二次电池的制作方法

本公开内容涉及一种二次电池，并且具体地，涉及一种具有提高的能量密度的二次电池。本技术要求于2019年11月12日在韩国提交的韩国专利申请第10-2019-0144585号的优先权，通过引用将上述专利申请的公开内容结合在此。

背景技术：

1、近来，电动汽车、机器人和电力存储装置的市场发展迅速，因此需要具有能量密度高、稳定性高、紧凑、重量轻和使用寿命长的二次电池。二次电池能否应用于这种大规模的工业领域取决于二次电池性能的保证，包括与根据现有技术的能量密度相比更高的单位重量或单位体积的能量密度。

2、石墨是一种市售的用于锂离子电池的负极活性材料，其理论容量有限，为372mah/g(约160wh/kg)。作为用于下一代非水电解质二次电池的负极活性材料，硅(si)的理论容量为4200mah/g，相当于石墨理论容量的10倍或更多，已受到广泛关注。除了硅之外，已经建议使用与锂形成合金而显示出高理论容量的各种非碳质材料作为替代诸如石墨这样的碳质材料的新型材料。

3、然而，硅基材料在与锂形成合金的过程中，由于体积膨胀率高，会导致电极内部和表面的开裂和电极活性材料的脱落，从而导致二次电池的电接触劣化和循环容量的快速劣化。

4、为了解决硅基材料的上述问题，已经积极尝试应用包括诸如硅基材料这样的非碳质材料与碳质材料的混合物的混合型负极。然而，当将硅基负极活性材料与碳质石墨活性材料混合时，可以提高能量密度，但二次电池的性能会不期望地劣化。

5、因此，仍然需要开发一种具有提高的能量密度以及解决硅基材料的上述问题的二次电池。

技术实现思路

1、技术问题

2、本公开内容旨在解决现有技术的问题，因此本公开内容旨在提供一种具有改进的循环特性的二次电池及其运行方法。

3、技术方案

4、在本公开内容的一个方面中，提供根据以下实施方式中任一项所述的二次电池。

5、根据第一实施方式，

6、提供一种二次电池，其包括正极、负极、以及插置在所述负极和所述正极之间的隔板，

7、所述负极包括：负极集电器；以及形成在所述负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包括碳质活性材料和si基活性材料，其中

8、所述二次电池根据取决于si基活性材料与碳质活性材料的重量混合比以及si基活性材料与碳质活性材料的容量比的在二次电池的运行期间的荷电状态(soc)的下限来运行。

9、根据第二实施方式，提供如第一实施方式中所限定的二次电池，

10、通过以下方式来运行所述二次电池：根据si基活性材料与碳质活性材料的重量混合比以及si基活性材料与碳质活性材料的容量比，基于包括si基活性材料和碳质活性材料的混合活性材料的总容量，计算si基活性材料的容量，基于所计算的si基活性材料的容量设定二次电池运行期间soc的下限，并仅将二次电池放电至与soc的下限容量相对应的电压。

11、根据第三实施方式，提供如第一或第二实施方式中所限定的二次电池，

12、其中当si基活性材料与碳质活性材料的重量混合比为x:100-x，并且si基活性材料与碳质活性材料的容量比为a:1时，

13、根据下式1计算基于si基活性材料和碳质活性材料的总容量的si基活性材料的容量百分比(％)，

14、基于所计算的si基活性材料的容量百分比(％)设定二次电池运行期间soc的下限，并且仅将二次电池放电至与soc的下限容量相对应的电压：

15、[式1]

16、基于si基活性材料和碳质活性材料的总容量的si基活性材料的容量百分比(％)＝[ax/[ax+(100-x)]]x 100＝100ax/[(a-1)x+100](％)

17、根据第四实施方式，提供如第一至第三实施方式中的任一项所限定的二次电池，

18、其中当si基活性材料与碳质活性材料的重量混合比为x:100-x，并且si基活性材料与碳质活性材料的容量比为a:1时，

19、根据下式1计算基于si基活性材料和碳质活性材料的总容量的si基活性材料的容量百分比(％)，并且

20、将所计算的si基活性材料的容量百分比(％)取为c(％)时，确定二次电池运行期间soc的下限在c-1至c+1的范围内：

21、[式1]

22、基于si基活性材料和碳质活性材料的总容量的si基活性材料的容量百分比(％)＝[ax/[ax+(100-x)]]x 100＝100ax/[(a-1)x+100](％)

23、根据第五实施方式，提供如第一至第四实施方式中的任一项所限定的二次电池，

24、其中所述si基活性材料包括si、siox(0<x<2)、sic、si基合金、或它们中的两种或更多种。

25、根据第六实施方式，提供如第一至第五实施方式中的任一项所限定的二次电池，

26、其中所述碳质活性材料包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、沥青碳化物、焦炭、石墨烯(graphene)、碳纳米管、或它们中的两种或更多种。

27、根据第七实施方式，提供如第一至第六实施方式中的任一项所限定的二次电池，

28、其中当所述si基活性材料为si，所述碳质活性材料为人造石墨，si与人造石墨的重量混合比为2:98，且si与人造石墨的容量比为8.9:1时，

29、根据上式1计算基于包括si和人造石墨的负极活性材料的总容量的si容量的比率，基于计算值设定二次电池运行期间soc的下限，并仅将二次电池放电至与soc的下限容量相对应的电压。

30、根据第八实施方式，提供如第一至第七实施方式中的任一项所限定的二次电池，

31、其中当计算值为c(％)时，确定二次电池运行期间soc的下限在c-1至c+1的范围内。

32、根据第九实施方式，提供一种用于运行二次电池的方法，

33、所述二次电池包括正极、负极、以及插置在所述负极和所述正极之间的隔板，其中所述负极包括：负极集电器；以及形成在所述负极集电器的至少一个表面上的负极活性材料层，并且所述负极活性材料层包括碳质活性材料和si基活性材料，

34、所述方法的特征在于，通过根据si基活性材料与碳质活性材料的重量混合比以及si基活性材料与碳质活性材料的容量比设定二次电池运行期间荷电状态(soc)的下限来运行所述二次电池。

35、根据本公开内容的第十实施方式，提供如第九实施方式中所限定的用于运行二次电池的方法，

36、所述方法包括：根据si基活性材料与碳质活性材料的重量混合比以及si基活性材料与碳质活性材料的容量比，基于包括si基活性材料和碳质活性材料的混合活性材料的总容量，计算si基活性材料的容量；基于所计算的si基活性材料的容量设定二次电池运行期间soc的下限；并仅将二次电池放电至与soc的下限容量相对应的电压。

37、根据第十一实施方式，提供如第九或第十实施方式中所限定的用于运行二次电池的方法，

38、其中当si基活性材料与碳质活性材料的重量混合比为x:100-x，并且si基活性材料与碳质活性材料的容量比为a:1时，

39、根据下式1计算基于si基活性材料和碳质活性材料的总容量的si基活性材料的容量百分比(％)，

40、基于所计算的si基活性材料的容量百分比(％)设定二次电池运行期间soc的下限，并且

41、仅将二次电池放电至与soc的下限容量相对应的电压：

42、[式1]

43、基于si基活性材料和碳质活性材料的总容量的si基活性材料的容量百分比(％)＝[ax/[ax+(100-x)]]x 100＝100ax/[(a-1)x+100](％)

44、根据第十二实施方式，提供如第九至第十一实施方式中的任一项所限定的用于运行二次电池的方法，

45、其中当si基活性材料与碳质活性材料的重量混合比为x:100-x，并且si基活性材料与碳质活性材料的容量比为a:1时，

46、根据下式1计算基于si基活性材料和碳质活性材料的总容量的si基活性材料的容量百分比(％)，并且

47、将所计算的si基活性材料的容量百分比(％)取为c(％)时，确定二次电池运行期间soc的下限在c-1至c+1的范围内：

48、[式1]

49、基于si基活性材料和碳质活性材料的总容量的si基活性材料的容量百分比(％)＝[ax/[ax+(100-x)]]x 100＝100ax/[(a-1)x+100](％)

50、有益效果

51、根据本公开内容的实施方式，通过同时使用si基(硅基)活性材料和碳质活性材料作为负极活性材料，同时通过根据活性材料的重量混合比及其容量比设定二次电池运行期间soc的下限，并且将对应于soc下限容量的电压设定为充电/放电循环期间的电压下限来限制使用范围，可以提供一种具有显著改善的循环特性的二次电池。还可以提供一种用于运行二次电池的方法。