负极、其制备方法和包括其的可再充电锂电池技术

公开了一种用于可再充电锂电池的负极。负极包括集流体和位于集流体上并包括负极活性物质和粘结剂的负极活性物质层，其中，负极活性物质包括硅基材料、锡基材料或它们的组合，粘结剂包括有机酸和具有环状结构的有机碱，有机酸包括含羧基的聚合物。还公开了一种制备该负极的方法和一种包括该负极的可再充电锂电池。

【技术实现步骤摘要】
负极、其制备方法和包括其的可再充电锂电池
本专利技术涉及一种用于可再充电锂电池的负极、一种制备该负极的方法和一种包括该负极的可再充电锂电池。
技术介绍
与铅电池或镍镉电池相比，可再充电锂电池由于其具有更高的能量密度而具有更广泛的应用。已经建议使用硅基材料或锡基材料作为可再充电锂电池的负极活性物质。当使用硅基材料或锡基材料作为负极活性物质时，硅基材料或锡基材料可以提高可再充电锂电池的放电容量。然而，硅基材料和锡基材料在充电和放电的过程中以突然的且破坏性的方式经历膨胀和收缩，硅基材料之间或者锡基材料之间的结合或导电网络会被中断。因此，当使用硅基材料或锡基材料作为负极活性物质时，可再充电锂电池的性能会有问题。
技术实现思路
本公开的一方面涉及一种用于可再充电锂电池的负极，所述负极改善了可再充电锂电池的循环寿命特性。本公开的另一方面涉及一种制备用于可再充电锂电池的负极的方法。本公开的另一方面涉及一种包括用于可再充电锂电池的负极的可再充电锂电池。在一些实施例中，用于可再充电锂电池的负极可以包括：集流体；以及负极活性物质层，位于集流体上并包括负极活性物质和粘结剂，其中，负极活性物质包括硅基材料、锡基材料或它们的组合，粘结剂包括有机酸和具有环状结构的有机碱，有机酸包括含羧基的聚合物。在一些实施例中，有机酸可以包括聚天冬氨酸、天然聚合物的藻酸、丙烯酸的均聚物、丙烯酸与另一单体的共聚物或者它们的组合。在一些实施例中，有机酸的重均分子量可以在大约5,000g/mol至大约1,000,000g/mol的范围内。在一些实施例中，有机碱可以包括具有环状结构的胺类化合物。在一些实施例中，胺类化合物可以包括从芳香胺、脂环胺和环胺中选择的至少一种。在一些实施例中，芳香胺可以包括从对苯二胺、间苯二胺、苯胺、3,5-二氨基苯甲酸、三聚氰胺和它们的衍生物中选择的至少一种。在一些实施例中，脂环胺可以包括从环己胺、环戊胺、降冰片烯胺、金刚烷胺和它们的衍生物中选择的至少一种。在一些实施例中，环胺可以包括从吡啶、哌啶、吡咯类化合物和它们的衍生物中选择的至少一种。在一些实施例中，吡咯类化合物可以包括从吡咯、咪唑、吡唑和三唑中选择的至少一种。在一些实施例中，粘结剂可以包括重量比为大约1:0.3至大约1:1的有机酸和有机碱。在一些实施例中，粘结剂可以具有小于或等于大约200℃的热固温度。在一些实施例中，硅基材料可以包括含硅的合金。在一些实施例中，制备用于可再充电锂电池的负极的方法可以包括：将含羧基的有机酸溶于水中，以获得酸溶液；将具有环状结构的有机碱加入到酸溶液中，以获得粘结剂溶液；将包括硅基材料、锡基材料或它们的组合的负极活性物质加入到粘结剂溶液中，以获得浆料；以及将浆料涂覆在集流体上，以形成负极活性物质层。在一些实施例中，酸溶液的粘度可以在大约4,000cps至大约5,000cps的范围内。在一些实施例中，粘结剂溶液可以具有大约6至大约9的pH。在一些实施例中，可再充电锂电池包括正极、所述负极和电解质。在下面的具体实施方式中包括其它实施例。可以抑制负极活性物质的膨胀和收缩，因此可以改善可再充电锂电池的循环寿命特性。附图说明图1是示出可再充电锂电池的示意性结构的剖视图。具体实施方式在下文中，详细地描述所公开的技术的实施例。然而，这些实施例是示例性的，本公开不限于此。参照图1描述可再充电锂电池的一个示例。图1是示出可再充电锂电池的示意性结构的剖视图。参照图1，可再充电锂电池10包括正极20、负极30以及设置在正极20和负极30之间的隔板40。在一些实施例中，可再充电锂电池的充电截止电压（氧化还原电位）（相对于Li/Li+）可以大于或等于大约4.3V且小于或等于大约5.0V，具体地，大于或等于大约4.5V且小于或等于大约5.0V。可再充电锂电池关于其形状没有特别限制。在一些实施例中，可再充电锂电池可以具有诸如圆柱形、棱柱形、层压型、钮扣型等的形状。负极30包括集流体31和形成在集流体31上的负极活性物质层32。集流体31可以是任何导体。在一些实施例中，集流体31可以是铝、不锈钢、镀镍钢等。负极活性物质层32可以包括负极活性物质和粘结剂。负极活性物质可以包括硅基材料、锡基材料或它们的组合。在一些实施例中，硅基材料可以是硅微粒、氧化硅微粒、石墨材料与上述微粒的混合物、含硅的合金等。在一些实施例中，硅基材料可以是含硅的合金。氧化硅微粒可以由SiOx（x为1或2）表示。含硅的合金没有特别限制，只要硅被沉积且能够吸附并释放锂即可。在一些实施例中，含硅的合金可以是硅与过渡金属Ti、Ni、Cu、Fe、Co等的合金。可以使用一种或多种过渡金属。基于1重量份的硅，可以包括大约0.05重量份至大约10重量份的过渡金属，并且过渡金属提供合金。在一些实施例中，含硅的合金可以是金属间化合物，例如Mg2Si、FeSi2等。锡基材料可以为例如锡微粒、氧化锡微粒、石墨材料与上述微粒的混合物、含锡的合金等。氧化锡微粒可以由SnOy（1.4≤y≤2.0）表示。含锡的合金可以为例如Cu6Sn5、Cu3Sn、MnSn2、FeSn2、NiSn4、Co3Sn2等。粘结剂可以包括有机酸和具有环状结构的有机碱，所述有机酸包括含羧基的聚合物。粘结剂由于剥离强度强而可以使负极活性物质之间的结合牢固。硅基材料和锡基材料在可再充电锂电池的充电和放电过程中会经历收缩和膨胀。然而，在一些实施例中，由于使用剥离强度强的粘结剂，所以可以抑制负极活性物质的收缩和膨胀。粘结剂可以是有机盐，在有机盐中，有机酸被有机碱中和。具有此种结构的粘结剂可以具有高剥离强度。有机碱可以具有环状结构。具有环状结构的有机碱可以提供高剥离强度。粘结剂可以是水性粘结剂，因此，用于负极活性物质层浆料的溶剂可以是水或其它对环境友好的溶剂。因此，与诸如N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）等的有机溶剂相比，水性粘结剂可以对环境友好。有机碱可以包括具有环状结构的胺类化合物。胺类化合物可以包括从芳香胺、脂环胺和环胺中选择的至少一种。芳香胺是通过用芳香化合物取代氨中的氢所获得的胺。在一些实施例中，构成芳香化合物的芳香环可以是杂环。芳香胺可以包括从例如对苯二胺、间苯二胺、苯胺、3,5-二氨基苯甲酸、三聚氰胺和它们的衍生物中选择的至少一种。脂环胺是通过用脂环化合物取代氨中的氢所获得的胺。脂环化合物可以包括杂环。脂环胺可以包括从例如环己胺、环戊胺、降冰片烯胺、金刚烷胺和它们的衍生物中选择的至少一种。环胺是胺的氮原子构成杂环的一部分的胺。在一些实施例中，环胺可以包括从吡啶、哌啶、吡咯类化合物和它们的衍生物中选择的至少一种。在一些实施例中，吡咯类化合物可以包括从吡咯、咪唑、吡唑和三唑中选择的至少一种。有机碱可以包括从对苯二胺、间苯二胺、苯胺、3,5-二氨基苯甲酸、三聚氰胺和环己胺中选择的至少一种，以提高溶解度。有机酸可以包括含羧基的聚合物。例如，有机酸可以包括聚天冬氨酸、天然聚合物的藻酸、丙烯酸的均聚物、丙烯酸与另一单体的共聚物或者它们的组合。丙烯酸的均聚物的示例可以是聚丙烯酸等。与丙烯酸共聚的单体没有特别限制，并可以包括可再充电锂电池的任何水性粘结剂。在一些实施例中，单体可以是：含腈基的单体，例如丙烯腈、甲基丙烯腈等；含胺基的单体，例如丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可再充电锂电池的负极，所述负极包括：集流体；以及负极活性物质层，位于集流体上并包括负极活性物质和粘结剂，其中，负极活性物质包括硅基材料、锡基材料或它们的组合，粘结剂包括有机酸和具有环状结构的有机碱，有机酸包括含羧基的聚合物。

【技术特征摘要】
2012.12.04 JP 2012-265715;2013.08.02 KR 10-2013-001.一种用于可再充电锂电池的负极，所述负极包括：集流体；以及负极活性物质层，位于集流体上并包括负极活性物质和粘结剂，其中，负极活性物质包括硅基材料、锡基材料或它们的组合，粘结剂包括有机酸和具有环状结构的有机碱，有机酸包括含羧基的聚合物，其中，有机碱是从芳香胺和脂环胺中选择的至少一种。2.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的负极，其中，有机酸包括从聚天冬氨酸、天然聚合物的藻酸、丙烯酸的均聚物、丙烯酸与另一单体的共聚物和它们的任意组合中选择的至少一种。3.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的负极，其中，有机酸的重均分子量在5,000g/mol至1,000,000g/mol的范围内。4.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的负极，其中，芳香胺包括从对苯二胺、间苯二胺、苯胺、3,5-二氨基苯甲酸、三聚氰胺和它们的衍生物中选择的至少一种。5.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的负极，其中，脂环胺包括从环己胺、环戊胺、降冰片烯胺、金刚烷胺和它们的衍生物中选择的至少一种。6.根据权利要求1所述的用于可再充电锂电池的负极，其中，有机碱还包括环胺，环胺包括从吡啶、哌啶、吡咯类化合物和它们的衍生物中选择的至少一种。7.根据权利要求6所述的用于可再充电锂电池的负极，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：福地岩，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR