[发明专利]负极活性材料、制造负极的方法及含其的可再充电锂电池

说明书

技术领域

本公开内容涉及可再充电锂电池的负极活性材料、制备负极的方法和包括其的可再充电锂电池。

背景技术

可再充电锂电池作为用于小型便携式电子装置的电源近来已引起注意。它们使用有机电解质溶液且从而具有至少两倍于使用碱性水溶液的常规电池的放电电压，且因此具有更高的能量密度。

至于可再充电锂电池的正极活性材料，已有对可嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等进行的研究。

至于负极活性材料，已使用能够嵌入/脱嵌锂的各种基于碳的材料如人造石墨、天然石墨和硬碳，且目前，广泛采用基于石墨的材料如人造石墨和天然石墨。由于基于石墨的负极活性材料不还原锂金属，因此不由枝晶导致内部短路且因而不存在源于内部短路的缺陷。

然而，基于石墨的活性材料具有约372mAh/g的理论锂吸留容量，其占理论锂金属容量的10％，这是非常小的。因此，由于要求高容量，正在再次对曾经在可再充电电池开发的初期使用的基于金属的负极活性材料如Si进行研究。

基于金属的负极活性材料具有高容量，但由于在充电和放电期间大的膨胀和收缩而显示显著降低的循环寿命。

发明内容

本公开内容的一个实施方式提供具有优异的循环寿命特性的用于可再充电锂电池的负极活性材料。

本发明的另一实施方式提供负极的制造方法。

本发明的又一实施方式提供包括所述负极的可再充电锂电池。

根据本发明的一个实施方式，提供由以下化学式1表示的用于可再充电锂电池的负极活性材料。

[化学式1]

X-Ra-Rb

在化学式1中，

X为包括金属的活性材料，且所述活性材料的官能团已与硅烷偶联剂反应，

Ra为来自硅烷偶联剂的残余基团，和

Rb为包括由以下化学式2a表示的第一重复单元的聚合物。

[化学式2a]

在化学式2a中，

R¹⁰～R¹³相同或不同，且为氢、或者取代或未取代的C1～C5烷基，和n₁为1～100000的整数，和*为化学键。所述取代的C1～C5烷基为其中至少一个氢被氨基、丙烯酰基、乙烯基、环氧基或苯基代替的基团。

所述来自硅烷偶联剂的残余基团Ra可由以下化学式3表示。

[化学式3]

在化学式3中，

R¹、R²和R³相同或不同，且为氢、或者取代或未取代的C1～C5烷基，

R⁴为COOH、氨基、丙烯酰基、乙烯基、环氧基或苯基，

R⁵为取代或未取代的C1～C亚烷基，和

Y为硅烷官能团。

在本发明的一个实施方式中，式2a的聚合物可为进一步包括与第一重复单元一起的以下化学式2b的第二重复单元的共聚物。

[化学式2b]

在化学式2b中，

R²⁰～R²²相同或不同，且为氢、或者取代或未取代的C1～C5烷基。所述取代的C1～C5烷基为其中至少一个氢被氨基、丙烯酰基、乙烯基、环氧基或苯基代替的基团。

所述聚合物可为进一步包括第二重复单元的共聚物，且所述共聚物可以约0.9∶0.1～约0.1∶0.9的摩尔比包括所述第一重复单元和第二重复单元。

根据本发明的另一实施方式，提供制造用于可再充电锂电池的负极的方法，包括：将硅烷偶联剂、溶剂和水混合以提供水解产物；将活性材料添加到该水解产物中以实施缩合反应并提供缩合产物；将包含单体、低聚物和引发剂的媒介物(vehicle)添加到该缩合产物中以提供混合物；将该混合物涂覆在集流体上；使集流体上的混合物聚合。