可充电锂电池的负极活性材料和负极及可充电锂电池制造技术

本发明专利技术提供了一种负极活性材料、一种包括该负极活性材料的负极和一种包括该负极的可充电锂电池。一种可充电锂电池的负极的负极活性材料包括金属性活性材料核和聚合物，聚合物具有至少为40MPa的抗拉强度且涂覆在金属性活性材料颗粒上。聚合物控制负极活性材料的体积膨胀并提高电池的循环寿命特性。

Negative electrode active material for rechargeable lithium battery and negative electrode and rechargeable lithium battery

The present invention provides a negative electrode active material, a negative electrode including the negative electrode active material, and a rechargeable lithium battery including the negative electrode. A negative electrode active material for a rechargeable lithium battery includes a metal active material, a core, and a polymer having a tensile strength of at least 40MPa and coated on a metal active material particle. The polymer controls the volume expansion of the negative active material and improves the cycle life characteristics of the battery.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的各方面涉及一种负极活性材料、一种包括该负极活性材料的负极和一种包括该负极的可充电锂电池。
技术介绍
近来，可充电锂电池作为便携式电子装置的电源已经引起了人们的注意。可充电锂电池使用有机电解质溶液，从而与传统的使用碱性水溶液的电池相比，可充电锂电池具有两倍于传统电池的放电电压且能量密度更高。对于可充电锂电池的正极活性材料，已经研究了能够嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物，例如LiCoOyLiMr^CVLiNiC^LiNihCc^OjO < χ < 1)、LiMnO2 等。对于可充电锂电池的负极活性材料，已经使用了各种可以嵌入和脱出锂离子的碳基材料，例如，人工石墨、天然石墨和硬碳。因为与锂相比，石墨具有-0.2V的较低的放电电势，所以石墨增大了电池的放电电压和能量密度。使用石墨作为负极活性材料的电池具有 3. 6V的高平均放电电势和优良的能量密度。此外，因为石墨由于显著的可逆性而对电池保证了较好的循环寿命，所以石墨是在前面提到的碳基材料中最广泛使用的材料。然而，石墨活性材料的密度低，因此，在每单位体积的能量密度方面容量低。此外，石墨很可能在高放电电压下与有机电解液反应，这样会导致电池燃烧或爆炸。为了解决这些问题，近来已经对氧化物负极活性材料进行了大量的研究。例如，由日本富士胶卷有限公司(Fuji Film Co. ,Ltd. Japan)开发的非晶氧化锡具有单位重量的高容量(800mAh/g)。然而，这种氧化物造成了一些严重缺陷，例如，达到50%的高初始不可逆容量。此外，氧化锡在充电反应或放电反应期间趋于被还原为锡金属，这就降低了电池在使用时的接受性。参照另一种氧化物负极，在第2002-216753号日本专利公布中公开了负极活性材料LiaMgbVOc (0. 05彡a彡3，0. 12彡b彡2，2彡2c_a_2b彡5)。在2002年日本电池会议 (Preview No. 3B05)上还呈现了包含LihlVa9O2的可充电锂电池的特性。然而，这些氧化物负极没有表现出足够的电池性能，因此，正在进行对其它氧化物负极材料的大量研究。
技术实现思路
本专利技术的一个示例性实施例提供了一种改善可充电锂电池的循环寿命特性的负极活性材料。如这里所使用的，当没有提供特定的定义时，术语“涂覆”表示部分地或全部地设置在物体的表面上。本专利技术的另一示例性实施例提供了一种包括该负极活性材料的负极和一种包括该负极的可充锂电池。负极活性材料包括金属性活性材料和高强度聚合物，其中，高强度聚合物具有至少40MPa的抗拉强度且涂覆在所述金属性活性材料颗粒上。根据本专利技术的各方面，金属性活性材料可以包括锂金属、能够与锂合金化的金属、 锂合金、能够与锂可逆地掺杂和分开的或能够可逆地形成含锂化合物的金属或半金属或者它们的组合。根据本专利技术的各方面，金属性活性材料可以是过渡金属氧化物或所述金属性材料的氧化物。根据本专利技术的各方面，金属性活性材料可以选自于由锂钒基氧化物、锡氧化物 (SnOx,0 < χ彡2)、硅氧化物(SiOx,0 < χ < 2)、磷氧化物和它们的组合组成的组。根据本专利技术的各方面，高强度聚合物的抗拉强度可以在从40ΜΙ^至200MPa的范围。根据本专利技术的各方面，高强度聚合物可以是下面的化学式2至化学式5中的一种化合物。权利要求1.一种用于可充电锂电池的负极活性材料，包括金属性活性材料；聚合物，抗拉强度至少为40MPa且涂覆在金属性活性材料颗粒上，其中，所述聚合物是通过酰胺酸的亚胺化生成的化合物，所述酰胺酸是由二酐化合物和二胺化合物之间的反应得到的。2.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，金属性活性材料选自于由锂金属、能够与锂合金化的金属、锂合金、能够与锂可逆地掺杂和分开的或能够可逆地形成含锂化合物的金属或半金属及它们的组合组成的组。3.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，金属性活性材料包括过渡金属氧化物。4.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，金属性活性材料选自于由锂钒基氧化物、 锡氧化物SnOx、硅氧化物SiOx、磷氧化物和它们的组合组成的组，其中，锡氧化物SnOx中的χ 满足0 < χ彡2，硅氧化物SiOx中的χ满足0 < χ < 2。5.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，聚合物的抗拉强度的范围是从40ΜΙ^至 200MPa。6.如权利要求3所述的负极活性材料，其中，聚合物的抗拉强度的范围是从50MPa至 150MPao7.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述二酐化合物选自于由具有下面的化学式6至化学式9的化合物组成的组8.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，所述二胺化合物选自于由下面的化学式 10至化学式15组成的组 9.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，聚合物具有从10000至1000000范围内的重均分子量。10.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，负极活性材料包括0.Iwt %至2wt %的聚合物。11.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，以Inm至IOOnm的范围内的平均厚度涂覆聚合物。12.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，负极活性材料的体积膨胀率按体积百分比计在从15%至40%的范围内。13.如权利要求12所述的负极活性材料，其中，负极活性材料的体积膨胀率按体积百分比计在从20%至30%的范围内。14.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，还包括含在聚合物中的导电材料。15.如权利要求14所述的负极活性材料，其中，导电材料是含碳材料。16.一种用于可充电锂电池的负极，包括集流体和设置在所述集流体上的负极活性材料层，其中，所述负极活性材料层包括金属性活性材料；聚合物，抗拉强度至少为40MPa并涂覆在金属性活性材料颗粒上； 粘结剂，其中，所述聚合物是通过酰胺酸的亚胺化生成的化合物，所述酰胺酸是由二酐化合物和二胺化合物之间的反应得到的。17.如权利要求16所述的负极，其中，金属性活性材料选自于由锂金属、能够与锂合金化的金属、锂合金、能够与锂可逆地掺杂和分开的或能够可逆地形成含锂化合物的金属或半金属及它们的组合组成的组。18.如权利要求16所述的负极，其中，金属性活性材料包括过渡金属氧化物。19.如权利要求16所述的负极，其中，金属性活性材料选自于由锂钒基氧化物、锡氧化物SnOx、硅氧化物SiOx、磷氧化物和它们的组合组成的组，其中，锡氧化物SnOx中的χ满足0 < χ≤2，硅氧化物SiOx中的χ满足0 < χ < 2。20.如权利要求16所述的负极，其中，聚合物的抗拉强度的范围是从40ΜΙ^至200MPa。21.如权利要求20所述的负极，其中，聚合物的抗拉强度的范围是从50MPa至150MPa。22.如权利要求16所述的负极，其中，所述二酐化合物选自于由下面的化学式6至化学式9组成的组 23.如权利要求16所述的负极，其中，所述二胺化合物选自于由下面的化学式10至化学式15组成的组 24.如权利要求16所述的负极，其中，聚合物具有从10000至1000000范围内的重均分子量。25.如权利要求16所述的负极，其中，负极活性材料包括0.至2wt%的聚合物。26.如权利要求16所述的负极，其中，以从Inm至IOOnm的范围内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于可充电锂电池的负极活性材料，包括：金属性活性材料；聚合物，抗拉强度至少为４０ＭＰａ且涂覆在金属性活性材料颗粒上，其中，所述聚合物是通过酰胺酸的亚胺化生成的化合物，所述酰胺酸是由二酐化合物和二胺化合物之间的反应得到的。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：崔南顺，李济玩，柳京汉，金性洙，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR