[发明专利]改良粘附力的用于阳极的混合物以及含其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有改良粘附力的阳极混合物(anode mix)及含该阳极混合物的锂二次电池。具体地，本发明涉及包含阳极活性材料、导电材料以及粘结剂的用于二次电池的阳极混合物，其中基于混合物的总重量，所述阳极混合物含有0.01至1.0重量％的具有小于1000nm的平均粒径的氧化铝；并涉及含该阳极混合物的锂二次电池。

背景技术

因例如笔记型电脑、移动电话、可携式摄像机和数码相机等便携式电子设备使用的快速膨胀，导致了对作为这些电子设备电力来源的具有高能量密度的二次电池需求增加，也对用于电动车辆(EV)的二次电池有所需求。这些二次电池的典型实例为，包含含碳材料的阳极、锂金属氧化物的阴极、聚烯烃材料的隔膜以及非水电解质的锂二次电池。

锂二次电池的电极一般通过在金属箔上涂覆电极浆(electrodeslurry)制备。就此而论，电极浆通过在如NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)的适当溶剂中混合电极混合物制备，所述电极混合物通常由用于储存能量的电极活性材料、用于赋予导电性的导电材料以及粘结电极薄片与导电材料的粘结剂组成。

根据所期望的目的和应用，通常在锂二次电池中添加各种类型的材料。例如无机材料可能通常作为这种添加剂添加。本发明通过添加少量具有特定粒径的氧化铝至阴极混合物中，以达到电池寿命特性的改良。

关于这一点，一些使用氧化铝作为电极成分的现有技术，将在下文回顾。

韩国专利登记No.508920公开了一种利用元素硫及硫基化合物作为阴极活性材料代替锂过渡金属氧化物的锂-硫二次电池。根据此项技术，经由添加基于阴极混合物总重量为1至50重量％的具有小于35000nm的粒径尺寸的氧化铝，电池容量及寿命特性得到改善。此专利声明当添加氧化铝的量少于1重量％时，电池性能上所期望的改善无法因添加添加剂而获得。

韩国专利早期公开No.2005-14189公开了一种技术，通过在锡和碳组成的阳极活性材料中添加1至3重量％的Al₂O₃和5至10重量％的LiCo₃，减少了锂二次电池容量降低，并改善了锂二次电池充电/放电循环特性。这个专利没有明确描述氧化铝(Al₂O₃)的粒径，且仅显示添加少于1重量％的氧化铝不能导致电池容量的增加。

日本专利登记No.3245886公开了一种降低因高温储存下残余碱的存在产生的电池效能恶化的技术，其涉及基于1摩尔阴极活性材料，添加0.002至0.2摩尔SiO₂、Al₂O₃等至LiCoO₂阴极活性材料中，从而减少残余的碱量。该日本专利并没有明确揭示在专利中使用的氧化铝的粒径，并且从其工程实例可以相信，低于以上指定的含量范围添加这些添加剂，并不能解决与电池效能恶化相关的问题。此外，这个日本专利还声明将此类添加剂添加至阴极活性材料而不是阳极活性材料中，来达到所期望的高温储存特性。

韩国专利早期公开No.2000-0056301公开了一种缓和电解质分布不均匀的技术，其经由添加1至5重量％的金属氧化物，如氧化铝至阳极混合物中，从而改善减少在充放电循环期间局部膨胀的发生和阳极未反应部分。同样，该韩国专利也未提及所使用的金属氧化物的粒径，并叙述添加少于1重量％的金属氧化物，电解质溶液的吸收效果不佳。

如上讨论，可见一些常规技术已证实经由添加氧化铝至电极等方法可产生一些所期望的效果。然而，根据这些常规技术，氧化铝仅被说明作为添加至电极的金属氧化物的实例，或被用于与其他材料结合。此外，这些技术都未揭示源于与其粒径有关的氧化铝的固有性质的技术细节。

此外，根据常规技术，其叙述若单独使用氧化铝，则仅当添加至少1重量％时才能发挥出所期望的效果。然而，当大量并非直接造成锂二次电池中锂离子吸附(嵌入)和脱附(脱出)的电极活性材料添加剂如上所述加入时，即使其他一般特性可被改善，仍不可能克服与减少电池能量密度有关的基本的限制因素。

发明内容

技术问题

因此，作出本发明以解决上述问题及其它也需要解决的技术问题。

作为解决上述问题的各种广泛及透彻的研究和实验结果，本发明的发明者已发现电池的寿命特性或充电/放电循环特性显著地依赖于电极活性材料与导电材料间的粘附力以及电极活性材料至集流体的粘附力的事实，并使用具有预定粒径的氧化铝，甚至为微量，也能导致电池的寿命特性或循环特性明显改良，这与相关领域通常所知或接受的观念相反。本发明基于这些发现而完成。