[發明專利]用于鋰電池電極的粘結劑和包含所述粘結劑的鋰電池

有效

• 申請號: 201310007927.3
• 申請日: 2013-01-09
• 公開（公告）號: CN103199257B
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李范旭;鄭惠先;李惠蘭
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62;H01M10/0525;H01M10/058;C09J129/04;C09J133/02;C09J179/08;C09J163/00
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司11018
• 代理人: 康泉,王珍仙

技術領域

一個或多個實施方式涉及用于鋰電池電極的粘結劑和包含該粘結劑的鋰電池。

背景技術

用于信息通訊的便攜式電子裝置（如個人數字助理（PDA）、移動電話和筆記本電腦）、電動自行車和電動汽車中使用的鋰二次電池具有與其他電池相比至少兩倍的放電電壓，因此可以呈現出高能量密度。

鋰二次電池包含充入正極和負極之間的有機電解質或聚合物電解質，所述正極和負極包含能夠嵌入和解嵌鋰離子的活性物質，且鋰二次電池根據在正極和負極中鋰離子的嵌入/解嵌過程中通過氧化還原反應產生電能。

鋰二次電池的正極活性物質可以為包含鋰和過渡金屬并具有能夠嵌入鋰離子的結構的氧化物，如鋰鈷氧化物（LiCoO₂）、鋰鎳氧化物（LiNiO₂）和鋰鎳鈷錳氧化物（Li[NiCoMn]O₂或Li[Ni_1-x-yCo_xM_y]O₂）。

能夠嵌入/解嵌鋰的包括人造或天然石墨或硬碳的各種形狀的碳類材料以及諸如硅的非碳類材料已經作為負極活性物質被研究。

由于容量密度為石墨的10倍或更高，非碳類材料可以具有非常高的容量，但由于在嵌入和解嵌鋰時與碳類材料相比非常高的體積膨脹和收縮，因而難以實現非碳類材料的所需容量。

因此，為了改善高容量材料以及形成鋰電池的每個元件的特性，如正極活性物質、電解質、隔板和粘結劑的特性，而進行了積極的研究。

發明內容

一個或多個實施方式包括用于鋰電池電極的能夠改善所述鋰電池壽命特性的粘結劑。

一個或多個實施方式包括含有所述粘結劑的鋰電池。

根據一個或多個實施方式，所述粘結劑包括：碳納米管；和化學鍵合到所述碳納米管的聚合物。

根據一個或多個實施方式，鋰電池包括：負極；面對所述負極的正極；和位于所述負極和所述正極之間的電解質，其中所述負極和所述正極的至少一個包括所述粘結劑。根據一個或多個實施方式，所述粘結劑包含：碳納米管；和通過化學鍵鍵合到所述碳納米管上的聚合物。在一些實施方式中，所述化學鍵為離子鍵或共價鍵。此外，在一些實施方式中，所述共價鍵包含酯基、酰胺基和羧酸酐基中的至少一種。在一些實施方式中，所述離子鍵包含羧酸根離子和銨離子。在一些實施方式中，所述聚合物通過化學鍵鍵合到所述碳納米管上。在一些實施方式中，所述化學鍵為離子鍵或共價鍵。此外，在一些實施方式中，所述共價鍵包含酯基、酰胺基和羧酸酐基中的至少一種，且在一些實施方式中，所述離子鍵包含羧酸根離子和銨離子。

一些實施方式涉及包含碳納米管和通過化學鍵鍵合到所述碳納米管上的聚合物的用于鋰二次電池的粘結劑制備方法，所述方法包含：將具有官能團的碳納米管加入聚合物或可聚合材料以形成混合物，攪拌并加熱所述混合物以形成所述粘結劑。在一些實施方式中，所述官能團為羧基、羥基、氯酰基或胺基，且在一些實施方式中，所述碳納米管的官能團為羧基，所述羧基在向所述聚合物或所述可聚合材料中加入所述碳納米管之前被改性為氯酰基或胺基。

用于鋰電池電極的粘結劑可以通過改善碳納米管的分散以低量改善傳導通路，并提高鋰電池的壽命。

附圖說明

圖1為根據一個實施方式的鋰電池的結構示意圖。

具體實施方式

下文將詳細敘述一個或多個實施方式。

根據實施方式的用于鋰電池電極的粘結劑包括：碳納米管；通過化學鍵鍵合到碳納米管的聚合物。

所述粘結劑可用于使用能夠實現高容量的負極活性物質，如硅類活性物質、錫類活性物質或硅-碳類活性物質的鋰電池的電極。由于聚合物被化學鍵合到碳納米管上，粘結劑因而改善了碳納米管的分散，由于以低量形成了傳導通路，粘結劑因而具有高容量，在當驅動鋰電池時由于充電和放電引起活性物質的膨脹和收縮過程中，由于碳納米管的移動粘結劑因而不會結塊，由于通過碳納米管增加了粘結劑的抗張強度維持了傳導通路，粘結劑因而改善了鋰電池的壽命。