CN101217193A - 用于锂电池的负极和使用其的锂电池 - Google Patents

用于锂电池的负极和使用其的锂电池 Download PDF

Info

Publication number
CN101217193A
CN101217193A CNA2007101860081A CN200710186008A CN101217193A CN 101217193 A CN101217193 A CN 101217193A CN A2007101860081 A CNA2007101860081 A CN A2007101860081A CN 200710186008 A CN200710186008 A CN 200710186008A CN 101217193 A CN101217193 A CN 101217193A
Authority
CN
China
Prior art keywords
negative pole
lithium battery
negative
aquatic
adhesive
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
CNA2007101860081A
Other languages
English (en)
Inventor
黄胜湜
杜锡光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Samsung SDI Co Ltd
Original Assignee
Samsung SDI Co Ltd
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 Samsung SDI Co Ltd filed Critical Samsung SDI Co Ltd
Publication of CN101217193A publication Critical patent/CN101217193A/zh
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01M4/13—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
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/621—Binders
    • 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
    • H01M10/058—Construction or 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
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • 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
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0568—Liquid materials characterised by the solutes
    • 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
    • H01M10/056—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564—Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566—Liquid materials
    • H01M10/0569—Liquid materials characterised by the solvents
    • 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)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

提供用于锂电池的负极和使用该负极的锂电池。在一个实施方式中，负极包括负极活性材料以及包括水生丙烯酸类聚合物和水溶性聚合物的粘合剂。该粘合剂渗入该负极活性材料以通过点粘合提供在负极活性材料之间的粘合力。该粘合剂具有优异的粘合力和弹性，且在电极制造过程中不经历弹性回复现象。该负极具有改善的装配密度、高容量和高能量密度。此外，该负极具有改善的寿命特性，因为该负极结构在重复的充电/放电循环时长期保持。

Description

用于锂电池的负极和使用其的锂电池
相关专利申请的交叉引用
本申请要求2007年1月5日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2007-0001665的优先权和利益，其全部内容通过引用在此引入。
技术领域
本发明涉及用于锂电池的负极和使用其的锂电池。
背景技术
锂电池具有高电压和高能量密度，且与其他电池如Ni-Cd电池相比具有提高的稳定性。由于这些优点，锂电池用作用于便携式电器的电源。但是，小且轻的显示器工业的发展要求较小、重量轻的便携式电器具有高容量，由此需要开发与常规锂电池相比具有较高工作电压、较长寿命和较高能量密度的电池。可通过改善各种电池组件的性能而开发具有这些性质的电池。
通常，电池性质取决于电极、电解质和包括在其中的其他电池材料。特别地，电极性质取决于电极活性材料、集电体以及在电极活性材料之间与在电极活性材料和集电体之间提供粘合力的粘合剂。
粘合剂在电极活性材料之间，在电极活性材料和导电剂之间，或在电极活性材料、导电剂和金属集电体中提供粘合力。当粘合剂在活性材料之间或在活性材料和集电体之间提供强的粘合力时，电子和锂离子在电极中平稳地迁移，且电极的内阻降低。结果，可获得相对高速率的充电/放电。另外，粘合剂缓冲在充电/放电过程中产生的锂电池的体积变化。高容量电池需要包括碳和石墨或者碳和硅作为负极活性材料的复合物电极，在这种情况下，复合物电极的活性材料在充电和放电过程中大幅膨胀和收缩。因此，除了优异的粘合力外，粘合剂必须还具有优异的弹性和恢复性，使得即使在膨胀和收缩后也可保持粘合剂的原始粘合力和电极结构。粘合剂需要在电极制造过程中具有恒定的浆料粘度以对浆料提供稳定性，由此使得能够进行浆料的平稳涂布。
基于聚偏二氟乙烯(PVDF)的聚合物用作常规的粘合剂材料，且当使用时溶于有机溶剂如N-甲基-2-吡咯烷酮中。尽管基于PVDF的聚合物具有强的粘合力，但由于其非常弱的弹性，基于PVDF的聚合物不能有效地缓冲电极的体积变化。同时，这种粘合剂通过表面粘合机理粘合电极活性材料，如图1所示。
丁苯橡胶(SBR)也用作粘合剂材料。尽管SBR具有优异的弹性，但其弱的粘合力使电极结构在重复充电/放电时变化。此外，SBR具有高的交联密度和恢复能力，导致其中在辊压后的电极厚度回到原始厚度的弹性回复现象，如图3所示。
由于金属活性材料和电极结构被在重复充电/放电循环过程中的过度的体积膨胀和收缩破坏，所以高容量的金属/石墨复合物负极的寿命降低。
发明内容
在本发明的一个实施方式中，通过提供优异的粘合力和弹性获得具有增加的装配密度(assembly density)和电极能量密度的用于锂电池的负极。该电池通过保持电极结构还具有改善的寿命特性。
根据本发明的另一实施方式，锂电池使用所述负极。
根据本发明的一个实施方式，用于锂电池的负极包括负极活性材料和粘合剂，该粘合剂包括水生(waterborne)丙烯酸类聚合物和水溶性聚合物，其中该粘合剂渗入负极活性材料以通过点粘合(point binding)提供在负极活性材料之间的粘合力。
根据本发明的另一实施方式，锂电池包括正极、负极和配置在正极和负极之间的隔膜。
用于锂电池的粘合剂可为具有强粘合力的环境友好的材料。通过将水生丙烯酸类聚合物和水溶性聚合物分散在水中，获得这种粘合剂。由于改善的装配密度，使用该粘合剂的电极可具有高容量、高能量密度和改善的寿命特性。
附图说明
通过参考当连同附图一起考虑时的以下详细描述，本发明的以上和其他特征和优点将变得更加明晰，其中：
图1是使用聚偏二氟乙烯(PVDF)粘合剂粘合在用于锂电池的负极中的活性材料的现有技术的表面粘合机理的示意图；
图2是粘合在根据本发明的一个实施方式的用于锂电池的负极中的活性材料的点粘合机理的示意图；
图3是说明在使用了现有技术的丁苯橡胶(SBR)粘合剂的用于锂电池的负极的辊压过程中发生的弹性回复现象的示意图；
图4是说明在根据本发明的一个实施方式的负极在辊压前后，用于锂电池的负极厚度的示意图；
图5是说明根据本发明的一个实施方式的用于锂电池的负极制造方法的流程图；
图6是比较根据实施例1、3和4以及比较例1和2制备的电极的相对于充电/放电循环次数的放电容量的图；
图7是比较根据实施例2和5以及比较例3制备的锂电池的相对于充电/放电循环次数的单位体积的能量密度的图；和
图8是根据本发明一个实施方式的锂电池的示意性横截面图。
具体实施方式
现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中显示本发明的示意性实施方式。但是，本发明可以许多不同的形式具体化，且不应理解为限于这里所述的实施方式。相反，提供这些实施方式仅用于说明性的目的。
图2是粘合根据本发明一个实施方式的用于锂电池的负极中的活性材料的点粘合机理的示意图。参考图2，负极活性材料21形成在基底20上，且粘合剂22填充在负极活性材料之间的空隙中。填充在负极活性材料之间的空隙中的粘合剂22通过点粘合机理粘合负极活性材料21。当利用表面粘合机理(如图1所示)时，需要大量的粘合剂使负极活性材料粘合。但是，当利用点粘合机理(如图2所示)时，仅需要少量粘合剂以制造具有优异装配密度的电极。
这里使用的“点粘合机理”表示粘合剂的细粒粘附到负极活性材料上以使负极活性材料粘合，而不是包围负极活性材料的表面。
水生丙烯酸类聚合物可用作根据本发明的用于锂电池的负极的粘合剂。水生丙烯酸类聚合物具有优异的弹性，因此可缓冲在充电/放电循环过程中锂电池的体积变化。此外，由于水生丙烯酸类聚合物具有优异的粘附力，所以活性材料不与集电体分离，因而电极结构可保持以长期使用。
图4是说明在根据本发明一个实施方式的负极的辊压前后的该用于锂电池的负极的厚度的示意图。与利用丁苯橡胶(SBR)作为粘合剂的电极相反(如图3所示)，因为弹性回复现象不发生，所以利用水生丙烯酸类聚合物的电极厚度薄，且在辊压后具有高装配密度。
考虑到粘合力和弹性，用于根据本发明一个实施方式的锂电池的负极的合适的水生丙烯酸类聚合物的非限制性实例包括聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚甲基丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚丙烯酸乙基己酯、聚甲基丙烯酸乙基己酯、聚丙烯酸月桂酯、聚甲基丙烯酸月桂酯及其组合。
作为用于根据本发明一个实施方式的锂电池负极的粘合剂的水生丙烯酸类聚合物可通过用水乳化丙烯酸类单体如丙烯酸乙酯，并聚合该丙烯酸类单体而制备。另外，分散在水中的丙烯酸类聚合物的颗粒可在活性材料形成过程中通过点粘合机理使活性材料粘合。此外，丙烯酸类单体是环境友好的聚合物，因为在电极制造过程中不需要有机溶剂。
调节水生丙烯酸类聚合物的平均粒径至适合于在用于锂电池的负极中点粘合的直径。特别地，水生丙烯酸类聚合物的粒径可为基于负极活性材料的平均粒径的约0.1-约5％。例如，当负极活性材料的平均粒径为约10-约30μm时，水生丙烯酸类聚合物的平均粒径可为约0.1-约1μm。当水生丙烯酸类聚合物的平均粒径小于约0.1μm时，负极活性材料之间的粘合力会不足。当水生丙烯酸类聚合物的平均粒径大于约1μm时，粘合力也会不足，因为在相同量的粘合剂中粘合剂颗粒的数量会减少，使得粘合剂难以实现点粘合机理。
水溶性聚合物可作为增稠剂包括在根据本发明一个实施方式的用于锂电池的粘合剂中。水溶性聚合物促进包括负极活性材料的浆料在集电体上的涂布，并增加包括负极活性材料和水生丙烯酸类聚合物的浆料的分散。根据本发明一个实施方式的用于锂电池的负极可具有优异粘合力，因为水生丙烯酸类聚合物使活性材料粘合，且水溶性聚合物促进活性材料之间以及集电体和活性材料之间的粘合。
合适的水溶性聚合物的非限制实例包括羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧乙烷、氧化的淀粉、磷酸化的淀粉、酪蛋白及其混合物。
1重量％的水溶性聚合物在25℃下可具有约100-约2000mPa·s的粘度。当水溶性聚合物的粘度小于约100mPa·s时，包括负极活性材料的浆料的分散性会降低。另一方面，当水溶性聚合物的粘度大于约2000mPa·s时，难以实现平稳的涂布。
在用于锂电池的负极的一个实施方式中，基于100重量份的负极活性材料，包括水生丙烯酸类聚合物和水溶性聚合物的粘合剂的量可为约1-约15重量份。例如，基于100重量份的负极活性材料，粘合剂可以约2-约6重量份的量存在。当粘合剂的量小于约1重量份时，粘合剂的粘合力太弱。此外，当粘合剂的量大于约15重量份时，能量密度会降低，而没有改善粘合效率。
在用于锂电池的负极的一个实施方式中，在粘合剂中水生丙烯酸类聚合物对水溶性聚合物的重量比为约1∶10至约10∶1。当该重量比小于约1∶10时，负极活性材料之间的粘合力会降低，因此在重复的充电/放电循环时负极结构不能长期保持。另一方面，当该重量比大于约10∶1时，能量密度会降低，而没有改善负极活性材料之间的粘合力。
图5是说明根据本发明一个实施方式的用于锂电池的负极的制造方法的流程图。参考图5，首先，将负极活性材料与导电剂混合。向其中依次加入水溶性聚合物和水生丙烯酸类聚合物以制备活性材料浆料。然后通过将该浆料直接涂布在集电体上而制备负极板。作为选择，通过将该浆料在独立的载体上流延以形成膜，将该膜与载体分离并层压在铜集电体上，从而制备负极板。包括该粘合剂的负极混合物材料可模制成型，或者可将该负极混合材料涂覆集电体如铜箔上。使制备的负极通过辊以制备负极板。
负极活性材料可为石墨材料如天然石墨、人造石墨、焦炭或碳纤维。作为选择，负极活性材料可为能与Li合金化的元素如Al、Si、Sn、Ag、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb或Ti，包含能够与Li合金化的元素的化合物或络合物，或者包含能够与Li合金化的元素、碳或石墨材料的化合物。负极活性材料可选择性地为包含Li的基于N的化合物。
电池要求大电流的充电/放电以确保高容量。为此，电池电极应具有低阻抗。因此，通常加入各种导电剂以减小电极的阻抗。但是，在根据本发明的负极中，无需加入导电剂，因为无需添加剂，负极具有优异的导电性。当低导电性材料如碳/硅活性材料用作负极活性材料时，可向负极活性材料中加入导电剂。合适的导电剂的非限制性实例包括炭黑、石墨微粒等。
可以采用任何导电而在电池中不引起化学变化的集电体作为用于水生锂电池的集电体。合适的集电体的非限制性实例包括不锈钢、镍、铜、钛、碳、铜合金和其中碳、镍、钛或银附在不锈钢表面上的材料。在一个实施方式中，铜和铜合金用作集电体。
根据本发明的另一实施方式，锂电池包括该负极。根据一个实施方式的锂电池示于图8中。
首先，正极可如下制造。首先，将正极活性材料、导电剂、粘合剂树脂和溶剂混合以制备正极活性材料组合物。将该正极活性材料组合物直接涂覆在金属集电体上并干燥以制备正极板。作为选择，将该正极活性材料组合物在独立的载体上流延并干燥以形成膜，然后将该膜与该载体分离并将该膜层压在金属集电体上以制备正极板。
正极活性材料可为在本领域中通常使用的含锂的金属氧化物。合适的正极活性材料的非限制性实例包括LiCoO2、LiMnxO2x(x＝1、2)、LiNi1-xMnxO2x(其中0＜x＜1)、Ni1-x-yCoxMnyO2(其中0≤x≤0-5，0≤y≤0.5)和其中Li被氧化和还原的化合物如LiMn2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiFeO2、V2O5、TiS和MoS。
在正极中，导电剂可为炭黑，粘合剂可为聚偏二氟乙烯(PVDF)，溶剂可为NMP等。导电剂、粘合剂和溶剂的量为在锂电池中通常使用的那些。
如图8所示，根据本发明一个实施方式的锂电池1可包括正极2和负极3。锂电池还可包括聚合物电解质层(或隔膜)4，其包括聚合物电解质组合物作为隔膜组合物。聚合物电解质可为在锂电池中通常使用的那些。
隔膜可包括在锂电池中通常使用的任意材料。例如，隔膜可包括对电解质的离子移动具有低阻抗和良好的吸收电解液的能力的材料。隔膜材料可为选自玻璃纤维、聚酯、特氟隆(Teflon)、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)及其组合的无纺织物或织物。
合适的溶剂的非限制性实例包括碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸亚丁酯、苄腈、乙腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、γ-丁内酯、二氧戊环、4-甲基二氧戊环、N，N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、二烷、1，2-二甲氧基乙烷、环丁砜、二氯乙烷、氯苯、硝基苯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸甲基异丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、二甘醇、二甲醚、其混合物等。合适的电解质盐的非限制性实例包括锂盐如LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiSbF6、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y为自然数)、LiCl、LiI等。
隔膜4位于正极板2和负极板3之间以形成电池组件。该电池组件被卷绕或折叠并置于圆柱形或矩形电池壳5中且用罩板6密封。然后，将电解液注入电池壳中以完成锂离子电池。
作为选择，可层压电池组件以形成单体电池(bicell)结构，并用有机电解质溶液浸渍。将所得结构装入袋中并密封以完成锂离子聚合物电池。
由于根据本发明实施方式的用于锂电池的负极是通过将水生丙烯酸类聚合物和水溶性聚合物混合而制备的，因此在负极制造过程中无需有机溶剂。可制备具有高装配密度的电极板而不经历在电极辊压过程中通常发生的弹性回复现象。此外，在重复充电/放电循环时，电极结构可长期保持。
下面，将参照以下实施例描述本发明。以下实施例仅用于说明性目的，而不用于限制本发明的范围。
实施例
负极的制备
实施例1
将77g粒径为20μm的负极活性材料(包括从Osaka Gas Chemical Co.获得的石墨、硅金属和碳的复合活性材料)与20g导电剂(从Timcal Co.获得的石墨导电剂，SFG6)混合。将150g的1重量％羧甲基纤维素钠溶液加入其中并混合以形成溶液。将3.75g的40重量％粒径为0.25μm的聚丙烯酸乙基己酯分散在水中，并将水加入所述溶液中并混合以制备具有200g水的浆料。
使用刮刀将制备的浆料涂覆在铜(Cu)集电体上至约80μm的厚度。将涂布的集电体在热空气干燥器中干燥，然后在真空中在120℃下再次干燥以制备负极。使用辊将负极辊压至约50μm的厚度以制备负极板。
实施例2
如实施例1一样制备负极板，除了使用100g的1重量％羧甲基纤维素钠溶液和5g分散在水中的40重量％聚丙烯酸乙基己酯以外。
实施例3
如实施例1一样制备负极板，除了使用30g的5重量％聚乙烯基醇溶液代替150g的1重量％羧甲基纤维素钠溶液以外。
实施例4
如实施例1一样制备负极板，除了使用30g的5重量％聚环氧乙烷溶液代替150g的1重量％羧甲基纤维素钠溶液以外。
实施例5
如实施例1一样制备负极板，除了使用30g的5重量％聚乙烯基吡咯烷酮溶液代替150g的1重量％羧甲基纤维素钠溶液以外。
比较例1
使用溶于有机溶剂的粘合剂制备其中负极活性材料通过表面粘合机理彼此粘合的负极。通过将聚偏二氟乙烯溶于NMP中至5重量％的浓度而制备粘合剂溶液。将74.62g在实施例1中制备的负极活性材料与19.38g导电剂混合，并将120g粘合剂溶液加入其中以制备浆料。如实施例1一样将该浆料涂布在集电体上，干燥并辊压以制备负极板。
比较例2
如实施例1一样制备负极板，除了使用丁苯橡胶(SBR)代替聚丙烯酸乙基己酯以外。
比较例3
如实施例2一样制备负极板，除了使用丁苯橡胶(SBR)代替聚丙烯酸乙基己酯以外。
根据实施例1和2以及比较例1至3制备的负极板的装配密度示于下表1中。
表1
负极   装配密度(g/cc)
实施例1     1.56
实施例2     1.62
实施例3     1.57
实施例4     1.55
实施例5     1.58
比较例1     1.50
比较例2     1.45
比较例3     1.50
锂电池的制备
使用根据实施例1至5以及比较例1至3制备的负极板、作为对电极的平均容量为14.82mAh的正极、PE隔膜以及作为电解液的1.3M LiPF6在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的3∶7混合溶剂中的溶液来制造单元电池。
充电/放电实验
第1次充电/放电循环
在2.964mA的恒定充电电流下，对各个制备的电池进行恒流充电直到电压达到4.2V。然后，在4.2V的恒定充电电压下，进行恒压充电直到电流达到0.148mA或者充电10小时。
将完全充电的锂电池放置约10分钟。然后，在2.964mA的恒定放电电流下，进行恒流放电直到电压达到2.75V。
第2次充电/放电循环
在第一次充电/放电循环后，在7.41mA的恒定充电电流下，对各个电池进行恒流充电直到电压达到4.2V。然后，在4.2V的恒定充电电压下，进行恒压充电直到电流达到0.148mA或充电10小时。
将完全充电的锂电池放置约10分钟。然后，在2.964mA的恒定放电电流下，进行恒流放电直到电压达到2.75V。
第3次充电/放电循环
在第二次充电/放电循环后，在7.41mA的恒定充电电流下，对各个电池进行恒流充电直到电压达到4.2V。然后，在4.2V的恒定充电电压下，进行恒压充电直到电流达到0.148mA或充电10小时。
将完全充电的锂电池放置约10分钟。然后，在7.41mA的恒定放电电流下，进行恒流放电直到电压达到2.75V。
第4次充电/放电循环
在第三次充电/放电循环后，在14.82mA的恒定充电电流下，对各个电池进行恒流充电直到电压达到4.2V。然后，在4.2V的恒定充电电压下，进行恒压充电直到电流达到0.148mA或10小时。
将完全充电的锂电池放置约10分钟。然后，在14.82mA的恒定放电电流下，进行恒流放电直到电压达到2.75V。
第5至54次充电/放电循环
对于第5至54次充电/放电循环的每一次，在7.41mA的恒定充电电流下，对各个电池进行恒流充电直到电压达到4.2V。然后，在4.2V的恒定充电电压下进行恒压充电直到电流达到0.741mA或充电10小时。
将完全充电的锂电池放置约10分钟。然后，在7.41mA的恒定放电电流下，进行恒流放电直到电压达到2.75V。
通过测量相对于充电/放电循环次数的放电容量，比较根据实施例1、3和4以及比较例1和2制备的锂电池的寿命，结果示于图6中。此外，还测量相对于充电/放电循环次数的根据实施例2和5以及比较例3制备的锂电池的单位体积的能量密度，结果示于图7中。
如表1所示，与利用聚偏二氟乙烯或丁苯橡胶(SBR)作为粘合剂制备的负极相比，根据本发明实施方式的用于锂电池的负极具有改善的装配密度。
如图6所示，与利用聚偏二氟乙烯或丁苯橡胶(SBR)作为粘合剂制备的负极相比，根据本发明实施方式的负极具有较大的放电容量。
如图7所示，与根据比较例3的利用丁苯橡胶(SBR)作为粘合剂制备的负极相比，根据本发明实施例2的利用所述粘合剂制备的负极具有改善的能量密度。另外，根据实施例2制备的负极在充电/放电循环次数增加时保持改善的能量密度。因此，根据本发明实施方式的粘合剂加强了负极活性材料之间的粘合力，由此增加负极的装配密度并通过在长期使用时保持结构而改善负极的寿命特性。
根据本发明的用于锂电池的负极通过点粘合机理将负极活性材料粘合，使得能够制备具有高装配密度的电极，而不会在电极制造过程中经历弹性回复现象。因此，使用该负极可制造具有高容量和高能量密度的锂电池。此外，由于电极结构可在长期使用时保持，所以锂电池可具有长寿命。
尽管已参照某些示例性实施方式说明和描述了本发明，但本领域技术人员应理解，在不脱离如所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对所述实施方式进行各种改变和改进。

Claims (13)

1.用于锂电池的负极，包括：
负极活性材料；和
包括水生丙烯酸类聚合物和水溶性聚合物的粘合剂，其中该粘合剂通过点粘合而粘合到该负极活性材料上。
2.权利要求1的负极，其中该水生丙烯酸类聚合物的平均粒径为基于该负极活性材料的平均粒径的约0.1-约5％。
3.权利要求1的负极，其中该水生丙烯酸类聚合物的平均粒径为约0.1-约1μm。
4.权利要求1的负极，其中该水生丙烯酸类聚合物选自聚丙烯酸乙酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丙酯、聚甲基丙烯酸丙酯、聚丙烯酸异丙酯、聚甲基丙烯酸异丙酯、聚丙烯酸丁酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚丙烯酸己酯、聚甲基丙烯酸己酯、聚丙烯酸乙基己酯、聚甲基丙烯酸乙基己酯、聚丙烯酸月桂酯、聚甲基丙烯酸月桂酯及其混合物。
5.权利要求1的负极，其中该水溶性聚合物选自羧甲基纤维素钠、甲基纤维素、羟甲基纤维素、羟丙基纤维素、乙基纤维素、聚乙烯醇、聚乙烯基吡咯烷酮、聚环氧乙烷、氧化的淀粉、磷酸化的淀粉、酪蛋白及其混合物。
6.权利要求1的负极，其中该水溶性聚合物在25℃下在1重量％溶液中的粘度为约100-约2000mPa·s。
7.权利要求1的负极，其中基于100重量份的该负极活性材料，该粘合剂的存在量为约1-约15重量份。
8.权利要求1的负极，其中该水生丙烯酸类聚合物与该水溶性聚合物的重量比为约0.1-约10。
9.锂电池，包括：
正极，
权利要求1的负极，和
在该正极和负极之间的隔膜。
10.权利要求9的锂电池，其中该水生丙烯酸类聚合物的平均粒径为基于该负极活性材料的平均粒径的约0.1-约5％。
11.权利要求9的锂电池，其中该水生丙烯酸类聚合物的平均粒径为约0.1-约1μm。
12.权利要求9的锂电池，其中该水溶性聚合物在25℃下在1重量％溶液中的粘度为约100-约2000mPa·s。
13.权利要求9的锂电池，其中基于100重量份的该负极活性材料，该粘合剂以约1-约15重量份的量存在于负极中。
CNA2007101860081A 2007-01-05 2007-11-09 用于锂电池的负极和使用其的锂电池 Pending CN101217193A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1665/07 2007-01-05
KR1020070001665A KR20080064590A (ko) 2007-01-05 2007-01-05 리튬 전지용 애노드 및 이를 채용한 리튬 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN101217193A true CN101217193A (zh) 2008-07-09

Family

ID=39594575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNA2007101860081A Pending CN101217193A (zh) 2007-01-05 2007-11-09 用于锂电池的负极和使用其的锂电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20080166633A1 (zh)
JP (1) JP2008171816A (zh)
KR (1) KR20080064590A (zh)
CN (1) CN101217193A (zh)

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103688393A (zh) * 2011-03-25 2014-03-26 学校法人东京理科大学 电池用电极及使用该电池用电极的锂离子二次电池
CN104471763A (zh) * 2012-07-11 2015-03-25 株式会社Lg化学 具有优异胶粘强度和寿命特性的二次电池电极用粘合剂
CN104638268A (zh) * 2013-11-07 2015-05-20 Tdk株式会社 锂离子二次电池用负极活性物质、锂离子二次电池用负极及锂离子二次电池
CN111386621A (zh) * 2017-12-27 2020-07-07 株式会社Lg化学 锂硫电池用粘结剂、包含其的正极和锂硫电池
CN111430716A (zh) * 2020-03-31 2020-07-17 华南理工大学 一种水性大豆蛋白基超分子硫正极粘结剂及其制备方法与应用
CN112204770A (zh) * 2018-07-03 2021-01-08 株式会社Lg化学 硫碳复合物、其制造方法以及包含所述硫碳复合物的锂硫电池用正极和锂硫电池

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101345385B1 (ko) * 2007-12-18 2013-12-24 삼성전자주식회사 잉크젯 인쇄용 전극 조성물, 이로부터 얻어진 전극 및이차전지
US20110303881A1 (en) * 2010-06-11 2011-12-15 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Carboxy methyl cellulose and slurry composition with the same
KR101232263B1 (ko) 2011-03-16 2013-02-12 한국과학기술연구원 리튬-공기 전지용 탄소계 양극 및 이의 제조 방법
JP5708301B2 (ja) * 2011-06-28 2015-04-30 日本ゼオン株式会社 二次電池用負極、二次電池、負極用スラリー組成物及び二次電池用負極の製造方法
TWM420857U (en) * 2011-09-02 2012-01-11 Dijiya Energy Saving Technology Inc Lithium battery Core shell structure
CN102569881A (zh) * 2012-01-04 2012-07-11 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池
JP5978837B2 (ja) * 2012-07-31 2016-08-24 日本ゼオン株式会社 リチウムイオン二次電池電極用のスラリー組成物、リチウムイオン二次電池用電極及びリチウムイオン二次電池
KR20140106292A (ko) 2013-02-26 2014-09-03 삼성에스디아이 주식회사 리튬 이차전지용 음극 및 이를 채용한 리튬 이차전지
KR102161626B1 (ko) * 2014-05-13 2020-10-05 삼성에스디아이 주식회사 음극 및 이를 채용한 리튬 전지
US10276861B2 (en) 2014-05-19 2019-04-30 Dow Global Technologies Llc Composition for lithium ion battery electrodes
US9809004B2 (en) 2014-07-18 2017-11-07 E I Du Pont De Nemours And Company Breathable protective apparel
US20190252684A1 (en) * 2016-06-15 2019-08-15 Robert Bosch Gmbh Anode composition, method for preparing anode and lithium ion battery
JP6705322B2 (ja) * 2016-07-21 2020-06-03 住友電気工業株式会社 電気部品用リード線及び電気部品
DE102019118207A1 (de) * 2019-07-05 2021-01-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrode mit Abstandshaltern

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4438102B2 (ja) * 1997-12-02 2010-03-24 日本ゼオン株式会社 電池用バインダー、電池電極用スラリー、リチウム二次電池用電極およびリチウム二次電池
US6767671B2 (en) * 2000-07-14 2004-07-27 Mitsubishi Chemical Corporation Non-aqueous electrolytic solution and secondary battery containing same
JP4280891B2 (ja) * 2000-07-26 2009-06-17 日本ゼオン株式会社 リチウムイオン二次電池電極用バインダーおよびその利用
JP4682401B2 (ja) * 2000-07-31 2011-05-11 日本ゼオン株式会社 二次電池電極用バインダー、二次電池電極および二次電池
JP2003217573A (ja) * 2002-01-22 2003-07-31 Hitachi Powdered Metals Co Ltd 非水系二次電池の負極塗膜形成用スラリーおよび該スラリーの調整方法
JP2003268053A (ja) * 2002-03-13 2003-09-25 Hitachi Chem Co Ltd 電池用バインダ樹脂、これを含有する電極及び電池
KR100644063B1 (ko) * 2003-06-03 2006-11-10 주식회사 엘지화학 분산제가 화학결합된 전극용 복합 바인더 중합체
JP4967268B2 (ja) * 2004-07-20 2012-07-04 三菱化学株式会社 リチウム二次電池用負極材料及びその製造方法、並びにそれを用いたリチウム二次電池用負極及びリチウム二次電池
US20070037060A1 (en) * 2005-08-12 2007-02-15 Lee Young G All-solid-state primary film battery and method of manufacturing the same
JP2007273123A (ja) * 2006-03-30 2007-10-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 非水電解質二次電池とその製造方法

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103688393A (zh) * 2011-03-25 2014-03-26 学校法人东京理科大学 电池用电极及使用该电池用电极的锂离子二次电池
CN104471763A (zh) * 2012-07-11 2015-03-25 株式会社Lg化学 具有优异胶粘强度和寿命特性的二次电池电极用粘合剂
CN104638268A (zh) * 2013-11-07 2015-05-20 Tdk株式会社 锂离子二次电池用负极活性物质、锂离子二次电池用负极及锂离子二次电池
CN111386621A (zh) * 2017-12-27 2020-07-07 株式会社Lg化学 锂硫电池用粘结剂、包含其的正极和锂硫电池
CN111386621B (zh) * 2017-12-27 2023-05-02 株式会社Lg新能源 锂硫电池用粘结剂、包含其的正极和锂硫电池
CN112204770A (zh) * 2018-07-03 2021-01-08 株式会社Lg化学 硫碳复合物、其制造方法以及包含所述硫碳复合物的锂硫电池用正极和锂硫电池
CN111430716A (zh) * 2020-03-31 2020-07-17 华南理工大学 一种水性大豆蛋白基超分子硫正极粘结剂及其制备方法与应用
CN111430716B (zh) * 2020-03-31 2021-07-20 华南理工大学 一种水性大豆蛋白基超分子硫正极粘结剂及其制备方法与应用

Also Published As

Publication number Publication date
US20080166633A1 (en) 2008-07-10
KR20080064590A (ko) 2008-07-09
JP2008171816A (ja) 2008-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101217193A (zh) 用于锂电池的负极和使用其的锂电池
CN103367798B (zh) 用于锂离子二次电池的电解质和锂离子二次电池
CN100539258C (zh) 负极、包括该负极的锂电池和形成该负极的方法
CN101373826B (zh) 硅负极和包括该负极的锂离子二次电池及它们的制备方法
CN102959773B (zh) 具有优异粘合性的用于二次电池的粘合剂
CN102522539B (zh) 阴极活性材料及包含该活性材料的锂二次电池
TWI722527B (zh) 用於可充電鋰電池的固態聚合物基電解質（pme）以及用其製造的電池
JP2018525774A (ja) リチウムイオンゲル電池
CN111276690A (zh) 一种低孔隙率正极极片、其制备方法及其在固态锂金属电池中的应用
CN107636880A (zh) 具有多层结构的聚合物电解质及包含其的全固体电池
CN110416637B (zh) 一种固态电池缓冲层的制备方法及其应用
CN109565034B (zh) 包含聚合物电解质的电极的制造方法以及由此获得的电极
CN111435757B (zh) 复合聚合物电解质及其制备方法和锂电池
CN100583541C (zh) 电池
US20070224510A1 (en) Anode and battery
CN104956530A (zh) 二次电池用负极及包括该负极的锂二次电池
CN1222063C (zh) 锂离子电池的电极及其制备方法和锂离子电池
CN101212070A (zh) 一种叠片式锂离子二次电池及其制备方法
CN103840212A (zh) 固态锂离子电池的制备方法
US8263262B2 (en) Anode for a lithium rechargeable battery and lithium rechargeable battery using the same
US20180076458A1 (en) Porous Silicon Materials and Conductive Polymer Binder Electrodes
KR20180066694A (ko) 고출력 특성을 갖는 양극복합소재 및 그를 포함하는 전고체 리튬 이차전지
US11811043B2 (en) Electrode for all-solid-state battery and method for manufacturing electrode assembly comprising the same
KR102419750B1 (ko) 리튬 이온 배터리 내 신규한 실리콘/그래핀 애노드를 위한 전도성 중합체 결합제
KR101393534B1 (ko) 신규 구조 전극조립체 및 이를 이용한 이차전지

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20080709