锂电池的负极活性物质及负极的制备方法以及这种锂电池技术

本发明专利技术公开了一种可充电锂电池的负极活性物质组合物，采用该组合物制备可充电锂电池负极的方法，以及采用该组合物的可充电锂电池。该负极活性物质组合物包括负极活性物质，能够在充放电期间于负极上形成表面电解质界面膜的添加剂，粘合剂，以及有机溶剂。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种负极活性物质组合物，利用该组合物制备可充电锂电池负极的方 法以及利用该组合物制备的可充电锂电池，更具体地，本专利技术涉及能够防止气体产生的负 极活性物质组合物，采用该组合物制备可充电锂电池负极的方法，以及采用该组合物制备 的可充电锂电池。
技术介绍
当可充电锂电池充电时，正极与负极之间开始产生电位差。这种电位差使负极表 面与电解液反应，由此在负极表面上产生固体电解液界面(SEI)薄膜。SEI薄膜有助于锂离 子嵌入或从负极中脱出。但是，作为同时发生的副反应，电解液的分解产生气体，从而使电 池的内压升高。结果，发生电池增厚、电池容量降低的溶胀现象，而且由于变形，难于制备各 种类型的长方形电池。因此，已经努力尝试阻止气体产生。尝试之一是向电解液中加入事先分解的添加剂。这可以降低所产生的气体的量， 但是效果不充分，因为添加剂与负极之间的反应由于多孔负极的形态而不均勻地进行。而 且，添加剂浓缩在负极表面，积极地接触电解液，使锂金属因为负极上的过电压而沉积在负 极表面。这导致电池性能因子如循环寿命以及高速和低温特性的突然恶化。这还使得难 于在负极表面形成SEI薄膜，进而导致电池不稳定。另一种尝试是在惰性气氛下通过电池的初始充电除去气体。然而，该方法的缺点 在于不经济，因为需要额外的初始充电设备。
技术实现思路
在一个实施方案中，本专利技术涉及可充电锂电池的负极活性物质组合物，包括负极 活性物质，添加剂，粘合剂，及有机溶剂。该添加剂能够在充放电期间于负极表面形成固体 表面界面薄膜。负极活性物质包含碳质材料。本专利技术还提供一种制备可充电锂电池负极的方法。在该方法中，将添加剂，粘合 剂，负极活性物质，及有机溶剂混合制成负极活性物质组合物，并将该组合物涂布在集电体 上。本专利技术还涉及一种可充电锂电池，包括具有添加剂和负极活性物质的负极，具有 锂嵌入型正极活性物质的正极，以及电解液。附图说明参照下面的详述并结合附图，不仅可以更好地理解，而且可以更容易地给出对本 专利技术及其所伴随的很多优点的评价，在附图中图1示出了根据本专利技术实施方案的可充电锂电池。具体实施例方式下面将详细地阐述本专利技术的具体实施方案，其实例说明于附图和具体的实例中。 下面描述具体的实施方式，以便结合附图和具体实例对本专利技术进行说明。本专利技术涉及防止因气体产生而导致的溶胀现象，其为SEI薄膜制备的副反应。当 电池初始充电在负极表面形成SEI薄膜时，这种气体产生因为负极表面与电解液之间的反 应而发生。通常，为了克服这种缺点，已经尝试使用添加剂(气体产生抑制剂)，但是该添加 剂导致电池性能恶化。本专利技术所采用的材料可以在初始充电期间于负极表面形成SEI薄膜而不导致气 体产生和电池性能恶化。这种材料(下文中称之为“添加剂”)可以包括具有S或P的化合物，或者碳酸酯 基化合物。具有S或P的化合物的分子结构中包括S = 0键或P = 0键。具有S或P的化 合物的实例包括乙烯基砜，SO2气体，及1，3-丙烷磺内酯，而碳酸酯基化合物的实例包括碳 酸亚乙烯酯。作为选择，可以使用含有SEI薄膜组分的化合物。当添加剂加到负极活性物 质组合物中时，可以在初始充电时阻止负极表面与电解液之间的反应，进而抑制气体产生， 这可以防止电池厚度的增加和容量的降低。本专利技术的负极活性物质组合物包括一种或多种碳质材料，其为众所周知的负极活 性物质。也就是说，可以使用促进电化学氧化还原反应且其中可以发生锂离子之可逆嵌入 和脱出的任何化合物，其实例包括无定形碳和结晶碳。无定形碳可以是软碳、硬碳、中间相 浙青碳化材料或焦碳。结晶碳可以是无定形的、板状的、片状的、球状的或纤维状的天然石墨或人造石墨。负极活性物质组合物包括有机溶剂。有机溶剂可以是现有技术中已知的任何溶 剂，如N-甲基吡咯烷酮。溶剂和负极活性物质的量在本专利技术中不是严格的，但应当足以提 供适当的粘度，以使组合物容易涂布到集电体上。负极活性物质组合物还可以包括粘合剂以将活性物质粘附到集电体上。该粘合剂 可以是常规负极活性物质组合物中所使用的任何常规粘合剂，只要能够溶解于所使用的溶 剂。粘合剂的实例为聚偏二氟乙烯。下面描述采用该组合物制备负极的方法。将添加剂与有机溶剂混合，并向所得混合物中加入粘合剂，由此得到粘合剂液体。 向粘合剂液体中加入负极活性物质制得负极活性物质组合物。溶剂和负极活性物质的量在 本专利技术中不是严格的，但是应当足以提供适当的粘度，以便容易将组合物涂布到集电体上。将负极活性物质组合物涂布到集电体上，制得负极活性浆状体(负极活性物质、 粘合剂与添加剂的混合物)形成于集电体上的负极。添加剂的量优选为负极活性浆状体重量的0. 01 1. 0%。根据现有技术中任何已知的方法，利用负极、正极、隔板和电解液制备可充电锂电 池。在一个实施方案中，正极包括锂嵌入型化合物的正极活性物质，所述锂嵌入型化 合物选自下列式1 12的化合物LixMrvyMyA2(1)LixMrvyMyCVi(2)LixMn2O4-A⑶LixCcvyMyA2⑷LixCcVyMyOh(5)LixNi1^yMyA2(6)LixNi1^yMyO2-,(7)LixNi1^yCoyO2-A(8)LixNi1^zCoyMzAα(9)LixNi1^zCoyMzO, - α X α(10)LixNi1-^zMnyMzAα(11)LixNi1^zMnyMzO, - α X α(12)这里，0.9 <X :(1.1,0彡Co, Mn, Cr, Fe, Mg, Sr, V,以及稀土元素中的至少一种元素；A选自0，F，S，及P ；且X选自F， S，及 P。电解液包括支撑盐和有机溶剂。支撑盐可以是任何盐，只要其活化正负极之间的 锂离子运动。其实例包括六氟磷酸离(LiPF6),四氟硼酸锂(LiBF4),六氟砷酸锂(LiAsF6), 高氯酸锂(LiClO4),三氟甲磺酸锂(CF3SO3Li),以及它们的混合物。有机溶剂可以是环状的 碳酸酯如碳酸亚乙酯或碳酸亚甲酯，或者线形的碳酸酯如碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲 乙酯或碳酸甲丙酯。根据本专利技术实施方案的可充电锂电池示于图1中，并且包括外壳1，其中装有正极 3，负极4，及放置于正极3与负极4之间的隔板2。但是，应当理解，也可以采用本专利技术的正 极活性物质构建其它的锂电池。下面的实施例更详细地说明本专利技术。但是，应当理解，本专利技术并不受限于这些实施 例。实施例1将0. 22%重量的乙烯基砜加到39. 91%重量的N-甲基吡咯烷酮中。将其混合大 约10分钟，使乙烯基砜完全溶解于N-甲基吡咯烷酮中。向所的混合物中加入3. 59%重量 的聚偏二氟乙烯粘合剂，并混合制成粘合剂液体。向粘合剂液体中加入56.重量的石墨 负极活性物质制得负极活性物质浆液。其后，从浆液中除去所产生的气泡，并将所得材料摇 动老化大约10小时。结果，制得负极活性物质浆液。将该浆液以预定的厚度涂布在Cu集电体上并在150°C下干燥，以蒸发N-甲基吡咯 烷酮，进而制得负极。压制并切割干燥的集电体，然后在150°C真空干燥10分钟，以从集电 体中除去残余的N-甲基吡咯烷酮。利用负极，LiCoO2正极，及聚丙烯薄膜隔板，制备ICP50;3465A-型可充电锂电池。 作为电解液，可以使用IM LiPF6W碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种负极活性物质组合物，包括：包含碳质材料的负极活性物质；能够在充放电期间于负极上形成表面电解质界面膜的添加剂，其中该添加剂选自乙烯基砜；粘合剂；及有机溶剂，其中所述添加剂的量按负极活性物质、粘合剂和添加剂的总重量计为０．０１～１．０％。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金昌燮，金柱衡，朴彦植，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR