负极浆料、负极以及可再充电电池制造技术

公开了一种负极浆料以及包括该负极浆料的负极和可再充电电池。该负极浆料包括：负极活性物质，包括大于或等于约5wt％且小于或等于约100wt％的量的包含硅原子的第一活性物质；粘合剂，用于将这些负极活性物质粘合；以及用于负极浆料的溶剂，用于使负极活性物质和粘合剂分散，其中，第一活性物质包含大于或等于约20wt％且小于或等于约100wt％的量的硅原子，粘合剂包括颗粒分散体和包含丙烯酸

【技术实现步骤摘要】
负极浆料、负极以及可再充电电池


[0001]公开了一种负极浆料、使用该负极浆料形成的负极以及包括该负极的可 再充电电池。

技术介绍

[0002]用于确保包括可再充电锂离子电池的非水电解质可再充电电池的高容量 的一种方法是施用含硅活性物质，所述含硅活性物质包括比常规石墨基活性 物质的量大的量的嵌入锂。然而，由于含硅活性物质由于锂的嵌入/脱嵌而表 现出大的体积变化，因此负极混合物层在充电和放电期间剧烈膨胀和收缩。 结果，存在使负极活性物质与负极活性物质之间的电子导电性降低、使含硅 活性物质在混合物层中隔离、阻挡负极活性物质与集流体之间的导电路径等 的问题，从而使可再充电电池的循环特性劣化。
[0003]因此，为了抑制负极的膨胀，如专利文献1至专利文献3中所示，可以 使用包括具有相对高硬度的丙烯酸类聚合物作为粘合剂的负极浆料来制造负 极。
[0004]【现有技术】
[0005]【专利文献1】日本专利公开第2019
‑
160690号
[0006]【专利文献2】日本专利第6412689号
[0007]【专利文献3】日本专利第5279047号

技术实现思路

[0008]当使用专利文献1至专利文献3中描述的负极浆料制造负极时，例如， 当制造具有大于或等于约3.5mAh/cm2的面积容量的负极时，在负极浆料的涂 覆和干燥工艺期间，负极中会出现裂纹。
[0009]考虑到上述问题进行了实施例，并且提供了一种用于形成负极的负极浆 料，该负极浆料抑制了含有硅原子的负极的膨胀和由于充/放电循环的重复而 引起的容量劣化，并且在涂覆和干燥工艺中难以产生裂纹。
[0010]根据实施例的负极浆料包括：负极活性物质，包括大于或等于约5wt％且 小于或等于约100wt％的量的包含硅原子的第一活性物质；粘合剂，用于将负 极活性物质粘合；以及用于负极浆料的溶剂，使负极活性物质和粘合剂分散， 其中，第一活性物质包含大于或等于约20wt％且小于或等于约100wt％的量的 硅原子，粘合剂包括颗粒分散体和水溶性聚合物，水溶性聚合物包括包含丙 烯酸类单体和丙烯腈类单体的共聚物(在下文中，也称为丙烯酸
‑
丙烯腈类共 聚物)，并且当负极活性物质和粘合剂的总和为100wt％时，水溶性聚合物的 含量大于或等于约0.5wt％且小于或等于约2wt％。
[0011]根据以这种方式配置的负极浆料，由于粘合剂包括包含丙烯酸
‑
丙烯腈类 共聚物的水溶性聚合物，因此可以有效地抑制包括含硅活性物质的负极的膨 胀。
[0012]另外，由于粘合剂不仅包含水溶性聚合物，而且包括颗粒分散体，并且 粘合剂中水溶性聚合物的含量大于或等于约0.5wt％且小于或等于约2wt％， 因此可以将通过涂覆
和干燥负极浆料形成的负极混合物层的柔性调节到适当 的范围。
[0013]结果，可以抑制在涂覆和干燥时在负极中出现裂纹。
[0014]为了抑制负极的膨胀，丙烯酸
‑
丙烯腈类共聚物可以包括大于或等于约 40wt％且小于或等于约70wt％的量的(甲基)丙烯酸类单体衍生单元以及大 于或等于约30wt％且小于或等于约60wt％的量的(甲基)丙烯腈类单体衍生 单元。
[0015]通过施用具有这样的配置的共聚物，能够抑制通过在负极集流体上涂覆 并干燥包括该共聚物的负极浆料而形成的负极混合物层从负极集流体上剥离， 并且改善循环维持率。
[0016]丙烯酸
‑
丙烯腈类共聚物还可以包括衍生自可与(甲基)丙烯酸类单体和 /或(甲基)丙烯腈类单体共聚的其他单体的单元。
[0017]从减少充电期间负极的膨胀和负极混合物层从负极集流体剥离的观点来 看，期望的是水溶性聚合物包括大于或等于约50wt％的量的丙烯酸
‑
丙烯腈类 共聚物。
[0018]作为具体实施例，例如，(甲基)丙烯酸类单体可以是从(甲基)丙烯酸、 (甲基)丙烯酸的金属盐、(甲基)丙烯酸的铵盐和(甲基)丙烯酸的胺盐中 选择的至少一种类型。
[0019]从抑制充电期间负极的膨胀和负极混合物层从负极集流体剥离的观点来 看，8wt％的丙烯酸
‑
丙烯腈类共聚物的水溶液可以在25℃下具有大于或等于约 500mPa
·
s的粘度。
[0020]另外，如果8wt％的丙烯酸
‑
丙烯腈类共聚物的水溶液的粘度在25℃下小 于或等于约10000mPa
·
s，则负极浆料的粘度不会变得过大，并且不需要降低 负极浆料的固含量浓度以调节粘度，可以减少干燥时间以提高生产率。
[0021]从改善负极浆料的稳定性的观点来看，颗粒分散体可以包括具有大于或 等于约
‑
30℃且小于或等于约20℃的玻璃化转变温度的聚合物。
[0022]颗粒分散体的具体示例可以包括包含苯乙烯单体衍生单元和丁二烯单体 衍生单元的共聚物。
[0023]从将负极浆料调节至适于涂覆的粘度的观点来看，水溶性聚合物还可以 包括包含羧甲基的纤维素醚或包含羧甲基的纤维素醚的盐。
[0024]从易于涂覆的观点来看，负极浆料可以在25℃下在大于或等于约45wt％ 且小于或等于约60wt％的固含量浓度下具有大于或等于约1000mPa
·
s且小于 或等于约5000mPa
·
s的粘度。
[0025]另一方面，负极浆料的固含量浓度可以从制备负极浆料时添加的除了用 于负极浆料的溶剂之外的每种组分的总质量(对于以粉末添加的组分，作为 粉末的质量，或对于以水溶液添加的组分，由水溶液中的浓度计算的作为固 体组分的质量)与负极浆料的总质量的比例获得。
[0026]在具体实施例中，负极活性物质还可以包括石墨基活性物质作为第二活 性物质。
[0027]另外，负极浆料还可以包括导电剂。
[0028]负极浆料可以抑制由含硅活性物质引起的电极的膨胀和由于重复的充放 电循环引起的可再充电电池的容量劣化，并且可以形成在涂覆和干燥工艺期 间不太容易破裂的负极。
具体实施方式
[0029]在下文中，将详细描述具体实施例，使得本领域普通技术人员可以容易 地实现它们。然而，本公开可以以许多不同的形式体现，并且不被解释为限 于这里阐述的示例实施例。
[0030]这里使用的术语仅用于描述实施例，并且不旨在限制本专利技术。除非上下 文另外清楚地规定，否则单数表述包括复数表述。
[0031]如这里所使用的，“其组合”是指组分的混合物、层压材料、复合材料、 共聚物、合金、共混物、反应产物等。
[0032]这里，应当理解的是，诸如“包含”、“包括”或“具有”的术语旨在表 示存在所体现的特征、数量、步骤、元件或其组合，但是不排除存在或添加 一个或更多个其他特征、数量、步骤、元件或其组合的可能性。
[0033]将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种负极浆料，所述负极浆料包括：负极活性物质，包括大于或等于5wt％且小于或等于100wt％的量的包含硅原子的第一活性物质；粘合剂，用于将负极活性物质粘合；以及用于负极浆料的溶剂，使负极活性物质和粘合剂分散，其中，第一活性物质包含大于或等于20wt％且小于或等于100wt％的量的硅原子，粘合剂包括颗粒分散体和水溶性聚合物，水溶性聚合物包括包含丙烯酸类单体和丙烯腈类单体的共聚物，并且当负极活性物质和粘合剂的总和为100wt％时，水溶性聚合物的含量大于或等于0.5wt％且小于或等于2wt％。2.根据权利要求1所述的负极浆料，其中，用于负极浆料的溶剂是水性溶剂。3.根据权利要求1所述的负极浆料，其中，第一活性物质包括从硅或氧化硅的颗粒与石墨碳或非晶碳组合的混合物、硅颗粒和硅基合金中选择的至少一种活性物质。4.根据权利要求1所述的负极浆料，其中，共聚物包括大于或等于40wt％且小于或等于70wt％的量的(甲基)丙烯酸类单体衍生单元以及大于或等于30wt％且小于或等于60wt％的量的(甲基)丙烯腈类单体衍生单元。5.根据权利要求1所述的负极浆料，其中，共聚物还包括衍生自可与(甲基)丙烯酸类单体衍生单元和/或(甲基)丙烯腈类单体衍生单元共聚的其他单体的单元。6.根据权利要求1所述的负极浆料，其中，所述水溶性聚合物包括大于或等于50wt％的量的共聚物。7.根据权利要求1所述的负极浆料，其中，(甲基)丙烯酸类单体包括从(甲基)丙烯酸、(甲基)丙烯酸的金属盐、(甲基)丙烯酸的铵盐和(甲基)丙烯酸的胺盐中选择的至...

【专利技术属性】
技术研发人员：深谷伦行，干场弘治，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：