用于可再充電鋰電池的負(fù)極和包括其的可再充電鋰電池的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本文所述的技術(shù)一般地涉及可再充電鋰電池。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為用于小型可攜帶電子裝置和使用有機(jī)電解液的電源，鋰可再充電電池最近受 到關(guān)注。鋰電池可以具有兩倍于利用堿性水溶液的常規(guī)電池或更高的放電電壓，并且因此 具有高的能量密度。
[0003] 對于可再充電鋰電池的正極活性物質(zhì)，通常使用具有能夠嵌入鋰離子的結(jié)構(gòu)的 鋰-過渡金屬氧化物，例如，LiC〇02、LiMn204、LiNi 1 XC〇X02(0〈X〈1)等。對于負(fù)極活性物質(zhì)， 通常使用可嵌入和脫嵌鋰離子的各種碳類材料，例如人造石墨、天然石墨和硬碳。
[0004] 可通過涂覆其中混合有活性物質(zhì)、粘結(jié)劑和溶劑的漿料，并將其分散于集電器上 并干燥來形成電極。在本文中，當(dāng)涂覆漿料大于或等于預(yù)定水平時，即，厚度，則涂層與集電 器可具有弱的粘附性，并且因此引起電極上的裂紋。為了改善這個問題，可以包括更多的粘 結(jié)劑，這可使電極的浸漬性變差。電極的浸漬性變差可隨后使諸如循環(huán)壽命等電池性能變 差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明實施方式中的一個為用于可再充電鋰電池的負(fù)極，其通過改善厚膜電極的 柔性以防止裂紋并且改善粘附性和浸漬性而具有改善的循環(huán)壽命特性。
[0006] -個實施方式提供了用于可再充電鋰電池的負(fù)極，其包括負(fù)極活性物質(zhì)和粘 結(jié)劑，其中粘結(jié)劑包括羧甲基纖維素和苯乙烯-丁二烯橡膠，且羧甲基纖維素具有約 300, 000g/mol 至約 500, 000g/mol 的重均分子量。
[0007] 羧甲基纖維素可以包括由以下化學(xué)式1表示的重復(fù)單元和由以下化學(xué)式2表示的 重復(fù)單元。
[0008] 化學(xué)式1
[0009]
[0010] 在上述化學(xué)式1中，
[0011] R1至R3獨立地為氫或-(CH2)pl-COOX 1,并且R1至R3中的至少一個為-(CH2) P1-COOX1,其中P1為范圍從1至5的整數(shù)，且X 1為堿金屬，以及
[0012] nl為大于或等于600的整數(shù)。
[0013] 化學(xué)式2
[0014]
[0015] 在上述化學(xué)式2中，并且
[0016] η2為0至2000的整數(shù)。
[0017] 羧甲基纖維素可具有約0. 5至約0. 7的用羧酸鹽基取代羥基的取代度。
[0018] 由上述化學(xué)式1表示的重復(fù)單元的摩爾數(shù)（nl)和由上述化學(xué)式2表示的重復(fù)單 元的摩爾數(shù)（n2)之和可以為約1300至約3000。
[0019] 基于負(fù)極活性物質(zhì)和粘結(jié)劑的總量，可包括約0. 4wt%至約2wt%的量的羧甲基 纖維素。
[0020] 苯乙烯-丁二烯橡膠的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度可以大于約-50°C且小于約20°C。
[0021] 苯乙稀-丁二稀橡膠的平均粒徑（D50)可以為約IOOnm至約250nm。
[0022] 基于負(fù)極活性物質(zhì)和粘結(jié)劑的總量，可包括約0. 5wt%至約2wt%的量的苯乙 烯-丁二烯橡膠。
[0023] 粘結(jié)劑可進(jìn)一步包括聚乙烯醇。
[0024] 聚乙烯醇可以包括由以下化學(xué)式3表示的重復(fù)單元。
[0025] 化學(xué)式3
[0026]
[0027] 在上述化學(xué)式3中，m為大于或等于1500的整數(shù)。
[0028] 基于負(fù)極活性物質(zhì)和粘結(jié)劑的總量，可包括大于約Owt %且小于或等于約 0. 5wt%的量的聚乙稀醇。
[0029] 可包括約95:5至約99:1的重量比的負(fù)極活性物質(zhì)和粘結(jié)劑。
[0030] 荷載水平，每單位面積的負(fù)極的重量比，可以大于或等于約12mg/cm2,且填充密 度，每單位體積的負(fù)極的重量比，可以大于或等于約I. 60g/cc。
[0031 ] 另一實施方式提供了可再充電鋰電池，其包括用于可再充電鋰電池的負(fù)極。
[0032] 另一方面，提供了可再充電鋰電池，其包括負(fù)極；正極；和電解質(zhì)溶液。
[0033] 在上述可再充電鋰電池中，正極包括正極活性物質(zhì)層。在上述可再充電鋰電池中， 電解質(zhì)溶液包含非水性有機(jī)溶劑和鋰鹽。在上述可再充電鋰電池中，鋰鹽為LiPF6、LiBF4、 LiSbF6、LiAsF6、LiN(S03C2F5) 2、LiC4F9S03、LiC104、LiA10 2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1S02) (CyF2y+1S02) (其中4和7為自然數(shù)，例如，1至20的整數(shù)）、1^(：1、1^1、1^8((：204) 2(二（草酸）硼酸鋰， LiBOB)或它們的組合。在上述可再充電鋰電池中，鋰鹽的濃度范圍為從約0.1 M至約2. 0M。 在上述可再充電鋰電池中，非水性有機(jī)溶劑選自碳酸酯類溶劑、酯類溶劑、醚類溶劑、酮類 溶劑、醇類溶劑或非質(zhì)子溶劑。
[0034] 以下的詳細(xì)描述中包括其他的實施方式。
[0035] 本發(fā)明的具有改善的循環(huán)壽命特性的可再充電鋰電池的實施方式可通過改善厚 膜電極的柔性以防止裂紋并且也改善粘附性和浸漬性而實現(xiàn)。
【附圖說明】
[0036] 圖1是示出了根據(jù)一個實施方式的可再充電鋰電池的示意圖。
[0037] 圖2是示出了根據(jù)實施例1和2及比較例1和2的可再充電鋰電池單元的循環(huán)壽 命特性的圖示。
【具體實施方式】
[0038] 下文中，詳細(xì)描述了本發(fā)明的實施方式。然而，這些實施方式是示例性的，而且本 公開不限于此。
[0039] 圖1是示出了根據(jù)一個實施方式的可再充電鋰電池的示意圖。
[0040] 參見圖1，根據(jù)一個實施方式的可再充電鋰電池100包括正極112、面向正極112 的負(fù)極114、插入在負(fù)極114和正極112之間的隔板113、浸漬隔板113的電解液（未示出）、 電池殼體120,以及密封該電池殼體120的密封膜140。
[0041] 負(fù)極包括集電器和置于集電器上的負(fù)極活性物質(zhì)層。
[0042] 根據(jù)一個實施方式，可形成負(fù)極活性物質(zhì)層以在集電器的一側(cè)上具有大于或等于 約12mg/cm2的荷載水平。如在本文中使用的，荷載水平是指每單位面積的重量比率。在一 些實施方式中，負(fù)極可以是在橫截面上具有大于或等于約12mg/cm2的荷載水平的厚膜電 極。在優(yōu)選的實施方式中，負(fù)極可具有約12mg/cm2至約15mg/cm2的荷載水平。這種厚膜電 極可增加可再充電鋰電池的容量。
[0043] 負(fù)極活性物質(zhì)層可以包括負(fù)極活性物質(zhì)和粘結(jié)劑。
[0044] 粘結(jié)劑可以包括羧甲基纖維素、聚乙烯醇和苯乙烯-丁二烯橡膠。在一些實施方 式中，可通過混合兩種或更多種這些材料來獲得粘結(jié)劑，其可以改善負(fù)極的柔性、粘附性和 浸漬性，即使負(fù)極是厚的。
[0045] 在一些實施方式中，羧甲基纖維素可具有約300, 000g/mol至約500, 000g/mol的 重均分子量。在一個實施方式中，羧甲基纖維素可具有約350, 000g/mol至約500, 000g/mol 的重均分子量。當(dāng)羧甲基纖維素具有在上述范圍內(nèi)的重均分子量時，粘結(jié)劑在集電器表面 上具有優(yōu)異的粘附性并且防止在電極上產(chǎn)生裂紋，并因此抑制充電和放電期間負(fù)極活性物 質(zhì)的分離（detachment)，并且由此可改善循環(huán)壽命特性。羧甲基纖維素的重均分子量表示 通過凝膠滲透色譜法以聚苯乙烯為標(biāo)準(zhǔn)樣品測量的重均分子量。
[0046] 羧甲基纖維素可具有包括由以下化學(xué)式1表示的重復(fù)單元和由以下化學(xué)式2表示 的重復(fù)單元的結(jié)構(gòu)。
[0047] 化學(xué)式
[0048]
[0049] 在上述化學(xué)式1中，
[0050] R1至R 3獨立地為氫或-(CH 2) pfCOOX1，并且R1至R 3中的至少一個為-(CH 2) P1-COOX1,其中P1為范圍從1至5的整數(shù)，且X 1為堿金屬，以及
[0051] nl為大于或等于600的整數(shù)。
[0052] 在上述化學(xué)式1中，X1可以是堿金屬如Na、Ca等。
[0053] 化學(xué)式2
[0054]
[0055] 在上述化