电极组件和包含该电极组件的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及电极组件和包含该电极组件的锂二次电池，该电极组件包括含有正极活性材料层的正极、含有负极活性材料层的负极和布置在负极和正极之间的隔板。所述负极活性材料层包括能与锂形成合金的金属性材料，且所述隔板包括含有陶瓷材料和粘结剂的多孔层。所述隔板形成厚度为负极活性材料层厚度的７～２０％。所述粘结剂构成隔板重量的５～２０％。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种电才及组件和包含该电才及组件的锂二次电池。
技术介绍
手持式电子装置正在变得更小更轻，这导致对小型的高容量电池的需求增加。特别是锂二次电池正在得到快速发展，因为锂电池具有单位重量的高能量密度和3.6V的操作电压，这比镍-镉电池或镍-金属氩化物电池高三倍。锂二次电池通过在正极和负极的锂离子的嵌入和解嵌来储存和释放电能。通过在正极和负极之间填充有机或聚合物电解液来制造锂二次电池。上述正极和负极包括能嵌入/解嵌锂离子的正极和负极活性材料。锂二次电池包括含有被顺序堆叠并巻绕成胶巻型形状的负极板、隔板和正极板的电极组件。该电极组件布置在有电解液的罐内，且使用盖组件来密封该罐。通常，锂金属被用作负极活性材料。但锂金属易形成枝状晶体，这会导致电池短路或爆炸。因此，诸如不定形碳或结晶碳等含碳材料通常用来取代锂金属。含碳阳极是多孔的，因此在充电和放电时含碳阳极的体积变化很小。这导致高电池稳定性。然而，由于含碳阳极相对高的多孔性，使用含碳阳极的电池具有低电池容量。例如，高结晶材料石墨，当以LiQ的形式时，具有约372mAh/g的理论容量密度。该密度只是金属锂的理论容量密度(即3860mAh/g)的约10%。为克服这些问题，对使用例如铝、锗、硅、锡、锌或铅等金属性材料作为负极活性材料的锂电池进行了积极研究，因为这些材料具有比含碳负极活性材料更高的容量和能量密度。例如，纯硅具有4017mAh/g的理论容量密度。通常，将诸如聚丙烯层、聚乙烯层或它们的多层等聚烯烃类非多孔聚合物层用作隔板。但是，由于快速放电/充电时产生的热，当其中的孔被阻塞时，这种聚烯烃类隔板会收缩。结果是，隔板收缩，使得部分正极和负极直接相互接触，这会导致短路、燃烧、断路或爆炸。当常规的聚烯烃类隔板与金属性负极活性材料一起使用时，隔板的收缩会增大。也就是说，与使用含碳负极活性材料相比，在充电和放电中金属负极活性材料产生大量的热，这些热进一步加剧隔板的收缩。上述金属性负极活性材料中包括的金属性材料在充电时吸收锂，因而负极活性材料膨胀约300~ 400%。当在放电时锂被释放，负极活性材料以相等的量收缩。这种体积变化降低了负极活性材料的导电性，且负极活性材料会变得与负极集流体分离，从而降低电池的寿命期限。
技术实现思路
本专利技术的各方案涉及电极组件和包含该电极组件的锂二次电池，该电极组件抗短路且具有良好的容量特性。根据本专利技术的一个方面，提供一种电极组件，包括含有正极活性材料层的正极；含有负极活性材料层的负极；和布置在负极和正极之间的隔板。所述负极活性材料层包括能与锂形成合金的金属性材料。所述隔板包括含有陶瓷材料和粘结剂的多孔层。形成的所述隔板的厚度为负极活性材料层厚度的7~20%。所述粘结剂构成多孔层总重量的5~20%。根据本专利技术的另 一方面，提供包括所述电极组件的锂二次电池。根据本专利技术的又一方面，所述锂二次电池具有至少3000mAh的容量。根据本专利技术的方案，上述金属性材料可包括从由SiO、 SnO和GeO构成的组中选4奪的至少一种。维。才艮据本专利技术的方案，上述碳纳米纤维具有lnm lmm的长度和1 ~ 40nm的直径。根据本专利技术的方案，负极可包括负极集流体，该负极集流体具有负极活性材料层厚度的5 ~ 10%的厚度。本专利技术的其它方面和/或优点将在随后的说明中部分地阐述，且其部分从说明书是显而易见的，或可通过本专利技术的实施被理解。附图说明由以下结合附图对示例性实施方式的描述中，本专利技术的这些和/或其它方面和优点将变得显而易见，且更易理解，其中图1示例了根据本专利技术的方案的二次电池的截面图。具体实施例方式现在将详细描述本专利技术的示例性实施方式，其实施例将结合附图详述，其中，相同的附图标记在全文中指代相同的元件。为了说明本专利技术的方案，下面参照附图对示例性实施方式进行描述。图1示出了根据本专利技术方案的二次电池200。 二次电池200包括电极组件100。电极组件100包括正极110、负极120和布置在它们之间的隔板130。隔板130包括含有陶瓷材料和粘结剂的多孔层。隔板130可通过涂布隔板浆料到正才及110和负极120中的一个或两个而形成。这种浆料通过混合陶瓷材料、溶剂和粘结剂而制得。隔板130可以是诸如常规的聚乙烯(PE)或聚丙烯(PP)隔板等膜型隔板。上述陶瓷材料可以是从由二氧化硅(Si02)、氧化铝(A1203 )、氧化锆(Zr02)和氧化钛(Ti02)构成的组中选择的至少一种。该陶瓷材料还可以是锆、铝、硅或钛的绝缘的氮化物、氢氧化物或酮，或它们的混合物。氮化物被限定成绝缘的，是因为一些诸如氮化钛(TiN)等氮化物是导电的，因而不包括在上述陶资材料中。上述粘结剂可以是合成橡胶类胶乳，或交联丙烯酸类橡胶。上述合成橡胶类胶乳可包括从由丁苯橡胶(SBR)胶乳、丁腈橡胶(NBR)胶乳、曱基丙烯酸曱酯丁二烯橡胶胶乳、氯丁二烯橡胶胶乳、羧基改性丁苯橡胶胶乳和聚有机硅氧烷改性聚合物胶乳构成的组中选择的至少一种。这些聚合物胶乳可以水分散液存在，且相对于100重量份的隔板130，固体聚合物胶乳可以0.1-20重量份添加。当粘结剂含量低于0.1重量份时，不能提供满意的对集流体的附着力。当粘结剂含量高于20重量份时，电池性能会变差。上述丙烯酸类橡胶可通过丙烯酸类主体单体的聚合物或共聚物和可交联的共聚单体之间的交联反应形成。由于具有弱结合结构，该聚合物或共聚物可易于断开，但当可交联的单体添加到该聚合物或共聚物中时，形成更牢固的网状结构。随着交联度增加，这种网状结构在溶剂中的溶胀减少。丙烯酸类橡胶粘结剂可具有如下三维结构，其中每10,000分子量单元的主链分子具有2~ 10个交键点，优选4~ 5个交键点。因而，当被浸入电解液中时，该丙烯酸类橡胶可抗溶胀。上述陶瓷材料在100(TC或更高的温度下分解，而丙烯酸类橡胶在250。C或更高的温度下降解。从而，隔板130可具有高耐热性和良好的溫度稳定性，以防止二次电池200内部短^^。丙烯酸烷氧基烷酯，包括丙烯酸曱氧基曱酯、丙烯酸曱氧基乙酯、丙烯酸乙氧基乙酯、丙烯酸丁氧基乙酯、丙烯酸曱氧基乙氧基乙酯和丙烯酸二环戊烯氧基乙酯；链烯基丙烯酸酯或链烯基曱基丙晞酸酯，包括曱基丙烯酸乙烯酯、丙烯酸乙烯酯、曱基丙烯酸烯丙酯、曱基丙烯酸-l,l-二曱基丙烯酯、丙烯酸l，l-二曱基丙烯酯、曱基丙烯酸-3,3-二曱基丁烯酯和丙烯酸-3,3-二曱基丁烯酯；不饱和二羧酸酯，包括二乙烯基衣康酸酯和二乙烯基马来酸酯；含乙烯基的醚，包括乙烯基-l,l-二曱基丙烯基醚和乙蹄基-3,3-二曱基丁烯基醚；1-丙烯酰氧基-l-苯乙烯；和曱基丙烯酸曱酯。丙烯酸烷基酯，包括丙烯酸2-乙基己酯、丙烯酸曱酯、丙烯酸乙酯、丙烯酸丙酯、丙烯酸丁酯、丙烯酸辛酯和丙烯酸异辛酯；链烯基氯代醋酸酯，包括 乙烯基氯代醋酸酯和丙烯基氯代醋酸酯；含缩水甘油基的酯或醚，包括缩水 甘油基丙烯酸酯、乙烯基缩水甘油基醚和丙烯基缩水甘油基醚；不饱和羧酸， 包括丙烯酸、曱基丙烯酸和马来酸；2-氯乙基乙烯基醚；氯曱基苯乙烯；和 丙烯腈。上述粘结剂构成多孔层的5~20wt%。粘结剂将陶瓷材料颗粒粘结在一 起并将隔板130粘接到活性材料层。因此，当粘结剂组成低于5%时，隔板 130的柔韧性、耐久性和附着力会降低。当粘结剂本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极组件，包括：　包含正极活性材料的正极；　包含能与锂形成合金的负极活性材料的负极；和　布置在所述负极和正极之间的隔板，其包括含有陶瓷材料和粘结剂的多孔层，　其中所述多孔层的厚度是负极活性材料厚度的７～２０％，且 所述粘结剂形成多孔层总重量的５～２０％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金真喜，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]