专利名称：负极、负极活性材料、负极制法、及包括该负极的锂电池的制作方法
技术领域：
本公开内容涉及负极、负极活性材料、所述负极的制备方法、以及包括所述负极的锂电池，且更具体地，涉及具有高的充电和放电效率以及良好的循环特性的负极、负极活性材料、所述负极的制备方法、以及包括所述负极的锂电池。
背景技术：
锂电池是在高倍率下可再充电的，并且其单位能量密度为常规的铅蓄电池、 镍-镉电池、镍-氢电池、镍-锌电池等的单位能量密度的三倍大。由于锂电池在高的工作电压下运行，他们不与对锂高度反应性的含水电解质溶液一起使用。通常，锂电池包括有机电解质溶液。所述有机电解质溶液是通过将锂盐溶解在有机溶剂中制备的。适合于制备所述有机电解质溶液的有机溶剂可为在高电压下是稳定的并且具有高的离子电导率、高介电常数和低粘度的各种溶剂的任一种。如果锂电池包括极性的基于碳酸酯的且非水的溶剂，则在初始充电期间由于在作为负极的碳电极和电解质溶液之间的副反应而使用过量的电荷，所述副反应为不可逆反应。由于所述不可逆反应，在负极表面上形成钝化层例如固体电解质界面(SEI)。在充电和放电期间，SEI防止电解质溶液的分解并且起到离子通道的作用。在充电和放电期间，SEI仅容许锂离子从其穿过，并且阻挡所述电解质溶液中的与锂离子一起移动的有机溶剂的流动。仅锂离子嵌入到所述作为负极的碳电极中并且所述有机溶剂不与锂离子共嵌入， 从而防止所述负极结构的毁坏。通常，在锂电池的电解质溶液中使用添加剂例如碳酸亚乙烯酯或者硫酸亚乙烯酯，以在负极表面上形成高品质SEI，并且所述添加剂的使用导致锂电池的更高的容量保持率、更好的循环特性以及更高的稳定性。然而，所述作为负极的碳电极的更大的表面积和更小的碳颗粒尺寸例如纳米颗粒尺寸引起所述作为负极的碳电极与所述电解质溶液之间更多的副反应，并且因此未形成 SEI0因此，仅通过使用锂电池的所述添加剂，可得不到锂电池的高的容量保持率和良好的循环特性。
发明内容
提供具有良好的容量保持率特性和良好的循环特性的负极。提供具有良好的容量保持率特性和良好的循环特性的负极活性材料。提供所述负极的制备方法。
提供包括所述负极的锂电池。另外的方面将在以下描述中部分地阐明，并且部分地将由所述描述明晰或者可通过所呈现实施方式的实践而获知。根据本发明的一个方面，负极包括集流体；形成于所述集流体上的负极活性材料层；以及形成于所述负极活性材料层上并且包括氟化的基于丙烯酰基的聚合物的聚合物涂层。根据本发明的另一方面，负极活性材料包括嵌入或脱嵌锂的芯，和形成于所述芯的至少一部分上的包覆层，其中所述芯包括选自碳质负极活性材料和基于金属的负极活性材料的至少一种材料，和所述包覆层包括氟化的基于丙烯酰基的聚合物。根据本发明的另一方面，负极的制备方法包括通过将负极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂混合而制备负极活性材料组合物；通过用所述负极活性材料组合物涂布集流体而形成负极活性材料层；和通过用包括氟化的基于丙烯酰基的单体并且具有约O. 5cP 约 IOOOcP粘度的溶液涂布所述负极活性材料层和使所述氟化的基于丙烯酰基的单体聚合而在所述负极活性材料层上形成包括氟化的基于丙烯酰基的聚合物的聚合物涂层。根据本发明的另一方面，锂电池包括正极；如上所述的负极；和电解质。
由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中图I是说明根据本发明实施方式的负极制备方法的示意图；和图2是显示根据实施例5-8以及对比例4-6制造的包括负极的锂电池的循环特性的图。
具体实施例方式现在将详细介绍实施方式，所述实施方式的实例示于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中所进行的说明。因此，以下仅通过参照附图描述实施方式以解释本说明书的各方面。下文中，将详细描述根据本发明实施方式的负极、负极活性材料、所述负极的制备方法、以及包括所述负极的锂电池。然而，本文中所呈现的实施方式是示例性的并且本发明不限于此且仅由权利要求限定。根据本发明实施方式的负极包括集流体；形成于所述集流体上的负极活性材料层；和形成于所述负极活性材料层上的聚合物涂层，其中所述聚合物涂层可包括氟化的基于丙烯酰基的聚合物。所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物指拥有具有氟作为取代基的基于丙烯酰基的聚合物结构的聚合物化合物。形成于所述负极活性材料层上的所述聚合物涂层由于所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物的F-与存在于所述负极活性材料层的表面处的H+的结合而具有高的机械强度。 而且，所述聚合物涂层可由于包括所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物而具有高的柔性。所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物可包括由下式I表示的重复单元。
8
〈式1>
权利要求
1.负极，包括集流体；形成于所述集流体上的负极活性材料层；和形成于所述负极活性材料层上并且包括氟化的基于丙烯酰基的聚合物的聚合物涂层。
2.权利要求I的负极，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物包括由式I表示的重复单元
3.权利要求I的负极，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物包括选自如下的至少一种材料聚((甲基)丙烯酸2，2，2-三氟乙基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2，3，3-四氟丙基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2，3，3，3_五氟丙基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2，3，4，4，4_六氟丁基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2，3，3，4，4，4_七氟丁基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2， 3，3，4，4，5，5_八氟戊基酯)、聚((甲基)丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，6_九氟己基酯)、和聚 ((甲基)丙烯酸1，1，1，3，3，3_六氟异丙基酯)。
4.权利要求I的负极，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物进一步包括由下式2表示的重复单元
5.权利要求I的负极，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物的量为O.0001 3重量份，基于100重量份的所述负极活性材料层。
6.权利要求I的负极，其中所述负极活性材料层具有多个负极活性材料颗粒，并且所述聚合物涂层在相邻的负极活性材料颗粒之间形成交叉连接。
7.权利要求6的负极，其中所述负极活性材料颗粒的平均颗粒尺寸为20nm 2μ m。
8.权利要求6的负极，其中所述负极活性材料的体积膨胀率为10% 400%。
9.权利要求I的负极，其中所述负极活性材料层进一步包括导电剂和粘合剂。
10.负极活性材料,包括嵌入或脱嵌锂的芯，和形成于所述芯的至少一部分上的包覆层，其中所述芯包括选自碳质负极活性材料和基于金属的负极活性材料的至少一种材料， 和所述包覆层包括氟化的基于丙烯酰基的聚合物。
11.权利要求10的负极活性材料，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物包括由下式 I表示的重复单元〈式1>
12.权利要求10的负极活性材料，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物包括选自如下的至少一种材料聚((甲基)丙烯酸2，2，2-三氟乙基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2，3， 3-四氟丙基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2，3，3，3_五氟丙基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2， 3，4，4，4-六氟丁基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2，3，3，4，4，4-七氟丁基酯)、聚((甲基)丙烯酸2，2，3，3，4，4，5，5_八氟戊基酯)、聚((甲基)丙烯酸3，3，4，4，5，5，6，6，6-九氟己基酯)、和聚((甲基)丙烯酸1，1，1，3，3，3-六氟异丙基酯)。
13.权利要求10的负极活性材料，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物进一步包括由下式2表示的重复单元
14.负极制备方法，所述方法包括通过将负极活性材料、导电剂、粘合剂和溶剂混合制备负极活性材料组合物；通过用所述负极活性材料组合物涂布集流体形成负极活性材料层；和通过用包括氟化的基于丙烯酰基的单体并且具有O. 5cP IOOOcP粘度的溶液涂布所述负极活性材料层并且使所述氟化的基于丙烯酰基的单体聚合，在所述负极活性材料层上形成包括氟化的基于丙烯酰基的聚合物的聚合物涂层。
15.权利要求14的方法，其中所述氟化的基于丙烯酰基的单体包括由下式3表示的单体
16.权利要求14的方法，其中所述氟化的基于丙烯酰基的单体进一步包括由下式4表示的氟化的基于丙烯酰基的单体，并且由式3表示的单体对由式4表示的单体的混合比等于或大于O. 6且小于I :大于O且等于或小于O. 4，〈式4>
17.权利要求14的方法，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物包括由式I表示的重复单元〈式1>R1 R3各自独立地为S原子、鼠原子、C1 C2tl烧基、鼠原子取代的C1 C2tl烧基、C2 C20烯基、氟原子取代的C2 C2tl烯基、C6 C2tl芳基、或者氟原子取代的C6 C2tl芳基；R4 R6各自独立地为氢原子、氟原子、CH3> CHF2, CH2F、或者CF3 ；X 为 CH2、CHF、或者 CF2 ;和 a为O 10的整数，且b为O 10的整数，其中所述氟化的基于丙烯酰基的聚合物的重均分子量为200 500，000，并且R1 R6 的至少一个包括至少一个氟原子。
18.锂电池，包括正极；权利要求1-9中任一项的负极；和电解质。
19.权利要求18的负极，进一步包括设置在所述正极和所述负极之间的隔板。
全文摘要
本发明涉及负极、负极活性材料、负极制法、及包括该负极的锂电池。所述负极包括集流体；形成于所述集流体上的负极活性材料层；和形成于所述负极活性材料层上并且包括氟化的基于丙烯酰基的聚合物的聚合物涂层。
文档编号C09D133/16GK102593419SQ201210014718
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者权问奭, 金圭成, 金翰秀 申请人:三星电子株式会社