[发明专利]用于锂离子二次电池的负极、其制备方法、锂离子二次电池及其制备方法

说明书

                        技术领域

本发明涉及锂离子二次电池，并且尤其是涉及其负极。

                        背景技术

锂离子二次电池具有高的电压和高的能量密度。最近，锂离子二次电池已经被用作许多装置的主电源，包括例如，移动通讯装置和便携式电子装置。随着这些装置尺寸的减小和性能的提高，还要求提高锂离子二次电池性能，许多研究正在进行中。

已经提出并研究了多种材料作为锂离子二次电池的正极活性材料和负极活性材料。对于负极活性材料，例如碳材料和铝合金已经投入实际使用。其中，碳材料表现出最高的性能，并且正被广泛使用。

但是，碳材料具有大约370mAh/g的理论容量，并且已经使用了接近理论容量的容量。因此，难以实现能量密度的进一步显著增加。

所以，为了实现锂离子二次电池容量的进一步增加，已经研究了使用许多新材料作为负极活性材料。例如，已经提出了金属如硅和锡、以及含有硅或锡的合金或氧化物(见专利文献1和2)。

但是，包含上述新材料的活性材料由于在充电/放电期间锂的吸收和解吸而产生的大的体积变化。在负极吸收锂的充电状态中，活性材料体积增加，并且相应地负极膨胀。相反，在解吸锂的放电状态中，活性材料体积减小，并且相应地负极也会收缩。

在使用含有金属、合金或氧化物的活性材料制备电极的情况中，一般要制备包含活性材料粉末和粘结剂的电极材料混合物作为其主要成分。电极可以通过使电极材料混合物负载在由金属箔制成的集电体上来得到。

这里，用树脂材料作为粘结剂。粘结剂用来在电极材料混合物中将活性材料颗粒粘结到一起，并且还将电极材料混合物和集电体粘结到一起。因此，电极的性能受粘结剂性能的影响很大。当粘结剂的粘结力小时，活性材料颗粒之间的粘附力和电极材料混合物与集电体之间的粘附力减小。因此，电极的集流性能降低，从而降低了电极性能。

在使用在充电/放电期间经历大的体积变化的材料作为活性材料的情况下，向电极材料混合物中包含的粘结剂施加大的应力。因此，要求粘结剂有强的粘结力。为了满足这个要求，已经研究使用了许多树脂材料。例如，已经提出了使用具有高粘附性的聚丙烯酸(见专利文献3)。

专利文献1：日本特开第Hei 7-29602号

专利文献2：日本特开第2001-291512号

专利文献3：日本特开第Hei 9-289022号

                        发明内容

本发明解决的问题

一般，树脂材料的粘附性通过树脂材料的官能团和物体表面之间的相互作用发挥出来。聚丙烯酸具有许多羧基作为其官能团，所以它具有强的粘附性并且还是化学稳定的。因此，聚丙烯酸作为粘结剂表现出良好的特性。聚丙烯酸还对在充电/放电期间经历大的体积变化的活性材料表现出较好的粘附性。但是，另一方面，聚丙烯酸是固体，并且柔韧性不好。因此，当经受重复充电/放电循环时，它不能承受活性材料体积变化产生的应力，从而活性材料颗粒的粘结结构逐渐被破坏，因此降低了电池的性能。在树脂材料柔韧性降低的低温下，充电/放电循环特性的降低是特别显著的。

解决问题的方法

本发明涉及锂离子二次电池的负极，其包含：含有能够可逆地吸收和解吸锂的活性材料粉末以及粘结剂的负极材料混合物，其中所述活性材料包含选自Si和Sn中的至少一种元素，并且所述粘结剂包含选自乙烯-丙烯酸共聚物和乙烯-甲基丙烯酸共聚物中的至少一种。

作为活性材料，优选使用例如硅和过渡金属的合金、或者含有选自Si和Sn中至少一种元素的氧化物。优选地，构成合金的过渡金属是选自Ti、Fe、Co、Ni和Cu中的至少一种。

乙烯-丙烯酸共聚物中的丙烯酸单元的含量优选为4mol％-80mol％。

乙烯-甲基丙烯酸共聚物中甲基丙烯酸单元的含量优选为4mol％-80mol％。

负极材料混合物中的粘结剂的含量优选为0.5重量％-20重量％。

本发明还涉及锂离子二次电池，其包括：可充电并可放电的正极、上述负极和非水电解质。