[发明专利]包含纤维素基导电高分子的活性物质组合物用粘结剂及利用其制备而成的锂离子电池

说明书

本发明涉及合成导电高分子后将其用作电极活性物质用粘结剂物质来制备电极活性物质组合物并利用其来制备的锂离子电池，上述导电高分子为单独使用纤维素基化合物或弱酸性化合物类或者混合一种以上的纤维素基化合物或弱酸性化合物类来用作模板而合成的导电高分子。本发明涉及合成聚3，4‑乙烯二氧噻吩∶羧甲基纤维素(PEDOT∶CMC)作为优选活性物质组合物并将其用作粘结剂来制备的锂离子电池。若利用本发明的技术，则具有可提高锂离子电池的循环特性，即，寿命的优点，上述锂离子电池由单独的石墨成分或硅成分或者其活性物质的混合物形态的负极活性物质以及包含镍‑钴‑锰类(NCM)活性物质、镍‑钴‑铝类(NCA)活性物质、锂‑钴氧化物(LCO)活性物质及其他锂的各种正极活性物质形成。

技术领域

本发明涉及锂离子电池的活性物质组合物及利用其的锂离子电池，更具体地，涉及将纤维素基或弱酸性化合物用作模板来制备导电高分子且包含其的活性物质浆料组合物及利用其的锂离子电池。

背景技术

锂离子电池通过如下过程制备，即，与粘结剂一同混合包含锂的化合物粒子的正极活性物质及以石墨为代表的负极活性物质，来在铝或铜等的电极板物质表面形成正极活性物质层及负极活性物质层，在此浸渍电解质后，在中间贴合称为分离膜的所谓隔板(separator)。

与在表面反复吸附及拆卸来进行工作的双电层能量存储装置，即，电容器不同地，在锂离子电池中，锂离子在正极活性物质层与负极活性物质层之间往返来执行充电和放电过程，锂离子反复执行向正极活性物质层和负极活性物质层内插入(intercalation)后脱离的过程。在此过程中，随着充放电次数的增加，初始放电容量降低，由此，降低性能，即，所谓循环特性。

众所周知，随着循环特性的劣化程度、充放电的反复而降低的初始容量程度根据活性物质的种类不同，在正极活性物质的情况下，在锂-钴氧化物(lithium-cobaltoxide：LCO)或用作负极活性物质的石墨的情况下，初始放电容量的降低较缓慢，由此，具有较好的循环特性，但是，在导入镍或导入铝的镍-钴-锰(nickel-cobalt-manganese：NCM)活性物质或镍-钴-铝(nickel-cobalt-aluminum：NCA)活性物质或者负极活性物质的情况下，以容量非常高而周知的硅金属粒子或硅氧化物等的活性物质的基于循环次数的初始容量急剧降低，由此，示出所谓循环特性迅速劣化的特性。

当制备锂离子电池时，为了增强这些活性物质粒子之间的粘结力，尤其增强与电极板的粘结力，使用粘结物质。通常使用的粘结剂如下，即，在正极活性物质的情况下，难以使用水性溶剂，由此使用如聚偏二氟乙烯(polyvinylideneflouride：PVDF)的有机粘结剂，并且，在负极活性物质的情况下，使用羧甲基纤维素(carboxylated methylcellulose；CMC)、丁苯橡胶(styrene-butadiene rubber；SBR)、聚丙烯酸(Polyacrylic acid；PAA)等的化合物，这些化合物单独使用或以相混合的复合物的形态使用。

将这些粘结物质与用于增强导电率的碳黑及活性物质等主要成分与N-甲基吡咯烷酮(N-methyl-2-pyrrolidone；NMP)、水等的溶剂一同混合来制备活性物质组合物，利用其再次在电极板形成规定厚度的涂敷膜并用作电极材料，从而制备锂离子电池。

在将石墨用作负极活性物质的情况下，石墨本身的导电率高，因此，不使用额外的碳黑或使用少量碳黑。

当制备锂离子电池用活性物质组合物时，粘结剂的含量非常低。例如，在使用石墨的负极活性物质的情况下，95％以上为石墨，剩余成分为粘结剂和碳黑。如上所述，粘结物质的含量非常低，因此，活性物质与碳黑的均匀分散、与电极板的粘结力以及电极层中的致密度等非常重要。