可充电锂电池的电极以及利用该电极制造的可充电锂电池制造技术

一种可充电锂电池的电极，包括：　　　　集流体；　　　　活性材料层，在集流体上，　　　　其中，活性材料层包括活性材料、粘结剂和造孔聚合物，其中，活性材料适于可逆地进行锂离子的嵌入和脱嵌。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种可充电锂电池的电极以及利用该电极制造的可充电锂电池。
技术介绍
近来，可充电锂电池作为小型便携式电子设备的电源已经引起人们的关注。这些电池采用有机电解质溶液，因此这些电池的放电电压是采用碱性水溶液的传统电池的放电电压的两倍。因此，锂可充电电池具有高能量密度。已经对能够进行锂的嵌入和脱嵌的锂-过渡元素复合氧化物(诸如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)、LiMnO2等)进行了研究，以将其用作可充电锂电池的正极活性材料。已将锂金属用作可充电锂电池的负极活性材料。然而，当采用锂金属时，由于枝晶的形成所以电池的循环寿命(或寿命)会缩短。因此，近来已使用碳材料(诸如无定形碳、晶体碳等)代替锂金属来用作负极活性材料。碳负极活性材料可抑制枝晶的形成，并在相对低的电势下提供相对平坦的电压特性，且具有良好的循环寿命特性。然而，碳负极活性材料与有机电解质溶液具有相对高的反应性，并具有相对高的锂的扩散速度。这样，在具有碳负极活性材料的可充电锂电池中，需要对电功率特性、初始不可逆容量以及充放电过程中发生的电极膨胀进行控制。此外，需要提高可充电锂电池的能量密度。为了提高循环寿命，可将锂合金用作负极活性材料。例如，负极可包括不与锂形成合金的金属以及与锂形成合金的金属。这里，不与锂形成合金的金属用作集流体，与锂形成合金的金属与充电过程中从正极释放的锂离子形成合金。因此，充电过程中负极包括锂，所述合金用作负极活性材料。然而，锂合金不能提供令人满意的电池特性。此外，金属负极活性材料(诸如硅(Si)、锡(Sn)、包括Si或Sn的化合物等)可用来替代碳材料。然而，Si或Sn存在相对大的不可逆容量的问题。具体地讲，在充放电过程中Si发生严重的收缩或膨胀，从而Si负极活性材料-->会脱落(detached)，从而导致可充电锂电池的循环寿命的劣化。氧化锡也可用来代替碳负极活性材料。然而，金属负极活性材料具有30％或小于30％的初始库仑效率。此外，因为锂不断地进行嵌入和脱嵌以产生锂-金属合金，所以容量和循环寿命降低，因此还尚未得到商品化。
技术实现思路
本专利技术的实施例的一方面在于提供一种可充电锂电池的电极以及包括该电极的可充电锂电池，其中，由于该电极对活性材料的体积变化的缓冲作用，所以该电极可以提高电池的循环寿命。本专利技术的实施例的另一方面在于提供一种具有高能量密度和优良循环寿命特性的可充电锂电池。本专利技术的实施例提供了一种可充电锂电池的电极，该电极包括：集流体；活性材料层，在集流体上，其中，活性材料层包括适于可逆地进行锂离子的嵌入和脱嵌的活性材料；粘结剂；造孔聚合物。造孔聚合物可包括选自于由聚亚烷基碳酸酯、聚亚烷基氧化物、聚烷基硅氧烷、聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、它们的共聚物以及上述聚合物的混合物组成的组中的材料。聚亚烷基碳酸酯可包括下面的式子的一个或多个重复单元：其中，R1、R2、R3和R4中的每个均独立地选自于由氢、烷基、芳基、烷氧基和它们的组合组成的组，m是在10至90的范围内的整数，n是在10至10,000的范围内的整数。造孔聚合物可具有在大约500至大约1,000,000的范围内的重均分子量。基于按重量计100份的粘结剂，造孔聚合物存在的量可以按重量计在大约5份至大约20份的范围内。基于按重量计100份的粘结剂，造孔聚合物存在的量按重量计在大约5份至大约10份的范围内。本专利技术的实施例提供了一种可充电锂电池，该电池包括正极、负极和包-->括非水溶剂和锂盐的电解液，其中，正极或负极中的至少一个包括集流体和在集流体上的活性材料层，其中，活性材料层具有体积百分比在大约20％至大约80％的范围内的孔隙率。电解液可包括造孔聚合物，造孔聚合物选自于由聚亚烷基碳酸酯、聚亚烷基氧化物、聚烷基硅氧烷、聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、它们的共聚物以及上述聚合物的混合物组成的组。聚亚烷基碳酸酯可包括下面的式子的一个或多个重复单元：其中，R1、R2、R3和R4中的每个均独立地选自于由氢、烷基、芳基、烷氧基和它们的组合组成的组，m是在10至90的范围内的整数，n是在10至10,000的范围内的整数。造孔聚合物可具有在大约500至大约1,000,000的范围内的重均分子量。基于电解液的总重量，造孔聚合物存在的量可为大约10wt％或小于大约10wt％。基于电解液的总重量，造孔聚合物存在的量可在大约1wt％至大约5wt％的范围内。本专利技术的实施例提供了一种可充电锂电池的制造方法，该方法包括：制备用于形成活性材料层的组合物，其中，活性材料层包括活性材料、粘结剂和造孔聚合物；在集流体上涂覆用于形成活性材料层的组合物；对集流体上的组合物进行干燥，以在集流体上形成活性材料层，从而制造电极；在制造的电极之间放置分隔件，以制造电极组件；在将电极组件置于电池壳中之后，向电池壳中注入电解液，以洗提活性材料层中的造孔聚合物。造孔聚合物可选自于由聚亚烷基碳酸酯、聚亚烷基氧化物、聚烷基硅氧烷、聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、它们的共聚物以及上述聚合物的混合物组成的组。聚亚烷基碳酸酯可包括用下面的式子表示的一个或多个重复单元：-->其中，R1、R2、R3和R4独立地选自于由氢、烷基、芳基、烷氧基和它们的组合组成的组，m是在10至90的范围内的整数，n是在10至10,000的范围内的整数。造孔聚合物可具有在大约500至大约1,000,000的范围内的重均分子量。基于按重量计100份的粘结剂，造孔聚合物存在的量可以按重量计在大约5份至大约20份的范围内。基于按重量计100份的粘结剂，造孔聚合物存在的量可以按重量计在大约5份至大约10份的范围内。粘结剂可包括选自于由聚氯乙烯、聚氟乙烯、包括环氧乙烷的聚合物、聚乙烯醇、羧化聚氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚酰亚胺、聚氨酯、环氧树脂、尼龙、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯化苯乙烯-丁二烯橡胶以及它们的混合物组成的组中的材料。基于用于形成活性材料层的组合物的总重量，粘结剂存在的量可在大约3wt％至大约20wt％的范围内。附图说明图1示出了根据本专利技术实施例的电极的剖视图。图2是示出了根据本专利技术实施例的可充电锂电池的制造方法的流程图。图3是根据本专利技术实施例的可充电锂电池的剖视图。具体实施方式在一些实施例中，可通过在集流体上涂敷包括活性材料、粘结剂和可选的导电剂的浆料组合物来制造可充电锂电池的正极和负极。铝可用于形成正极集流体，铜可用于形成负极集流体。在可充电锂电池中，当可充电锂电池进行充放电时，电极中的活性材料会膨胀和收缩。具体地讲，金属合金类或者硅类负极活性材料存在严重的体积变化的问题。活性材料的体积变化会劣化可充电锂电池的循环寿命特性。-->为了解决上述问题，本专利技术的实施例提供了一种多孔电极，该多孔电极包括可被电解质溶液溶解的聚合物，使得在可充电锂电池进行充放电时可用于对活性材料的体积变化进行缓冲，从而可提高电极的循环寿命特性。图1示出了根据本专利技术的一个实施例的用于可充电锂电池的电极的剖视图，但是本专利技术并不局限于此。参照图1，电极1包括集流体2和设置在集流体2上的活性材料层3。集流体2可包括(或者可为)铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜和/或涂覆有导电金属的聚合物材料。根据另一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可充电锂电池的电极，包括：集流体；活性材料层，在集流体上，其中，活性材料层包括活性材料、粘结剂和造孔聚合物，其中，活性材料适于可逆地进行锂离子的嵌入和脱嵌。

【技术特征摘要】
1.一种可充电锂电池的电极，包括：集流体；活性材料层，在集流体上，其中，活性材料层包括活性材料、粘结剂和造孔聚合物，其中，活性材料适于可逆地进行锂离子的嵌入和脱嵌。2.如权利要求1所述的电极，其中，造孔聚合物包括选自于由聚亚烷基碳酸酯、聚亚烷基氧化物、聚烷基硅氧烷、聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、它们的共聚物以及上述聚合物的混合物组成的组中的材料。3.如权利要求2所述的电极，其中，聚亚烷基碳酸酯包括下面的式子的一个或多个重复单元：其中，R1、R2、R3和R4中的每个均独立地选自于由氢、烷基、芳基、烷氧基和它们的组合组成的组，m是在10至90的范围内的整数，n是在10至10,000的范围内的整数。4.如权利要求1所述的电极，其中，造孔聚合物具有在大约500至大约1,000,000的范围内的重均分子量。5.如权利要求1所述的电极，其中，基于按重量计100份的粘结剂，造孔聚合物存在的量按重量计在大约5份至大约20份的范围内。6.如权利要求5所述的电极，其中，基于按重量计100份的粘结剂，造孔聚合物存在的量按重量计在大约5份至大约10份的范围内。7.一种可充电锂电池，包括：正极；负极；电解液，包括非水溶剂和锂盐，其中，正极或负极中的至少一个包括集流体和在集流体上的活性材料层，其中，活性材料层具有体积百分比在大约20％至大约80％的范围内的孔隙-->率。8.如权利要求7所述的可充电锂电池，其中，电解液包括造孔聚合物，造孔聚合物选自于由聚亚烷基碳酸酯、聚亚烷基氧化物、聚烷基硅氧烷、聚丙烯酸烷基酯、聚甲基丙烯酸烷基酯、它们的共聚物以及上述聚合物的混合物组成的组。9.如权利要求8所述的可充电锂电池，其中，聚亚烷基碳酸酯包括下面的式子的一个或多个重复单元：其中，R1、R2、R3和R4中的每个均独立地选自于由氢、烷基、芳基、烷氧基和它们的组合组成的组，m是在10至90的范围内的整数，n是在10至10,000的范围内的整数。10.如权利要求8所述的可充电锂电池，其中，造孔聚合物具有在大约500至大约1,000,000的范围内的重均分子量。11.如权利要求8所述的可...

【专利技术属性】
技术研发人员：李相旻，郑求轸，崔南顺，成旻锡，姜龙默，金性洙，里夫·克里斯滕森，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR