專利名稱：含有硅基或錫基陽極活性材料的二級鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及含有硅-或錫-基陽極活性材料的二級鋰電池。更具體而言，本發(fā)明涉及包括陽極混合物的二級鋰電池，所述陽極混合物含有硅-或錫-基活性材料作為陽極活性材料，以及環(huán)氧-基熱固性材料和固化劑及優(yōu)選固化加速劑的混合物作為粘合劑，由此陽極可在短時間內(nèi)通過簡化制造方法制備，所述簡化制造方法是將陽極混合物施加至電流收集器，并在小于200℃的溫度下加熱以固化施加的陽極混合物。此外，通過穩(wěn)定地維持活性材料之間及活性材料與電流收集器之間的結(jié)合，本發(fā)明還提供優(yōu)良的電池充/放電循環(huán)特性，而不管電池充/放電時發(fā)生的陽極活性材料的顯著體積變化。
背景技術(shù)：
移動式設(shè)備的技術(shù)發(fā)展和需求增長已導(dǎo)致對作為能量來源的二級電池需求的快速增長。在這些二級電池中，大量研究集中在具有高的能量密度和放電電壓的二級鋰電池，這樣的二級鋰電池有些可商購并廣泛使用。二級鋰電池通常使用鋰過渡金屬氧化物作為陰極活性材料以及碳質(zhì)材料作為陽極活性材料。
然而，基于碳質(zhì)材料的陽極的最大理論容量僅372mAh/g(844mAh/cc)，因此其容量增加有限。用作陽極材料研究的鋰金屬具有高的能量密度，從而可實(shí)現(xiàn)高容量，但隨著電池被反復(fù)充/放電，由于枝晶長大和充/放電循環(huán)壽命縮短，會出現(xiàn)與安全性擔(dān)憂相關(guān)的問題。
針對這些缺點(diǎn)和問題，已提出眾多研究和建議，將硅，錫或其合金作為顯示高容量，并能夠替代鋰金屬的可能的候選材料。例如，通過硅和鋰之間的反應(yīng)，硅(Si)可逆吸收(插入)和解吸(脫開)鋰離子，并具有最大的理論容量約4200mAh/g(9366mAh/cc，比重2.23)，這基本上大于碳質(zhì)材料，從而作為高容量陽極材料的前景光明。
然而，在進(jìn)行充/放電過程時，硅，錫或其合金與鋰反應(yīng)，經(jīng)歷顯著的體積變化，即200-350％，因此連續(xù)充/放電可導(dǎo)致陽極活性材料與電流收集器的分離，或在陽極活性材料之間的接觸界面中導(dǎo)致顯著的理化變化，這伴隨著電阻增加。因此，隨著重復(fù)充/放電循環(huán)，電池容量急劇下降，導(dǎo)致其循環(huán)壽命縮短。由于這些原因，當(dāng)不經(jīng)任何特殊處理或加工的碳基陽極活性材料的粘合劑直接施加至硅基陽極活性材料時，不可能獲得所需的效果。
為了處理此類問題，某些現(xiàn)有技術(shù)提出的方法是用于抑制由硅基陽極活性材料的體積變化產(chǎn)生的電流收集器和陽極活性材料之間和/或陽極活性材料之間結(jié)合力的降低，該方法利用聚酰胺酸作為粘合劑，并且包括施加含有聚酰胺酸作為粘合劑的陽極混合物至電流收集器并在高溫(大于300℃)下熱處理施加的陽極混合物，從而經(jīng)亞氨基化作用將聚酰胺酸轉(zhuǎn)化為聚酰亞胺。然而，該方法要求高溫下熱處理延長的時間段(例如，10小時)，因此呈現(xiàn)與電池生產(chǎn)率顯著降低相關(guān)的問題。
至于此類問題，本發(fā)明建議的技術(shù)采用具有熱固性屬性的某種材料作為粘合劑。利用熱固性材料制造二級電池的電極在本領(lǐng)域是部分公知的。
作為改進(jìn)充/放電循環(huán)特性的嘗試，以及為了解決與廣泛用作制造陽極的粘合劑的氟基聚合物，諸如PVDF的利用相關(guān)的問題，即，諸如電極制造方法中所需長的干燥時間的缺點(diǎn)，例如，日本專利公開No.2002-324547公開了利用酚醛樹脂作為粘合劑以及乙醇作為溶劑的技術(shù)。
作為高溫(50℃)下改進(jìn)充/放電循環(huán)特性的另一嘗試，日本專利公開No.2003-157851公開了利用由某個熱固性聚乙烯醇-基樹脂，丙烯酸樹脂-基增塑劑和溶劑組成的組合物作為粘合劑組合物。
此外，為了改進(jìn)電池的充/放電循環(huán)特性，日本專利公開No.2005-44681公開了利用在其分子鏈末端具有(甲基)丙烯酰基的尿烷(甲基)丙烯酸酯基化合物(A)和/或聚異氰酸酯基衍生物(B)作為粘合劑，經(jīng)由光聚合或熱聚合制造陰極或陽極的技術(shù)，在所述衍生物(B)中，至少一個分子鏈末端為(甲基)丙烯?；Ｓ嗄┒藶闊N基。
上述日本專利中所用的這些粘合劑(或粘合劑組合物)為了實(shí)現(xiàn)所需目的具有其自身的某些作用，并且提供比常規(guī)氟基聚合物，諸如聚偏二氟乙烯(PVDF)優(yōu)良的循環(huán)特性。然而不幸的是，這些粘合劑經(jīng)證實(shí)不提供二級電池所需水平的循環(huán)特性，所述電池采用的硅基或錫基陽極活性材料與碳基陽極活性材料相比，在充/放電過程中經(jīng)歷更多的體積變化。
由此，迫切需要開發(fā)電池制造技術(shù)，其在利用硅基或錫基陽極活性材料的二級鋰電池中，提供的強(qiáng)結(jié)合力足以抑制充/放電過程中出現(xiàn)的陽極活性材料體積的顯著變化，并且制造方法還是經(jīng)濟(jì)的。
因此，本發(fā)明旨在解決上述問題，以及尚未解決的其他技術(shù)問題。
為了解決上述問題，作為各種各樣的廣泛和深入的研究和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人令人驚異地發(fā)現(xiàn)，在利用硅基或錫基陽極活性材料的二級鋰電池中，利用一定的熱固性材料和固化加速劑作為陽極混合物的粘合劑，通過由活性材料之間界面變化較小產(chǎn)生的電阻低增，盡管電池充/放電時出現(xiàn)的陽極活性材料體積的顯著變化，以及通過活性材料和電流收集器之間的高結(jié)合力，由此抑制其間的簡單分離，將導(dǎo)致顯著改進(jìn)的電池充/放電特性。基于這些發(fā)現(xiàn)完成了本發(fā)明。
發(fā)明概述根據(jù)本發(fā)明的方面，通過提供包括陽極混合物的二級鋰電池而實(shí)現(xiàn)上述和其他目的，所述陽極混合物含有硅基或錫基活性材料作為陽極活性材料，和環(huán)氧-基熱固性材料和固化劑的混合物作為粘合劑，其中通過施加陽極混合物至電流收集器，并且在小于200℃的溫度下固化施加的陽極混合物，從而確保陽極活性材料之間及陽極活性材料和電流收集器之間的結(jié)合力。
因此，通過熱處理固化粘合劑材料，由此增強(qiáng)電池充/放電時經(jīng)歷顯著的體積變化的硅基或錫基陽極活性材料之間的結(jié)合力和/或陽極活性材料和電流收集器之間的結(jié)合力，本發(fā)明的二級鋰電池利用環(huán)氧-基熱固性材料和固化劑作為粘合劑，并且賦予優(yōu)良的充/放電循環(huán)特性。
優(yōu)選地，由于除固化劑之外，還包括固化加速劑，在小于200℃的加熱條件下短時間內(nèi)可誘導(dǎo)固化反應(yīng)，因此有利的是基本上減少陽極的制造加工時間。
術(shù)語“硅基或錫基陽極活性材料”旨在包括硅粒，錫粒，硅-錫合金粒子，硅合金粒子，錫合金粒子，其絡(luò)合物等。硅合金的代表性例子包括，但不限于，Al-Si，Mn-Si，F(xiàn)e-Si和Ti-Si的固體溶液，金屬間化合物及共晶合金。作為絡(luò)合物的一個優(yōu)選的例子，可使用硅/碳絡(luò)合物，并在轉(zhuǎn)讓給本申請人的PCT公開No.WO 2005/011030中找到，其內(nèi)容在此以其全文引作參考。
環(huán)氧-基熱固性材料為在存在固化劑，優(yōu)選在存在固化劑和固化加速劑，和小于200℃的加熱條件下經(jīng)歷固化反應(yīng)的材料。例如，環(huán)氧-基熱固性材料可包括，但不限于，多官能環(huán)氧樹脂，諸如雙酚A型環(huán)氧樹脂，和環(huán)氧環(huán)己基甲基碳酸酯。這種環(huán)氧-基熱固性材料可以是單體，低聚物或聚合物的形式，并可單獨(dú)使用或組合使用。
在固化劑存在下，或在固化劑和固化加速劑存在下，單體的聚合以熱處理起始。低聚物為約2-20個單體的聚合產(chǎn)物，并可在固化加速劑存在下通過加熱形成具有更高聚合度的聚合物。聚合物可以是，例如具有低聚合度或低粘度的直鏈聚合物，交聯(lián)聚合物等，并是指通過光聚合經(jīng)歷鏈延長，交聯(lián)等的高分子量材料。因此，本文所用的固化是指通過凝固相關(guān)材料，產(chǎn)生活性材料之間和/或活性材料與電流收集器之間的結(jié)合力的反應(yīng)，并且是既覆蓋聚縮又覆蓋交聯(lián)的概念。
基于陽極混合物的總重，可以約1-30％重量，優(yōu)選2-20％重量包含熱固性材料。如果熱固性材料的含量太低，則難以實(shí)現(xiàn)所需的疊加作用。相反，如果熱固性材料的含量太高，這令人不快地導(dǎo)致陽極內(nèi)電阻增加，由此惡化電池特性。
固化劑為引發(fā)與熱固性材料一起固化反應(yīng)的材料，并可包括，但不限于，酸酐，脂肪族胺化合物，芳香族胺化合物，脂環(huán)族胺化合物，酚醛樹脂和多羥基醇。基于陽極混合物的總重，可以約1-30％重量，優(yōu)選2-20％重量包含固化劑。
固化加速劑為在小于200℃的溫度下，快速引發(fā)熱固性材料和固化劑之間固化反應(yīng)的材料，并用作催化劑。例如，固化加速劑可包括，但不限于，2-乙基-4-甲基咪唑，1-(2-氰基乙基)-2-烷基咪唑和2-苯基咪唑。當(dāng)固化劑基于金屬組分時，固化加速劑自身顯示傳導(dǎo)性，并因此也有助于改進(jìn)陽極混合物的傳導(dǎo)性。
固化反應(yīng)的起始溫度可在小于200℃的溫度范圍內(nèi)變化，這取決于熱固性材料、固化劑和固化加速劑的種類。一般而言，200℃以上的溫度需要昂貴的加熱和冷卻設(shè)備并導(dǎo)致大量能量消耗。此外，高溫可引起不利的副反應(yīng)。例如，一部分已固化材料可降解成氣相，并在陽極混合物內(nèi)留下孔，由此顯著降低活性材料之間或活性材料和電流收集器之間的結(jié)合強(qiáng)度。然而，本發(fā)明中建議的加熱條件，即，200℃以下加熱，顯示能夠解決所有上述問題的優(yōu)勢。
雖然熱固化方法可一次進(jìn)行，但優(yōu)選在相對低溫下第一次固化，隨后可在相對高溫下進(jìn)行第二次固化(后-固化)。如果需要，熱固化之前或同時光照可部分誘導(dǎo)光聚合。
除如上所述的硅-或錫-基陽極活性材料，熱固性材料，固化劑和固化加速劑之外，陽極混合物還可進(jìn)一步包括諸如粘度調(diào)節(jié)劑，導(dǎo)電材料和填料的其他組分，這些組分可單獨(dú)使用或組合使用。
粘度調(diào)節(jié)劑是調(diào)節(jié)陽極混合物粘度的組分，以便容易實(shí)施陽極混合物的混合方法，以及陽極混合物施加至電流收集器的方法。基于陽極混合物的總重，可以0-30％重量的量加入粘度調(diào)節(jié)劑。粘度調(diào)節(jié)劑的例子包括，但不限于，羧甲基纖維素，和聚乙烯醇。
導(dǎo)電材料是用于改進(jìn)陽極活性材料的傳導(dǎo)性的組分，并基于陽極混合物的總重，以0-50％重量的量加入。對導(dǎo)電材料沒有特別的限制，只要其具有合適的傳導(dǎo)性，而不引起制造的電池中的化學(xué)變化。作為導(dǎo)電材料的例子，可提及的導(dǎo)電材料包括石墨，諸如天然或人造石墨；碳黑類，諸如碳黑，乙訣黑，K氏黑(Ketjen black)，槽法炭黑，爐黑，燈黑和熱裂法碳黑；傳導(dǎo)性纖維，諸如碳纖維和金屬纖維；金屬粉，諸如氟化碳粉，鋁粉和鎳粉；傳導(dǎo)性晶須，諸如氧化鋅和鈦酸鉀；傳導(dǎo)性金屬氧化物，諸如氧化鈦；和聚亞苯基衍生物。
填料是用于抑制陽極膨脹的任選成分。對填料沒有特別的限制，只要其不會引起制造的電池中的化學(xué)變化，并且是纖維材料。作為填料的例子，可用烯烴聚合物，諸如聚乙烯和聚丙烯；以及纖維材料，諸如玻璃纖維和碳纖維。
本發(fā)明二級電池的制造方法是施加陽極混合物至電流收集器，接著滾轉(zhuǎn)和干燥。
陽極電流收集器的厚度一般為3-500μm。對陽極電流收集器沒有特別的限制，只要其具有合適的傳導(dǎo)性，而不引起制造的電池中的化學(xué)變化。作為陽極電流收集器的例子，可提及銅，不銹鋼，鋁，鎳，鈦，燒結(jié)碳，以碳、鎳、鈦或銀處理表面的銅或不銹鋼，和鋁-鎘合金。類似于陰極電流收集器，陽極電流收集器的制造也可在其表面上形成細(xì)小參差不齊，從而增強(qiáng)與陽極活性材料的粘性。此外，陽極電流收集器可采取多種不同的形式，包括膜，片，箔，網(wǎng)，多孔結(jié)構(gòu)，泡沫和非紡織織物。
下文將描述對本發(fā)明二級鋰電池必不可少的其他剩余組分。
二級鋰電池包括如上所述制造的陽極，陰極，隔板和含有鋰鹽的非水性電解液。
陰極的制造方法，例如是施加陰極活性材料，導(dǎo)電材料和粘合劑的混合物至陰極電流收集器，接著干燥。如果需要，可向上述混合物中進(jìn)一步加入填料。
可用于本發(fā)明中的陰極活性材料的例子包括，但不限于，分層的化合物，諸如鋰鈷氧化物(LiCoO2)和鋰鎳氧化物(LiNiO2)，或取代以一種或多種過渡金屬的化合物；鋰錳氧化物，諸如式Li1+xMn2-xO4(0≤x≤0.33)的化合物，LiMnO3，LiMn2O3和LiMnO2；鋰銅氧化物(Li2CuO2)；氧化釩，諸如LiV3O8，LiFe3O4，V2O5和Cu2V2O7；式LiNi1-xMxO2(M＝Co，Mn，Al，Cu，F(xiàn)e，Mg，B或Ga，和0.01≤x≤0.3)的Ni位點(diǎn)型鋰鎳氧化物；式LiMn2-xMxO2(M＝Co，Ni，F(xiàn)e，Cr，Zn或Ta，和0.01≤x≤0.1)，或式Li2Mn3MO8(M＝Fe，Co，Ni，Cu或Zn)的鋰錳復(fù)合氧化物；LiMn2O4，其中部分Li取代以堿土金屬離子；二硫化物；和Fe2(MoO4)3。
陰極電流收集器的厚度一般為3-500μm。對陰極電流收集器沒有特別的限制，只要其具有高傳導(dǎo)性，而不引起制造的電池中的化學(xué)變化。作為陰極電流收集器的例子，可提及不銹鋼，鋁，鎳，鈦，燒結(jié)碳，和以碳、鎳、鈦或銀處理表面的鋁或不銹鋼。電流收集器的制造可在其表面上形成細(xì)小參差不齊，從而增強(qiáng)與陰極活性材料的粘性。此外，電流收集器可采取多種不同的形式，包括膜，片，箔，網(wǎng)，多孔結(jié)構(gòu)，泡沫和非紡織織物。
陰極活性材料的粘合劑是幫助活性材料和導(dǎo)電材料之間結(jié)合，及幫助與電流收集器結(jié)合的組分。本發(fā)明中所用的粘合劑基于陰極混合物的總重通常以1-50％重量的量加入。作為粘合劑的例子，可提及聚偏二氟乙烯，聚乙烯醇，羧甲基纖維素(CMC)，淀粉，羥基丙基纖維素，再生纖維素，聚乙烯吡咯烷酮(polyvinyl pyrollidone)，四氟乙烯，聚乙烯，聚丙烯，乙烯-丙烯-二烯三元共聚物(EPDM)，磺化EPDM，苯乙烯丁二烯橡膠，氟橡膠和各種各樣的共聚物。
其他導(dǎo)電材料和填料的細(xì)節(jié)與陽極中相同。
將隔板插入陰極和陽極之間。具有高離子滲透性和機(jī)械強(qiáng)度的絕緣薄膜用作隔板。隔板通常具有孔徑0.01-10μm和厚度5-300μm。制自烯烴聚合物，諸如聚丙烯，和/或玻璃纖維或聚乙烯，具有化學(xué)抗性和疏水性的片或非紡織織物用作隔板。當(dāng)固體電解液，諸如聚合物，用作電解液時，固體電解液還可既用作隔板又用作電解液。
含有鋰鹽的非水性電解液由非水性有機(jī)溶劑和鋰鹽組成。
作為本發(fā)明中所用的有機(jī)溶劑，例如，可提及非質(zhì)子有機(jī)溶劑，諸如N-甲基-2-吡咯烷二酮(pyrollidinone)，丙烯碳酸酯，乙烯碳酸酯，丁烯碳酸酯，二甲基碳酸酯，二乙基碳酸酯，γ-丁內(nèi)酯，1，2-二甲氧基乙烷，四羥基Franc，2-甲基四氫呋喃，二甲亞砜，1，3-二氧戊環(huán)，甲酰胺，二甲基甲酰胺，二氧戊環(huán)，乙腈，硝基甲烷，甲酸甲酯，乙酸甲酯，磷酸三酯，三甲氧基甲烷，二氧戊環(huán)衍生物，環(huán)丁砜，甲基環(huán)丁砜，1，3-二甲基-2-咪唑啉酮，丙烯碳酸酯衍生物，四氫呋喃衍生物，醚，丙酸甲酯和丙酸乙酯。
鋰鹽是易溶于上述非水性電解液中的材料，并可包括例如，LiCl，LiBr，LiI，LiClO4，LiBF4，LiB10Cl10，LiPF6，LiCF3SO3，LiCF3CO2，LiAsF6，LiSbF6，LiAlCl4，CH3SO3Li，CF3SO3Li，(CF3SO2)2NLi，氯硼烷鋰，低級脂肪族羧酸鋰，四苯基硼酸鋰和酰亞胺。
另外，為了改進(jìn)充/放電特性和阻燃性，可向非水性電解液中加入例如，吡啶，三乙基亞磷酸酯，三乙醇胺，環(huán)醚，乙二胺，正-甘醇二甲醚，六磷酸三酰胺，硝基苯衍生物，硫，醌亞胺染料，N-取代的噁唑烷酮(oxazolidinone)，N，N-取代的咪唑烷，乙二醇二烷基醚，銨鹽，吡咯，2-甲氧基乙醇，三氯化鋁等。如果需要，為了賦予不燃性，非水性電解液可進(jìn)一步包括含鹵溶劑，諸如四氯化碳，和三氟化乙烯。此外，為了改進(jìn)高溫存儲特性，非水性電解液可另包括二氧化碳?xì)怏w。
實(shí)施例現(xiàn)參照下列實(shí)施例更詳細(xì)描述本發(fā)明。這些實(shí)施例的提供僅為說明本發(fā)明，不應(yīng)解釋為限制本發(fā)明的范圍和實(shí)質(zhì)?；旌瞎?碳質(zhì)材料絡(luò)合物(Si-C)作為陽極活性材料，下表1中給出的熱固性材料和固化劑及任選固化加速劑的混合物作為粘合劑，以及2％重量碳黑粉作為導(dǎo)電材料，制備陽極混合物。然后，相對于100重量份陽極混合物加入100重量份N-甲基吡咯烷酮(NMP)作為溶劑。所得混合物攪拌約30分鐘，制備陽極漿料。所得漿料以厚度約90μm施加至厚度為18μm的銅(Cu)箔，并在表1給出的條件下，進(jìn)行第一次固化和后一固化，由此制備陽極。
將氧化鋰鈷作為陰極活性材料，聚偏二氟乙烯(PVDF)作為粘合劑，和3％重量碳黑粉作為導(dǎo)電材料混合，由此制備陰極混合物。然后，相對于100重量份陰極混合物，加入200重量份NMP作為溶劑。所得混合物攪拌約30分鐘，以制備陰極漿料。由此獲得的漿料以厚度約90μm施加至厚度為18μm的鋁(Al)箔，其后在130℃溫度下對溶劑熱干燥1小時以制備陰極。
制自聚丙烯的多孔膜插入如上所述制備的陽極和陰極之間，并向其中加入含有1M LiPF6的EC∶EMC(1∶2)電解液，以制備幣式電池。以實(shí)施例1的相同方式制備幣式電池，除利用酚醛樹脂(PHENOLITETM，Dai-Nippon Ink &.Chemicals Inc.)作為粘合劑和乙醇作為溶劑制造陽極之外。以實(shí)施例1的相同方式制備幣式電池，除利用熱固性聚乙烯醇，丙烯酸樹脂-基增塑劑的混合物作為粘合劑，和NMP作為溶劑，如日本專利公開No.2003-157851的實(shí)施例1中公開的那樣，制造陽極之外。以實(shí)施例1的相同方式制備幣式電池，除利用重量比為4∶1的尿烷(甲基)丙烯酸酯與甲氧基聚乙二醇單丙烯酸酯的混合物作為粘合劑，以及2’-偶氮雙(4-甲氧基-2，4-二甲基戊腈)作為熱聚合引發(fā)劑制造陽極之外，其中尿烷(甲基)丙烯酸酯利用異佛樂酮二異氰酸酯，聚乙二醇和羥基乙基丙烯酸酯制得。
<表1>
LER-673多官能環(huán)氧樹脂(得自Bakelite)VH-4290雙酚A型酚醛固化劑(得自KANGNAM CHEMICAL Co.，Ltd.，Korea)N-865雙酚A型環(huán)氧樹脂(得自DIC)DETA二乙烯三胺ECH3，4-環(huán)氧環(huán)己基甲基-3’，4’-環(huán)氧環(huán)己烷羧酸酯PCL308聚己酸內(nèi)酯三元醇(得自DAICEL CHEMICALINDUSTRIES，LTD.)由表1可見，利用本發(fā)明粘合劑的實(shí)施例1-3的電池在50次充/放電循環(huán)后，與初始容量相比，顯示出至少77％以上的容量保持率。這是因?yàn)椋?放電時發(fā)生的陽極活性材料，即硅-碳質(zhì)材料絡(luò)合物(Si-C)體積的顯著變化，受到本發(fā)明粘合劑的強(qiáng)結(jié)合力的抑制，并且活性材料間的界面變化也被大大抑制，由此導(dǎo)致電阻增加減少，活性材料與電流收集器的分離由于它們之間的高結(jié)合力得以防止。相比之下，經(jīng)確認(rèn)比較例1和3的電池顯示基本降低的容量，因?yàn)槠渲兴玫恼澈蟿┪茨芙?jīng)受住這種陽極活性材料體積的顯著變化。
工業(yè)實(shí)用性從上文描述中顯而易見，通過利用硅基或錫基陽極活性材料，本發(fā)明的二級鋰電池可制成大容量二級鋰電池。此外，利用環(huán)氧-基熱固性材料和固化劑，更優(yōu)選固化劑和固化加速劑作為陽極混合物的粘合劑，通過穩(wěn)定地維持活性材料之間及活性材料和電流收集器之間的結(jié)合力，盡管陽極活性材料在電池充/放電時發(fā)生顯著的體積變化，本發(fā)明的二級鋰電池仍顯示優(yōu)良的充/放電循環(huán)特性，并且能夠在短時間內(nèi)通過簡化制造方法生產(chǎn)陽極。
雖然為說明性目的，已公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，但本領(lǐng)域技術(shù)人員會意識到，在無需背離權(quán)利要求所保護(hù)的本發(fā)明范圍和實(shí)質(zhì)的情形下，可做出各種不同的修改，添加和替換。
權(quán)利要求
1.一種包括陽極混合物的二級鋰電池，所述陽極混合物含有硅基或錫基活性材料作為陽極活性材料，和環(huán)氧-基熱固性材料和固化劑的混合物作為粘合劑，其中通過施加陽極混合物至電流收集器，并且加熱固化施加的陽極混合物，確保陽極活性材料之間及陽極活性材料和電流收集器之間的結(jié)合力。
2.權(quán)利要求1的電池，其中陽極混合物進(jìn)一步包括固化加速劑，以及陽極混合物施加至電流收集器，并在小于200℃的溫度下熱固化。
3.權(quán)利要求1的電池，其中硅-或錫-基陽極活性材料為硅粒，錫粒，硅-錫合金粒子，硅合金粒子，錫合金粒子或其絡(luò)合物。
4.權(quán)利要求3的電池，其中硅合金為Al-Si、Mn-Si、Fe-Si和Ti-Si的固體溶液，金屬間化合物及共晶合金。
5.權(quán)利要求1的電池，其中環(huán)氧-基熱固性材料為環(huán)氧-基單體，經(jīng)歷熱聚縮和/或熱交聯(lián)的低聚物或聚合物。
6.權(quán)利要求1的電池，其中環(huán)氧-基熱固性材料為多官能環(huán)氧-基樹脂。
7.權(quán)利要求1的電池，其中基于陽極混合物的總重，以1-30％重量包含熱固性材料。
8.權(quán)利要求1的電池，其中基于陽極混合物的總重，以1-30％重量包含固化劑。
9.權(quán)利要求8的電池，其中固化劑為酸酐，脂肪族胺化合物，芳香族胺化合物，脂環(huán)族胺化合物，酚醛樹脂或多羥基醇。
10.權(quán)利要求2的電池，其中固化加速劑以催化量加入，并且為2-乙基-4-甲基咪唑，1-(2-氰基乙基)-2-烷基咪唑或2-苯基咪唑。
11.權(quán)利要求1的電池，其中熱固化一次實(shí)施，或在相對低的溫度下進(jìn)行第一次固化，其后在相對高的溫度下進(jìn)行第二次固化(后-固化)。
12.權(quán)利要求1的電池，其中陽極混合物進(jìn)一步包括一種或多種選白粘度調(diào)節(jié)劑，導(dǎo)電材料和填料的其他組分。
13.權(quán)利要求1的電池，其中陽極電流收集器的厚度為3-500μm，并具有在其表面上形成的細(xì)小參差不齊。
全文摘要
本發(fā)明提供包括陽極混合物的二級鋰電池，所述陽極混合物含有硅基或錫基材料作為陽極活性材料，以及環(huán)氧－基熱固性材料和固化劑，及優(yōu)選固化加速劑的混合物作為粘合劑，由此通過簡化制造方法可在短時間內(nèi)制備陽極，所述簡化制造方法是施加陽極混合物至電流收集器，并在小于200℃的溫度下加熱固化施加的陽極混合物。此外，通過穩(wěn)定地維持活性材料之間以及活性材料和電流收集器之間的結(jié)合，本發(fā)明還提供優(yōu)良的電池充/放電循環(huán)特性，而不管電池充/放電時出現(xiàn)的陽極活性材料體積的顯著變化。
文檔編號H01M4/04GK1848488SQ20061007321
公開日2006年10月18日 申請日期2006年4月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月12日
發(fā)明者金英玟, 吳垠錫, 金周炫, 柳旼廷 申請人:株式會社Lg化學(xué)