用于锂二次电池的阳极和使用该阳极的锂二次电池制造技术

一种用于锂二次电池的阳极含有活性材料和粘合剂混合物。活性材料可以吸留或释放锂。粘合剂混合物包括合成橡胶基乳胶型粘合剂、纤维素基增稠剂和丙烯酰胺基水溶性聚合物。极大地提高了电极材料之间和电极材料与集电器之间的粘合力。结果，可以意想不到地降低电池缺陷数量，电池缺陷数量是由于在制备过程中特别是轧制过程中电极板的低粘合力所导致的。同时，通过降低电极材料与集电器之间界面处的阻力，可以改善高速放电特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂二次电池，更具体而言，涉及一种用于锂二次电池的阳极和包括这种阳极的锂二次电池，在所述的阳极中，加强了电极材料之间和电解材料与集电器之间的粘合力，以改善阳极的特征和改善电池的性能。
技术介绍
二次电池已经作为移动式电气装置例如手机、PDA、便携式计算机、数码相机、可携式摄像机和MP3、电动汽车等的电源使用。因此，对可以重复充电和放电的二次电池的需求骤然上升。特别是，由于这些移动式电气装置的便携性依赖二次电池的事实，对具有高性能的电池需求大。在这些二次电池中，可再充电锂二次电池单位重量具有的能量密度是下列电池的3倍Pb蓄电池、Ni-Cd电池、Ni-H电池和Ni-Zn电池。此外，再充电锂二次电池可以迅速充电。由于这些优点，增加了对再充电锂二次电池的研究和开发。正考虑将含锂的过渡金属氧化物、硫属元素化合物如MoS2等用于锂二次电池的活性阴极材料。含锂的过渡金属氧化物的实例包括LiCoO2、LiNiO2、LiMnO4等。用于锂二次电池的活性阳极材料由锂金属、锂金属合金、石墨基或碳基材料等。如果阳极由锂金属组成，锂金属的体积由于在充电/放电期间锂的重复溶解和沉积而发生变化，并且针形锂树枝晶局部生长在锂金属上。针形锂树枝晶起到失效(dead)锂的作用，降低充电/放电效率，并且可以接触阴极，其导致在锂二次电池中的短路。为了解决这些问题，已经建议用可逆地嵌入和不嵌入锂的化合物作为阳极材料。这种化合物的实例包括石墨基或碳基材料、锂合金、金属粉末或金属硫化物。但是，如果使用板状的锂合金阳极制备电池，板状合金在充电/放电周期变薄，因此降低集电器的性能。结果是，电池的充电/放电周期特征恶化。当使用金属粉末、碳质材料、金属氧化物、金属硫化物等形成板状电极时，由于这些材料不能单独形成电极的事实，在制备过程中需要粘合剂。例如，日本公开专利申请No.HEI 4-255760涉及一种弹性橡胶基聚合物材料在使用碳质材料制备电极中作为粘合剂的应用。在制备用于锂二次电池的阳极的一般方法中，在粘合剂中包括含N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)的有机溶剂。但是，NMP对人体有害，其使制备过程复杂。此外，当它放电时，有机溶剂造成污染。为了解决这些问题，日本公开专利申请No.HEI 5-74461涉及一种制备水性活性阳极材料浆液的方法，其中水被用作溶剂，并且使用合成橡胶基乳胶型粘合剂和纤维素基增稠剂。但是，在制备阳极的过程中，只使用合成橡胶基乳胶型粘合剂和纤维素基增稠剂不能提供电极材料之间和电极材料与集电器之间的足够粘合力。结果，在铜集电器上涂布水阳极浆液的涂布过程之后，在使用辊式压制机的轧制过程中，电极材料与阳极分离，以粘附在辊式压制机上。粘附在辊式压制机上的电极材料在接下来的轧制过程中刮擦阳极，其导致电池中的缺陷。此外，在轧制过程后的组装过程中，其中通过轧制电极，来组装锂二次电池，电极材料与阳极分离，出现在通过折叠电极形成的角落。此外，如果锂二次电池包括粘合力差的阳极，在活性阳极材料和铜集电器之间的电接触变弱。结果，在高速放电期间的放电容量下降。因此，大量的研究集中在对粘合力差的阳极的解决办法上，在阳极中使用合成橡胶基乳胶粘合剂和纤维素基增稠剂。例如，通过提高合成橡胶基乳胶型粘合剂的数量，可以提高粘合力。但是，在这种情况中，阳极的能量密度下降，且在碳质材料之间的电导率下降，因此降低了电池的性能。因此，必须限制有用的纤维素基增稠剂的量。由于这些问题，有通过改变羧甲基纤维素基增稠剂的物理性能来提高粘合力的其它尝试。例如，日本公开专利申请No.1999-067213涉及一种包含聚合物胶乳和羧甲基纤维素(CMC)的粘合剂，其中醚化度(DE)为0.5至1，平均聚合度为300至1800。此外，日本公开专利申请No.2002-237305涉及包括一种包含丁二烯的橡胶和羧甲基纤维素的粘合剂，其中醚化度超过0.65。这些技术试图发现适宜醚化度的羧甲基纤维素，以提高电极材料之间和电极材料与集电器之间的粘合力。但是，在这些情况中，粘合力没有达到所需要的水平。此外在轧制过程中电极材料继续与阳极分离，并且粘附在辊式压制机上。
技术实现思路
专利技术概述本专利技术提供了一种用于锂二次电池的阳极，所述的阳极含有一种粘合剂，所述的粘合剂可以提高粘合力，以降低电池中的电池缺陷数量和提高电池性能，电池缺陷是由于在电极板制备过程特别是轧制过程中差的粘合力所导致的。本专利技术还提供包含所述阳极的锂二次电池。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于锂二次电池的阳极，所述的阳极包含嵌入和不嵌入锂的活性材料；和含有合成橡胶基乳胶型粘合剂、纤维素基增稠剂和丙烯酰胺基水溶性聚合物的粘合剂混合物。优选活性材料含有选自下组中的至少一种化合物至少一种碳质材料；含Al、Si、Sn、Ag、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb或Ti的锂合金；碳质材料和锂合金的复合物；和氮化锂组成的组，所述的碳质材料选自天然石墨、人造石墨、焦炭和碳质纤维。优选通过加入Sn氧化物、Si氧化物、P、B或无定形炭来改性碳质材料。优选合成橡胶基乳胶型粘合剂含有选自下列的至少一种化合物丁苯橡胶胶乳、丁腈橡胶胶乳、甲基丙烯酸甲酯丁二烯橡胶胶乳、氯丁二烯橡胶胶乳、羧基改性的丁苯橡胶胶乳和改性的聚硅氧烷基聚合物胶乳。优选纤维素基增稠剂含有选自下列的至少一种化合物羧甲基纤维素、羧乙基纤维素和羟乙基纤维素。优选丙烯酰胺基水溶性聚合物含有选自下列的至少一种化合物聚丙烯酰胺、聚(N，N-二甲基丙烯酰胺)和聚甲基丙烯酰胺。基于阳极组合物总重量，优选丙烯酰胺基水溶性聚合物的量为0.1至1.0重量％。根据本专利技术的另一个方面，提供一种包括阳极的锂二次电池，所述的阳极包含嵌入和不嵌入锂的活性材料；和含有合成橡胶基乳胶型粘合剂、纤维素基增稠剂和丙烯酰胺基水溶性聚合物的粘合剂混合物。优选活性材料含有选自下组中的至少一种化合物至少一种碳质材料；含Al、Si、Sn、Ag、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb或Ti的锂合金；碳质材料和锂合金的复合物；和氮化锂组成的组，所述的碳质材料选自天然石墨、人造石墨、焦炭和碳质纤维。优选通过加入Sn氧化物、Si氧化物、P、B或无定形炭来改性碳质材料。优选合成橡胶基乳胶型粘合剂含有选自下列的至少一种化合物丁苯橡胶胶乳、丁腈橡胶胶乳、甲基丙烯酸甲酯丁二烯橡胶胶乳、氯丁二烯橡胶胶乳、羧基改性的丁苯橡胶胶乳和改性的聚硅氧烷基聚合物胶乳。优选纤维素基增稠剂含有选自下列的至少一种化合物羧甲基纤维素、羧乙基纤维素和羟乙基纤维素。优选丙烯酰胺基水溶性聚合物含有选自下列的至少一种化合物聚丙烯酰胺、聚(N，N-二甲基丙烯酰胺)和聚甲基丙烯酰胺。基于阳极组合物总重量，优选丙烯酰胺基水溶性聚合物的量为0.1至1.0重量％。附图描述由于结合附图考虑时，通过参考下面的详细描述，本专利技术变得更容易理解，所以对本专利技术更完全的理解及其伴随的许多优点将容易明白，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的组成部分，其中附图说明图1是根据实施例7和8和比较例2制备的锂电池的高速放电特性的曲线图。专利技术详述根据本专利技术的实施方案，使用包含活性阳极材料和粘合剂混合物的阳极组合物制备用于锂二次电池的阳极。粘合剂混合物包括合成橡胶基乳胶型粘合剂、纤维素基增稠剂和丙烯酰胺基水溶性聚合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于锂二次电池的阳极，所述的阳极包含：嵌入和不嵌入锂的活性材料；和含有合成橡胶基乳胶型粘合剂、纤维素基增稠剂和丙烯酰胺基水溶性聚合物的粘合剂混合物。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：朴晋焕，吴泰炳，李大浩，赵吉元，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]