粘合剂组合物、其制备方法、电极和可再充电锂电池的制作方法
【技术领域】
[0001] 公开了用于可再充电裡电池的粘合剂组合物、其制备方法、W及包括其用于可再 充电裡电池的电极和可再充电裡电池的实施方式。
【背景技术】
[0002] 可再充电裡电池包括：分别包含能可逆地嵌入/脱嵌裡离子的材料作为正极活性 物质和负极活性物质的正极和负极；W及设置在正极和负极之间的有机电解质溶液或聚合 物电解质。在运里，正极和负极嵌入和脱嵌裡离子并通过氧化和还原反应产生电能。
[0003] 关于用于可再充电裡电池的正极活性物质，已使用能够嵌入和脱嵌裡的裡-过渡 金属氧化物例如LiCo〇2、LiMri2〇4、LiNiixC〇x〇2(〇<x<l)等。
[0004] 关于用于可再充电裡电池的负极活性物质，已使用能够嵌入和脱嵌裡离子的多种 合适的基于碳的材料例如人造石墨、天然石墨和硬碳。实现具有高的能量密度的电池可需 要具有高的理论容量密度的负极活性物质。因此，与裡合金化的Si、Sn、和GeW及其氧化 物和其合金已引起注意。
[0005] 例如，基于Si的负极活性物质具有非常高的充电容量且广泛地应用于高容量电 池。然而，基于Si的负极活性物质可在充电和放电循环期间膨胀约300%-约400%，且因 而包括基于Si的负极活性物质的电池的充电和放电特性W及循环寿命特性可恶化。
[0006] 因此，已积极地研究了能够有效地控制基于Si的负极活性物质的膨胀的粘合剂。 例如，已积极地研究了对于能够有效地控制所述活性物质的膨胀的粘合剂组合物。
【发明内容】
[0007] -个实施方式的一个方面设及用于可再充电裡电池的粘合剂组合物，其有效地控 制活性物质的体积膨胀，具有改善的粘附，和/或具有对于电解质的稳定性。
[0008] 另一实施方式的方面设及包括所述粘合剂组合物的用于可再充电裡电池的电极。
[0009] 又一实施方式的方面设及通过包括所述粘合剂组合物而具有优异的初始效率、循 环寿命特性和/或电池稳定性的可再充电裡电池。
[0010] 还一实施方式的方面设及制备所述用于可再充电裡电池的粘合剂组合物的方法。
[0011] 根据一个实施方式，用于可再充电裡电池的粘合剂组合物包括：互穿聚合物网络 (IPN)结构（体），其包括包含由化学式1表示的结构单元或由化学式2表示的结构单元的 环状聚合物和聚丙締酷胺。
[001引化学式1[0013]
[0014] 化学式2
[0015]
[0016] 在化学式I和2中，
[0017]Ri、R2、护、护、RM和R1哺同或不同并且独立地选自氨、取代或未取代的C1-C5烧 基、或-(CHz)P-COOXI,P为1-5的整数，且Xi为碱金属，
[001引 R3、R"和Rie相同或不同并且独立地为-0R4、-NHR5或-C00X2，X2为碱金属，R4为氨、 取代或未取代的Cl-巧烷基、或-(CHz)P-COOXI,P为1-5的整数，且Xi为碱金属，和R5为氨 或-COCH3,和
[0019] n和m为5-20, 000的整数。
[0020] 所述环状聚合物可包括由化学式3-1至3-6表示的结构单元之一。
[00川化学式3-1
[0022]
[002引化学式3-2[0024]
[00幼化学式3-3
[0026]
[0027] 化学式3-4
[0028]
[002引 化学式3-5
[0030]
[00引]化学式3-6
[0032]
[0033] 在化学式3-1至3-6中，
[0034]n和m1为 5-20, 000 的整数。
[0035] 所述环状聚合物可具有约2,OOOg/mo^约2, 000,OOOg/mol的重均分子量。
[0036] 所述聚丙締酷胺可具有约5,OOOg/mo^约1, 000,OOOg/mol的重均分子量。
[0037] 所述环状聚合物对所述聚丙締酷胺的摩尔比可为约1:9-约9:1。
[0038] 所述粘合剂组合物可进一步包括碱金属离子。基于100摩尔份的所述互穿聚合物 网络（IPN)结构，可在所述粘合剂组合物中W约1摩尔份-约10摩尔份的量包括所述碱金 属离子。
[0039] 所述粘合剂组合物可进一步包括碱金属离子和含憐任）的离子。所述碱金属离子 和所述含憐的离子可被吸附在所述互穿聚合物网络（IPN)结构上。基于100摩尔份的所述 互穿聚合物网络（IPN)结构，可在所述粘合剂组合物中W约1摩尔份-约10摩尔份的量包 括所述含憐的离子。
[0040] 所述粘合剂组合物可进一步包括由化学式4表示的聚亚烷基二醇。
[00川化学式4
[0042]
[004引在化学式4中，
[0044]i为1-5的整数，和
[0045]q为 1-500 的整数。
[0046] 基于所述粘合剂组合物的总摩尔数，可在所述粘合剂组合物中W约5摩尔％ -约 50摩尔％的量包括所述聚亚烷基二醇。
[0047] 所述聚亚烷基二醇可具有约400g/mo^约100,OOOg/mol的重均分子量。
[0048] 根据另一实施方式，用于可再充电裡电池的电极包括：活性物质；和所述粘合剂 组合物。
[0049] 所述活性物质可包括Si、Si〇x、Si-C复合物、Si-Q合金、石墨、或其组合，其中 0<x<2,且Q为碱金属、碱±金属、13-16族元素、过渡金属、稀±元素、或其组合，条件是Q不 为Si。
[0050] 根据又一实施方式，可再充电裡电池包括：正极；负极；和电解质，其中所述正极 和所述负极的至少一个为所述电极。
[0051] 根据还一实施方式，制备用于可再充电裡电池的粘合剂组合物的方法包括：制备 包含由化学式1表示的结构单元或由化学式2表示的结构单元的环状聚合物；和向包括所 述环状聚合物的溶液添加丙締酷胺单体W形成所述环状聚合物和聚丙締酷胺的互穿聚合 物网络（IPN)结构。
[0052] 所述方法可进一步包括向所形成的互穿聚合物网络（IPN)结构添加碱金属化合 物。
[0053] 所述方法可进一步包括在形成所述互穿聚合物网络（IPN)结构之前，向包括所述 环状聚合物的溶液添加由化学式4表示的聚亚烷基二醇。
[0054] 其它实施方式包括在下列详细描述中。
[00巧]在一些实施方式中，所述用于可再充电裡电池的粘合剂组合物有效地控制活性物 质的体积膨胀，具有改善的粘附，和/或具有对于电解质的稳定性，且因而提供具有优异的 初始效率、循环寿命特性、和电池稳定性的可再充电裡电池。
【附图说明】
[0056] 附图与说明书一起说明本发明的实施方式，并且与本描述一起用于说明本发明的 原理。
[0057] 图1为根据本发明的一个实施方式的可再充电裡电池单元的示意图。
[005引图2为红外（IR)光谱图，其显示根据制备实施例1的互穿聚合物网络（IPN)结构 的IR光谱。
[0059] 图3为显示根据制备实施例1的粘合剂组合物的结果的离子色谱（IC)标准图。
【具体实施方式】
[0060] 在下文中，更详细地说明本发明的实施方式。然而，运些实施方式是示例性的，且 本公开内容不限于此。如本领域技术人员将认识到的，本发明可W许多不同的形式体现且 不应被解释为限于本文中阐述的实施方式。表述例如"的至少一种（个）"当在要素列表 之前或之后时，修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单独要素。此外，当描述本发明的实 施方式时"可"的使用指的是"本发明的一个或多个实施方式"。如本文中使用的，术语"使 用"可被认为是与术语"利用"同义的。
[0061] 如本文中使用的，当未另外提供定义时，术语"取代的"可指的是用如下替代化合 物或基团的至少一个氨：面素；C1-C30烷基；C2-C30締基，C2-C30烘基，Cl-Cio烷基甲硅烷 基；C3-C30环烷基；C6-C30芳基；C1-C30杂芳基；或Cl-ClO烷氧基。
[0062] 如本文中使用的，当未另外提供定义时，术语"杂"可指的是选自N、0、S和P之一。
[0063] 烷基可为C1-C20烷基，例如，C1-C6低级烷基、C7-C10中等尺寸的烷基、或C11-C20 局级烷基。
[0064] 例如，C1-C4烷基可在烷基链中具有1-4个碳原子并且可选自甲基、乙基、丙基、异 丙基、正下基、异下基、仲下基和叔下基。
[0065] 所述烷基的实例可包括甲基、乙基、正丙基、异丙基、正下基、异下基、叔下基、戊 基、己基、乙締基、丙締基、下締基、环丙基、环下基、环戊基、环己基等。
[0066]"芳基"可指的是共辆的（或芳族的）环状取代基和可指的是单环或稠环（即，共 享相邻的碳原子对的多个环）。
[0067] 取代或未取代的C6-C30芳基可为例如取代或未取代的苯基、取代或未取代的糞 基、取代或未取代的蔥基、取代或未取代的菲基、取代或未取代的并四苯基、取代或未取代 的巧基、取代或未取代的联苯基、取代或未取代的对-=联苯基、取代或未取代的间-=联 苯基、取代或未取代的蘆基、取代或未取代的苯并巧，10]菲基、取代或未取代的巧基、取代 或未取代的巧基、或其组合，但所述取代或未取代的C6-C30芳基不限于此。
[0068] 如本文中使用的，当未另外提供定义时，术语"共聚"可指的是嵌段共聚、无规共 聚、接枝共聚、或交替共聚，和术语"共聚物"可指的是嵌段共聚物、无规共聚物、接枝共聚 物、或交替共聚物。
[0069] 在附图中，为了清楚，可放大层、膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的 附图标记表示相同的元件。将理解，当一个元件例如层、膜、区域或基底被称作"在"另外的 元件"上"时，其可直接在所述另外的元件上或者还可存在中间元件（例如，所述元件可间 接地在所述另外的元件上）。相反，当一个元件被称作"直接在"另外的元件"上"时，则不 存在中间元件。
[0070] 根据一个实施方式的用于可再充电裡电池的粘合剂组合物包括互穿聚合物网络 (IPN)结构，其包括环状聚合物和聚丙締酷胺。
[0071]所述互穿聚合物网络（IPN)可指的是不具有共价键的非均相（异质）聚合物网络 的组合（例如，在所述非均相聚合物网络的两个聚合物网络之间不具有共价键）。例如，尽 管所述非均相聚合物网络的各聚合物网络包括多个共价键，但是非均相聚合物网络的组合 可包括彼此不共价键合的两个聚合物网络。根据一个实施方式的互穿聚合物