含有负极活性材料的浆料、使用该浆料的负极和包含该负极的电化学装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种含有负极活性材料的浆料、使用该浆料的负极和包含该负极的电化学装置，更具体地涉及一种浆料、使用所述浆料的负极和包含所述负极的电化学装置，所述浆料包含：负极活性材料；包含丁苯橡胶和聚丙烯酸钾的粘合剂；导电材料；及分散介质。根据本发明专利技术的实施方式，可以降低电化学装置因循环进程中锂嵌入和脱嵌引起的负极活性材料的体积膨胀，由此增加负极活性材料层的耐久性，从而提高电化学装置的寿命性能，且即使在使用相对较低重均分子量的聚丙烯酸钾时，也可以形成具有高剥离力的负极活性材料层。另外，本发明专利技术的负极活性材料浆料具有高的固体成分，从而在负极活性材料层的形成过程中使能够经济地将分散介质进行干燥。

Paste containing negative active material, negative electrode using the paste and electrochemical device containing the negative electrode

The invention relates to a slurry containing a negative active material, a negative electrode using the slurry and an electrochemical device containing the negative electrode, and more specifically to a slurry, a negative electrode using the slurry and an electrochemical device containing the negative electrode. The slurry comprises: a negative active material; an adhesive containing styrene-butadiene rubber and potassium polyacrylate; a conductive material; and a dispersing medium. According to the embodiment of the present invention, the volume expansion of the negative active material caused by lithium embedding and de-embedding in the cycling process of the electrochemical device can be reduced, thereby increasing the durability of the negative active material layer, thereby improving the life performance of the electrochemical device, and the negative active material with high peeling force can be formed even when the relatively low weight average molecular weight of potassium polyacrylate is used. Sex material layer. In addition, the slurry of the negative active material of the invention has high solid composition, so that the dispersing medium can be economically dried during the formation process of the negative active material layer.

【技术实现步骤摘要】
含有负极活性材料的浆料、使用该浆料的负极和包含该负极的电化学装置本申请是分案申请，其原申请的申请号为201480001994.7，PCT申请号为PCT/KR2014/002603，申请日为2014年3月27日，专利技术名称为“含有负极活性材料的浆料、使用该浆料的负极和包含该负极的电化学装置”。
本公开涉及一种含有负极活性材料的浆料，更具体地涉及如下：一种含有负极活性材料的浆料，其可以减轻通过锂嵌入和脱嵌引起的负极活性材料的体积膨胀，可以改善负极的耐久性从而提高电化学装置的寿命特性，且可以形成具有高剥离力的负极活性材料层；使用所述浆料的负极；及包含所述负极的电化学装置。本申请要求2013年3月27日在韩国提交的韩国专利申请号10-2013-0032930的优先权，其通过参考并入本文中。
技术介绍
近来，人们对储能技术的兴趣已经越来越大。电化学装置在移动电话、便携式摄像机、笔记本电脑、个人电脑和电动汽车领域已经被广泛用作能源，导致对其进行深入的研究和开发。就这一点而言，电化学装置是极有兴趣的主题之一。特别地，可充电二次电池的开发已经成为了关注的焦点。近来，这种电池的研究和开发的重点是新型电极和电池的设计，以提高容量密度和比能量。目前有许多可用的二次电池。其中，由于比常规水性电解质基电池例如Ni-MH、Ni-Cd和H2SO4-Pb电池有更高工作电压和更高能量密度的优势，在九十年代早期开发的锂二次电池已经引起了特别关注。这种电化学装置通常包含正极、负极和置于正极与负极之间的隔膜。正极和负极各自包含集电器和电极活性材料层，所述电极活性材料层通过将含有电极活性材料、聚合物粘合剂和分散介质的浆料涂布在集电器的表面上，随后干燥而形成。在电极活性材料中，负极活性材料在锂的嵌入和脱嵌过程中可能会经受体积膨胀。特别地，硅氧化物基负极活性材料可能会导致更严重的体积膨胀。这种负极活性材料的体积膨胀可能会在电化学装置的循环期间削弱聚合物粘合剂的粘附性进而损害导电结构，从而劣化电化学装置的充放电特性和寿命特性。
技术实现思路
技术问题因此，本公开的一个目的是提供如下：一种含有负极活性材料的浆料，其可以减轻在电化学装置的循环期间通过锂嵌入和脱嵌引起的负极活性材料的体积膨胀，进而改善负极活性材料层的耐久性，从而提高电化学装置的寿命特性，且即使使用具有相对较低重均分子量的聚合物粘合剂，也可以形成具有高剥离力的负极活性材料层；使用所述浆料的负极；及包含所述负极的电化学装置。技术方案为了实现所述目的，根据本公开的一方面，提供一种含有负极活性材料的浆料；一种含有丁苯橡胶和聚丙烯酸钾的聚合物粘合剂；一种导电材料；及一种分散介质。在本公开中，基于100重量份的分散介质，浆料可以包含80～100重量份的负极活性材料、5～10重量份的聚合物粘合剂和1～5重量份的导电材料。聚丙烯酸钾可以通过聚丙烯酸和氢氧化钾(KOH)的中和反应产生。聚丙烯酸可具有400,000～800,000的重均分子量。含有通过中和反应产生的聚丙烯酸钾的水溶液具有对应于pH7～pH9的氢离子浓度。含有负极活性材料的浆料可以在23℃下具有7～56Pa·s的粘度和0.1～1s-1的剪切速率。含有负极活性材料的浆料可还包含水基粘合剂。水基粘合剂可以为选自以下的任一种：羧甲基纤维素、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、丁基橡胶、氟橡胶、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯/丙烯/二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、胶乳、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、羟丙基纤维素及它们的混合物。负极活性材料可具有1～30μm，优选5～20μm的平均直径。另外，负极活性材料可包含金属锂、碳材料、金属化合物、金属氧化物或它们的混合物。金属化合物可以为选自以下的任一种：Si、Ge、Sn、Pb、P、Sb、Bi、Al、Ga、In、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Mg、Sr、Ba及它们的混合物。金属氧化物可以为选自以下的任一种：硅氧化物、锡氧化物、钛氧化物、锂/钒基氧化物及它们的混合物。分散介质可以为选自以下的任一种：丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、环己烷、水及它们的混合物。另外，根据本公开的另一方面，提供一种负极，其包含集电器；和负极活性材料层，所述负极活性材料层通过将上述浆料涂布在集电器的一个或两个表面上，随后干燥而形成。干燥可包括于120～140℃的温度下进行的第一干燥步骤和在真空下在80～100℃的温度下进行的第二干燥步骤。另外，根据本公开的又另一方面，提供一种电化学装置，其包含正极、负极、置于正极与负极之间的隔膜和非水电解液，其中负极是上述负极。所述电化学装置可以为锂二次电池。技术效果根据本公开一方面的含有负极活性材料的浆料可以减轻在电化学装置的循环期间通过锂嵌入和脱嵌引起的负极活性材料的体积膨胀，进而改善负极活性材料层的耐久性，从而提高电化学装置的寿命特性。另外，即使使用具有相对较低重均分子量的聚丙烯酸钾，含有负极活性材料的浆料也可以形成具有高剥离力的负极活性材料层。此外，本公开的含有负极活性材料的浆料具有高的固体成分，从而在负极活性材料层的形成过程中使能够经济地将分散介质进行干燥。附图说明附图说明了本公开的优选实施方式，且与前述公开一起用来提供对本专利技术技术主旨的进一步理解。然而，本专利技术不解释为限制于附图。图1是显示含有粘合剂的水溶液的粘度对剪切速率的图。图2是显示在本公开的实施例和比较例中制备的电化学装置在进行270次循环的过程中的容量保持率(％)的图。具体实施方式下文中，将详细描述本专利技术。在说明之前，应该理解，在本说明书和附属权利要求书中使用的术语不应该解释为限于普通和字典的意思，而应在为了最好地说明而允许专利技术人适当地定义术语的原则的基础上，基于对应于本专利技术的技术方面的意思和概念进行解释。根据本公开的用于形成负极活性材料层的浆料包含负极活性材料；包含丁苯橡胶和聚丙烯酸钾的聚合物粘合剂；导电材料；和分散介质。分散介质可以分散负极活性材料，且可以溶解聚丙烯酸钾。在电化学装置的负极中使用的负极活性材料可能会在锂嵌入或脱嵌的过程中经受体积膨胀。特别地，硅氧化物基负极活性材料可能会导致更严重的体积膨胀。负极活性材料的这种体积膨胀可能会在负极活性材料层中产生裂缝，进而随着电化学装置循环的进行而导致负极活性材料的放出。由此，电化学装置的充放电特性和寿命特性可能会劣化。为了解决该问题，在本公开的浆料中使用包含聚丙烯酸钾的聚合物粘合剂。基于100重量份的分散介质，本公开的浆料可以包含80～100重量份的负极活性材料、5～10重量份的聚合物粘合剂和1～5重量份的导电材料。在本公开中，聚丙烯酸钾可以通过聚丙烯酸和氢氧化钾(KOH)的中和反应产生。聚丙烯酸可具有400,000～800,000的重均分子量。例如，可以用1M氢氧化钾的水溶液对具有对应于大约pH2.2的氢离子浓度的聚丙烯酸的水溶液进行滴定，进而产生具有pH7～pH9，优选pH7.9～pH8的聚丙烯酸钾的水溶液。向该水溶液中添加负极活性材料和导电材料进而获得用于形成负极活性材料层的浆料。因此，当通过用氢氧化钾的水溶液本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种浆料，其包含：负极活性材料，所述负极活性材料包含碳材料和硅氧化物的混合物；由丁苯橡胶和聚丙烯酸钾组成的聚合物粘合剂；导电材料；和分散介质，其中所述聚丙烯酸钾通过聚丙烯酸和氢氧化钾(KOH)的中和反应而制得，含有所制得的聚丙烯酸钾的水溶液具有对应于pH 7～pH 9的氢离子浓度，以及所述浆料在23℃下具有7Pa·s～56Pa·s的粘度和0.1s‑1～1s‑1的剪切速率，基于负极活性材料、聚合物粘合剂和导电材料的总重量，丁苯橡胶高于3重量％，所述浆料还包含水基粘合剂。

【技术特征摘要】
2013.03.27 KR 10-2013-00329301.一种浆料，其包含：负极活性材料，所述负极活性材料包含碳材料和硅氧化物的混合物；由丁苯橡胶和聚丙烯酸钾组成的聚合物粘合剂；导电材料；和分散介质，其中所述聚丙烯酸钾通过聚丙烯酸和氢氧化钾(KOH)的中和反应而制得，含有所制得的聚丙烯酸钾的水溶液具有对应于pH7～pH9的氢离子浓度，以及所述浆料在23℃下具有7Pa·s～56Pa·s的粘度和0.1s-1～1s-1的剪切速率，基于负极活性材料、聚合物粘合剂和导电材料的总重量，丁苯橡胶高于3重量％，所述浆料还包含水基粘合剂。2.权利要求1的浆料，基于100重量份的分散介质，所述浆料包含：80重量份～100重量份的负极活性材料，5重量份～10重量份的聚合物粘合剂，和1重量份～5重量份的导电材料。3.权利要求1的浆料，其中所述聚丙烯酸的重均分子量为400,000～800,000。4.权利要求1的浆料，其中所述水基粘合剂为选自以下材料中的任一种：羧甲基纤维素、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、丁基橡胶、氟橡胶、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯/丙烯/二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、胶乳、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、羟丙基纤维素及它们的混合物。5.权利要求1的浆料，其中所述负极活性材料的平均直径为1μm～30μm。6.权利要求1的浆料，其中所述负极活性材料还包含金属锂、金属化合物或它们的混合物。7.权利要求1的浆料，其中所述分散介质为选自以下材料中的任一种：丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、环己烷、水及它们的混合物。8.一种负极，其包含：集电器；和负极活性材料层，其通过将权利要求1～7中任一项的包含负极活性材料的浆料涂布在所述集电器的一个或两个表面上，随后干燥而形成。9.权利要求8的负极，其中所述干燥包括：于120℃～140℃的温度下进行的第一干燥步骤，以及在80℃～100℃的温度下在真空下进行的第二干燥步骤。10.一种电化学装置，其包含正极、负极、置于所述正极与所述负极之间的隔膜和非水...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁智惠，金壮培，李秉培，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR