用于改善分散性和降低电阻的二次电池用负极浆料、和包含它的负极制造技术

本发明专利技术提供了一种二次电池用负极浆料以及包含它的负极，其中通过调整CMC的取代度或物理性质例如分子量来增加CMC对于负极活性材料的吸附量，从而改善负极活性材料的分散性，并且CMC掺合量减少，使得浆料固含量增加且电池电阻降低。

Negative electrode for two batteries for improving dispersion and reducing resistance, and negative electrode containing it

The invention provides a two battery anode slurry and its containing anode, which increases CMC for adsorption of negative active material by substitution or physical properties such as the molecular weight of CMC, so as to improve the dispersion of cathode active material, and reduce the amount of CMC admixture, the solid content of slurry and increase cell resistance decreased.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于改善分散性和降低电阻的二次电池用负极浆料、和包含它的负极相关申请的交叉参考本申请要求2015年11月11日提交的韩国专利申请No.10-2015-0158423的优先权和权益，所述韩国专利申请的公开内容以其整体通过引用并入本文中。
本专利技术涉及能够通过调节物理性质例如羧甲基纤维素(CMC)的取代度和分子量来改善负极活性材料的分散性并同时降低电池电阻的二次电池用负极浆料。
技术介绍
近年来，随着移动设备的技术发展和需求增加，电池作为能源的需求急剧增加。因为诸如混合动力电动车辆(HEV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)、电动车辆(EV)这样的车辆已经成为未来车辆的焦点，因此已进行了对能够满足各种要求的电池的研究。特别是，对具有高能量密度并且还表现出优异的寿命和循环特性的锂二次电池作为这类设备的电源的研究已积极地进行。锂二次电池是指电极组件中包含含有锂离子的非水电解质的电池，所述电极组件包含正极(cathode)、负极(anode)、以及介于所述正极和负极之间的微孔隔膜，所述正极包含能够嵌入/脱嵌锂离子的正极活性材料，所述负极包含能够嵌入/脱嵌锂离子的负极活性材料。用于制备负极的负极浆料的制备中最重要的挑战是提高负极活性材料的分散性。为了达到足够的分散性，添加增稠剂充当分散剂。在这种情况下，当添加很小量的增稠剂时，负极活性材料可能不能充分分散在负极浆料中，并因此可能形成大的团聚体或可能发生浆料沉降。结果，当用所述浆料涂覆集电器时，可能发生关于过滤器堵塞、电极表面缺陷等的问题。另一方面，当添加很大量的增稠剂时，可能阻止了负极中锂离子的迁移，导致负极电阻增加。因此，为了保持足够的分散性并同时降低负极电阻，最重要的挑战是使所述增稠剂的量最小化。因此，本专利技术人对羧甲基纤维素(CMC)作为增稠剂进行了研究，发现吸附在负极活性材料上的CMC的吸附量取决于CMC的物理性质例如取代度或分子量而变化，在改变CMC的所述物理性质和掺合量的同时比较CMC的粘度和沉降的改变，最终制备出CMC掺合量减少并同时显现优异分散性的负极浆料、且还制备出电阻降低的二次电池。
技术实现思路
【技术问题】因此，本专利技术旨在解决现有技术的问题，并且本专利技术的目的是提供一种二次电池用负极浆料以及包含所述负极浆料的负极，所述二次电池用负极浆料能够调节羧甲基纤维素(CMC)的物理性质例如取代度和分子量，以增加CMC对于负极活性材料的吸附量，从而改善负极活性材料的分散性并减少CMC的掺合量以增加浆料的固含量和降低电池电阻。【技术方案】为了解决上述问题，根据本专利技术的一个方面，提供了一种二次电池用负极浆料，其包含负极活性材料和增稠剂，其中所述负极活性材料的振实密度为1.0g/cc以下并且浆料固含量基于所述浆料的总重量为48重量％以上。根据本专利技术的另一个方面，提供了包含所述二次电池用负极浆料的二次电池用负极、包含所述二次电池用负极的锂二次电池、以及包含它们的电池模块和电池组。【有益效果】本专利技术的二次电池用负极浆料可用于增加羧甲基纤维素(CMC)对于负极活性材料的吸附量，以改善负极活性材料的分散性和减少CMC的掺合量，从而增加浆料的固含量并也降低电池电阻。具体实施方式以下，将进一步详细描述本专利技术以帮助理解本专利技术。在这种情况下，本说明书和所附权利要求书中使用的术语和/或单词不应被解释为限于常用的含义或词典中的含义，而是应该基于本专利技术人以最佳方式恰当定义术语的概念来描述本专利技术的这一原则，以符合本专利技术技术范围的含义和概念进行解释。本专利技术提供了一种二次电池用负极浆料，其包含负极活性材料和增稠剂，其中所述负极活性材料的振实密度为1.0g/cc以下并且浆料固含量基于所述浆料的总重量为48重量％以上。根据本专利技术的一种示例性实施方式的增稠剂可以是纤维素类聚合物，其包含选自羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素(MC)、羟丙基纤维素(HPC)、甲基羟丙基纤维素(MHPC)、乙基羟乙基纤维素(EHEC)、甲基乙基羟乙基纤维素(MEHEC)和纤维素胶中的一种或多种。具体而言，所述增稠剂可以是CMC。CMC赋予高增稠性质和优异的涂覆性质，同时有助于集电器的粘合强度以防止活性材料与集电器脱离，并且还表现出优异的循环特性。更具体地，根据本专利技术的一种示例性实施方式的负极活性材料可以具有1.0g/cc以下的振实密度。振实密度是指由粒子组成的粉末的每单位体积质量，即在被敲击或振动之后，粒子之间的孔隙被均匀填充后的粉末的密度。对振实密度有影响的因素可以包括粒度分布、水分含量、粒子形状、内聚性等。材料的流动性和压缩性可以通过振实密度来预测。振实密度可以基于ASTMD4781测量，并且可以利用等式TD＝W/V(TD：振实密度，W：样品重量(g)，V：敲击后的样品体积)来计算。当所述负极活性材料的振实密度小于或等于1.0g/cc时，所述负极活性材料的球形度可能降低，并且所述负极活性材料可能不容易分散，这使得必然需要大掺合量的CMC。在这种情况下，CMC的掺合量越高，浆料固含量越低。在此，浆料固含量是指浆料中的固体组分相对于所述浆料的总重量的重量比。在这种情况下，基于实际使用的各组分的掺合量来计算浆料固含量，(固体组分重量)/(固体组分重量+液体组分重量)，并利用测量最终浆料在烘箱中干燥以完全除去水分后剩余的浆料重量的方法进行测量。在该等式中，所述固体组分可以指实际以预定量添加的活性材料、导电材料、CMC增稠剂和SBR粘合剂，并且所述液体组分可以指CMC和SBR溶液中包含的水以及可以额外添加以调节粘度的水。浆料固含量越高，电池的容量越高。此外，因为在干燥期间可减少热空气以及可缩短时间，可使得生产率优异。因此，如在根据本专利技术的二次电池用负极浆料中那样，与振实密度为1.0g/cc以上的负极活性材料相比，振实密度为1.0g/cc以下的负极活性材料具有48重量％的浆料固含量是更困难的挑战。本专利技术旨在解决上述问题，因此所述二次电池用负极浆料包含CMC，其通过调节CMC的物理性质例如取代度或分子量来调节CMC对于负极活性材料的吸附量，可显现优良的负极活性材料分散性同时降低电池的电阻。因此，即使当使用振实密度为1.0g/cc以下的负极活性材料时，所述负极活性材料也可以具有48重量％以上的浆料固含量。具体而言，根据本专利技术的一种示例性实施方式的羧甲基纤维素(CMC)可以具有对于负极活性材料为0.8重量％以上、优选0.8至0.9重量％的吸附量(以下称为‘CMC吸附量’)。CMC吸附量可以利用以下方法测量。将CMC相对于给定的活性材料以1.5重量％以上的比率混合，来制备活性材料-CMC浆料。所述浆料用蒸馏水稀释5倍，并用吸滤瓶过滤以除去蒸馏水和未吸附在所述活性材料上的CMC。将过滤后剩下的残留浆料干燥，在将所述浆料从室温加热到500℃以上温度的同时，在氮气气氛下利用热重分析仪(TGA)测定所述浆料重量的减少。因为活性材料的重量不变并且已知CMC在预定温度下重量减少，所以可以测量吸附的CMC相对于所述活性材料的重量比(吸附的CMC重量/活性材料与CMC的重量之和)。作为另一种方法，存在利用痕量元素分析仪确定过滤后的残留浆料中剩余CMC的比率的方法。当CMC吸附量小于0.8重量％时，负极活性材料的粒子由于分散性不足而可能形成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二次电池用负极浆料，其包含负极活性材料和增稠剂，其中所述负极活性材料的振实密度为1.0g/cc以下并且浆料固含量基于所述浆料的总重量为48重量％以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.11.11 KR 10-2015-01584231.一种二次电池用负极浆料，其包含负极活性材料和增稠剂，其中所述负极活性材料的振实密度为1.0g/cc以下并且浆料固含量基于所述浆料的总重量为48重量％以上。2.根据权利要求1所述的负极浆料，其中所述增稠剂包含选自羧甲基纤维素(CMC)、甲基纤维素(MC)、羟丙基纤维素(HPC)、甲基羟丙基纤维素(MHPC)、乙基羟乙基纤维素(EHEC)、甲基乙基羟乙基纤维素(MEHEC)和纤维素胶中的一种或多种。3.根据权利要求1所述的负极浆料，其中所述增稠剂是CMC。4.根据权利要求3所述的负极浆料，其中所述CMC具有对于所述负极活性材料为0.8至0.9重量％的吸附量。5.根据权利要求3所述的负极浆料，其中所述CMC具有0.7至1.3的取代度。6.根据权利要求3所述的负极浆料，其中所述CMC具有0.7至0.9的取代度。7.根据权利要求3所述的负极浆料，其中所述CMC具有700,000至4,200,000的重均分子量。8.根据权利要求3所述的负极浆料，其中所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：柳正宇，曹炯锡，卢艺哲，禹庚火，郑光湖，金帝映，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR