[发明专利]包含水分散性粘合剂、导电剂和氟代碳酸亚乙酯的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及具有高效充电使用期限特征并可在短时间内进行高容量充电的锂二次电池，更详细地讲，涉及一种包含水分散性粘合剂、导电剂和氟代碳酸亚乙酯的锂二次电池。

背景技术

目前，主要用于制造二次电池的市售电极粘合剂包括基于聚偏二氟乙烯(polyvinylidene fluoride，以下称为“PVDF”)的聚合物、PVDF均聚物(homopolymer)、聚偏二氟乙烯六氟丙烯(polyvinylidene fluoridehexafluoropropylene)共聚物(第2001-0055968号韩国专利申请)和聚偏二氟乙烯-氯三氟乙烯共聚物。

基于PVDF的聚合物的优点是在化学和电化学上稳定，但可能存在由有机溶剂(例如NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮))导致的环境问题，因为其必须溶解于有机溶剂中并作为粘合剂组合物使用。

另外，基于PVDF的聚合物由于低安全性而具有一定危险，并且由于与液态电解质的低亲和力而成为导致电极性能降低的根源。

此外，基于PVDF的聚合物具有与无机物颗粒(例如活性物质)极佳的粘合特性，因为其通过围绕活性物质的圆周而起作用，但缺点是它们必须大量使用以显示并保持足够的粘合强度，因为其与集流体(例如金属)的粘合强度较差。

为了解决以上问题，提出了使用水作为分散介质(即溶剂)的水分散性电极组合物。在这种情况下，使用水分散性粘合剂替代上述基于PVDF的粘合剂。主要使用苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)作为水分散性粘合剂。在使用水分散性粘合剂的电极中，虽然水分散性粘合剂的用量较小，但其粘合效果高于非水(即基于有机溶剂的)粘合剂，从而每相同体积活性物质的存在比率可增加，因而能够获得高容量和较长的使用期限特征。因此，预期采用使用水分散性粘合剂的负极的电池将在未来成为主流。

对于制造使用水作为分散介质的二次电池的负极的常规方法，可参考以下文献1。文献1公开了，在制造锂离子电池负极材料的天然石墨(natural graphite)的基于水的悬浮液的方法中羧甲基纤维素(carboxymethyl cellulose，CMC)和苯乙烯丁二烯橡胶(styrene butadienerubber，SBR)对悬浮液稳定性的影响；动电学(electrokinetic)性能和柔性性能以评价基于有机添加剂的悬浮液的分散稳定性；所铸片(as-castsheet)的成形显微结构和孔隙率以及二者的相关性等。

[文献1]Jin-Hyon Lee，「Process of fabricating water-basedsuspensions of materials for negative electrodes of lithium ion batteries andevaluation of battery characteristics」，硕士论文，汉阳大学，2005。

发明内容

发明要解决的课题

如上所述，为了解决有关使用非水溶剂所制造的负极的常规问题，提出了使用水分散性溶剂制造负极的技术，但该技术也不是不存在问题。

使用水作为电极浆料的溶剂以及使用水分散性粘合剂的负极的优点在于由于其极佳的导电特性在电极中无需使用另外的导电剂，但其问题在于如果干燥电极的方法中的某些条件未被优化，则电极的导电性将降低。

此外，使用水分散性粘合剂的常规负极的问题还在于，在高效充电使用期限特征和每单位时间高容量充电速率方面仍未达到令人满意的性能。

因此，本发明是基于在现有技术中存在的以上问题而做出的，且本发明的一个目的是提供一种电池，其能够通过向基于水的负极中添加导电剂而改进负极的性能、在电解质中使用特定添加剂而改进高效充电使用期限特征和在短时间内进行高容量充电。

解决课题的方法

本发明旨在解决所述常规问题并提供一种包含正极、负极和非水电解质溶液的锂二次电池，其中所述负极包括水分散性粘合剂和导电剂，所述非水电解质溶液包括氟代碳酸亚乙酯(FEC)。

此外，本发明还提供了锂二次电池，其中所述非水电解质溶液的氟代碳酸亚乙酯(FEC)的含量为整体电解质溶液的10至15wt％。

此外，本发明还提供了锂二次电池，其中所述非水电解质溶液的碳酸亚乙酯(EC)的含量为整体电解质溶液的85至90wt％。

此外，本发明还提供了锂二次电池，其中导电剂为一种选自乙炔黑、炭黑和石墨的物质或其中两种或更多种的结合物。

此外，本发明还提供了锂二次电池，其中导电剂的含量为0.2至0.8wt％。