用于可再充电锂电池的负极和包括其的可再充电锂电池制造技术

本文公开了用于可再充电锂电池的负极以及包括该负极的可再充电锂电池，所述负极包括负极活性物质和粘结剂，其中粘结剂包括羧甲基纤维素和苯乙烯-丁二烯橡胶，并且羧甲基纤维素具有约300,000g/mol至约500,000g/mol的重均分子量。

【技术实现步骤摘要】

本文所述的技术一般地涉及可再充电锂电池。
技术介绍
作为用于小型可携带电子装置和使用有机电解液的电源，锂可再充电电池最近受到关注。锂电池可以具有两倍于利用碱性水溶液的常规电池或更高的放电电压，并且因此具有高的能量密度。对于可再充电锂电池的正极活性物质，通常使用具有能够嵌入锂离子的结构的锂-过渡金属氧化物，例如，LiCoO2、LiMn2O4、LiNi1-xCoxO2(0<x<1)等。对于负极活性物质，通常使用可嵌入和脱嵌锂离子的各种碳类材料，例如人造石墨、天然石墨和硬碳。可通过涂覆其中混合有活性物质、粘结剂和溶剂的浆料，并将其分散于集电器上并干燥来形成电极。在本文中，当涂覆浆料大于或等于预定水平时，即，厚度，则涂层与集电器可具有弱的粘附性，并且因此引起电极上的裂纹。为了改善这个问题，可以包括更多的粘结剂，这可使电极的浸渍性变差。电极的浸渍性变差可随后使诸如循环寿命等电池性能变差。
技术实现思路
本专利技术实施方式中的一个为用于可再充电锂电池的负极，其通过改善厚膜电极的柔性以防止裂纹并且改善粘附性和浸渍性而具有改善的循环寿命特性。一个实施方式提供了用于可再充电锂电池的负极，其包括负极活性物质和粘结剂，其中粘结剂包括羧甲基纤维素和苯乙烯-丁二烯橡胶，且羧甲基纤维素具有约300,000g/mol至约500,000g/mol的重均分子量。羧甲基纤维素可以包括由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元。化学式1在上述化学式1中，R1至R3独立地为氢或-(CH2)p1-COOX1，并且R1至R3中的至少一个为–(CH2)p1-COOX1，其中p1为范围从1至5的整数，且X1为碱金属，以及n1为大于或等于600的整数。化学式2在上述化学式2中，并且n2为0至2000的整数。羧甲基纤维素可具有约0.5至约0.7的用羧酸盐基取代羟基的取代度。由上述化学式1表示的重复单元的摩尔数(n1)和由上述化学式2表示的重复单元的摩尔数(n2)之和可以为约1300至约3000。基于负极活性物质和粘结剂的总量，可包括约0.4wt％至约2wt％的量的羧甲基纤维素。苯乙烯-丁二烯橡胶的玻璃化转变温度可以大于约–50℃且小于约20℃。苯乙烯-丁二烯橡胶的平均粒径(D50)可以为约100nm至约250nm。基于负极活性物质和粘结剂的总量，可包括约0.5wt％至约2wt％的量的苯乙烯-丁二烯橡胶。粘结剂可进一步包括聚乙烯醇。聚乙烯醇可以包括由以下化学式3表示的重复单元。化学式3在上述化学式3中，m为大于或等于1500的整数。基于负极活性物质和粘结剂的总量，可包括大于约0wt％且小于或等于约0.5wt％的量的聚乙烯醇。可包括约95:5至约99:1的重量比的负极活性物质和粘结剂。荷载水平，每单位面积的负极的重量比，可以大于或等于约12mg/cm2，且填充密度，每单位体积的负极的重量比，可以大于或等于约1.60g/cc。另一实施方式提供了可再充电锂电池，其包括用于可再充电锂电池的负极。另一方面，提供了可再充电锂电池，其包括负极；正极；和电解质溶液。在上述可再充电锂电池中，正极包括正极活性物质层。在上述可再充电锂电池中，电解质溶液包含非水性有机溶剂和锂盐。在上述可再充电锂电池中，锂盐为LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中，x和y为自然数，例如，1至20的整数)、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2(二(草酸)硼酸锂，LiBOB)或它们的组合。在上述可再充电锂电池中，锂盐的浓度范围为从约0.1M至约2.0M。在上述可再充电锂电池中，非水性有机溶剂选自碳酸酯类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂或非质子溶剂。以下的详细描述中包括其他的实施方式。本专利技术的具有改善的循环寿命特性的可再充电锂电池的实施方式可通过改善厚膜电极的柔性以防止裂纹并且也改善粘附性和浸渍性而实现。附图说明图1是示出了根据一个实施方式的可再充电锂电池的示意图。图2是示出了根据实施例1和2及比较例1和2的可再充电锂电池单元的循环寿命特性的图示。具体实施方式下文中，详细描述了本专利技术的实施方式。然而，这些实施方式是示例性的，而且本公开不限于此。图1是示出了根据一个实施方式的可再充电锂电池的示意图。参见图1，根据一个实施方式的可再充电锂电池100包括正极112、面向正极112的负极114、插入在负极114和正极112之间的隔板113、浸渍隔板113的电解液(未示出)、电池壳体120，以及密封该电池壳体120的密封膜140。负极包括集电器和置于集电器上的负极活性物质层。根据一个实施方式，可形成负极活性物质层以在集电器的一侧上具有大于或等于约12mg/cm2的荷载水平。如在本文中使用的，荷载水平是指每单位面积的重量比率。在一些实施方式中，负极可以是在横截面上具有大于或等于约12mg/cm2的荷载水平的厚膜电极。在优选的实施方式中，负极可具有约12mg/cm2至约15mg/cm2的荷载水平。这种厚膜电极可增加可再充电锂电池的容量。负极活性物质层可以包括负极活性物质和粘结剂。粘结剂可以包括羧甲基纤维素、聚乙烯醇和苯乙烯-丁二烯橡胶。在一些实施方式中，可通过混合两种或更多种这些材料来获得粘结剂，其可以改善负极的柔性、粘附性和浸渍性，即使负极是厚的。在一些实施方式中，羧甲基纤维素可具有约300,000g/mol至约500,000g/mol的重均分子量。在一个实施方式中，羧甲基纤维素可具有约350,000g/mol至约500,000g/mol的重均分子量。当羧甲基纤维素具有在上述范围内的重均分子量时，粘结剂在集电器表面上具有优异的粘附性并且防止在电极上产生裂纹，并因此抑制充电和放电期间负极活性物质的分离(detachment)，并且由此可改善循环寿命特性。羧甲基纤维素的重均分子量表示通过凝胶渗透色谱法以聚苯乙烯为标准样品测量的重均分子量。羧甲基纤维素可具有包括由以下化学式1表示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元的结构。化学式在上述化学式1中，R1至R3独立地为氢或-(CH2)p1-COOX1，并且R1至R3中的至少一个为–(CH2)p1-COOX1，其中p1为范本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于可再充电锂电池的负极，包含：负极活性物质和粘结剂，其中，所述粘结剂包含羧甲基纤维素和苯乙烯‑丁二烯橡胶，且所述羧甲基纤维素具有300,000g/mol至500,000g/mol的重均分子量。

【技术特征摘要】
2014.05.22 KR 10-2014-00618911.用于可再充电锂电池的负极，包含：
负极活性物质和粘结剂，
其中，所述粘结剂包含羧甲基纤维素和苯乙烯-丁二烯橡胶，且
所述羧甲基纤维素具有300,000g/mol至500,000g/mol的重均分子量。
2.根据权利要求1所述的负极，其中，所述羧甲基纤维素包含由以下化学式1表
示的重复单元和由以下化学式2表示的重复单元：
化学式1其中，
R1至R3独立地为氢或-(CH2)p1-COOX1，并且R1至R3中的至少一个为-
(CH2)p1-COOX1，其中p1为从1至5范围内的整数，且X1为碱金属，且
n1为大于或等于600的整数，
化学式2其中，n2为0至2000的整数。
3.根据权利要求2所述的负极，其中，所述羧甲基纤维素具有0.5至0.7的用羧
酸盐基取代羟基的取代度。
4.根据权利要求2所述的负极，其中，由化学式1表示的重复单元的摩尔数n1
和由化学式2表示的重复单元的摩尔数n2之和为1300至3000。
5.根据权利要求1所述的负极，其中，基于所述负极活性物质和所述粘结剂的总
量，所述羧甲基纤维素的含量为0.4wt％至2wt％。
6.根据权利要求1所述的负极，其中，所述苯乙烯-丁二烯橡胶的玻璃化转变温
度大于–50℃且小于20℃。
7.根据权利要求1所述的负极，其中，所述苯乙烯-丁二烯橡胶的平均粒径D50
为100nm至250nm。
8.根据权利要求1所述的负极，其中，基于所述负极活性物质和所述粘结剂的总
量，所述苯乙烯-丁二烯橡胶的含量为0.5wt％至2wt％。
9.根据权利要求1所述的负极，其中，所述粘结...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云硕，文桢基，金侑贤，高永山，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR