或无机固体电解质。
[0253] 所述有机固体电解质的非限制性实例为聚乙烯衍生物、聚环氧乙烷衍生物、聚环 氧丙烷衍生物、磷酸酯聚合物、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯、和包括离子解离性基团 的聚合物。
[0254] 所述无机固体电解质的非限制性实例为Li3N、LiI、Li5NI 2、Li3N-LiI-LiOH、 Li2SiS3' Li4SiO4' Li4SiO4-LiI-LiOH' Li3PO4-Li2S-SiS2' Cu3N、LiPON、Li2S · GeS2 · Ga2S3、 Li2O · 11A1203、（Na, Li)1+xTi2 XA1X(P04)3(其中 0· I 彡 x 彡 0· 9)、LiuxHf2 XA1X(P04)3(其中 0· I < x <0· 9)、Na3Zr2Si2PO12'Li 3Zr2Si2PO12'Na5ZrP 3O12'Na5TiP3O12'Na 3Fe2P3O12'Na4NbP 3O12' Na 硅酸盐、Lia3LaQ.5Ti03、Na 5MSi4O12(其中 M 为稀土元素例如 Nd、Gd、Dy 等）、Li5ZrP3012、 Li5TiP3O12' Li3Fe2P3O12' Li4NbP3O12' Li1+X (M，Al, Ga) x (Ge1 yTiy) 2 x (PO4) 3(其中 0 彡 x彡 0· 8， 0 彡 y 彡 I. 0,且 M 为 Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、或 Yb)、Li1+x+yQxTi2xSiyP 3y012(其 中 0〈x <0· 4,0〈y <0· 6，且 Q 为 Al 或 Ga)、Li6BaLa2Ta2O12' Li7La3Zr2O12' Li5La3Nb2O12' Li5La3M2O12 (其中 M 为 Nb 或 Ta)、和 Li7+xAxLa3 xZr2012 (其中 0〈x〈3,且 A 为 Zn)。
[0255] 用于所述电解质的隔板可为如下的单层或包括如下的至少两个层的多层：聚乙 烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、或其组合。所述多层可为混合多层。例如，所述隔板可为聚乙烯/ 聚丙烯的双层隔板、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的三层隔板、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的三层 隔板等。
[0256] 在一些实施方式中，所述电解质可为固体或凝胶形式。所述电解质可作为具 有约200 μL?或更小、和在一些实施方式中约10 μL?-约200 μπκ和在一些实施方式中约 10 μ m-约100 μ m、和在一些其它实施方式中约10 μ m_约60 μ m的厚度的薄膜、膜、或片形 成。片、膜或薄膜形式的电解质可使用已知的技术例如旋涂、辊涂、幕涂、挤出、流延、丝网印 刷、或喷墨印刷形成。
[0257] 在一些实施方式中，所述电解质可具有固体相。而且，所述电解质的厚度可为约 100 μ m或更小、或者例如约30 μ m-约60 μ m。
[0258] 在一些实施方式中，所述电解质可具有约I X 10 4西门子/厘米（S/cm)或更大的 离子传导率（在25°(：下）、例如约1\104-约1\10 33/〇11的在25°(：下的离子传导率。所 述电解质可具有约4. OMPa或更大、例如约IOMPa-约2, OOOMPa的杨氏模量（在25°C下）。 因此，根据任意上述实施方式的电解质可具有在室温下的良好的离子传导率和良好的机械 性质，其为对于电池的性能的要求。
[0259] 所述电解质可进一步包括选自如下的至少一种：液体电解质、固体电解质、凝胶电 解质、聚合物离子液体、和隔板。在这点上，所述电解质可为混合电解质类型。
[0260] 根据另一实施方式，二次电池可为例如锂电池、锂空气电池、锂硫电池、钠电池、或 镁电池。
[0261] 镁电池是使用相对便宜的和可得到的镁金属代替稀少的锂作为负极的电池。镁电 池利用镁离子向正极活性材料中的嵌入和镁离子从正极活性材料的脱嵌进行充电或放电， 并具有为锂电池的约2倍高的理论能量密度，且是便宜的和在空气中稳定的。另外，由于环 境友好性、强的价格竞争力、和高的能量存储特性，所述镁电池可作为用于电力存储和电动 车的中等和大尺寸的电池应用，因而作为下一代二次电池引起关注。钠电池包括容许钠离 子的掺杂和去掺杂的正极、以及容许钠离子的掺杂和去掺杂的负极。
[0262] 锂电池具有高的运行电压、高的容量、和高的能量密度，且因而目前广泛用于移 动电话、膝上型计算机、用于使用风力或阳光的发电单元的储能电池、电动车、不间断电源 (UPS)、家用蓄电池等中。
[0263] 在一些实施方式中，所述二次电池可进一步包括选自如下的至少一种：液体电解 质、聚合物离子液体、固体电解质、和凝胶电解质。液体电解质、聚合物离子液体、凝胶电解 质、和固体电解质的至少一种可设置在所述正极和所述电解质之间。
[0264] 图1A-1E为说明根据实施方式的各自包括电解质的锂二次电池的结构的示意图。
[0265] 参照图1A，根据实施方式的锂电池可具有在正极21和负极22之间包括电解质23 的结构。
[0266] 参照图1B，锂电池可在电解质23和正极21之间进一步包括中间层24。中间层24 可进一步包括选自如下的至少一种：液体电解质、聚合物离子液体、固体电解质、和凝胶电 解质，其各自具有与电解质23不同的组成。
[0267] 由于电解质23设置在负极22的表面的至少部分上，因此负极22的表面可变成机 械和电化学稳定的。因此，可抑制在锂二次电池的充电和放电期间由于不均匀的离子分布 所致的在负极表面上的枝晶生长，且负极22和电解质23之间的界面稳定性可改善，因而改 善锂二次电池的循环特性。
[0268] 当电解质23覆盖负极22的表面时，其可用作用于负极22的表面的保护层。
[0269] 中间层24可具有包括顺序地一个在另一个上设置的液体电解质24a和固体电解 质24b的双层结构，如图IC中所说明的。液体电解质24a可邻近于电解质23设置。锂电 池可具有如图IC中的负极/电解质/中间层（液体电解质/固体电解质）/正极的堆叠结 构。
[0270] 参照图1D，根据另一实施方式的锂电池可包括隔板24c作为中间层。隔板24c可 为如下的单层或包括如下的至少两个层的多层：聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、或其组合。例 如，隔板24c可为混合多层，例如聚乙烯/聚丙烯的2-层隔板、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯的 3_层隔板、或聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯的3-层隔板。
[0271] 根据实施方式的锂电池可包括液体电解质24a作为中间层，如图IE中说明的。液 体电解质24a可具有与电解质23可包括的液体电解质相同或不同的组成。
[0272] 在图1A-1E中，正极21可为多孔正极。所述多孔正极可为包括孔的正极、或通过 毛细管作用容许液体电解质渗透到其中的任何正极。
[0273] 例如，所述多孔正极可为通过如下获得的正极：涂覆包括正极活性材料、导电剂、 粘结剂、和溶剂的正极活性材料组合物，随后干燥。所得正极可包括在正极活性材料的颗粒 之间的孔。所述多孔正极可用液体电解质浸渍。
[0274] 在一些实施方式中，正极21可包括液体电解质、凝胶电解质、固体电解质等。所述 液体电解质、凝胶电解质、和固体电解质可为在充电和放电期间不与所述正极活性材料反 应以使其恶化的在本领域中对于液体电池可利用的任何电解质。
[0275] 在图1A-1E中，负极22可为锂金属薄膜。所述锂金属薄膜可具有小于约100 μ m 的厚度。当所述锂金属薄膜的厚度小于约IOOym时，所述锂电池可具有稳定的循环特性。 例如，所述锂电池的锂金属薄膜可具有约80 μ m或更小、和在一些实施方式中约60 μ m或更 小、和在一些其它实施方式中约0. 1 μm-约60 μm的厚度。根据现有技术，当这样的锂金属 薄膜具有小于100 μm的厚度时，难以实现具有稳定的循环特性的锂电池，因为所述锂金属 薄膜的厚度可由于副反应、枝晶形成等严重地减小。然而，使用任意根据上述实施方式的电 解质可制造具有稳定的循环特性的锂电池。
[0276] 图IF为根据实施方式的锂电池11的结构的分解透视图。
[0277] 参照图1F，锂电池11可包括正极13、负极12、和根据实施方式的电解质14。可将 正极13、负极12、和电解质14卷绕或折叠，然后容纳在电池壳15中，随后将液体电解质注 入电池壳15中并用帽组件16密封，由此完成锂电池11的制造。电池壳15可为圆柱形、矩 形、或薄膜型。例如，锂电池11可为大的薄膜电池。锂电池11可为例如锂离子二次电池。
[0278] 可在正极13和负极12之间进一步设置隔板（未示出）以形成电池组件。所述电 池组件可堆叠在另一电极上。
[0279] 电池组件可然后用电解质溶液浸渍。可将所得物容纳在袋中，然后密封以完成锂 聚合物二次电池的制造。
[0280] 在一些实施方式中，可将多个这样的电池组件一个在另一个上堆叠以形成电池 组。所述电池组在需要具有高的容量的任何装置例如膝上型计算机、智能电话、电动车等中 可为可应用的。
[0281] 根据本公开内容的另一方面，锂二次电池可包括正极、负极、和任意根据上述实施 方式的电解质。例如，所述锂电池可为锂金属电池。在这点上，所述负极可为锂金属或锂合 金电极，且可在所述电解质和所述正极之间进一步包括选自液体电解质、凝胶电解质、固体 电解质、隔板、和聚合物离子液体的至少一种的额外层。
[0282] 所述正极或所述负极可包括至少部分地形成于所述正极或所述负极的一个表面 上的片或膜。
[0283] 所述电解质可用作用于锂金属或锂金属合金电极的保护层。当所述电解质设置于 所述负极的表面时，可有效地抑制在充电和放电之后在所述负极的表面上的枝晶生长、以 及由于所述电解质的开裂可发生的短路。
[0284] 在一些实施方式中，所述锂电池可具有约4.0伏（V)-约5. 0V、例如约4. 5V-约 5. OV的运行电压。
[0285] 将详细地描述包括任意根据上述实施方式的电解质的锂电池的组分的每一种、以 及制造包括如上所述的这样的组分的锂电池的方法。
[0286] 用于正极的正极活性材料可包括选自如下的至少一种：锂钴氧化物、锂镍钴锰氧 化物、锂镍钴铝氧化物、磷酸锂铁、和锂锰氧化物，但不限于此。可使用本领域中可利用的任 何正极活性材料。
[0287] 例如，所述正极活性材料可为由下式之一表示的化合物：LiaA1 bB' bD' 2(其中 0.90彡&彡1.8，和0彡13彡0.5);1^$1#\0 2。0'。（其中0.90彡&彡1.8,0彡13彡0.5，和 0 彡 c 彡 0.05) ;LiE2bB'b04cD'c (其中 0 彡 b 彡 0.5,和 0 彡 c 彡 0.05) !LiaNi1 bcCobB'cD'a (其 中 0· 90 彡 a 彡 1. 8,0 彡 b 彡 0· 5,0 彡 c 彡 0· 05,和 0〈a 彡 2) !LiaNi1 b cCobB' c02 aFa (其 中 0· 90 彡 a 彡 I. 8,0 彡 b 彡 0· 5,0 彡 c 彡 0· 05,和 0〈 a < 2) !LiaNi1 b cMnbB' CD' a (其 中 0· 90 彡 a 彡 I. 8,0 彡 b 彡 0· 5,0 彡 c 彡 0· 05,和 0〈a 彡 2) !LiaNi1 b cMnbB' c02 aFa (其 中 0.90 彡 a 彡 I. 8,0 彡 b 彡 0·5,0 彡 c 彡 0.05，和 0〈 a〈2) !LiaNibEcGdO2(其中 0· 90 彡 a 彡 1. 8,0 彡 b 彡 0· 9,0 彡 c 彡 0· 5,和 0· 001 彡 d 彡 0· I) ;LiaNibCocMndG e02(其 中 0· 90 彡 a 彡 1. 8,0 彡 b 彡 0· 9,0 彡 c 彡 0· 5,0 彡 d 彡 0· 5,和 0· 001 彡 e 彡 0· 1); LiaNiGbO2(其中 0· 90 彡 a彡 1. 8,和0· 001 Sb 彡 0· I) !LiaCoGbO2(其中 0· 90 彡 a彡 1. 8,和 0· 001 彡 b 彡 0· I) !LiaMnGbO2(其中 0· 90 彡 a 彡 1. 8,和 0· 001 彡 b 彡 0· I) ;LiaMn2Gb04(其 中 0· 90 彡 a 彡 1. 8,和 0· 001 彡 b 彡 0· I) ;Q02;QS 2;LiQS 2;V 205;LiV 205;LiI' 0 2;LiNiV0 4; Li0 f)J2(P〇4)3(其中 〇 彡 f 彡 2) ;Li(3 f)Fe2(P04)3(其中 0 彡 f 彡 2);和 LiFeP04。
[0288] 在上式中，A选自镍（Ni)、钴（Co)、锰（Mn)、及其组合；B'选自铝（Al)、镍（Ni)、 钴（Co)、锰（Mn)、铬（Cr)、铁（Fe)、镁（Mg)、锶（Sr)、钒（V)、稀土元素、及其组合；D'选自氧 (〇)、氟（F)、硫（S)、磷（P)、及其组合；E选自钴（Co)、锰（Mn)、及其组合；F选自氟（F)、硫 (S)、磷（P)、及其组合；G 选自铝（Al)、铬（Cr)、锰（Mn)、铁（Fe)、镁（Mg)、镧（La)、铈（Ce)、 锶（Sr)、钒（V)、及其组合；Q选自钛（Ti)、钼（Mo)、锰（Mn)、及其组合；I'选自铬（Cr)、钒 (V)、铁（Fe)、钪（Sc)、钇（Y)、及其组合；和J选自钒（V)、铬（Cr)、锰（Mn)、钴（Co)、镍（Ni)、 铜（Cu)、及其组合。
[0289] 例如，所述正极活性材料可为由式9表示的化合物、由式10表示的化合物、或由式 11表示的化合物。
[0290] 式 9
[0291] LiaNibCocMndO2
[0292] 在式9中，0· 90彡a彡1. 8,0彡b彡0· 9,0彡c彡0· 5,和0彡d彡0· 5。
[0293] 式 10
[0294] Li2MnO3
[0295] 式 11
[0296] LiMO2
[0297] 在式 11 中，M 可为 Μη、Fe、Co、或 Ni。
[0298] 正极可如下制造。
[0299] 将正极活性材料、粘结剂、和溶剂混合以制备正极活性材料组合物。
[0300] 可向所述正极活性材料组合物进一步添加导电剂。将所述正极活性材料组合物直 接涂覆在金属集流体上并干燥以制备正极板。替代地，可将所述正极活性材料组合物在单 独的载体上流延以形成正极活性材料膜，然后可将所述正极活性材料膜从所述载体分离且 然后层叠在金属集流体上以制备正极板。
[0301] 所述粘结剂为对活性材料和导电材料的粘合以及与集流体的粘合作贡献的成分， 且因此添加的粘结剂的量为约1重量份-约50重量份，基于100重量份的所述正极活性材 料的总重量。所述粘结剂的实例包括聚偏氟乙烯（PVDF)、聚乙烯醇、羧甲基纤维素（CMC)、 淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙 烯-二烯三元共聚物（EPDM)、磺化的EPDM、丁苯橡胶、氟橡胶、和各种共聚物。所述粘结剂 的含量为约2重量份-约5重量份，基于100重量份的所述正极活性材料的总重量。当所 述粘结剂的含量在该范围内时，活性材料层对集流体的粘合力是令人满意的。
[0302] 所述导电剂可为在电池中不导致化学变化且具有导电性的任何材料，且所述导电 剂的实例包括：石墨，例如天然石墨或人造石墨；炭黑类，例如炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽黑、 炉黑、灯黑或夏黑（simmer black);导电纤维，例如碳纤维或金属纤维；碳氟化物；金属粉 末，例如铝或镍粉末；导电晶须，例如氧化锌或钛酸钾；导电金属氧化物，例如钛氧化物；和 导电材料，例如聚亚苯基衍生物。
[0303] 所述导电剂的含量可为约1重量份-约10重量份、例如约1重量份-约5重量份， 基于I 00重量份的所述正极活性材料的总重量。当所述导电剂的含量在该范围内时，最终 得到的电极可具有优异的导电特性。
[0304] 所述溶剂的实例包括N-甲基吡咯烷酮。
[0305] 所述溶剂的含量为约100重量份-约2000重量份，基于100重量份的所述正极活 性材料。当所述溶剂的含量在该范围内时，形成活性材料层的过程可容易地实施。如果期 望，可向所述正极活性材料组合物和/或负极活性材料组合物进一步添加增塑剂以形成包 括孔的电极板。所述正极活性材料、导电剂、粘结剂、和溶剂的量可为本领域中在锂二次电 池中通常使用的那些水平。取决于所述锂二次电池的用途和结构，可不使用所述导电剂和 溶剂的至少一种。
[0306] 负极可以与在所述正极的制造中基本上相同的方式制造，除了使用负极活性材料 代替所述正极活性材料之外。
[0307] 所述负极活性材料可为碳质材料、硅、硅氧化物、硅合金、硅-碳质材料复合物、 锡、锡合金、锡-碳复合物、金属氧化物、或其组合。所述碳质材料可为结晶碳、无定形碳、 或其组合。所述结晶碳可为石墨，例如非成形、板、薄片、球或纤维形式的天然石墨或人造石 墨。所述无定形碳可为软碳（在低温下烧结的碳）、硬碳、中间相沥青碳化产物、烧结焦炭、 石墨烯、炭黑、富勒烯烟灰、碳纳米管、和碳纤维。可使用本领域中可利用的任何适当的材 料。
[0308] 所述负极活性材料可选自Si、SiOx(其中0〈x〈2、例如0. 5〈x〈l. 5)、Sn、Sn02、含硅的 金属合金、及其组合。可与硅合金化的金属可选自如下的至少一种：Al、Sn、Ag、Fe、Bi、Mg、 Zn、In、Ge、PbJPTi。
[0309] 所述负极活性材料可包括可与锂合金化的金属/准金属、其合金、或其氧化物。可 与锂合金化的金属/准金属、其合金、或其氧化物的实例为Si、Sn、Al、Ge、Pb、Bi、Sb、Si-Y 合金（其中Y为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合，除Si之 外）、Sn-Y合金（其中Y为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合， 除Sn之外）、和MnO x (其中0〈x彡2)。Y可为镁（Mg)、钙（Ca)、锶（Sr)、钡（Ba)、镭（Ra)、 钪（Sc)、钇（Y)、钛（Ti)、锆（Zr)、铪（Hf)、雜（Rf)、钒（V)、铌（Nb)、钽（Ta)、樣I (Db)、铬 (Cr)、钼（Mo)、钨（W)、·修（Sg)、锝（Tc)、铼（Re)、·4波（Bh)、铁（Fe)、铅（Pb)、钌（Ru)、锇 (Os)、、儀（Hs)、铑（Rh)、铱（Ir)、钯（Pd)、铂（Pt)、铜（Cu)、银（Ag)、金（Au)、锌（Zn)、镉 (Cd)、硼（B)、铝（Al)、镓（Ga)、锡（Sn)、铟（In)、锗（Ge)、磷（P)、砷（As)、锑（Sb)、铋（Bi)、 硫（S)、硒（Se)、蹄（Te)、针（Po)、或其组合。所述可与锂合金化的金属/准金属的氧化物 的非限制性实例为锂钛氧化物、银氧化物、和锂银氧化物、SnO 2、和SiOx(其中0〈x〈2)。
[0310] 例如，所述负极可为锂金属薄膜。
[0311] 所述负极活性材料、导电剂、粘结剂、和溶剂的量可为本领域中在锂电池的制造中 通常使用的那些水平。
[0312] 所述电解质可为任意根据上述实施方式的电解质。
[0313] 例如，除根据任意上述实施方式的电解质之外，所述锂电池可进一步包括本领域 中在锂电池中通常使用的隔板和/或包含锂盐的非水电解质。
[0314] 所述隔板可为具有高的离子渗透性和高的机械强度的绝缘薄膜。所述隔板可具有 约0. 01 μ m-约10 μ m的孔径、和约5 μ m-约20 μ m的厚度。所述隔板的实例为稀经聚合物 例如聚丙烯、以及由玻璃纤维或聚乙烯制成的片或无纺布。当所述锂电池的电解质为固体 聚合物电解质时，所述固体聚合物电解质也可用作隔板。
[0315] 所述隔板可为如下的单层或包括如下的至少两个层的多层：聚乙烯、聚丙烯、聚偏 氟乙烯、或其组合。所述多层可为混合多层。例如，所述隔板可为包括聚乙烯和聚丙烯层的 双层隔板，包括聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯层的三层隔板，或者包括聚丙烯、聚乙烯和聚丙烯 层的三层隔板。
[0316] 所述包含锂盐的非水电解质可