鋰電池的製造方法與工藝
2023-09-16 17:45:10
鋰電池相關申請的交叉引用本申請要求2012年2月21日在美國專利和商標局提交的美國臨時申請No.61/601,373的優先權和權益，將其公開內容全部引入本文作為參考。技術領域本發明的實施方式的方面涉及鋰電池。
背景技術：
為了滿足對小型且高性能設備的要求，製造小型且輕質的鋰電池是重要的。而且，為了用於電動車中，將鋰電池的放電容量、能量密度和循環特性作為重要因素納入考慮。為了用於這樣的應用中，需要具有每單位體積大的放電容量和高的能量密度、以及優異的壽命特性的鋰電池。鋰電池中包括隔板以防止或減少正極和負極之間的短路。基於有機物的隔板在200℃或更低的溫度熔融。因此，當包括所述基於有機物的隔板的電池的溫度由於內部和/或外部刺激而提高時，由於隔板的收縮或熔融，體積變化可發生，並且因此，電池的運行停止。典型的隔板具有低的與電極的粘附。因此，在充電和放電期間，電極之間的距離可增加，並且因此膨脹程度顯著增加。由於電池的體積增加，電池每單位體積的容量和能量密度可降低。電池的顯著的體積變化可導致隔板的破壞。因此，包括所述隔板的鋰電池的壽命特性可降低。因此，需要開發具有由隔板與電極之間改善的粘附性能導致的降低的體積變化、和改善的壽命特性的鋰電池。
技術實現要素：
本發明的實施方式的方面提供在隔板和電極之間具有改善的粘附(adhesion)的鋰電池。根據本發明的實施方式，鋰電池包括：正極；負極，其包括包含第一水性(aqueous)粘合劑和第二水性粘合劑的負極活性物質層，所述第一水性粘合劑包括單體單元；和在所述正極和所述負極之間的隔板，所述隔板包括基礎材料層和形成於所述基礎材料層的至少一個表面上的聚合物層，所述聚合物層包括非水性(non-aqueous)粘合劑，所述非水性粘合劑包括與所述第一水性粘合劑的所述單體單元相同的單體單元。在一個實施方式中，所述第一水性粘合劑的所述單體單元包括選自如下的至少一種：基於二烯的(二烯類)單體單元、基於丙烯醯基的(丙烯醯基類)單體單元、基於氟的(氟類)單體單元、和基於矽的(矽類)單體單元。所述第一水性粘合劑的所述單體單元可包括選自如下的至少一種：丁二烯單體單元、異戊二烯單體單元、丙烯酸酯單體單元、甲基丙烯酸酯單體單元、偏氟乙烯單體單元、四氟乙烯單體單元、六氟丙烯單體單元、和矽氧烷單體單元。在一個實施方式中，所述第一水性粘合劑包括基於偏氟乙烯的(偏氟乙烯類)單體和選自四氟乙烯和六氟丙烯的至少一種單體的共聚物。所述第一水性粘合劑可包括偏氟乙烯-六氟丙烯共聚物。在一個實施方式中，所述第一水性粘合劑進一步包括選自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、異戊二烯和戊烯單體單元的基於烯烴的(烯烴類)單體單元。在一個實施方式中,所述第一水性粘合劑進一步包括選自羧酸基團、羥基、和磺酸基團的親水基團。所述第二水性粘合劑可不同於所述第一水性粘合劑。在一個實施方式中，所述第二水性粘合劑包括選自如下的至少一種：苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯酸酯化的苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡膠、丙烯醯基橡膠、丁基橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚表氯醇、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、膠乳(latex)、聚酯樹脂、丙烯醯基樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素和二乙醯基纖維素。在一個實施方式中，所述第一水性粘合劑和所述第二水性粘合劑以在0.1:1-10:1範圍內的重量比存在於所述負極活性物質層中。所述第一水性粘合劑和所述第二水性粘合劑可以在0.25:1-10:1範圍內的重量比存在於所述負極活性物質層中。在一個實施方式中，所述第一水性粘合劑以在0.01重量%-10重量%範圍內的量存在於所述負極活性物質層中。所述第一水性粘合劑可以在0.01重量%-5重量%範圍內的量存在於所述負極活性物質層中。在一個實施方式中，所述聚合物層包括兩個層，所述兩個聚合物層各自在所述基礎材料層的相反表面上。在一個實施方式中，所述基礎材料層為包括聚烯烴材料的多孔膜。在一個實施方式中，所述聚合物層的所述非水性粘合劑包括選自如下的至少一種：聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯基異丁基醚、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚乙酸烯丙酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚甲醛、聚氧乙烯、聚環硫醚(polycyclothioether)、聚二甲基矽氧烷、聚內酯、聚對苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯、尼龍6、尼龍66、聚間苯二甲醯間苯二胺、聚對苯二甲醯對苯二胺和聚均苯四甲醯亞胺。在一個實施方式中，所述聚合物層具有在0.1μm-10μm範圍內的厚度。在一個實施方式中，所述正極包括包含與所述負極的所述第一水性粘合劑的所述單體單元相同的單體單元的粘合劑。在一個實施方式中，所述正極包括與所述隔板的所述非水性粘合劑相同的粘合劑。在一個實施方式中，所述正極包括與所述負極的所述第一水性粘合劑相同的粘合劑。根據本發明的實施方式的方面，由於使用具有至少一個其上形成上述聚合物層的表面的隔板、以及上述水性粘合劑的兩種或更多種，所述隔板和所述電極之間的粘附改善，並且因此，所形成的包括所述電極和所述隔板的鋰電池可具有改善的壽命特性。附圖說明附圖與說明書一起對本發明的示例性實施方式進行說明，並且與說明書一起用於解釋本發明的原理。圖1為根據本發明一個實施方式的隔板的實例的示意圖。圖2為根據本發明一個實施方式的鋰電池的實例的示意圖。表示附圖主要元件的附圖標記的說明1：鋰電池2：負極3：正極4：隔板5：電池殼6：帽組件11：基礎材料層12，13：聚合物層具體實施方式在以下詳細描述中，通過圖解顯示和描述本發明的僅一些實施方式。如本領域技術人員將認識到的，本發明可以許多不同的形式體現並且不應解釋為限於本文中闡述的實施方式。在整個說明書中，相同的附圖標記始終表示相同的元件。下文中，描述根據本發明示例性實施方式的鋰電池。根據本發明實施方式的鋰電池包括：正極；負極，其包括包含第一水性粘合劑和第二水性粘合劑的負極活性物質層，所述第一水性粘合劑包括單體單元；和在所述正極和所述負極之間的隔板，所述隔板包括基礎材料層和形成於所述基礎材料層的至少一個表面上的聚合物層，且所述聚合物層包括非水性粘合劑，所述非水性粘合劑包括與所述第一水性粘合劑的所述單體單元相同的單體單元。由於包括如下水性粘合劑的負極的使用，改善了所述負極和隔板之間的粘附，並且因此降低了電極板的電阻且可改善鋰電池的充電和放電特性，而且可抑制在充電和放電期間鋰電池的體積變化：所述水性粘合劑包括與所述隔板的非水性粘合劑中相同的單體單元，所述隔板包括形成於所述基礎材料層的至少一個表面上的聚合物層。即，通過包括如下負極和如下隔板，根據本發明實施方式的電池可具有降低的電極板電極電阻、改善的充電和放電特性，並且可抑制在充電和放電期間電池的體積變化：所述負極包括負極活性物質層，所述負極活性物質層包含包括單體單元的第一水性粘合劑；所述隔板包括聚合物層，所述聚合物層包括包含與所述第一水性粘合劑的所述單體單元相同的單體單元的非水性粘合劑。而且，由於所述鋰電池中包括的所述負極是通過使用水而不是有機溶劑製造的，因此製造過程是簡單的且環境友好的，並且製造成本是低的。所述鋰電池的所述負極的所述第一水性粘合劑的所述單體單元可包括選自如下的至少一種：基於二烯的單體單元、基於丙烯醯基的單體單元、基於氟的單體單元和基於矽的單體單元。在所述負極的製備期間，所述第一水性粘合劑可以其中包括所述單體單元的聚合物分散在水中的含水(aqueous)分散體形式、或者其中聚合物溶解在水中的含水溶液形式使用，但是其不限於以這些形式使用並且在此處可使用本領域中可利用的任意各種合適的形式。例如，所述第一水性粘合劑的所述單體單元可包括選自如下的至少一種：丁二烯單體單元、異戊二烯單體單元、丙烯酸酯單體單元、甲基丙烯酸酯單體單元、偏氟乙烯單體單元、四氟乙烯單體單元、六氟丙烯單體單元和矽氧烷單體單元。例如，所述第一水性粘合劑可包括共聚物，例如，基於偏氟乙烯的單體和選自四氟乙烯和六氟丙烯的至少一種單體的共聚物。所述共聚物可(例如，除了所述基於氟的單體之外，還)另外包括基於烯烴的單體。所述共聚物中包括的所述基於烯烴的單體可包括選自乙烯、丙烯、丁烯、丁二烯、異戊二烯和戊烯的至少一種，但是其不限於此，並且在此處可使用本領域中已知的任何合適的基於烯烴的單體。而且，所述共聚物可另外包括選自羧酸基團、羥基和磺酸基團的親水基團，但是所述親水基團不限於此並且在此處可使用本領域中已知的任何合適的親水基團。例如，所述共聚物可包括陽離子型親水基團、非離子型親水基團、和兩性親水基團。由於在所述共聚物中另外包括所述親水基團，可進一步增強水分散性能。在一個實施方式中，所述共聚物中包括的所述親水基團的量由在聚合期間的包括所述親水基團的單體的量決定，並且可在0.1-40重量%範圍內，基於所述單體的總重量。例如，所述親水基團的量可在0.5-20重量%範圍內。在該量範圍內，所述共聚物的可分散性可進一步提高。所述第二水性粘合劑可包括選自如下的至少一種：苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯酸酯化的苯乙烯-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯橡膠、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯橡膠、丙烯醯基橡膠、丁基橡膠、氟橡膠、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯共聚物、聚氧化乙烯、聚乙烯基吡咯烷酮、聚表氯醇、聚磷腈、聚丙烯腈、聚苯乙烯、乙烯-丙烯-二烯共聚物、聚乙烯基吡啶、氯磺化聚乙烯、膠乳、聚酯樹脂、丙烯醯基樹脂、酚醛樹脂、環氧樹脂、聚乙烯醇、羥丙基甲基纖維素、羥丙基纖維素和二乙醯基纖維素，但是其不限於此，並且在此處可使用具有與所述第一水性粘合劑的結構不同的結構且本領域中已知的任何合適的粘合劑。所述鋰電池中包括的所述第一水性粘合劑和所述第二水性粘合劑可以0.1:1-10:1的重量比混合。例如，所述第一水性粘合劑和所述第二水性粘合劑可以0.25:1-10:1的重量比混合。例如，所述第一水性粘合劑和所述第二水性粘合劑可以0.25:1-5:1的重量比混合。因此，隔板和活性物質層之間的粘附力增強並且電池的能量密度提高，因為所述第一水性粘合劑和所述第二水性粘合劑的重量比被優化。所述鋰電池中的所述負極活性物質層中包括的所述第一水性粘合劑的量可在0.01重量%-10重量%的範圍內，基於負極活性物質層的總量。例如，所述第一水性粘合劑的量可在0.01重量%-5重量%範圍內，基於所述負極活性物質層的總量。例如，所述第一水性粘合劑的量可在0.05重量%-5重量%範圍內，基於所述負極活性物質層的總量。例如，所述第一水性粘合劑的量可在0.01重量%-3重量%範圍內，基於所述負極活性物質層的總量。例如，所述第一水性粘合劑的量可在0.01重量%-1重量%範圍內，基於所述負極活性物質層的總量。因此，對於所述隔板的粘附力增強並且電池的能量密度提高，因為所述第一水性粘合劑的量被優化。所述鋰電池中包括的所述隔板可包括，例如如圖1中所示的，基礎材料層11和形成於所述基礎材料層的表面上的聚合物層12和13。所述聚合物層包括具有與所述負極中包括的所述第一水性粘合劑中相同的單體結構的非水性粘合劑。因此，所述隔板與所述負極的粘附可增強。所述聚合物層中包括的所述非水性粘合劑可包括選自聚乙烯、聚丙烯、聚異丁烯、聚氯乙烯、聚偏氯乙烯、聚偏氟乙烯、聚四氟乙烯、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、聚乙烯基異丁基醚、聚丙烯腈、聚甲基丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸乙酯、聚乙酸烯丙酯、聚苯乙烯、聚丁二烯、聚異戊二烯、聚甲醛、聚氧化乙烯、聚環硫醚、聚二甲基矽氧烷、聚內酯、聚對苯二甲酸乙...