用于锂电池的负极的制作方法
【专利说明】用于裡电池的负极
[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请根据35 U.S.C. §119要求在2012年5月16日提交的韩国专利申请 No. 10-2012-0052204的优先权和权益、W及由其产生的所有权益，将其内容通过参考全部 引入本文。
技术领域
[0003] 本公开内容设及用于裡电池的负极、包括其的裡电池、及其制造方法。所述负极提 供改善的稳定性W及改善的充电和放电特性。
【背景技术】
[0004] 裡电池用在用于移动通信的便携式电子装置，例如个人数字助理（PDA)、移动电 话、笔记本电脑、电动自行车、或电动汽车中，并具有水性电池的放电电压的超过两倍的放 电电压，且因此，具有高的能量密度。
[00化]包括碳质（例如石墨）负极材料的裡离子电池由当裡离子嵌入正极和负极或从正 极和负极脱嵌时发生的氧化和还原反应产生电能，所述正极和负极各自包括可嵌入和脱嵌 裡离子的活性材料。
[0006] 包括裡金属或裡合金作为负极材料的负极可具有石墨的10倍大的比容量，且由 于该样的高容量，已对裡金属和裡合金进行了大量研究。然而，当在负极中使用裡金属或裡 合金时，由于在充电期间电解质与裡金属或裡合金之间的化学反应而形成固体电解质界面 (SEI，即固体电解质际面），且形成许多裡枝晶，由此降低充电和放电效率和潜在地导致到 正极的短路。
[0007] 因此，仍然存在对开发具有改善的稳定性W及改善的充电和放电特性的负极、W 及包括所述负极的裡电池的需要。
【发明内容】
[000引技术问题
[0009] 提供在充电和放电期间具有减少的体积变化的用于裡电池的负极。
[0010] 提供具有改善的稳定性W及充电和放电特性的裡电池。
[0011] 额外的方面将在随后的描述中部分地阐明，且部分地将从所述描述明晰。
[001引 问题的解决方案
[0013] 根据一个方面，负极包括；包括裡的金属层；和包括具有板（片）结构的碳质材料 且设置在所述金属层上的板状碳质材料层。
[0014] 所述碳质材料层可具有结晶结构。
[0015] 所述碳质材料层可具有单层结构或多层结构。
[0016] 所述碳质材料层可通过剥落方法或通过生长方法形成。
[0017] 所述碳质材料层可具有薄膜结构。
[0018] 所述碳质材料层可具有约1纳米（nm)-lO微米（ym)的厚度。
[0019] 所述碳质材料层可具有约Inm-约lOOnm的厚度。
[0020] 所述碳质材料层可具有约25平方米/克（mVg)-约500mVg的比表面积。
[0021] 基于1平方厘米（cm2)的所述金属层，所述碳质材料层的量可在约0.03克（g)-约 4g的范围内。
[0022] 所述碳质材料层可进一步包括粘结剂。
[0023] 所述粘结剂可包括选自如下的至少一种；偏氣己締/六氣丙締共聚物、聚偏氣己 締、聚丙締膳、聚甲基丙締酸甲醋、聚四氣己締、聚酷亚胺、聚酷胺酷亚胺、聚丙締酸、聚己締 醇、基于了苯橡胶的聚合物、丙締膳-了二締橡胶、丙締膳-了二締-苯己締橡胶、基于丙締 酸醋的橡胶、哲丙基甲基纤维素，和駿甲基纤维素钢（"CMC")。
[0024] 所述包括裡的金属层可为包括裡金属的层或包括能与裡成合金的金属的层。
[0025] 所述碳质材料层可为用于防止所述金属层的恶化的保护层。
[0026] 根据另一方面，公开了裡电池，其包括；正极；电解质；和负极，其中所述负极包 括：包括裡的金属层，和包括具有板结构的碳质材料且设置在所述金属层上的板状碳质材 料层。
[0027] 所述碳质材料层可具有单层结构或多层结构。
[002引隔板可介于所述正极和所述负极之间。
[0029] 所述碳质材料层可设置在所述负极的面对所述隔板的表面上。
[0030] 所述电解质可为水性电解质或非水电解质。
[0031] 所述裡电池可包括一次裡电池或二次裡电池。
[0032] 所述裡电池可为裡硫电池。
[0033] 所述裡电池可为裡空气电池。
[0034] 所述板状碳质材料层可为用于防止所述金属层的恶化的保护层。
[0035] 发明的有益效果
[0036] 所公开的用于裡电池的负极可减少在包括裡的金属层上形成的具有板结构的碳 质材料的体积变化，且包括所述负极的裡电池可具有改善的充电和放电特性并因此具有改 善的寿命特性。
【附图说明】
[0037] 从结合附图考虑的实施方式的下列描述，该些和/或其它方面将变得明晰和更容 易理解，在附图中；
[003引 图1为裡硫电池的实施方式的示意图；
[0039] 图2为裡空气电池的实施方式的示意图；
[0040] 图3A为根据实施例5制造的裡电池在第一次循环和第十次循环的电势（伏，相对 于裡，V，相对于U)相对于充电和放电容量（毫安时，mAh)的图；
[0041] 图3B为根据实施例6制造的裡电池在第一次循环和第十次循环的电势（V，相对于 Li)相对于充电和放电容量（mAh)的图；
[0042] 图3C为根据对比例1制造的裡电池在第一次循环和第十次循环的电势（V，相对于 Li)相对于充电和放电容量（mAh)的图讯
[00创图3D为根据对比例2制造的裡电池在第一次循环和第十次循环的电势（V，相对 于）相对于充电和放电容量（mAh)的图。
【具体实施方式】
[0044] 现在将对实施方式进行详细介绍，其实例说明在附图中，其中相同的附图标记始 终是指相同的元件。在该点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中 所阐明的描述。因此，下面仅通过参考附图描述实施方式，W解释本描述的方面、特征和优 点。
[0045] 将理解，当一个元件被称为"在"另外的元件"上"时，其可直接在所述另外的元件 上或在其间可存在中间元件。相反，当一个元件被称为"直接在"另外的元件"上"时，则不 存在中间元件。
[0046] 将理解，尽管术语"第一"、"第二"、"第立"等可在本文中用于描述各种元件、组分、 区域、层和/或部分，但该些元件、组分、区域、层和/或部分不应被该些术语限制。该些术语 仅用来使一个元件、组分、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、区域、层或部分。因此， 在不背离本文中的教导的情况下，下面讨论的"第一元件"、"组分"、"区域"、"层"或"部分" 可称为第二元件、组分、区域、层或部分。
[0047] 本文中所使用的术语仅仅是为了描述【具体实施方式】且不意图为限制性的。表述例 如"…的至少一种（个）"，当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表，且不修饰所述 列表的单独要素。如本文中所使用的单数形式"一种（个）（a, an)"和"所述（该）（the)" 也意图包括复数形式，包括"至少一种（个）"，除非上下文清楚地另外说明。"或"意味着 "和/或"。如本文中使用的术语"和/或"包括相关所列项目的一个或多个的任意和全部 组合。将进一步理解，术语"包括"或"包含"当用在本说明书中时表示存在所述的特征、区 域、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在或添加一种或多种另外的特征、区域、 整体、步骤、操作、元件、组分和/或其集合。
[0048] 为了便于描述，在本文中可使用空间相对术语例如"在……之下"、"在……下面"、 "下部"、"在……之上"、"上部"等来描述如图所示的一个元件或特征与另外的元件或特征 的关系。将理解，除图中所示的方位W外，空间相对术语还意图包括在使用或操作中的装置 的不同方位。例如，如果翻转图中的装置，则被描述为"在"其它元件或特征"下面"或"之 下"的元件将被定向"在"其它元件或特征"之上"。因此，示例性术语"在……下面"可包 括在……之上和在……下面两种方位。装置可W其它方式定向（旋转90度或在其它方位 上），并且相应地解释本文中使用的空间相对描述词。
[0049] 除非另外定义，在本文中所使用的所有术语（包括技术和科学术语）的含义与本 公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。将进一步理解，术语，例如在常用 字典中定义的那些，应被解释为其含义与它们在相关领域和本公开内容的背景中的含义一 致，并且将不对所述术语进行理想化或过度形式意义的解释，除非在本文中清楚地如此定 义。
[0化0] 在本文中参照作为理想化实施方式的示意性图解的横截面图描述示例性实施方 式。该样，将预料到作为例如制造技术和/或公差的结果的与图解的形状的偏差。因此，本 文中描述的实施方式不应解释为限于如本文中图解的区域的具体形状，而是包括由例如制 造导致的形状上的偏差。例如，图解或描述为平坦的区域可典型地具有粗趟和/或非线型 特征。而且，图解的尖锐的角可为圆的。因此，图中图解的区域在本质上是示意性的且它们 的形状不意在说明区域的精确形状且不意图限制本发明权利要求的范围。
[0051] 如本说明书中使用的术语"石墨締"意指由彼此共价结合的多个碳原子形成的多 环芳族分子。所述共价结合的碳原子可形成六元环作为重复单元，且可进一步包括五元环 和走元环的至少一种。因此，石墨締包括具有sp2杂化的共价结合的碳原子的单层。多个 石墨締层在本领域中常常称为石墨。然而，为了方便，如本文中使用的"石墨締"可为单层， 或者也可包括多个碳层。因此，如本文中使用的石墨締可具有通过将石墨締的单层堆叠而 形成的多层结构。在实施方式中，石墨締包括1-约300个碳层。
[0化2]"平面的"意指基本上是平坦的且具有均匀的厚度的形状。
[005引"板状"意指由薄板状的片（块，piece)构成。
[0化4] 在下文中，进一步详细地描述用于裡电池的负极的实施方式和包括其的裡电池的 实施方式。提供该些实施方式仅用于说明的目的。本发明不应限于此，且仅由权利要求的 范围限定。
[0化5] 用于裡电池的负极的实施方式包括：包括裡的金属层，和包括具有板结构的碳质 材料并且设置于例如形成于所述金属层上的板状碳质材料层。如下面进一步公开的，所述 碳质材料层的板状结构包括所述碳质材料的薄板状的片。在实施方式中，所述碳质材料层 具有与所述金属层的形状对应的形状。而且，所述碳质材料层可具有与所述金属层的形状 一致的（congruent)形状。
[0化6] 所述碳质材料层设置在所述包括裡的金属层上，例如附着到所述包括裡的金属 层，并且可为平坦膜形式。尽管不想要受理论束缚，但理解，所述平坦膜结构导致所述碳质 材料层对所述金属层的优异的粘着强度，使得即使当不使用额外的载体时，所述碳质材料 层也具有优异的对所述包括裡的金属层的粘着强度。所述平坦膜结构可为在微观和/或宏 观尺度（规模）上。在实施方式中，所述碳质材料层可具有在微观尺度上的平坦膜结构，且 可将包括所述碳质材料层的负极在保持所述在微观尺度上的平坦膜结构的同时卷起，例如 W形成果冻卷