CN104277746A - 粘合剂组合物、其制备方法和包括其的可再充电锂电池 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及粘合剂组合物、其制备方法和包括其的可再充电锂电池。用于可再充电锂电池的粘合剂组合物包括半互穿聚合物网络(半IPN)，所述半互穿聚合物网络包括：包括由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元的共聚物、和聚丙烯酰胺。在化学式1中，R1和R2相同或不同且独立地选自氢、或者取代或未取代的C1-C10烷基，且R3和R4为碱金属。在化学式2中，R5-R8相同或不同，且独立地为氢、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、或者取代或未取代的C1-C30烷氧基。[化学式1][化学式2]

Description

粘合剂组合物、其制备方法和包括其的可再充电锂电池
技术领域
实施方式涉及用于可再充电锂电池的粘合剂组合物、制备其的方法和包括其的可再充电锂电池。
背景技术
可再充电锂电池包括正极和负极以及填充在正极和负极之间的有机电解质溶液或聚合物电解质，所述正极和负极包括作为正极和负极活性物质的能可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料。所述正极和负极通过氧化和还原反应嵌入和脱嵌锂离子并产生电能。
关于用于可再充电锂电池的正极活性物质，已使用能够嵌入锂的锂-过渡金属氧化物例如LiCoO2、LiMn2O4、LiNi1-xCoxO2(0<x<1)等。
关于用于可再充电锂电池的负极活性物质，已使用能够嵌入和脱嵌锂离子的多种基于碳的材料例如人造石墨、天然石墨和硬碳。
发明内容
实施方式涉及用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其包括半互穿聚合物网络(半IPN)，所述半互穿聚合物网络包括：具有由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元的共聚物；和聚丙烯酰胺，
[化学式1]
其中，
R1和R2相同或不同且独立地选自氢、或者取代或未取代的C1-C10烷基，和
R3和R4为碱金属，和
[化学式2]
其中，
R5-R8相同或不同，且独立地为氢、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、或者取代或未取代的C1-C30烷氧基。
基于所述共聚物的总量，可以约40摩尔％-约90摩尔％的量包括由以上化学式1表示的重复单元。
基于所述共聚物的总量，可以约10摩尔％-约60摩尔％的量包括由以上化学式2表示的重复单元。
所述共聚物对所述聚丙烯酰胺的摩尔比可范围为约1:9-约5:5。
所述粘合剂组合物可进一步包括游离(自由)碱金属离子。
基于100摩尔份的所述半互穿聚合物网络，可以约1摩尔份-约10摩尔份的量包括所述游离碱金属离子。
所述粘合剂组合物可进一步含磷阴离子。
碱金属离子和含磷阴离子可吸附在所述半互穿聚合物网络上。
基于100摩尔份的所述半互穿聚合物网络，可以约1摩尔份-约10摩尔份的量包括含磷阴离子。
所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物可进一步包括聚亚烷基二醇。
基于100摩尔份的所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物的总量，可以约5摩尔份-约50摩尔份的量包括所述聚亚烷基二醇。
所述聚亚烷基二醇可具有约400g/摩尔-约10,000g/摩尔的重均分子量。
所述粘合剂组合物可具有约6-约11的pH。
所述粘合剂组合物的粘度可范围为约10,000cp-约100,000cp。
实施方式还涉及可再充电锂电池，其包括：包括如上限定的粘合剂组合物和活性物质的电极；和电解质。
所述活性物质可包括Si、SiOx、Si-C复合物、Si-Q合金、石墨、或其组合，其中SiOx中的x在0<x<2的范围内，和Si-Q中的Q为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡元素、稀土元素、或其组合，但不是Si。
实施方式还涉及制造用于可再充电锂电池的粘合剂组合物的方法，包括：准备选自基于烯烃的单体、芳族乙烯基单体和烷基乙烯基醚单体的至少一种单体与环状不饱和酸酐单体的共聚物，向包括所述共聚物的溶液添加含碱金属的化合物，和向所述溶液添加丙烯酰胺单体以进行聚合使得形成所述共聚物和聚丙烯酰胺的半互穿网络结构。
基于所述共聚物的总量，可以约40摩尔％-约90摩尔％的量包括所述环状不饱和酸酐单体。
基于所述共聚物的总量，可以约10摩尔％-约60摩尔％的量包括所述选自基于烯烃的单体、芳族乙烯基单体和烷基乙烯基醚单体的至少一种单体。
在向所述溶液添加所述含碱金属的化合物期间，基于100重量份的所述共聚物，可以约28重量份-约34重量份的量包括所述含碱金属的化合物。
所述共聚物对所述聚丙烯酰胺的摩尔比可范围为约1:9-约5:5。
所述方法可进一步包括，在向所述溶液添加所述丙烯酰胺单体之后进行聚合和形成所述半互穿网络结构期间，向所述溶液添加聚合引发剂。
所述方法可进一步包括，在形成所述半互穿网络结构之后，添加碱金属化合物。
可添加所述碱金属化合物，使得基于100摩尔份的所述半互穿网络结构，锂离子含量为约1摩尔份-约10摩尔份。
所述制造方法可进一步包括在形成所述半互穿网络结构之后，添加包括碱金属和磷的化合物。
所述包括碱金属和磷的化合物可为基于磷酸锂的化合物。
基于100摩尔份的所述半互穿网络结构，可以约1摩尔份-约10摩尔份的量添加所述包括碱金属和磷的化合物。
所述制造用于可再充电锂电池的粘合剂组合物的方法可进一步包括在准备所述共聚物之后，向所述包括所述共聚物的溶液添加聚亚烷基二醇。
基于100摩尔份的所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物的总量，可以约5摩尔份-约50摩尔份的量包括所述聚亚烷基二醇。
所述聚亚烷基二醇可具有约400g/摩尔-约10,000g/摩尔的重均分子量。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施方式，特征将对于本领域技术人员变得明晰，其中：
图1说明显示根据一个实施方式的可再充电锂电池的结构的示意图。
图2说明显示合成实施例1的粘合剂等的红外光谱法(IR)图。
图3说明显示合成实施例1的粘合剂等的热重分析图。
图4和5显示根据合成实施例2的粘合剂的离子色谱仪分析结果。
图6为显示根据合成实施例2的粘合剂的浆料制备的照片。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述实例实施方式；然而，它们可以不同的形式体现且不应解释为限于本文中阐明的实施方式。相反，提供这些实施方式，使得本公开内容是彻底且完成的，和向本领域技术人员充分地传达示例性实施。在附图中，为了说明的清楚，可放大层和区域的尺寸。
如本文中所使用的，当未另外提供定义时，术语“取代”可指用如下代替化合物的至少一个氢而进行取代：卤素；C1-C30烷基；C2-C30烯基；C2-C30炔基；C1-C10烷基甲硅烷基；C3-C30环烷基；C6-C30芳基；C2-C30杂芳基；或C1-C10烷氧基。
如本文中所使用的，当未另外提供定义时，术语“杂”可指选自N、O、S和P的一种。
如本文中所使用的，当未另外提供定义时，术语“烷基”可指没有任何烯基或炔基的“饱和的烷基”；或包括至少一个烯基或炔基的“不饱和的烷基”。术语“烯基”可指至少两个碳的具有至少一个碳-碳双键的取代基，和术语“炔基”可指至少两个碳的具有至少一个碳-碳三键的取代基。所述烷基可为支链的、直链的或环状的烷基。
所述烷基可为C1-C20烷基，例如，C1-C6低级烷基、C7-C10中等大小的烷基、或C11-C20高级烷基。
例如，C1-C4烷基可在烷基链中具有1-4碳原子且可选自甲基、乙基、丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基和叔丁基。
所述烷基的实例可为甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、叔丁基、戊基、己基、乙烯基、丙烯基、丁烯基、环丙基、环丁基、环戊基、环己基等。
术语“芳基”可指包括形成共轭的具有p-轨道的所有元素的环状取代基且可指单环或稠合环(即，共享相邻的碳原子对的多个环)。
作为实例，取代或未取代的C6-C30芳基可为例如取代或未取代的苯基、取代或未取代的萘基、取代或未取代的蒽基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的并四苯基、取代或未取代的芘基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的对-三联苯基、取代或未取代的间-三联苯基、取代或未取代的基、取代或未取代的苯并菲基、取代或未取代的苝基、取代或未取代的茚基、或其组合。
如本文中所使用的，当未另外提供定义时，术语“共聚”可指嵌段共聚、无规共聚、接枝共聚、或交替共聚，和术语“共聚物”可指嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚物、或交替共聚物。
在一个实施方式中，用于可再充电锂电池的粘合剂组合物包括半互穿聚合物网络(半IPN)，所述半互穿聚合物网络包括：包括由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元的共聚物；和聚丙烯酰胺。
[化学式1]
在以上化学式1中，R1和R2相同或不同且独立地选自氢、或者取代或未取代的C1-C10烷基，且R3和R4为碱金属。
[化学式2]
在以上化学式2中，R5-R8相同或不同，且独立地为氢、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、或者取代或未取代的C1-C30烷氧基。
所述半互穿聚合物网络具有包括由化学式1表示的重复单元和由化学式2表示的重复单元的共聚物和交联聚丙烯酰胺的网络结构。
所述半互穿聚合物网络可具有强韧的特性和可同时呈现出优异的柔性。包括其的粘合剂组合物可有效地控制活性物质的膨胀，且可具有改善的粘附和对电解质的稳定性。另外，所述粘合剂组合物可与水性(含水)溶剂一起使用且因此可为环境友好的。包括所述粘合剂组合物的可再充电锂电池可提供高的容量和优异的初始效率、充电和放电特性、以及循环寿命特性。
由以上化学式1表示的重复单元可得自环状不饱和酸酐单体例如马来酸酐等。由于由以上化学式1表示的重复单元，所述共聚物可溶解于水性溶剂中。
在以上化学式1中，R3和R4可为碱金属，例如，锂、钠、钾、铷、铯等。例如，R3和R4可为锂。这样，通过使用具有其中碱金属为在以上化学式1的R3和R4位置处的取代基的结构的共聚物，包括其的可再充电锂电池的初始效率可改善。
基于所述共聚物的总量，可以约40摩尔％-约90摩尔％的量包括由以上化学式1表示的重复单元。例如，可以约50摩尔％-约90摩尔％、或约50摩尔％-约80摩尔％的量包括所述重复单元。所述共聚物和包括其的粘合剂组合物可合乎需要地溶解于水性溶剂中且可确保柔性和粘附。
在以上化学式2中，作为实例，C1-C30烷基可为C1-C20烷基、C1-C10烷基、或C1-C5烷基。例如，C1-C30烷基可为甲基、乙基、丙基等。
作为具体实例，C6-C30芳基可为C6-C20芳基、或C6-C10芳基，和C1-C30烷氧基可为例如C1-C20烷氧基、C1-C10烷氧基等。
由以上化学式2表示的重复单元可得自基于烯烃的单体、芳族乙烯基单体、烷基乙烯基醚单体等。
所述基于烯烃的单体可为例如乙烯、丙烯、丁烯、异丁烯、1-庚烯、1-癸烯、1-十八碳烯等，和所述芳族乙烯基单体可为苯乙烯、邻-乙基苯乙烯、间-乙基苯乙烯、对-乙基苯乙烯、α-甲基苯乙烯等。所述烷基乙烯基醚单体可为甲基乙烯基醚、乙基乙烯基醚、丙基乙烯基醚、丁基乙烯基醚等。这些可单独或作为其混合物使用。
基于所述共聚物的总量，可以约10摩尔％-约60摩尔％的量包括由以上化学式2表示的重复单元。例如，可以约10摩尔％-约50摩尔％、或约20摩尔％-约50摩尔％的量包括所述重复单元。在以上范围内，所述共聚物和包括其的粘合剂组合物可具有优异的柔性，可溶解于水性溶剂中，且可控制活性物质的膨胀。
所述共聚物与聚丙烯酰胺形成半互穿网络结构。所述粘合剂组合物包括半互穿聚合物网络(半IPN)，和所述半互穿聚合物网络包括上述共聚物和聚丙烯酰胺。
术语“互穿聚合物网络(IPN)”可指不用共价键组合的异种聚合物的网络。在互穿聚合物网络之中，术语“半互穿聚合物网络”(半IPN)是指其中线型聚合物和交联聚合物形成网络结构的材料。
这样的半互穿聚合物网络可包括两个种类的链状聚合物以形成网络结构，且与普通共聚物相比可具有强韧的特性和优异的柔性。因此，包括所述半互穿聚合物网络的粘合剂组合物可有效地控制活性物质的膨胀。
在所述半互穿聚合物网络中，所述共聚物对所述聚丙烯酰胺的摩尔比可范围为约1:9-约5:5。例如，所述摩尔比可范围为约2:8-约5:5、或约2:8-约4:6。
基于所述半互穿聚合物网络的总量，可以约50摩尔％-约90摩尔％的量包括所述聚丙烯酰胺。例如，可以约50摩尔％-约80摩尔％、或约60摩尔％-约80摩尔％的量包括所述聚丙烯酰胺。
在这种情况下，所述半互穿聚合物网络可确保优异的粘附和柔性，且因此所述粘合剂组合物可有效地能够控制活性物质的膨胀。
所述粘合剂组合物可进一步包括游离碱金属离子。所述游离碱金属离子可为例如Li+、Na+、K+、Rb+、Cs+等。在这种情况下，包括所述粘合剂组合物的可再充电锂电池可具有更加改善的充电和放电特性。
基于100摩尔份的所述半互穿聚合物网络，可以约1摩尔份-约10摩尔份的量包括所述游离碱金属离子。例如，可以约1摩尔份-约9摩尔份、约1摩尔份-约8摩尔份、或约1摩尔份-约7摩尔份的量包括所述游离碱金属离子。在这种情况下，电池的充电和放电特性可有效地改善。
所述粘合剂组合物可进一步包括含磷阴离子。所述含磷阴离子可为磷酸阴离子，例如PO4 3-、HPO4 2-、H2PO4 -、或其组合。
碱金属离子和含磷阴离子可具有使得被吸附在所述半互穿聚合物网络上的结构。
这样，当在所述粘合剂组合物中进一步包括碱金属离子和含磷阴离子时，可抑制在所述粘合剂组合物(浆料)的制备以及电池的充电和放电期间的气体产生。因此，可提供具有优异的循环寿命和初始效率以及稳定的充电和放电特性的可再充电锂电池。
基于100摩尔份的所述半互穿聚合物网络，可以约1摩尔份-约10摩尔份的量包括所述碱金属离子。可以约1摩尔份-约9摩尔份、约1摩尔份-约8摩尔份、或约1摩尔份-约7摩尔份的量包括所述碱金属离子。另外，基于100摩尔份的所述半互穿聚合物网络，所述含磷阴离子的量可为约1摩尔份-约10摩尔份。例如，所述量可为约1摩尔份-约9摩尔份、约1摩尔份-约8摩尔份、或约1摩尔份-约7摩尔份。在这种情况下，可有效地抑制气体产生，且因此可实现电池的稳定的充电和放电特性。
所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物可进一步包括聚亚烷基二醇。
这里，所述聚亚烷基二醇可与所述半互穿聚合物网络共混。
当所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物进一步包括聚亚烷基二醇时，可减少当涂覆时粘合剂层的破裂和电极的弯曲，而且，可改善干燥之前的用于活性物质层的涂覆层的密度。因此，可提高电极的负载水平。
所述聚亚烷基二醇可为，例如聚亚甲基二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、聚丁二醇、聚异丁二醇等。
所述聚亚烷基二醇可具有约400g/摩尔-约10,000g/摩尔的重均分子量。例如，所述聚亚烷基二醇可具有约400g/摩尔-约9,000g/摩尔、或约400g/摩尔-约8,000g/摩尔的重均分子量。
所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物可以约0-约50摩尔份，例如约5摩尔份-约50摩尔份、约5摩尔份-约40摩尔份、或约5摩尔份-约30摩尔份的量包括聚亚烷基二醇。这里，所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物可有效地控制活性物质的膨胀且同时减少当所述粘合剂干燥时粘合剂层的破裂或弯曲。而且，可改善湿膜的密度，且因此可提高电极的负载水平。
所述粘合剂组合物可包括溶剂以及所述共聚物、和任选地游离碱金属离子。所述溶剂可为有机溶剂或水性溶剂。所述粘合剂组合物可与水性溶剂一起使用，且因此可为环境友好的。
所述粘合剂组合物可具有约6-约11的pH。
例如，当所述粘合剂组合物进一步包括所述含磷阴离子时，所述粘合剂组合物可具有约6-约8或例如约7-约8的pH。
所述粘合剂组合物的粘度在室温(例如25℃)下可范围为约10,000cp-约100,000cp。例如，粘度可范围为约10,000cp-约90,000cp、约10,000cp-约80,000cp、或约10,000cp-约70,000cp。所述粘度可通过使用布氏(Brookfield)粘度计且将轴(spindle)设定在#3在60rpm的速度下测量。
在另一实施方式中，制备用于可再充电锂电池的粘合剂组合物的方法包括：准备选自基于烯烃的单体、芳族乙烯基单体和烷基乙烯基醚单体的至少一种单体和环状不饱和酸酐单体的共聚物，向包括所述共聚物的溶液添加含碱金属的化合物，和向所述溶液添加丙烯酰胺单体以进行聚合，以及形成所述共聚物和聚丙烯酰胺的半互穿网络结构。
通过以上方法制备的粘合剂组合物可有效地控制活性物质的膨胀，和可具有改善的粘附和对电解质的稳定性。所述粘合剂组合物可使用水性溶剂且可为环境友好的。另外，包括所述粘合剂组合物的可再充电锂电池可具有高的容量以及优异的初始效率、充电和放电特性和循环寿命特性。
所述环状不饱和酸酐单体可由以下化学式3表示。
[化学式3]
在以上化学式3中，R1和R2可相同或不同且可独立地选自氢或者取代或未取代的C1-C10烷基。
所述环状不饱和酸酐单体可为例如马来酸酐。
基于所述共聚物的总量，所述环状不饱和酸酐单体的量可范围为约40摩尔％-约90摩尔％。例如，所述量可范围为约40摩尔％-约80摩尔％、或约50摩尔％-约80摩尔％。在这种情况下，所述共聚物和包括其的粘合剂组合物可合乎需要地溶解于水性溶剂中且可确保柔性和粘附。
基于所述共聚物的总量，所述选自基于烯烃的单体、芳族乙烯基单体和烷基乙烯基醚单体的至少一种单体的量可范围为约10摩尔％-约60摩尔％。例如，所述量可范围为约20摩尔％-约50摩尔％、或约20摩尔％-约40摩尔％。在以上范围内，所述共聚物和包括其的粘合剂组合物可具有优异的柔性，可溶解于水性溶剂中，且可控制活性物质的膨胀。
所述基于烯烃的单体、芳族乙烯基单体和烷基乙烯基醚单体与以上描述的相同。
选自基于烯烃的单体、芳族乙烯基单体和烷基乙烯基醚单体的至少一种单体与环状不饱和酸酐单体的共聚物可具有约4,000-1,000,000的重均分子量。
当向所述溶液添加含碱金属的化合物时，基于100重量份的所述共聚物，可以约28重量份-约34重量份的量包括所述含碱金属的化合物。
在所述含碱金属的化合物中，所述碱金属可为例如锂、钠、钾、铷、铯等，和可为例如锂。所述含碱金属的化合物可为碱金属氢氧化物、碱金属盐等。
通过向所述共聚物添加所述含碱金属的化合物，所述共聚物可包括如在化学式1中的被碱金属取代的二羧基重复单元。由此，可再充电锂电池的初始效率可改善。
在所述半互穿网络结构中，所述共聚物对所述聚丙烯酰胺的摩尔比可范围为约1:9-约5:5。例如，所述摩尔比可范围为约2:8-约5:5或约2:8-约4:6。基于所述半互穿聚合物网络的总量，可以约50摩尔％-约90摩尔％的量包括所述聚丙烯酰胺。例如，可以约50摩尔％-约80摩尔％、或约60摩尔％-约80摩尔％的量包括所述聚丙烯酰胺。在这种情况下，所述半互穿聚合物网络可确保优异的粘附和柔性，且由此所述粘合剂组合物可有效地控制活性物质的膨胀。
所述半互穿网络结构可通过任何合适的方法形成。在一种实施中，可首先合成第一聚合物并使其溶胀，然后可添加第二聚合物的单体、交联剂、引发剂等，并在所述第一聚合物的存在下合成所述第二聚合物。在另一实施中，可根据彼此不同的机理合成第一聚合物和第二聚合物，可将所述第一聚合物的单体或预聚物、所述第二聚合物的单体或预聚物、交联剂、引发剂等混合以同时进行所述第一聚合物和所述第二聚合物的交联聚合和形成所述半互穿网络结构。
在又一实施中，可添加丙烯酰胺单体并使其在所述共聚物的存在下聚合，以形成所述半互穿网络结构。
在所述制备方法中，交联剂、聚合引发剂等可与所述丙烯酰胺单体一起添加。
所述聚合引发剂可包括过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过氧化氢、2,2-偶氮二-(2-脒基丙烷)二盐酸盐、2,2-偶氮二-(N,N-二亚甲基)异丁脒二盐酸盐、2-(氨基甲酰偶氮)异丁腈、2,2-偶氮二[2-(2-咪唑啉-2-基)丙烷]二盐酸盐、4,4-偶氮二-(4-氰基戊酸)、抗坏血酸、过氧化苯甲酰、过氧化二苯甲酰、月桂基过氧化物、二叔丁基过氧化物等。
所述制备方法可进一步包括在形成所述半互穿网络结构之后添加碱金属化合物。所述粘合剂组合物可进一步包括游离碱金属离子。在这种情况下，包括所述粘合剂组合物的可再充电锂电池可具有改善的充电和放电特性。
所述碱金属可为例如锂、钠、钾、铷、铯等。术语“碱金属化合物”可指含碱金属的化合物，其可为例如碱金属氢氧化物、碱金属盐等。
基于100摩尔份的所述半互穿网络结构，可以约1摩尔份-约10摩尔份的量添加所述碱金属化合物。例如，可以约1摩尔份-约9摩尔份、约1摩尔份-约8摩尔份、或约1摩尔份-约7摩尔份的量添加所述碱金属化合物。在这种情况下，可有效地改善电池的充电和放电特性。
所述碱金属化合物可为例如包括碱金属和磷的化合物。所述制造方法可进一步包括在形成所述半互穿网络结构之后添加包括碱金属和磷的化合物。
术语“包括碱金属和磷的化合物”是指同时包括碱金属和磷的化合物。这样的化合物可为例如基于碱金属磷酸盐的化合物。所述包括碱金属和磷的化合物可为基于磷酸锂的化合物，例如LiH2PO4、Li2HPO4、Li3PO4、或其组合。
当向所述粘合剂组合物添加所述包括碱金属和磷的化合物时，所述粘合剂组合物可进一步包括所述碱金属离子以及所述含磷阴离子。例如，所述粘合剂组合物可具有其中所述碱金属离子和所述含磷阴离子被吸附的半互穿网络结构。在另外的实施中，所述粘合剂组合物可具有包括磷的半互穿网络结构。
所述含磷阴离子可为磷酸阴离子，例如PO4 3-、HPO4 2-、H2PO4 -、或其组合.
当所述制备方法进一步包括向所述粘合剂组合物添加包括碱金属和磷的化合物时，可抑制在所述粘合剂组合物(浆料)的制备以及电池的充电和放电期间的气体产生的问题。因此，可提供具有优异的寿命和初始效率以及稳定的充电和放电特性的可再充电锂电池。
基于100摩尔份的所述半互穿网络结构，可以约1摩尔份-约10摩尔份、或例如约1摩尔份-约9摩尔份、约1摩尔份-约8摩尔份、或约1摩尔份-约7摩尔份的量添加所述包括碱金属和磷的化合物。在这种情况下，可有效地抑制气体产生，且因此可实现电池的稳定的充电和放电特性。
所述制备用于可再充电锂电池的粘合剂组合物的方法可进一步包括在准备所述共聚物之后向所述包括所述共聚物的溶液添加聚亚烷基二醇。这里，所述粘合剂组合物可具有所述半互穿聚合物网络与聚亚烷基二醇共混的结构。
这里，当将所述粘合剂组合物涂覆和干燥时，可改善粘合剂层的破裂或电极的弯曲，且另外，由于湿膜的密度改善，可提高电极的负载水平。
基于所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物的总量，可以约5摩尔份-约50摩尔份的量包括所述聚亚烷基二醇。例如，可以约5摩尔份-约40摩尔份、或约5摩尔份-约30摩尔份的量包括所述聚亚烷基二醇。当将所述粘合剂组合物涂覆和干燥时，可减少粘合剂层的破裂或电极的弯曲。另外，由于湿膜的密度改善，可提高电极的负载水平。
所述聚亚烷基二醇可如上所述。
在另一实施方式中，提供包括上述粘合剂组合物的可再充电锂电池。例如，所述可再充电锂电池可包括电极和电解质，所述电极可包括集流体和位于所述集流体上的活性物质层，和所述活性物质层可包括活性物质和上述粘合剂组合物。
所述活性物质可包括基于硅的化合物、石墨、或其组合。例如，所述活性物质可包括Si、其中x在0<x<2的范围内的SiOx、Si-C复合物、Si-Q合金、石墨、或其组合，其中Q为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡元素、稀土元素、或其组合，但不是Si。
基于硅的电极活性物质具有大的容量，但是随着循环进行经历体积膨胀，且电池的循环寿命可恶化。当使用普通的粘合剂组合物时，基于硅的负极活性物质可随着循环进行经历体积膨胀，且电池的循环寿命可恶化。当将所述基于硅的活性物质与上述粘合剂组合物一起使用时，所述粘合剂组合物可有效地控制所述基于硅的负极活性物质的体积膨胀，且电池的循环寿命特性可改善。
因此，可提供具有高的充电和放电容量且同时具有优异的循环寿命特性和稳定性的可再充电锂电池。
所述电极可包括正极和负极。根据一个实施方式的粘合剂组合物可用在正极或负极中。
根据一种实施，可将所述粘合剂组合物应用于负极。
参照图1描述可再充电锂电池。图1说明显示根据一个实施方式的可再充电锂电池的结构的示意图
参照图1，根据该实施方式的可再充电锂电池100为包括如下的圆柱形电池：负极112，正极114，介于负极112和正极114之间的隔板113，以及浸渍负极112、正极114和隔板113的电解质(未示出)，电池壳120，以及密封电池壳120的密封部件140。可再充电锂电池100可通过将负极112、隔板113和正极114顺序堆叠并将它们螺旋卷绕且将卷绕所得物容纳在电池壳120中而制造。
负极112包括集流体和形成于所述集流体上的负极活性物质层。
所述集流体可包括铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、涂覆有导电金属的聚合物基底、或其组合。
所述负极活性物质层包括负极活性物质、所述粘合剂组合物和任选的导电材料。
所述负极活性物质可包括可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料、锂金属、锂合金、能够掺杂和去掺杂锂的材料、或过渡金属氧化物。
所述可逆地嵌入/脱嵌锂离子的材料可为碳材料，且可为在可再充电锂离子电池中通常使用的任何基于碳的负极活性物质。其实例可包括结晶碳、无定形碳、或其组合。所述结晶碳的实例可为石墨例如不成形的、板状的、薄片、球状的或纤维状的天然石墨或人造石墨，且所述无定形碳的实例可为软碳或硬碳、中间相沥青碳化产物、烧结焦炭等。
所述锂合金可包括锂与如下金属或半金属的合金：Na、K、Rb、Cs、Fr、Be、Mg、Ca、Sr、Si、Sb、Pb、In、Zn、Ba、Ra、Ge、Al或Sn。
所述能够掺杂和去掺杂锂的材料可为Si、SiOx(0<x<2)、Si-C复合物、Si-Q合金(其中Q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，且不为Si)、Sn、SnO2、Sn-C复合物、Sn-R合金(其中R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，且不为Sn)等。Q和R的具体实例可为Mg、Ca、Sr、Ba、Ra、Sc、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Tc、Re、Fe、Pb、Ru、Os、Rh、Ir、Pd、Pt、Cu、Ag、Au、Zn、Cd、B、Al、Ga、Sn、In、Tl、Ge、P、As、Sb、Bi、S、Se、Te、Po、或其组合。
所述过渡金属氧化物可为钒氧化物、锂钒氧化物等。
所述粘合剂组合物与以上描述的相同，且不重复其这些描述。
所述导电材料可改善电极的电导率。可使用不引起化学变化的任何合适的电导性材料作为所述导电材料。其实例可包括：基于碳的材料例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；基于金属的材料例如铜、镍、铝、银等的金属粉末或金属纤维等；导电聚合物例如聚亚苯基衍生物等；或其混合物。
正极114包括集流体和形成于所述集流体上的正极活性物质层。
作为实例，所述集流体可为Al。
所述正极活性物质层包括正极活性物质、所述粘合剂组合物和任选的导电材料。
所述正极活性物质可包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的锂化插层化合物。例如，可使用锂与钴、锰、镍、或其组合的金属的至少一种锂金属复合氧化物。其具体实例可包括由以下化学式之一表示的化合物：LiaA1-bRbD2(0.90≤a≤1.8和0≤b≤0.5)；LiaE1-bRbO2-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5和0≤c≤0.05)；LiaE2-bRbO4-cDc(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobRcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α≤2)；LiaNi1-b-cCobRcO2-αZα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α<2)；LiaNi1-b-cCobRcO2-αZ2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbRcDα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbRcO2-αZα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbRcO2-αZ2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α<2)；LiaNibEcGdO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5和0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5和0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；LiaMnGbO2(0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiTO2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)；和LiFePO4。
在以上化学式中，A为Ni、Co、Mn、或其组合；R为Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素、或其组合；D为O、F、S、P、或其组合；E为Co、Mn、或其组合；Z为F、S、P、或其组合；G为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V、或其组合；Q为Ti、Mo、Mn、或其组合；T为Cr、V、Fe、Sc、Y、或其组合；和J为V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、或其组合。
所述正极活性物质可包括具有包覆层的正极活性物质、或所述活性物质与包覆有包覆层的活性物质的混合物。所述包覆层可包括如下的包覆元素化合物：包覆元素的氧化物、包覆元素的氢氧化物、包覆元素的羟基氧化物、包覆元素的碳酸氧盐、或包覆元素的羟基碳酸盐。用于包覆层的化合物可为无定形的或结晶的。包括在包覆层中的包覆元素可为Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr、或其混合物。包覆方法可包括不对所述正极活性物质的性质导致任何副作用的任何合适的方法(例如，喷涂、浸渍)。
所述粘合剂组合物可为上述粘合剂组合物或通常使用的粘合剂。
所述通常使用的粘合剂的实例可包括聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸(酯)化的(丙烯酸类改性的)苯乙烯-丁二烯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
所述导电材料可改善所述电极的电导率。可使用不引起化学变化的任何合适的电导性材料作为所述导电材料。其实例可包括基于碳的材料例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维；基于金属的材料例如铜、镍、铝、银等的金属粉末或金属纤维等；导电聚合物例如聚亚苯基衍生物等；或其混合物。
负极112和正极114可通过如下制造：将各活性物质、导电材料和粘合剂在溶剂中混合以制备活性物质组合物，和将所述组合物涂覆在集流体上。
所述电解质可包括非水有机溶剂和锂盐。
所述非水有机溶剂可用作用于传输参与电池的电化学反应的离子的介质。
所述非水有机溶剂可包括基于碳酸酯的溶剂、基于酯的溶剂、基于醚的溶剂、基于酮的溶剂、基于醇的溶剂、或非质子溶剂。所述基于碳酸酯的溶剂可包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等。所述基于酯的溶剂可包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯等。所述基于醚的溶剂可包括二丁基醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃等。所述基于酮的溶剂可包括环己酮等。所述基于醇的溶剂可包括乙醇、异丙醇等。所述非质子溶剂可包括腈例如R-CN(其中R为C2-C20直链、支链、或环状烃基，和可包括双键、芳族环或醚键)、酰胺例如二甲基甲酰胺、二氧戊环例如1,3-二氧戊环、环丁砜等。
所述非水有机溶剂可单独或以混合物使用。当所述有机溶剂以混合物使用时，可根据期望的电池性能控制其混合比。
所述基于碳酸酯的溶剂可通过将环状碳酸酯和链状碳酸酯混合而制备。所述环状碳酸酯和所述链状碳酸酯可以约1:1-约1:9的体积比混合在一起，其可增强所述电解质的性能。
所述非水有机溶剂可包括基于芳族烃的有机溶剂以及基于碳酸酯的溶剂。所述基于碳酸酯的溶剂和所述基于芳族烃的有机溶剂可以约1:1-约30:1的体积比混合在一起。
所述基于芳族烃的有机溶剂可为由以下化学式4表示的基于芳族烃的化合物。
[化学式4]
在以上化学式4中，R10-R15可相同或不同且可选自氢、卤素、C1-C10烷基、卤代烷基、及其组合。
所述基于芳族烃的有机溶剂的具体实例可选自苯、氟苯、1,2-二氟苯、1,3-二氟苯、1,4-二氟苯、1,2,3-三氟苯、1,2,4-三氟苯、氯苯、1,2-二氯苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、1,2,3-三氯苯、1,2,4-三氯苯、碘苯、1,2-二碘苯、1,3-二碘苯、1,4-二碘苯、1,2,3-三碘苯、1,2,4-三碘苯、甲苯、氟甲苯、2,3-二氟甲苯、2,4-二氟甲苯、2,5-二氟甲苯、2,3,4-三氟甲苯、2,3,5-三氟甲苯、氯甲苯、2,3-二氯甲苯、2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,3,4-三氯甲苯、2,3,5-三氯甲苯、碘甲苯、2,3-二碘甲苯、2,4-二碘甲苯、2,5-二碘甲苯、2,3,4-三碘甲苯、2,3,5-三碘甲苯、二甲苯、及其组合。
所述非水电解质可进一步包括碳酸亚乙烯酯或由以下化学式5表示的基于碳酸亚乙酯的化合物以改善电池的循环寿命。
[化学式5]
在以上化学式5中，R16和R17相同或不同且选自氢、卤素、氰基(CN)、硝基(NO2)和氟代C1-C5烷基，条件是R16和R17的至少一个选自卤素、氰基(CN)、硝基(NO2)和氟代C1-C5烷基，即R16和R17不同时为氢。
所述基于碳酸亚乙酯的化合物的实例包括碳酸二氟亚乙酯、碳酸氯代亚乙酯、碳酸二氯亚乙酯、碳酸溴代亚乙酯、碳酸二溴亚乙酯、碳酸硝基亚乙酯、碳酸氰基亚乙酯、碳酸氟代亚乙酯等。可在合适的范围内调节用于改善循环寿命的添加剂的使用量。
所述锂盐溶解于所述非水溶剂中，供应可再充电锂电池中的锂离子，基本上运行所述可再充电锂电池，并改善正极和负极之间的锂离子传输。所述锂盐可包括选自如下的至少一种支持盐：LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y为自然数)、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2(双(草酸)硼酸锂，LiBOB)、或其组合。所述锂盐可以约0.1M-约2.0M的浓度使用。当在以上浓度范围包括所述锂盐时，由于最佳的电解质电导率和粘度，电解质可具有优异的性能和锂离子迁移率。
取决于可再充电锂电池的种类，在正极和负极之间可存在隔板。这样的隔板可包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、或其多层，例如混合多层如聚乙烯/聚丙烯双层隔板、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三层隔板、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔板等。
提供下列实施例和对比例以突出一个或多个实施方式的特性，但将理解，实施例和对比例将不解释为限制所述实施方式的范围。此外，将理解所述实施方式不限于实施例和对比例中描述的具体细节。
合成实施例1：粘合剂组合物的合成
(1)将390g去离子水和30g聚(异丁烯-共-马来酸酐)(平均分子量：100,000)置于具有加热器、冷却器和搅拌器的2L反应容器中。(2)然后，向其缓慢添加在室温下通过将9.32g氢氧化锂溶解在93.2g去离子水中制备的溶液，并将混合物搅拌10分钟。将所述反应容器在氮气气氛下加热至80℃并保持3小时。(3)随后，向经搅拌的所得物添加通过将0.125g过硫酸铵溶解在10g去离子水中制备的溶液，将所得混合物保持20分钟，并向其以逐滴方式添加通过将70g丙烯酰胺溶解于180g去离子水中制备的水溶液。(4)将所得混合物保持反应1小时并冷却至25℃-30℃。向其以逐滴方式以10分钟添加通过将2.9g氢氧化锂溶解在20g去离子水中制备的水溶液并保持30分钟，且包装(pack)，获得具有15.0重量％的固含量、pH9.5和在室温(25℃)下25,700cp的粘度(使用布氏粘度计且将轴设定在#3在60rpm的速度下)的粘合剂。所述粘合剂包括包含如下的半互穿聚合物网络：具有由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元的共聚物；和聚丙烯酰胺。
[化学式1]
其中，R1和R2为氢且R3和R4为Li。
[化学式2]
其中，R5和R7为氢且R6和R8为CH3。
基于所述共聚物的总量以40摩尔％的量包括由以上化学式1表示的重复单元，且基于所述共聚物的总量以60摩尔％的量包括由以上化学式2表示的重复单元。而且，在所述半互穿聚合物网络中，所述共聚物对聚丙烯酰胺的摩尔比为3:7。游离锂离子的量为6.6摩尔％，基于粘合剂组合物的总摩尔。
合成实施例2：粘合剂组合物的合成
根据与合成实施例1相同的方法制备粘合剂组合物，除了在步骤4中添加4.3g LiH2PO4代替氢氧化锂之外。粘合剂具有15.5％的固含量、7.5的pH和在室温下4,500cp的粘度(使用布氏粘度计且将轴设定在#3在60rpm的速度下)。
评价实施例1：粘合剂的红外光谱法分析(IR)
图2说明如下四种化合物的红外光谱法分析(IR)图：聚异丁烯-共-马来酸酐锂盐(LPIBMA)、聚丙烯酰胺(PAM)、LPIBMA和PAM的混合物、以及根据合成实施例1合成的具有半互穿聚合物网络的粘合剂(LPIMAM)。
参照图2的顶部图中的合成实施例1的粘合剂(LPIMAM)的IR峰，酰胺III峰从1314cm-1偏移到1349cm-1和1322cm-1。所述峰偏移可由LPIBMA的酸官能团和PAM的酰胺基团之间的分子相互作用引起。因此，在合成实施例1中确定半互穿聚合物网络的形成。
评价实施例2：热重分析(TGA)
进行LPIBMA和PAM的混合物以及根据合成实施例1合成的粘合剂(LPIMAM)的热重分析，且结果提供在图3中。如图3中所示，与两种聚合物的简单混合物相比，根据合成实施例1的具有半互穿聚合物网络的粘合剂显示出改善的耐热性。
评价实施例3：合成实施例2中的磷(P)的检测评价
图4说明离子色谱仪(IC)标准图。图5说明通过对合成实施例2中合成的粘合剂进行离子色谱仪(IC)分析而提供的结果。
参照图4，在x轴中10分钟附近发现磷酸阴离子(PO4 3-)区域。图5也显示在10分钟附近检测到磷酸阴离子(PO4 3-)。
评价实施例4：在合成实施例2的粘合剂组合物(浆料)的制造期间的气泡产生的评价
图6说明根据合成实施例2合成的粘合剂的制造的图像。参照图6，根据合成实施例2的粘合剂组合物在浆料的制造期间根本未显示出气体产生。
因此，可提供具有稳定性、优异的循环寿命特性等的电池。
实施例1-3和对比例1-4：可再充电锂电池单元的制造
通过将各组分以下表1中提供的量在水中混合制备负极活性物质浆料。将所述负极活性物质浆料涂覆到铜箔上，在110℃下干燥以从其蒸发水，并压缩，制造负极。所述负极以约3.8g/cm2负载。使所述负极成形为具有拥有16mm直径的圆形。
[半电池单元]
通过使用所述负极和作为对电极的具有18mm圆盘形状的100μm厚的锂金属制造半电池单元。
[全电池单元]
通过如下制造具有14mm圆盘的正极：将活性物质(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、导电材料(超导电乙炔炭黑)、粘合剂(聚偏氟乙烯)以94:3:3的重量比在N-甲基吡咯烷酮中混合以制备浆料组合物，和将所述浆料组合物涂覆在Al集流体上。
通过将碳酸亚乙酯(EC):碳酸二乙酯(DEC):碳酸氟代亚乙酯(FEC)以5:70:25的体积比混合并在混合溶剂中以1.5摩尔/L的浓度添加LiPF6制备电解质溶液。
使用所述负极和所述正极、所述电解质溶液以及聚丙烯隔板，制造可再充电锂电池单元。
表1
表1中的各组分以重量％的单位使用。
表1中的组分说明如下。
活性物质
作为合金，使用基于硅的活性物质(由3M制造的V6)，和作为石墨，使用由Timcal Inc.制造的TIMREX SFG6。
导电材料
使用由LION Company制造的KB600JD科琴黑。
粘合剂
LPIBMA为聚异丁烯-共-马来酸酐锂盐，和SBR为苯乙烯丁二烯橡胶。CMC表示羧甲基纤维素，和PAI表示聚酰胺酰亚胺。
实施例4-6和对比例5-7：可再充电锂电池单元的制造
通过将各组分以如下表2中提供的量在水中混合制备负极活性物质浆料。
将所述负极活性物质浆料涂覆在铜箔上，在110℃下干燥以蒸发水，并压缩，制造负极。
所述负极具有约5.5g/cm2的负载水平且具有1.5g/cc的质量密度。
通过如下制造作为对电极的正极：将活性物质(LiNi0.6Co0.2Mn0.2O2)、导电材料(超导电乙炔炭黑)和粘合剂(PVdF)以94:3:3的比率在N-甲基吡咯烷酮中混合以制备浆料组合物和将所述浆料组合物涂覆在Al集流体上，然后将电极制造成14mm圆盘。
这里，使用聚丙烯隔板和通过如下制备的电解质溶液制造可再充电锂电池单元：将LiPF6以1.5摩尔/L的浓度溶解在5:70:25的体积比的碳酸亚乙酯(EC):碳酸二乙酯(DEC):碳酸氟代亚乙酯(FEC)的混合溶剂中。
[表2]
表2中的各组分以重量％的单位使用。
表2中的各组分说明如下。
活性物质
作为合金，使用由3M制造的V6。作为石墨，使用由Mitsibishi ChemicalCo.制造的MC20和由Timcal Inc.制造的TIMREX SFG6。
导电材料
使用LION Company的KB600JD科琴黑。
粘合剂
SBR是指苯乙烯丁二烯橡胶，CMC是指羧甲基纤维素，和PVdF是指聚偏氟乙烯。
评价实施例5：初始效率的评价
将根据实施例1-6和对比例1-7的可再充电锂电池单元以0.1C充电和放电，测量所述可再充电锂电池单元的充电容量和放电容量，计算所述放电容量相对于所述充电容量的比，且结果提供在下表3中。
评价实施例6：循环寿命特性的评价
测量根据实施例和对比例的可再充电锂电池单元在1C条件下100次循环对1次循环的容量比，且结果提供在下表3中。
表3
如表3中所示，与对比例的可再充电锂电池单元相比，实施例的可再充电锂电池单元显示出急剧改善的初始效率和循环寿命特性。
作为总结和回顾，近来，对于具有高能量密度的电池的需求已越来越使具有高的理论容量密度的负极活性物质是合乎需要的。因此，与锂合金化的Si、Sn和Ge、其氧化物、其合金已引起了注意。
特别地，基于Si的负极活性物质具有非常高的充电容量且广泛应用于高容量电池。然而，基于Si的负极活性物质在充电和放电期间可膨胀约300％-约400％。因此，电池的充电和放电特性以及循环寿命特性可降低。
因此，已积极地进行了对能够有效地控制基于Si的负极活性物质的膨胀的粘合剂的研究。特别地，已积极地进行了对能够有效地控制所述活性物质的膨胀的粘合剂组合物的研究。
实施方式提供用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其能够有效地控制活性物质的膨胀、具有改善的粘附和对电解质溶液的稳定性、能够提高电极的负载水平、并减少在干燥期间的破裂或弯曲。
另一实施方式提供制造其的方法。
又一实施方式提供可再充电锂电池，由于所述粘合剂组合物，其具有改善的初始效率、充电和放电特性、以及循环寿命特性。
在本文中已公开了实例实施方式，且尽管采用具体术语，但它们仅以一般和描述的意义使用和解释且不用于限制的目的。在一些情况下，如对于在本申请提交时本领域普通技术人员将明晰的，关于具体实施方式描述的特征、特性和/或要素可单独或与关于另外的实施方式描述的特征、特性和/或要素组合使用，除非另外具体说明。因此，本领域技术人员将理解，在不背离如所附权利要求中所阐明的精神和范围的情况下，可进行形式和细节方面的各种变化。

Claims (16)

1.用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，所述粘合剂组合物包括：
半互穿聚合物网络，其包括：
具有由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元的共聚物；和
聚丙烯酰胺，
[化学式1]
其中，
R1和R2相同或不同且独立地选自氢、或者取代或未取代的C1-C10烷基，和
R3和R4为碱金属，和
[化学式2]
其中，
R5-R8相同或不同，且独立地为氢、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C6-C30芳基、或者取代或未取代的C1-C30烷氧基。
2.权利要求1的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中
基于所述共聚物的总量，以40摩尔％-90摩尔％的量包括由以上化学式1表示的重复单元，和
基于所述共聚物的总量，以10摩尔％-60摩尔％的量包括由以上化学式2表示的重复单元。
3.权利要求1的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中所述共聚物对所述聚丙烯酰胺的摩尔比范围为1:9-5:5。
4.权利要求1的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中所述粘合剂组合物进一步包括含磷阴离子。
5.权利要求4的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中碱金属离子和含磷阴离子吸附在所述半互穿聚合物网络上。
6.权利要求4的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中基于100摩尔份的所述半互穿聚合物网络，以1摩尔份-10摩尔份的量包括含磷阴离子。
7.权利要求4的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中所述用于可再充电锂电池的粘合剂组合物进一步包括聚亚烷基二醇。
8.权利要求7的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中基于100摩尔的所述粘合剂组合物，以5摩尔份-50摩尔份的量包括所述聚亚烷基二醇。
9.权利要求7的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中所述聚亚烷基二醇具有400g/摩尔-10,000g/摩尔的重均分子量。
10.权利要求1的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中所述粘合剂组合物具有6-11的pH。
11.权利要求1的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物，其中所述粘合剂组合物的粘度范围为10,000cp-100,000cp。
12.可再充电锂电池，包括：
包括根据权利要求1-11任一项的粘合剂组合物和电极活性物质的电极；和
电解质。
13.权利要求12的可再充电锂电池，其中：
所述电极活性物质包括Si、SiOx、Si-C复合物、Si-Q合金、石墨、或其组合，其中SiOx中的x在0<x<2的范围内，和Si-Q中的Q为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡元素、稀土元素、或其组合，但不是Si。
14.制造权利要求1-11任一项的用于可再充电锂电池的粘合剂组合物的方法，所述方法包括：
准备选自基于烯烃的单体、芳族乙烯基单体和烷基乙烯基醚单体的至少一种单体与环状不饱和酸酐单体的共聚物，
向包括所述共聚物的溶液添加含碱金属的化合物；和
向所述溶液添加丙烯酰胺单体以进行聚合，使得形成所述共聚物和聚丙烯酰胺的半互穿网络结构。
15.权利要求14的方法，进一步包括
在形成所述半互穿网络结构之后，向所述半互穿网络结构添加碱金属化合物。
16.权利要求14的方法，进一步包括在准备所述共聚物之后，向包括所述共聚物的溶液添加聚亚烷基二醇。
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