孔隔膜24迀移的锂离子最终在正极22处调和 (reconcile)并形成嵌入锂。经过外电路32的电流可通过载荷装置28利用和传导直至负 极10中的嵌入锂含量降至可工作水平以下或电能需求停止。
[0063] 锂离子电池30可以在部分或完全释放其有效容量后再充电。为了将锂离子电池 30充电，将外部电池充电器连向正极和负极22，10以驱使电池放电电化学反应逆转。在 再充电过程中，电子（e_)经外电路32流回负极10,且锂离子被电解质携带穿过多孔隔膜24 送回负极10。电子（e_)和锂离子在负极10处再结合，由此为其补充嵌入锂以供在下一电 池放电循环过程中消耗。
[0064] 可用于将锂离子电池30充电的外部电池充电器可随锂离子电池30的尺寸、构造 和特定最终用途而变。一些合适的外部电池充电器包括插入AC壁插座和机动车交流发电 机中的电池充电器。
[0065] 为进一步例示本公开，在本文中给出实施例。要理解的是，此实施例用于举例说明 并且不应被视为限制本公开的范围。 实施例
[0066] 根据本文中公开的方法制备负极。
[0067] 首先，使硅粉(具有100纳米的平均粒度）在空气中暴露大约2周。这种方法导致 硅粉粒子的表面氧化。
[0068] 在85克NMP中用4. 12克甲苯二胺和10. 93克3, 3'，4, 4'-二苯甲酮四甲酸二酐 制造预聚物溶液。搅拌该预聚物溶液。测量出1克预聚物溶液(包括大约〇. 15克聚（酰 胺酸））。将这添加到额外的NMP中以形成3重量％固含量的溶液。通过将0. 15克炭黑和 〇. 45克氧化硅粉添加到3重量％固含量溶液中，形成浆料。
[0069] 将该浆料浇铸在集流体上。将浇铸的浆料干燥以除去任何溶剂和/或水。在真空 炉中在120°C下干燥整夜。然后对干燥的浇铸浆料施以加热。在真空炉中实现加热。使干 燥的浇铸浆料在250°C下暴露大约2小时，然后在350°C下暴露整夜。加热据信导致形成聚 酰亚胺粘合剂，其中至少一些结合到氧化硅粉上。
[0070] 在加热完成后，在集流体上形成实施例负极。该电极配方为大约60重量％的氧化 硅粉、大约20重量％的炭黑和大约20重量％的聚酰亚胺粘合剂。硅载量为大约1.01mg/ cm2〇
[0071] 还制造对比负极。这种电极包括大约60重量％的氧化硅粉、大约20重量％的炭 黑和大约20重量％的羧甲基纤维素（CMC)作为粘合剂材料。也在集流体上形成该对比负 极。
[0072] 测试实施例负极的循环性能并与对比负极的循环性能进行比较。使用纽扣单体电 池评估实施例负极和对比负极。在纽扣单体电池内，实施例负极和对比负极在1MLiPF6(碳 酸亚乙酯：碳酸二甲酯（EC:DEC)1:1)+ 10重量％氟化碳酸亚乙酯（FEC)中与金属Li阳极 配对。通过在室温下在0.IV至IV之间以C/10的速率循环最多100个循环，测试实施例负 极和对比负极的恒电流循环性能。
[0073]循环性能结果显示在图3中。特别地，比容量（mAh/g)显示在Y轴上(标作Y)，循 环数显示在X轴上(标作#)。实施例负极的线段标作"1"且对比负极的线段标作"2"。实施 例负极的比容量结果相对经过各种循环并与对比负极的比容量结果相比显著改进。因此， 包括结合到本文中公开的氧化硅粉上的聚酰亚胺粘合剂的负极表现出改进的循环稳定性。
[0074]直接结合到本文中公开的活性材料粒子13的氧化层14上的聚酰亚胺粘合剂16 有利地据信改进负极10中的电子和离子电导率，改进负极完整性并有助于形成固体电解 质界面（SEI)，这增强锂嵌入的动力学。
[0075] 说明书通篇提到的"一个实例"、"另一实例"、"一实例"等是指联系该实例描述的 特定要素(例如要件、结构和/或特征)包括在本文所述的至少一个实例中，并可以存在或不 存在于其它实例中。此外，要理解的是，除非上下文清楚地另行规定，对任何实例描述的要 素可以在各种实例中以任何合适的方式组合。
[0076] 要理解的是，本文中提供的范围包括指定范围和指定范围内的任何值或子范围。 例如，大约1纳米至大约20微米的范围应被解释为不仅包括大约1纳米至大约20微米的 明确列举的界限，还包括独立的值，如5纳米、1. 5微米、10微米等，和子范围，如大约100纳 米至大约10微米；大约75纳米至大约15微米等。此外，当使用"大约"描述一个值时，这 意在包括与指定值的轻微变化(最多+/_ 5%)。
[0077] 在描述和要求保护本文中公开的实例时，除非上下文清楚地另行规定，单数形式 "一种"、"一个"和"该"包括复数对象。
[0078] 尽管已经详细描述了若干实例，但本领域技术人员显而易见的是，可以修改所公 开的实例。因此，上文的描述不应被视为限制性的。
【主权项】
1. 一种负极材料，其包含： 活性材料粒子，其包括： 娃核；和 在硅核表面上的氧化层；和 直接结合到所述氧化层上的聚酰亚胺粘合剂； 其中在所述负极材料中不包括附加的粘合增强剂。2. 如权利要求1中所述的负极材料，其中所述氧化层具有大约0. 1纳米至大约5纳米 的厚度。3. 如权利要求1中所述的负极材料，其中所述聚酰亚胺粘合剂的酐基团和所述氧化层 的羟基在所述氧化层与所述聚酰亚胺粘合剂之间形成界面粘结。4. 如权利要求1中所述的负极材料，其进一步包含与活性材料粒子和聚酰亚胺粘合剂 混合的导电填料。5. -种制造负极材料的方法，所述方法包括： 将硅粒子的表面氧化，由此形成包括硅核和在硅核上的氧化层的活性材料粒子； 在偶极非质子溶剂中将化学计量过量的二酐添加到二胺中以形成聚酰亚胺预聚物； 将所述活性材料粒子添加到所述聚酰亚胺预聚物中以形成浆料； 将所述浆料沉积在载体上；和 热处理所述沉积的浆料，由此形成直接结合到活性材料粒子的氧化层上的聚酰亚胺粘 合剂，由此所述聚酰亚胺预聚物的酐基团与所述氧化层的羟基反应以在所述氧化层与所述 聚酰亚胺粘合剂之间直接形成界面粘结而不需要附加的粘合增强剂。6. 如权利要求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环境中暴 露至少1小时。7. 如权利要求5中所述的方法，其中在沉积之后和在热处理之前，所述方法进一步包 括将沉积的浆料干燥以除去偶极非质子溶剂，其中所述干燥在大约60°C至大约150°C的温 度下进行。8. 如权利要求7中所述的方法，其中所述热处理包括下列之一： 在真空或惰性气体下在大约180°C至大约400°C的温度下加热最多大约20小时的时 间；或 在大约180°C至大约400°C的温度下施加微波和热处理最多大约20小时的时间。9. 如权利要求8中所述的方法，其中在真空或惰性气体下的加热涉及随时间以预设间 隔倾斜升温。10. -种锂离子电池，其包含： 包括锂过渡金属氧化物基活性材料的正极； 负极，其包括 许多活性材料粒子，各粒子包括： 娃核；和 在硅核表面上的氧化层； 直接结合到至少一些所述许多活性材料粒子的氧化层上的聚酰亚胺粘合剂；和 混在所述许多活性材料粒子和聚酰亚胺粘合剂之间的导电碳；
【专利摘要】负极材料包括活性材料粒子。该活性材料粒子包括硅核和在硅核表面上的氧化层。该负极材料进一步包括直接结合到活性材料粒子的氧化层上的聚酰亚胺粘合剂。在该负极材料中不包括附加的粘合增强剂。
【IPC分类】H01M4/38, H01M4/04, H01M4/1395, H01M4/134, H01M4/36, H01M10/0525, H01M4/62
【公开号】CN104934575
【申请号】CN201510060084
【发明人】X.黄
【申请人】通用汽车环球科技运作有限责任公司
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年2月5日
【公告号】DE102015101448A1, US20150221936