【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结合有高容量硅氧化物活性材料、同时实现良好循环能力的负极的形成。本专利技术还涉及电池，其由这些高容量长寿命周期负极组装为具有高能量密度的电池而得到。
技术介绍
1、锂电池由于其较高的能量密度而被广泛地用于消费电子产品。对于一些目前的商业电池来说，负极材料可以为石墨，并且正极材料可以包括锂钴氧化物(licoo2)、锂锰氧化物(limn2o4)、磷酸铁锂(lifepo4)、锂镍氧化物(linio2)、锂镍钴氧化物(linicoo2)、锂镍钴锰氧化物(linimncoo2)、锂镍钴铝氧化铝(linicoalo2)等。对于负极来说，钛酸锂是具有良好循环性能的石墨的替代品，但是其具有较低的能量密度。其他石墨替代品如氧化锡和硅具有提供提高的能量密度的潜力。然而，已经发现一些高容量负极材料在商业上不适用，这是因为与结构变化和异常大的体积膨胀相关的高的不可逆容量损失以及差的放电和再充电循环，对于硅尤其如此，所述结构变化和异常大的体积膨胀与锂嵌入/合金化相关。结构变化和大的体积变化可能会破坏电极的结构完整性，从而降低循环效率。
技术实现思路
1、在第一方面，本专利技术涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包含负极，正极，在负极和正极之间的隔膜；电解质，所述电解质包含锂盐和非水溶剂；和容器，所述容器包封其他电池组件。负极可以包含约75重量％至约92重量％的活性材料、约1重量％至约7重量％的纳米级导电碳和约6重量％至约20重量％的聚合物粘结剂，其中活性材料可以包含约40重量％至约95重量％的硅
2、在另一个方面，本专利技术涉及一种用于锂离子电池的负极，所述负极包含约78重量％至约92重量％的活性材料、约1重量％至约7重量％的纳米级导电碳和约6重量％至约20重量％的聚合物粘结剂，其中所述聚合物粘结剂包含至少约50重量％的聚酰亚胺和至少约5重量％的弹性模量不大于约2.4gpa的不同的第二聚合物粘结剂。在一些实施方案中，不同的第二聚合物粘结剂具有至少约35％的伸长率。
3、在另外的方面，本专利技术涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：包含硅氧化物、石墨、纳米级导电碳和聚合物粘结剂的负极，包含锂镍钴锰氧化物、导电碳和聚合物粘结剂的正极，在负极和正极之间的隔膜，包含锂盐和非水溶剂的电解质，和包封其他电池组件的容器。在一些实施方案中，锂离子电池在30℃以c/3的倍率从至少约4.25v的选定的充电电压放电至2.5v时具有至少235wh/kg的能量密度，并且当以c/3的倍率在2.3v和选定的充电电压之间从第5次循环循环至第450次循环时，锂离子电池在450次循环时的容量为在第5次循环时的容量的至少约80％。
4、在其他方面，本专利技术涉及一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：包含硅氧化物、石墨、纳米级导电碳和聚合物粘结剂的负极，包含锂镍钴锰氧化物、导电碳和聚合物粘结剂的正极，在负极和正极之间的隔膜；包含锂盐和非水溶剂的电解质；和包封其他电池组件的容器。在一些实施方案中，锂离子电池在30℃以c/3的倍率从4.35v放电至2.3v时具有至少235wh/kg的能量密度，并且当以c/3的倍率在2.3v和4.35v之间从第5次循环循环至第450次循环时，锂离子电池在450次循环时的容量为在第5次循环时的容量的至少约80％。
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1.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：
2.权利要求1所述的锂离子电池，其中所述负极在相对于锂金属以C/3的倍率从5毫伏(mV)至1.5V循环时具有至少1000mAh/g的比容量。
3.权利要求1所述的锂离子电池，其中所述聚酰亚胺具有至少60MPa的抗拉强度，并且所述第二粘结剂聚合物具有不大于2.4GPa的杨氏模量。
4.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述聚合物粘结剂共混物包含5重量％至40重量％的第二粘结剂聚合物。
5.权利要求1或权利要求4所述的锂离子电池，其中所述聚合物粘结剂共混物包含至少50重量％的聚酰亚胺，并且其余部分为所述第二粘结剂聚合物。
6.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述聚酰亚胺具有至少100MPa的抗拉强度。
7.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述第二粘结剂聚合物具有至少35％的伸长率。
8.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述第二粘结剂聚合物包括聚偏二氟乙烯。
9.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其
10.权利要求9所述的锂离子电池，其中0.7≤x≤0.9。
11.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，所述锂离子电池还包含负极的第一次循环不可逆容量损失的约80％至约180％的量的补充锂，所述锂离子电池在C/3的放电倍率下的第四次循环时负极容量除以正极容量的比率为约1.10至约1.95，并且所述锂离子电池在30℃以C/3的倍率从选定的充电电压放电至2.5V时具有至少约235Wh/kg的能量密度，其中所述选定的充电电压为4.15V至4.35V。
12.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，所述锂离子电池还包括多个负极和多个正极，并且所述锂离子电池在30℃以C/3的倍率从选定的电压放电至2.5V时具有至少约245Wh/kg的能量密度。
13.一种负极，所述负极包含75重量％至92重量％的活性材料、1重量％至7重量％的纳米级导电碳和6重量％至20重量％的聚合物粘结剂，其中所述活性材料包含至少40重量％的硅系活性材料和5重量％至60重量％的石墨，并且其中所述聚合物粘结剂包括至少50重量％的聚酰亚胺和至少5重量％的第二粘结剂聚合物的聚合物粘结剂共混物，所述第二粘结剂聚合物选自由下列各项组成的组：聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶、锂化聚丙烯酸以及它们的混合物。
14.权利要求13所述的负极，其中所述硅系活性材料包括硅氧化物系碳复合材料。
15.权利要求13或权利要求14所述的负极，其中所述负极在相对于锂金属以C/3的倍率从5毫伏(mV)至1.5V循环时具有至少1000mAh/g的比容量，所述聚酰亚胺具有至少60MPa的抗拉强度，并且所述第二粘结剂聚合物具有不大于2.4GPa的杨氏模量。
16.权利要求13或权利要求14所述的负极，其中所述第二粘结剂聚合物包括聚偏二氟乙烯。
17.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：
18.权利要求17所述的锂离子电池，其中所述负极在相对于锂金属以C/3的倍率从5毫伏(mV)至1.5V循环时具有至少1000mAh/g的比容量。
19.权利要求17或权利要求18所述的锂离子电池，其中所述聚合物粘结剂共混物包含至少50重量％的聚酰亚胺和至少5重量％的第二粘结剂聚合物。
20.权利要求17或权利要求18所述的锂离子电池，其中所述第二粘结剂聚合物选自由下列各项组成的组：聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶、锂化聚丙烯酸以及它们的混合物。
21.权利要求17或权利要求20所述的锂离子电池，其中所述聚合物粘结剂共混物包含至少50重量％的聚酰亚胺，并且其余部分为所述第二粘结剂聚合物。
22.权利要求17或权利要求20所述的锂离子电池，其中所述第二粘结剂聚合物具有至少35％的伸长率。
23.权利要求17或权利要求21所述的锂离子电池，其中所述第二粘结剂聚合物包括聚偏二氟乙烯。
24.权利要求17所述的锂离子电池，其中所述锂金属氧化物包括由式LiNixMnyCozO2表示的富含镍的锂镍钴锰氧化物，其中x+y+z≈1，0.45≤x，0.025≤y≤0.35，并且0.025≤z≤0.35。
25.权利要求24所述的锂离子电池，其中0.7≤x≤0.9。
<...【技术特征摘要】
1.一种锂离子电池，所述锂离子电池包括：
2.权利要求1所述的锂离子电池，其中所述负极在相对于锂金属以c/3的倍率从5毫伏(mv)至1.5v循环时具有至少1000mah/g的比容量。
3.权利要求1所述的锂离子电池，其中所述聚酰亚胺具有至少60mpa的抗拉强度，并且所述第二粘结剂聚合物具有不大于2.4gpa的杨氏模量。
4.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述聚合物粘结剂共混物包含5重量％至40重量％的第二粘结剂聚合物。
5.权利要求1或权利要求4所述的锂离子电池，其中所述聚合物粘结剂共混物包含至少50重量％的聚酰亚胺，并且其余部分为所述第二粘结剂聚合物。
6.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述聚酰亚胺具有至少100mpa的抗拉强度。
7.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述第二粘结剂聚合物具有至少35％的伸长率。
8.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述第二粘结剂聚合物包括聚偏二氟乙烯。
9.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，其中所述锂金属氧化物包括由式linixmnycozo2表示的富含镍的锂镍钴锰氧化物，其中x+y+z≡1，0.45≤x，0.025≤y≤0.35，并且0.025≤z≤0.35。
10.权利要求9所述的锂离子电池，其中0.7≤x≤0.9。
11.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，所述锂离子电池还包含负极的第一次循环不可逆容量损失的约80％至约180％的量的补充锂，所述锂离子电池在c/3的放电倍率下的第四次循环时负极容量除以正极容量的比率为约1.10至约1.95，并且所述锂离子电池在30℃以c/3的倍率从选定的充电电压放电至2.5v时具有至少约235wh/kg的能量密度，其中所述选定的充电电压为4.15v至4.35v。
12.权利要求1或权利要求3所述的锂离子电池，所述锂离子电池还包括多个负极和多个正极，并且所述锂离子电池在30℃以c/3的倍率从选定的电压放电至2.5v时具有至少约245wh/kg的能量密度。
13.一种负极，所述负极包含75重量％至92重量％的活性材料、1重量％至7重量％的纳米级导电碳和6重量％至20重量％的聚合物粘结剂，其中所述活性材料包含至少40重量％的硅系活性材料和5重量％至60重量％的石墨，并且其中所述聚合物粘结剂包括至少50重量％的聚酰亚胺和至少5重量％的第二粘结剂聚合物的聚合物粘结剂共混物，所述第二粘结剂聚合物选自由下列各项组成的组：聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯-丁二烯橡胶、锂化聚丙烯酸以及它们的混合物。
14.权利要求13所述的负极，其中所述硅系活性材料包括硅氧化物系碳复合材料。
15.权利要求13或权利要求14所述的负极，其中所述负极在相对于锂金属以c/3的倍率从5毫伏(mv)至1.5v循环时具有至少1000mah/g的比容量，所述聚酰亚胺具有至少60mpa的抗拉强度，并且所述第二粘结剂聚合物具有不大于2.4gpa的杨氏模量。
16.权利要求13或权利要求14所述的负极，其中所述第二粘结剂聚合物包括聚偏二氟乙烯。
17.一种锂离子电池，...
【专利技术属性】
技术研发人员：萨伯拉曼尼安·文卡塔查拉姆，桑吉维·夏尔马，仙玉·艾丽丝·李，佩德罗·A·埃尔南德斯加列戈斯，查兰·马萨拉普，苏吉特库马，赫尔曼·A·洛佩兹，
申请(专利权)人：伊翁布洛克斯有限公司，
类型：发明
国别省市：
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