[发明专利]可再充电锂电池用负极和包括该负极的可再充电锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种可再充电锂电池用负极和包括该负极的可再充电锂电池。

背景技术

最近可再充电锂电池作为小型便携式电子器件用电源受到关注。锂电池采用有机电解质溶液，从而放电电压是采用碱性水溶液的传统电池的两倍。因此，可再充电锂电池具有高的能量密度。

能够嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(其中0<x<1)等作为可再充电锂电池用正极活性材料被进行了研究。

各种能够嵌入和解嵌锂离子的碳类材料例如人造石墨、天然石墨和硬碳已被用作负极材料。由于与锂(例如0.2V)相比具有较低的放电电位，石墨会增加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高的平均放电电位(例如3.6V)。另外，石墨由于其可逆特性会赋予优异的循环寿命，因此在上述的碳类材料中石墨更常用。然而，石墨的密度低，从而当其被用作负极活性材料时每单位体积的能量容量低。进而，当在高放电电压下与有机电解液反应时，石墨会产生膨胀或容量降低。

已经提出了其他材料例如氧化物，更具体地是氧化锡、锂钒类氧化物等。然而，利用这样的负极用氧化物并没有对电池性能表现出充分的改善，因此仍在继续对氧化物负极材料进行研究。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供一种具有改善的初始化成效率和循环寿命特性的可再充电锂电池用负极。

在另一个实施方式中，本发明提供一种包括上述负极的可再充电锂电池。

根据本发明的一个实施方式，所述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。所述负极活性材料层包括互穿网络和所述互穿网络中的负极活性材料。

所述互穿网络可以通过将具有羟基或胺基的第一聚合物与具有羧基的第二聚合物进行交联而形成。

所述互穿网络可以进一步包括用于与第一和第二聚合物进行交联的第三聚合物，所述第三聚合物为橡胶类或含氟类聚合物。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种可再充电锂电池，其包括上述负极、正极和电解液。

当本发明的负极被用在锂电池中时，由于负极活性材料显示出降低的体积变化，其能够改善锂电池的循环寿命特性。另外，由于电解液与其中的锂离子的反应被减少或最少化，其能够改善化成效率。由于负极具有增加的挠性，从而可以防止电极破损，由此具有本发明的负极的锂电池能够具有高的容量。进而，负极的弹性能够增加粘结强度，从而可以防止活性材料从电极上分离。

附图说明

附图结合详细描述例示了本发明的示例性实施方式，并且与说明书一起来解释本发明的原理。

图1为根据本发明的一个实施方式的可再充电锂电池的示意图。

图2为表示包括根据本发明的实施例1的负极、根据对比例1的负极的 电池单元的初始充放电特性的图表。

图3为表示包括根据本发明的实施例1的负极、根据对比例1的负极的电池单元的放电容量保持率的图表。

图4为表示包括根据本发明的实施例1的负极、根据对比例1～4的负极的电池单元的放电容量保持率的图表。

图5为表示包括根据本发明的实施例1的负极、根据对比例1，2和4的负极的电池单元的作为循环次数函数的库仑效率的图表。

图6为表示包括根据本发明的实施例1的负极、根据对比例1和2的负极的拉伸强度的图表。

图7A和7B分别表示根据本发明的实施例1的负极、根据对比例1的负极的耐溶剂性曲线。

具体实施方式

通常可再充电锂电池用负极活性材料可以包括金属类活性材料，例如Si、Sn等。然而，由于与锂反应，金属类活性材料具有较大的体积变化，从而可能会失去导电网络，造成活性材料的恶化以及容量的降低。

因此，典型的粘合剂例如聚偏氟乙烯、丁苯橡胶等不适于同具有较大体积变化的负极活性材料一起使用。

相应地，聚合物粘合剂例如聚酰亚胺类或聚酰胺酰亚胺类粘合剂已被建议为替代品。虽然这些聚合物具有良好的机械拉伸和粘结强度，但是它们会与锂离子发生电化学反应，从而降低负极的化成效率以及每个循环下的可逆效率。