[发明专利]含有负极活性材料的浆料、使用该浆料的负极和包含该负极的电化学装置

说明书

技术领域

本公开涉及一种含有负极活性材料的浆料，更具体地涉及如下：一种含有负极活性材料的浆料，其可以减轻通过锂嵌入和脱嵌引起的负极活性材料的体积膨胀，可以改善负极的耐久性从而提高电化学装置的寿命特性，且可以形成具有高剥离力的负极活性材料层；使用所述浆料的负极；及包含所述负极的电化学装置。

本申请要求2013年3月27日在韩国提交的韩国专利申请号10-2013-0032930的优先权，其通过参考并入本文中。

背景技术

近来，人们对储能技术的兴趣已经越来越大。电化学装置在移动电话、便携式摄像机、笔记本电脑、个人电脑和电动汽车领域已经被广泛用作能源，导致对其进行深入的研究和开发。

就这一点而言，电化学装置是极有兴趣的主题之一。特别地，可充电二次电池的开发已经成为了关注的焦点。近来，这种电池的研究和开发的重点是新型电极和电池的设计，以提高容量密度和比能量。

目前有许多可用的二次电池。其中，由于比常规水性电解质基电池例如Ni-MH、Ni-Cd和H₂SO₄-Pb电池有更高工作电压和更高能量密度的优势，在九十年代早期开发的锂二次电池已经引起了特别关注。

这种电化学装置通常包含正极、负极和置于正极与负极之间的隔膜。正极和负极各自包含集电器和电极活性材料层，所述电极活性材料层通过将含有电极活性材料、聚合物粘合剂和分散介质的浆料涂布在集电器的表面上，随后干燥而形成。

在电极活性材料中，负极活性材料在锂的嵌入和脱嵌过程中可能会经受体积膨胀。特别地，硅氧化物基负极活性材料可能会导致更严重的体积膨胀。

这种负极活性材料的体积膨胀可能会在电化学装置的循环期间削弱聚合物粘合剂的粘附性进而损害导电结构，从而劣化电化学装置的充放电特性和寿命特性。

发明内容

技术问题

因此，本公开的一个目的是提供如下：一种含有负极活性材料的浆料，其可以减轻在电化学装置的循环期间通过锂嵌入和脱嵌引起的负极活性材料的体积膨胀，进而改善负极活性材料层的耐久性，从而提高电化学装置的寿命特性，且即使使用具有相对较低重均分子量的聚合物粘合剂，也可以形成具有高剥离力的负极活性材料层；使用所述浆料的负极；及包含所述负极的电化学装置。

技术方案

为了实现所述目的，根据本公开的一方面，提供一种含有负极活性材料的浆料；一种含有丁苯橡胶和聚丙烯酸钾的聚合物粘合剂；一种导电材料；及一种分散介质。

在本公开中，基于100重量份的分散介质，浆料可以包含80～100重量份的负极活性材料、5～10重量份的聚合物粘合剂和1～5重量份的导电材料。

聚丙烯酸钾可以通过聚丙烯酸和氢氧化钾(KOH)的中和反应产生。

聚丙烯酸可具有400,000～800,000的重均分子量。

含有通过中和反应产生的聚丙烯酸钾的水溶液具有对应于pH 7～pH 9的氢离子浓度。

含有负极活性材料的浆料可以在23℃下具有7～56Pa·s的粘度和0.1～1s^-1的剪切速率。

含有负极活性材料的浆料可还包含水基粘合剂。

水基粘合剂可以为选自以下的任一种：羧甲基纤维素、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯/丙烯共聚物、聚丁二烯、丁基橡胶、氟橡胶、聚环氧乙烷、聚乙烯吡咯烷酮、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯/丙烯/二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、胶乳、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇、羟丙基纤维素及它们的混合物。

负极活性材料可具有1～30μm，优选5～20μm的平均直径。

另外，负极活性材料可包含金属锂、碳材料、金属化合物、金属氧化物或它们的混合物。

金属化合物可以为选自以下的任一种：Si、Ge、Sn、Pb、P、Sb、Bi、Al、Ga、In、Ti、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ag、Mg、Sr、Ba及它们的混合物。

金属氧化物可以为选自以下的任一种：硅氧化物、锡氧化物、钛氧化物、锂/钒基氧化物及它们的混合物。

分散介质可以为选自以下的任一种：丙酮、四氢呋喃、二氯甲烷、氯仿、二甲基甲酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、环己烷、水及它们的混合物。

另外，根据本公开的另一方面，提供一种负极，其包含集电器；和负极活性材料层，所述负极活性材料层通过将上述浆料涂布在集电器的一个或两个表面上，随后干燥而形成。