[发明专利]负极活性物质组合物、制备负极板的方法和锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及负极活性物质组合物、使用所述负极活性物质组合物制备负极板的方法、和使用所述负极活性物质组合物制造的锂二次电池。

背景技术

移动设备的新近发展和不断增加的需求已导致二次电池作为能源的高需求。在二次电池中，具有高能量密度和高电压的锂二次电池是可商购的且被广泛使用。

通常，锂二次电池包括作为正极活性物质的锂过渡金属氧化物和作为负极活性物质的锂金属、碳质材料、硅类材料或锡类材料。

碳质材料首先在20世纪90年代初由日本Sony Energy Tec Inc.引入，随后常常被用作锂二次电池的负极活性物质。目前，碳质材料实现了350mAh/g的理论容量。

最近，已对硅类负极活性物质进行了大量研究，因为硅、或硅、钴、镍或铁的合金可通过与锂的化合物形成反应而允许大量的锂可逆地嵌入和解嵌。而且，硅类负极活性物质具有约4,200mAh/g的理论最大容量，此容量是碳质材料的10倍。因此，硅类负极活性物质是可用作碳质材料替代物的高容量负极材料。

锡类负极活性物质具有990mAh/g的理论电容量，此容量是石墨电容量的2.7倍。因此，锡类负极活性物质也可与硅类活性物质一起用作石墨的替代物。

然而，在充电和放电期间，硅类负极活性物质和锡类负极活性物质经历体积变化，当它们与锂反应时体积增加为200至300倍。由于这种大的体积变化，如果充电和放电继续，负极活性物质从集流体分离，或电接触会因负极活性物质颗粒的粉碎而丧失。而且，因为这种负极活性物质具有起始容量的约50％的可逆放电容量，如果充电和放电继续，容量快速减少且循环寿命降低。

因此，需要开发防止在体积膨胀期间产生内部应力的负极活性物质组合物，从而防止因充电和放电期间这样的体积变化导致的活性物质与集流体的分离。

发明内容

本发明的一个或多个实施方式包括负极活性物质组合物，所述负极活性物质组合物通过在电极板上形成孔隙来防止体积膨胀期间出现内部应力。

本发明的一个或多个实施方式包括使用所述负极活性物质组合物制备负极板的方法。

本发明的一个或多个实施方式包括使用所述负极活性物质组合物制造的具有良好寿命特性的锂二次电池。

根据本发明的各实施方式，负极活性物质组合物包括负极活性物质、粘结剂和溶剂，其中所述溶剂可包括水性溶剂和有机溶剂。

根据本发明的其它实施方式，制备负极板的方法包括：混合负极活性物质、粘结剂和溶剂，以制备负极活性物质组合物；将所述负极活性物质组合物涂布到电极支撑体上；干燥所述负极活性物质组合物以形成干膜；和在所述干膜形成后，压制所得结构以形成包括负极活性物质层的负极板。所述溶剂包括水性溶剂和有机溶剂。

根据本发明的其它实施方式，锂二次电池包括负极、正极和电解液，所述负极包括集流体和在所述集流体上形成的负极活性物质层。所述负极活性物质层的混合密度为约1.0g/cc至约1.5g/cc。

所述负极活性物质层可具有约0.05m²/g至约0.60m²/g的BET比表面积。

负极可使用所述负极活性物质组合物制备。

根据本发明的实施方式，负极活性物质组合物和使用所述负极活性物质组合物制备负极板的方法能够在所述负极板上形成孔隙，以防止体积膨胀期间产生内部应力。因此，使用所述负极活性物质组合物制造的锂二次电池具有良好的寿命特性。

附图说明

图1为比较根据实施例1至4和对比例1制备的干膜的厚度的曲线图。

图2为比较根据实施例1至4和对比例1制备的负极板的负极活性物质层的BET比表面积的曲线图。

图3为比较包括根据实施例1至4和对比例1制备的负极板的半电池的寿命特性的曲线图。

图4为根据本发明一个实施方式的锂二次电池的截面透视图。

具体实施方式

下文中，将描述负极活性物质组合物、使用所述负极活性物质组合物制备负极板的方法、和使用所述负极活性物质组合物制造的锂二次电池的一些实施方式。然而，这些实施方式仅是示例性的，且本发明不限于此。

根据本发明实施方式的负极活性物质组合物包括负极活性物质、粘结剂和溶剂，其中所述溶剂可包括水性溶剂和有机溶剂。本文所用的术语“水性溶剂”是指包含水的溶剂，本文所用的术语“有机溶剂”是指不含水的溶剂。