[發(fā)明專利]用于鋰離子電池的負(fù)極材料

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510060084.2
• 申請(qǐng)日: 2015-02-05
• 公開（公告）號(hào): CN104934575A
• 公開（公告）日: 2015-09-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: X.黃
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 通用汽車環(huán)球科技運(yùn)作有限責(zé)任公司
• 主分類號(hào): H01M4/36
• 分類號(hào): H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M4/04;H01M4/1395;H01M10/0525
• 代理公司: 中國(guó)專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 韋欣華;徐厚才

背景技術(shù)

二次或可充電鋰離子電池常用在許多固定和便攜設(shè)備，如消費(fèi)電子、汽車和航空航天工業(yè)中遇到的那些設(shè)備中。鋰類電池由于各種原因已得到普及，包括相對(duì)較高的能量密度、與其它種類的可充電電池相比通常不出現(xiàn)任何記憶效應(yīng)、相對(duì)較低的內(nèi)電阻和不使用時(shí)的低自放電率。鋰電池在它們的有效壽命內(nèi)進(jìn)行反復(fù)電力循環(huán)的能力使它們成為有吸引力和可靠的電源。

發(fā)明內(nèi)容

負(fù)極材料的一個(gè)實(shí)例包括活性材料粒子。該活性材料粒子包括硅核和在硅核表面上的氧化層。該負(fù)極材料進(jìn)一步包括直接結(jié)合到活性材料粒子的氧化層上的聚酰亞胺粘合劑。在該負(fù)極材料中不包括附加的粘合增強(qiáng)劑。

該負(fù)極可以包括在鋰離子電池的負(fù)極中。

本發(fā)明涉及以下[1]至[16]：

[1].?一種負(fù)極材料，其包含：

活性材料粒子，其包括：

　硅核；和

　在硅核表面上的氧化層；和

直接結(jié)合到所述氧化層上的聚酰亞胺粘合劑；

其中在所述負(fù)極材料中不包括附加的粘合增強(qiáng)劑。

[2].?如[1]中所述的負(fù)極材料，其中所述氧化層具有大約0.1納米至大約5納米的厚度。

[3].?如[1]中所述的負(fù)極材料，其中所述聚酰亞胺粘合劑的酐基團(tuán)和所述氧化層的羥基在所述氧化層與所述聚酰亞胺粘合劑之間形成界面粘結(jié)。

[4].?如[1]中所述的負(fù)極材料，其進(jìn)一步包含與活性材料粒子和聚酰亞胺粘合劑混合的導(dǎo)電填料。

[5].?一種制造負(fù)極材料的方法，所述方法包括：

將硅粒子的表面氧化，由此形成包括硅核和在硅核上的氧化層的活性材料粒子；

在偶極非質(zhì)子溶劑中將化學(xué)計(jì)量過量的二酐添加到二胺中以形成聚酰亞胺預(yù)聚物；

將所述活性材料粒子添加到所述聚酰亞胺預(yù)聚物中以形成漿料；

將所述漿料沉積在載體上；和

熱處理所述沉積的漿料，由此形成直接結(jié)合到活性材料粒子的氧化層上的聚酰亞胺粘合劑，由此所述聚酰亞胺預(yù)聚物的酐基團(tuán)與所述氧化層的羥基反應(yīng)以在所述氧化層與所述聚酰亞胺粘合劑之間直接形成界面粘結(jié)而不需要附加的粘合增強(qiáng)劑。

[6].?如[5]中所述的方法，其中硅粒子表面的氧化包括使硅粒子在含氧環(huán)境中暴露至少1小時(shí)。

[7].?如[5]中所述的方法，其中在沉積之后和在熱處理之前，所述方法進(jìn)一步包括將沉積的漿料干燥以除去偶極非質(zhì)子溶劑，其中所述干燥在大約60℃至大約150℃的溫度下進(jìn)行。

[8].?如[7]中所述的方法，其中所述熱處理包括下列之一：

在真空或惰性氣體下在大約180℃至大約400℃的溫度下加熱最多大約20小時(shí)的時(shí)間；或

在大約180℃至大約400℃的溫度下施加微波和熱處理最多大約20小時(shí)的時(shí)間。

[9].?如[8]中所述的方法，其中在真空或惰性氣體下的加熱涉及隨時(shí)間以預(yù)設(shè)間隔傾斜升溫。

[10].?如[5]中所述的方法，其中：

所述二酐選自：

,?,

,和；

所述二胺含有不多于2個(gè)醚基團(tuán)；且

所述偶極非質(zhì)子溶劑是路易斯堿。

[11].?如[5]中所述的方法，其中：

在所述漿料中包括導(dǎo)電填料；

所述載體是集流體；和

在熱處理之前，所述方法進(jìn)一步包括將沉積的漿料干燥以除去偶極非質(zhì)子溶劑。

[12].?如[11]中所述的方法，其中所述漿料由以下組成：

大約30重量%至大約95重量%的活性材料粒子；

大約5重量%至大約50重量%的導(dǎo)電填料；和

大約5重量%至大約60重量%的聚酰亞胺預(yù)聚物。

[13].?一種鋰離子電池，其包含：

包括鋰過渡金屬氧化物基活性材料的正極；

負(fù)極，其包括

　許多活性材料粒子，各粒子包括：

　　硅核；和

　　在硅核表面上的氧化層；

　直接結(jié)合到至少一些所述許多活性材料粒子的氧化層上的聚酰亞胺粘合劑；和

　混在所述許多活性材料粒子和聚酰亞胺粘合劑之間的導(dǎo)電碳；

　其中在所述負(fù)極材料中不包括附加的粘合增強(qiáng)劑；和

浸泡在電解質(zhì)溶液中的多微孔聚合物隔膜，所述多微孔聚合物隔膜位于正極和負(fù)極之間。