실시예들에서 제공되는 전극 플레이트(1)는 전극 플레이트(1)가 압축될 때 배터리의 전극 재료와 알칼리 금속 보충 층(103) 사이의 직접 접촉에 의해 야기되는 반응을 회피한다. 더 중요하게는, 반도체 층(102)은 그 트리거 조건을 조정하는 것에 의해 반도체 층(102)의 온/오프를 유연하게 제어할 수 있고, 전극 플레이트(1)에서의 활성 이온들의 방출률 및 방출량은 배터리의 SOC(system on a chip) 상태, 배터리의 온도 또는 내부 압력을 제어하는 것에 의해 제어되어, 전극 플레이트(1)의 보충률 및 보충량을 제어하고, 그렇게 함으로써 전극 플레이트(1)의 유연성을 개선한다.
또한, 반도체 층(102)의 유연한 온/오프는 제어가능한 리튬 또는 나트륨 보충 과정을 어느 정도 실현하고, 활성 리튬 또는 활성 나트륨은 요구된 대로 스테이지들 및 배치들로 리튬-이온 배터리 또는 나트륨-이온 배터리에 방출될 수 있어, 배터리의 활성 알칼리 금속의 손실을 제 시간에 보상하고, 그렇게 함으로써 배터리의 사이클 성능을 크게 개선한다. 이와 같이, 반도체 층(102)의 트리거링은 제1 트리거 스테이지 및 제2 트리거 스테이지를 포함할 수 있다. 제1 트리거 스테이지 및 제2 트리거 스테이지는 2개의 트리거 스테이지만을 포함할 뿐만 아니라, 반도체 층(102)은 복수의 보충 스테이지들을 또한 포함할 수 있고, 이는 전극 플레이트(1)가 활성 알칼리 금속을 여전히 포함하고 반도체 층(102)이 온 상태인 한 실현될 수 있다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 알칼리 금속 보충 층(103)의 두께는 50 μm 내지 300 μm의 범위이다. 본 개시내용의 구체적인 실시예에 따르면, 알칼리 금속 보충 층(103)의 두께는 범위가 125 μm 내지 200 μm이다.
구체적으로, 알칼리 금속 보충 층(103)의 두께는 전극 플레이트(1) 상의 알칼리 금속의 보충 시간 및 보충량에 직접 관련된다. 위 두께를 갖는 알칼리 금속 보충 층(103)은 배터리의 양극 플레이트 또는 음극 플레이트 상의 알칼리 금속의 보충량의 요건을 충족시키고 배터리의 너무 많은 공간의 가능한 낭비 및 점유를 회피할 수 있다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 알칼리 금속 보충 층(103)은 리튬-보충제 층이고, 리튬-보충제 층은 음극 리튬-보충제 층이다.
구체적으로, 알칼리 금속 보충 층(103)이 음극 리튬-보충제 층일 때, 음극 리튬-보충제 층은 금속 리튬, 리튬 실리콘 합금, 리튬 알루미늄 합금, 리튬 붕소 합금 및 리튬 마그네슘 합금 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 금속 리튬은 초박형 리튬 스트립, 안정화된 금속 리튬 분말 또는 리튬 시트일 수 있다. 이러한 경우, 집전체 층(101)은 구리 포일일 수 있고, 반도체 층(102)은 음극 리튬-보충제 층과 구리 포일 사이에 배치된다. 전극 플레이트(1)는 리튬-이온 배터리의 음극 플레이트와 연결될 수 있고, 반도체 층(102)이 턴 온될 때, 전극 플레이트(1)는 음극 플레이트에 대해 리튬을 보충할 수 있다.
본 개시내용의 다른 실시예에 따르면, 알칼리 금속 보충 층(103)은 리튬-보충제 층이고, 리튬-보충제 층은 양극 리튬-보충제 층이다.
구체적으로, 알칼리 금속 보충 층(103)이 양극 리튬-보충제 층일 때, 양극 리튬-보충제 층은 리튬 산화물, 리튬 페라이트, 리튬 코발트산염 및 리튬 니켈 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이러한 경우, 집전체 층(101)은 알루미늄 포일일 수 있고, 반도체 층(102)은 양극 리튬-보충제 층과 알루미늄 포일 사이에 배치된다. 전극 플레이트(1)는 리튬-이온 배터리의 양극 플레이트와 연결될 수 있고, 반도체 층(102)이 턴 온될 때, 전극 플레이트(1)는 양극 플레이트에 대해 리튬을 보충할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 실시예에 따르면, 반도체 층(102)의 표면 저항은 10-3mΩ·m2 내지 105mΩ·m2의 범위이다. 따라서, 반도체 층(102)의 유연한 온/오프가 추가로 보장될 수 있고, 제어가능한 리튬 또는 나트륨 보충이 실현될 수 있다.
구체적으로, 반도체 층(102)은 ZnO, CuO, NiO, Al2O3, Fe2O3, Mn3O4 및 Co3O4를 포함하는 하나의 또는 복수의 산화물로부터 획득될 수 있는 감열 반도체일 수 있다. 반도체 층(102)이 감열 반도체일 때, 반도체 층(102)의 온/오프는 반도체 층(102)의 온도를 제어하는 것에 의해 제어될 수 있다. 구체적으로, 반도체 층(102)이 저온 또는 실온에 있을 때, 반도체 층(102)의 표면 저항이 커서, 집전체 층(101)과 알칼리 금속 보충 층(103)이 분리될 수 있다. 반도체 층(102)의 온도가 높을 때, 반도체 층(102)의 표면 저항이 상당히 감소되고, 집전체 층(101)과 알칼리 금속 보충 층(103)이 전기적으로 연결되어, 전극 플레이트(1)의 보충 과정이 실현될 수 있고, 전극 플레이트(1)에 대한 보충을 유연하게 제어하는 기능이 달성될 수 있다. 반도체 층(102)의 표면 저항이 저온에서 또는 실온에서 너무 높을 때, 반도체 층(102)의 온도가 상승된 후에 반도체 층(102)이 턴 온되는 것이 어려워서, 전극 플레이트(1)의 보충 과정을 실현하는 것을 불편하게 한다. 반도체 층(102)의 표면 저항이 저온에서 또는 실온에서 너무 작을 때, 큰 자체-방전 전류가 발생될 수 있고, 반도체 층(102)의 온/오프를 효과적으로 제어하는 기능이 달성될 수 없다. 반도체 층(102)의 표면 저항이 온도 상승 후에 너무 작으면, 반도체 층(102)의 턴 온은 상당한 온도 상승 과정을 요구하지 않고, 결과적으로 반도체 층(102)은 긴 시간 동안 온으로 남을 수 있어서, 전극 플레이트(1)에 대한 보충의 유연한 제어를 달성하는 것에 실패한다. 온도 상승 후에 반도체 층(102)의 표면 저항이 너무 크면, 반도체 층(102)의 온도가 상승된 후에 반도체 층(102)이 턴 온되는 것이 어려워서, 전극 플레이트(1)의 보충 과정을 실현하는 것이 불편하다.
구체적인 구현에서, 반도체 층(102)의 코팅의 표면 저항은 반도체 층(102)의 재료 조성 및 반도체 층(102)의 코팅의 두께를 조정하는 것에 의해 10-3mΩ·m2 내지 105mΩ·m2로 유지된다. 반도체 층(102)이 실온에서 오프일 때, 반도체 층(102)의 표면 저항은 105mΩ·m2에 도달할 수 있고, 반도체 층(102)의 2개의 측들 상의 전자들은 기본적으로 절연되고, 누설 전류는 0.1μA/m2 미만이다. 반도체 층(102)이 고온에서 온일 때, 예를 들어, 리튬-이온 배터리의 내부 온도가 60°C일 때, 반도체 층(102)의 코팅의 표면 저항은 10-3mΩ·m2 미만이다. 이러한 경우, 반도체 층(102)의 코팅의 양측들 상의 전자들이 연결되고, 전극 플레이트(1)는 배터리의 전극 플레이트에 대해 리튬 또는 나트륨을 보충할 수 있다. 또한, 반도체 층(102)은 또한 감압 반도체일 수 있고, 압력 제어 컴포넌트가 리튬-이온 배터리 내부에 배치되고, 이러한 압력 제어 컴포넌트는 감압 반도체의 온/오프를 제어할 수 있다.
본 개시내용의 또 다른 실시예에 따르면, 반도체 층(102)의 두께는 100 nm 내지 500 nm의 범위이다. 본 개시내용의 구체적인 실시예에 따르면, 반도체 층(102)의 두께는 180 nm 내지 350 nm의 범위이다.
구체적으로, 반도체 층(102)이 턴 온되도록 트리거되지 않을 때, 즉, 반도체 층(102)이 오프일 때, 반도체 층(102)의 저항은 매우 높아서, 집전체 층(101)과 알칼리 금속 보충 층(103) 사이의 전자 교환은 수백 나노미터의 두께를 갖는 반도체 층(102)에 의해 효과적으로 차단될 수 있다. 너무 두꺼운 반도체 층(102)은 낭비를 야기할 뿐만 아니라, 배터리 내부의 제한된 공간의 많은 부분을 또한 점유한다.
본 개시내용의 다른 양태에 따르면, 도 2를 참조하여, 본 개시내용의 실시예는 리튬-이온 배터리를 또한 제공하고, 이는 양극 플레이트(2), 음극 플레이트(3) 및 전극 플레이트(1)를 포함한다. 전극 플레이트(1)의 알칼리 금속 보충 층(103)은 리튬-보충제 층이다. 양극 플레이트(2) 및 음극 플레이트(3)는 분리기(4)에 의해 서로 분리되고, 적어도 하나의 전극 플레이트(1)가 분리기(4)에 의해 양극 플레이트(2) 및/또는 음극 플레이트(3)로부터 분리된다.
구체적으로, 집전체 층(101)과 알칼리 금속 보충 층(103) 사이에 반도체 층(102)을 배치하는 것에 의해, 전극 플레이트(1)는 전극 플레이트(1)가 압축될 때 배터리의 음극 재료와 알칼리 금속 보충 층(103) 사이의 반응으로 인한 열 발생을 회피한다. 또한, 리튬-이온 배터리에 전해질 용액을 채운 후에, 알칼리 금속 보충 층(103)은 배터리의 음극 재료와 격렬하게 반응하여 SEI 막 잔류물들을 생성하지 않고, 그렇게 함으로써 리튬-이온 배터리에서의 리튬 도금의 위험을 감소시킨다. 또한, 전극 플레이트(1)의 알칼리 금속 보충 층(103)이 나트륨-보충제 층일 때, 양극 플레이트(2), 음극 플레이트(3) 및 전극 플레이트(1)는 리튬-이온 배터리의 것과 유사한 구조에 기초하여 나트륨-이온 배터리로 준비될 수 있다.
더 중요하게는, 반도체 층(102)의 유연한 온/오프는 제어가능한 사전-리튬화 과정을 어느 정도까지 실현하고, 활성 리튬은 요구된 대로 스테이지들 및 배치들로 리튬-이온 배터리에 방출될 수 있어, 리튬-이온 배터리의 활성 리튬의 손실을 제 시간에 보상하고, 그렇게 함으로써 리튬-이온 배터리의 사이클 성능을 크게 개선하고 리튬-이온 배터리의 서비스 수명을 연장시킨다.
본 개시내용의 실시예에 따르면, 전극 플레이트(1)는 음극 리튬-보충 전극 플레이트이고, 전극 플레이트(1)는 집전체 층(101)으로부터 연장되는 리튬-보충 탭을 포함하고, 음극 플레이트(3)는 음극 탭을 포함하고, 리튬-보충 탭은 음극 탭과 연결된다.
구체적으로, 전극 플레이트들(1)의 수는 1개, 2개, 3개 이상일 수 있고, 음극 플레이트들(3)의 수 또한 1개, 2개, 3개 이상일 수 있다. 복수의 전극 플레이트들(1)의 리튬-보충 탭들은 복수의 음극 플레이트들(3)의 음극 탭들과 연결된다. 반도체 층(102)이 턴 온될 때, 전극 플레이트(1)와 음극 플레이트(3) 사이에 경로가 형성되고, 전극 플레이트(1)는 음극 플레이트(3)에 리튬을 보충할 수 있다. 음극 플레이트(3)가 리튬 보충을 요구하지 않을 때, 리튬 보충 경로는 반도체 층(102)을 턴 오프하는 것에 의해 분리될 수 있다.
구체적인 구현에서, 도 2를 참조하여, 리튬-이온 배터리에서, 전극 플레이트들(1)의 수는 2개이고, 양극 플레이트들(2) 및 음극 플레이트들(3)의 수는 복수이고, 복수의 양극 및 음극 플레이트들(2 및 3)은 분리기(4)에 의해 교대로 배치되고 분리된다. 리튬-이온 배터리의 상부 및 하부 측들에는 음극 플레이트(3)에 가까운 전극 플레이트(1)가 각각 제공된다. 음극 플레이트(3)와 전극 플레이트(1)는 분리기(4)에 의해 분리된다. 2개의 전극 플레이트들(1)의 리튬-보충 탭들은 복수의 음극 플레이트들(3)의 음극 탭들과 연결된다. 이에 의해, 전극 플레이트들(1)은 음극 플레이트들(3)에 리튬을 보충할 수 있다.
본 개시내용의 다른 실시예에 따르면, 전극 플레이트(1)는 양극 리튬-보충 전극 플레이트이고, 전극 플레이트(1)는 집전체 층(101)으로부터 연장되는 리튬-보충 탭을 포함하고, 양극 플레이트(2)는 양극 탭을 포함하고, 리튬-보충 탭은 양극 탭과 연결된다.
구체적으로, 전극 플레이트들(1)의 수는 1개, 2개, 3개 이상일 수 있고, 양극 플레이트들(2)의 수는 또한 1개, 2개, 3개 이상일 수 있다. 복수의 전극 플레이트들(1)의 리튬-보충 탭들은 복수의 양극 플레이트들(2)의 양극 탭들과 연결된다. 반도체 층(102)이 턴 온될 때, 전극 플레이트(1)와 양극 플레이트(2) 사이에 경로가 형성되고, 전극 플레이트(1)는 양극 플레이트(2)에 리튬을 보충할 수 있다. 양극 플레이트(2)가 리튬 보충을 요구하지 않을 때, 리튬 보충 경로는 반도체 층(102)을 턴 오프하는 것에 의해 분리될 수 있다.
전극 플레이트 및 이를 포함하는 리튬-이온 배터리가 다음의 구체적인 예들에 의해 설명된다:
전극 플레이트 예 1
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료로 이루어지고, 100 nm의 두께를 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3:Fe2O3=0.3:0.3:0.3:0.1을 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 2.3*104mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 2.6*10-3mΩ·m2임 -; 및 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 50 μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 예 2
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료로 이루어지고, 500 nm의 두께를 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3:Fe2O3=0.4:0.4:0.1:0.1을 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 9*104mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 1.6*10-2mΩ·m2임 -; 및 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 300 μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 예 3
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료이고, 180 nm의 두께를 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3=0.4:0.4:0.2를 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 6.3*104mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 1.0*10-3mΩ·m2임 -; 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 125μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 예 4
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료로 이루어지고, 두께 pf 350 nm을 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3:Fe2O3=0.25:0.25:0.25:0.25를 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 7.8*104mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 2.6*10-3mΩ·m2임 -; 및 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 200 μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 예 5
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료로 이루어지고, 250 nm의 두께를 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3:Fe2O3=0.2:0.3:0.2:0.3을 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 8.5*104mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 1.7*10-3mΩ·m2임 -; 및 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 200 μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 예 6
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료로 이루어지고, 50 nm의 두께를 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3:Fe2O3=0.2:0.3:0.2:0.3을 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 4.5*103mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 3.9*10-4mΩ·m2임 -; 및 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 50 μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 예 7
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료이고, 100 nm의 두께를 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3:Fe2O3=0.2:0.3:0.2:0.3을 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 3.2*104mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 6.8*10-3mΩ·m2임 -; 및 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 30 μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 예 8
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료로 이루어지고, 600 nm의 두께를 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3:Fe2O3=0.2:0.3:0.2:0.3을 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 9.2*104mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 8.8*10-3mΩ·m2임 -; 및 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 50 μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 예 9
이러한 전극 플레이트는,
집전체로서의 구리 포일; 구리 포일의 표면 상에 배치되는 조밀한 반도체 층- 반도체 층은 감열 재료로 이루어지고, 100 nm의 두께를 갖고, 다음의 조성(질량비) ZnO:NiO:Al2O3:Fe2O3=0.2:0.3:0.2:0.3을 갖고, 25°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 2.4*104mΩ·m2이고, 60°C에서의 반도체 층의 표면 저항은 1.2*10-3mΩ·m2임 -; 및 구리 포일로부터 멀리 떨어진 반도체 층의 측 상에 배치되는 알칼리 금속 보충 층- 알칼리 금속 보충 층의 두께는 400 μm임 -을 포함한다.
전극 플레이트 비교예 1
종래의 리튬 스트립은 50 μm의 두께를 갖는다.
본 개시내용에서, 위에 언급된 예들 1 내지 9의 전극 플레이트들은 리튬-이온 배터리의 적층된 셀에 독립 전극들로서 추가된다. 적층된 셀의 양극은, 400 g/m2의 양극 면적 밀도 및 2.60 g/m3의 압축 밀도를 갖는, 리튬 철 인산염이고, 음극은, 205 g/m2의 음극 면적 밀도 및 1.55 g/m3의 압축 밀도를 갖는, 천연 흑연이다. 적층된 층들의 수(양극 및 음극 플레이트 쌍들의 수)는 30이다. 리튬-이온 배터리 예들 1 내지 9가 획득된다. 비교예 1에서의 종래의 리튬 스트립은 리튬-이온 배터리 비교예 1로서 리튬-이온 배터리의 적층된 셀의 음극 상에 직접 감기고, 전극 플레이트의 추가가 없는 리튬-이온 배터리가 리튬-이온 배터리 비교예 2로서 사용된다. 리튬-이온 배터리들의 활성화 및 테스트 과정이 수행된다. 상세사항들은 다음과 같다:
활성화 과정: 리튬-이온 배터리가 형성되고, 실온에서 용량이 등급화되고, 다음으로 리튬-이온 배터리의 SOC 상태가 0%로 조정되고, 이때 리튬-이온 배터리의 개방 회로 전압은 2.45 V 내지 2.55 V의 범위에 있다. 다음으로, 리튬-이온 배터리가 45°C로 가열되고, 다음으로 고온에서 12시간 동안 침윤되고, 이때 전극 플레이트의 반도체 층이 전기를 전도하고, 알칼리 금속 보충 층과 집전체 층 사이에 경로가 형성된다. 이러한 경우, 알칼리 금속 보충 층의 활성 리튬이 전극 플레이트로부터 추출되고 리튬-이온 배터리의 흑연 음극에 삽입된다. 전극 플레이트의 리튬 보충량은 리튬-이온 배터리의 전압을 모니터링하는 것에 의해 제어 및 조정된다. 리튬-이온 배터리의 개방 회로 전압이 0.2 V 상승하면, 리튬-이온 배터리는 25°C로 냉각되어 활성화 과정을 완료할 수 있다. 활성화 과정은 일반적으로 약 8시간 내지 12시간이 걸린다(비교예들 1 및 2는 활성화 과정을 필요로 하지 않는다).
용량 테스트: 실온에서, 활성화된 리튬-이온 배터리가 0.1 C 정전류 및 정전압에서 3.8 V로 충전되고, 30분 동안 방치되고, 다음으로 0.1 C 정전류에서 2.0 V로 방전되고 30분 동안 방치된다. 위 과정이 3회 반복되어 안정한 방전 용량을 획득한다.
사이클 테스트: 실온에서, 활성화된 리튬-이온 배터리가 0.33 C 정전류 및 정전압에서 3.8 V로 충전되고 30분 동안 방치되고, 다음으로 0.33 C 정전류에서 2.0 V로 방전되고 30분 동안 방치된다. 위 과정이 2000회 반복된다. 용량 테스트는 100회의 사이클들마다 한 번씩 수행된다.
보관 테스트: 활성화된 리튬-이온 배터리가 100% SOC로 충전되고 실온에서 보관되며, 용량이 일주일 걸러 테스트된다.
표 1은 예 1 내지 예 9 및 비교예 1 및 비교예 2로부터의 리튬-이온 배터리들의 테스트 결과들을 제공한다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 개시내용의 예 1 내지 예 5에 의해 제공되는 리튬-이온 배터리들의 최초 충전 및 방전 용량은 최대 150 mAh/g에 도달할 수 있고, 용량 유지율은 2000회의 충전 및 방전 사이클들 후에 최대 88.3%에 여전히 도달할 수 있고, 용량 유지율은 26주의 보관 후에 최대 98.4에 여전히 도달할 수 있다. 또한, 예 4에서 획득되는 리튬-이온 배터리의 용량 유지율은 2000회의 충전 및 방전 사이클들 후에 최대 90%까지 심지어 도달할 수 있고, 용량 유지율은 26주의 보관 후에 약 100%에 도달할 수 있으며, 이는 리튬-이온 배터리의 용량이 장기간 보관 후에 기본적으로 감소하지 않는다는 점을 표시한다.
예 6 내지 예 9에서의 반도체 층의 두께 또는 알칼리 금속 보충 층의 두께가 본 개시내용의 바람직한 실시예에서의 범위보다 더 낮거나 또는 더 높을 때, 리튬-이온 배터리의 최초 충전 및 방전 용량은 150.6 mAh/g에 단지 도달할 수 있지만, 143.2 mAh/g 이상으로 여전히 유지될 수 있고, 2000회의 충전 및 방전 사이클들 후의 용량 유지율은 80% 내지 85%이고, 26주의 보관 후의 용량 유지율은 93% 내지 96%이다. 본 개시내용의 예들 1 내지 5에서 제공되는 리튬-이온 배터리들의 것들보다 더 낮더라도, 이러한 용량 및 유지율은 여전히 높다.
비교예 1 및 비교예 2에서 보충을 통해 또는 보충 없이 종래의 리튬 스트립으로부터 획득되는 리튬-이온 배터리의 최초 충전 및 방전 용량은, 각각, 143.2 mAh/g 및 135.5 mAh/g이고, 2000회의 충전 및 방전 사이클들 후의 용량 유지율들은 약 80%이고, 26주의 보관 후의 용량 유지율들은 93.5% 미만이며, 이는 용량들 및 유지율들이 본 개시내용의 실시예들에서 제공되는 리튬-이온 배터리들의 것들보다 상당히 더 낮다는 점을 표시한다. 또한, 리튬 보충이 없는 리튬-이온 배터리의 최초 충전 및 방전 용량은 리튬 보충으로 획득되는 것보다 확실히 더 낮다.
Figure pct00001
도 3 및 도 4는 각각 예 1에서의 리튬 보충 후의 리튬-이온 배터리 및 비교예 2에서의 리튬 보충이 없는 리튬-이온 배터리의 용량 테스트 곡선들 및 사이클 테스트 곡선들의 비교를 도시하는 도면이다. 도 3 및 도 4 및 표 1에서의 데이터로부터, 예 1에서의 리튬 보충 후의 리튬-이온 배터리(5)의 용량은 비교예 2에서의 리튬 보충이 없는 리튬-이온 배터리의 것과 비교하여 12%만큼 증가되고, 리튬 보충 후의 리튬-이온 배터리(5)의 사이클 성능은 보충 전의 리튬-이온 배터리의 것과 비교하여 10%@2000cycles만큼 증가된다는 점을 알 수 있다. 리튬 보충 후의 리튬-이온 배터리(5)의 용량은 실온에서 26주의 보관 후 단지 9.4% 감소하였다.
본 개시내용의 실시예들이 첨부 도면들과 함께 위에 설명되었지만, 본 개시내용은 위에 설명된 구체적인 구현들로 제한되지 않으며, 위에 설명된 구체적인 구현들은 단지 예시적이며 한정적이지 않다. 해당 기술에서의 통상의 기술자들은 본 개시내용의 사상 및 첨부된 청구항들의 범위로부터 벗어나지 않고 본 개시내용의 교시들에 기초하여 다양한 변경들 및 수정들을 행할 수 있다. 이러한 변경들 및 수정들은 본 개시내용의 보호 범위 내에 또한 속한다.

Claims (11)

  1. 전극 플레이트(1)로서,
    집전체 층(101);
    반도체 층(102)- 상기 반도체 층(102)은 상기 집전체(101)의 적어도 하나의 표면 상에 배치됨 -; 및
    알칼리 금속 보충 층(103)- 상기 알칼리 금속 보충 층(103)은 리튬-보충제 층 또는 나트륨-보충제 층이고, 상기 알칼리 금속 보충 층(103)은 상기 집전체 층(101)으로부터 멀리 떨어진 상기 반도체 층(102)의 측 상에 배열됨 -을 포함하는 전극 플레이트(1).
  2. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 금속 보충 층(103)의 두께는 50 μm 내지 300 μm 범위인 전극 플레이트(1).
  3. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 금속 보충 층(103)은 리튬-보충제 층이고, 상기 리튬-보충제 층(103)은 음극 리튬-보충제 층인 전극 플레이트(1).
  4. 제3항에 있어서, 상기 음극 리튬-보충제 층은 금속 리튬, 리튬 실리콘 합금, 리튬 알루미늄 합금, 리튬 붕소 합금 및 리튬 마그네슘 합금 중 적어도 하나를 포함하는 전극 플레이트(1).
  5. 제1항에 있어서, 상기 알칼리 금속 보충 층(103)은 리튬-보충제 층이고, 상기 리튬-보충제 층(103)은 양극 리튬-보충제 층인 전극 플레이트(1).
  6. 제5항에 있어서, 상기 양극 리튬-보충제 층은 리튬 산화물, 리튬 페라이트, 리튬 코발트산염 및 리튬 니켈 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 전극 플레이트(1).
  7. 제1항에 있어서, 상기 반도체 층(102)의 표면 저항은 10-3mΩ·m2 내지 105mΩ·m2의 범위인 전극 플레이트(1).
  8. 제7항에 있어서, 상기 반도체 층(102)의 두께는 100 nm 내지 500 nm의 범위인 전극 플레이트(1).
  9. 리튬-이온 배터리로서, 양극 플레이트(2), 음극 플레이트(3) 및 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 따른 전극 플레이트(1)를 포함하고, 상기 알칼리 금속 보충 층(103)은 리튬-보충제 층이고;
    상기 양극 플레이트(2) 및 상기 음극 플레이트(3)는 분리기(4)에 의해 서로 분리되고, 적어도 하나의 전극 플레이트(1)는 상기 분리기(4)에 의해 상기 양극 플레이트(2) 및/또는 상기 음극 플레이트(3)로부터 분리되는 리튬-이온 배터리.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전극 플레이트(1)는 음극 리튬-보충 전극 플레이트이고, 상기 전극 플레이트(1)는 상기 집전체 층(101)으로부터 연장되는 리튬-보충 탭을 포함하고, 상기 음극 플레이트(3)는 음극 탭을 포함하고, 상기 리튬-보충 탭은 상기 음극 탭과 연결되는 리튬-이온 배터리.
  11. 제9항에 있어서, 상기 전극 플레이트(1)는 양극 리튬-보충 전극 플레이트이고, 상기 전극 플레이트(1)는 상기 집전체 층(101)으로부터 연장되는 리튬-보충 탭을 포함하고, 상기 양극 플레이트(2)는 양극 탭을 포함하고, 상기 리튬-보충 탭은 상기 양극 탭과 연결되는 리튬-이온 배터리.
KR1020237007680A 2020-08-27 2021-08-27 전극 플레이트 및 리튬 이온 배터리 KR20230048524A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010879566.1A CN114122409B (zh) 2020-08-27 2020-08-27 极片及锂离子电池
CN202010879566.1 2020-08-27
PCT/CN2021/114867 WO2022042665A1 (zh) 2020-08-27 2021-08-27 极片及锂离子电池

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230048524A true KR20230048524A (ko) 2023-04-11

Family

ID=80352687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237007680A KR20230048524A (ko) 2020-08-27 2021-08-27 전극 플레이트 및 리튬 이온 배터리

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20230223547A1 (ko)
EP (1) EP4207391A1 (ko)
JP (1) JP7498361B2 (ko)
KR (1) KR20230048524A (ko)
CN (1) CN114122409B (ko)
CA (1) CA3191034A1 (ko)
WO (1) WO2022042665A1 (ko)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114597345B (zh) * 2022-03-15 2024-01-02 湖北亿纬动力有限公司 一种具有补锂功能的正极及其制备方法和锂离子电池
CN114700604A (zh) * 2022-03-18 2022-07-05 江阴纳力新材料科技有限公司 极耳超声波焊接方法
CN114709391B (zh) * 2022-04-01 2023-08-01 湖北亿纬动力有限公司 一种正极补锂材料及其制备方法与锂离子电池
CN115020637B (zh) * 2022-07-05 2023-07-18 湖州超钠新能源科技有限公司 补钠极片、钠离子电池及其制备方法
CN117941119A (zh) * 2022-07-26 2024-04-26 宁德时代新能源科技股份有限公司 电池单体、电池和用电设备

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9281526B1 (en) * 2009-12-02 2016-03-08 Hrl Laboratories, Llc Batteries with replenishable storage capacities
WO2012002136A1 (en) 2010-06-30 2012-01-05 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Manufacturing method of power storage device
CN108539124B (zh) * 2017-03-01 2021-07-20 北京卫蓝新能源科技有限公司 具有补锂电极的二次电池及其制备方法
CN107658496A (zh) * 2017-09-29 2018-02-02 北京卫蓝新能源科技有限公司 一种二次电池及其制备方法
CN108878775A (zh) * 2018-06-29 2018-11-23 桑顿新能源科技有限公司 一种安全补锂复合负极极片及其制备方法
JP7336680B2 (ja) 2018-10-30 2023-09-01 パナソニックＩｐマネジメント株式会社 二次電池
CN110048079A (zh) * 2019-03-30 2019-07-23 苏州宇量电池有限公司 一种热敏半导体涂层极片的制造方法及半导体涂层极片
CN111560595A (zh) * 2020-03-30 2020-08-21 维达力实业(深圳)有限公司 含硅负极材料的折返式补锂方法及负极片、电池
CN111525095A (zh) * 2020-03-30 2020-08-11 维达力实业(深圳)有限公司 含硅负极材料的补锂方法及负极片、电池

Also Published As

Publication number Publication date
JP7498361B2 (ja) 2024-06-11
EP4207391A1 (en) 2023-07-05
CN114122409B (zh) 2024-01-30
JP2023539492A (ja) 2023-09-14
US20230223547A1 (en) 2023-07-13
CN114122409A (zh) 2022-03-01
WO2022042665A1 (zh) 2022-03-03
CA3191034A1 (en) 2022-03-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230048524A (ko) 전극 플레이트 및 리튬 이온 배터리
WO2022117080A1 (zh) 锂离子电池及动力车辆
CN113594468B (zh) 一种集流体及其制备方法和应用
US20200365903A1 (en) Volume-Expansion Accommodable Anode-Free Solid-State Battery
US8367246B2 (en) High-power battery
CN203536529U (zh) 一种锂离子电池
CN209880409U (zh) 基于减少传质和扩散控制多层电极的电容器
Wang et al. New additives to improve the first-cycle charge–discharge performance of a graphite anode for lithium-ion cells
JPH1186898A (ja) アルカリ蓄電池
US8673491B2 (en) Li-ion battery with selective moderating material
CN214428670U (zh) 一种可低温充电的锂离子电池
CN114122318A (zh) 一种负极极片及其制备方法和应用
CN210074028U (zh) 基于减少传质和扩散控制的多层电极及储能设备
Vincent Lithium batteries
KR100943751B1 (ko) 니켈-수소 2차전지
JP2002050407A (ja) 非水電解質二次電池およびその充放電制御方法
CN113823848A (zh) 锂离子电池
CN219419144U (zh) 一种固态电池及负极补锂系统
RU2794514C1 (ru) Радиоизотопный твердотельный самозаряжающийся конденсатор
Shukla et al. Electrochemical power sources: 1. Rechargeable batteries
JP3461923B2 (ja) 電池用負極材料およびその製造方法、それを利用した負極体並びに二次電池
JP2011228119A (ja) 非水電解質二次電池
JPS5931177B2 (ja) アルカリ蓄電池用亜鉛極
US20220059844A1 (en) Electrode for Secondary Battery and Method for Preparing the Same
US3311501A (en) Silver-cadmium secondary battery