專利名稱：：復(fù)合負(fù)極活性材料、包含其的負(fù)極和使用該負(fù)極的鋰電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明的各方面涉及一種復(fù)合負(fù)極活性材料、包括其的負(fù)極和使用該負(fù)極的鋰電池。更具體而言，本發(fā)明的各方面涉及一種通過提高復(fù)合負(fù)極活性材料的導(dǎo)電性而具有大容量以及改善的初始效率和循環(huán)壽命性能的復(fù)合負(fù)極活性材料、包括其的負(fù)極和使用該負(fù)極的鋰電池。
背景技術(shù)：
：鋰金屬已經(jīng)被用作傳統(tǒng)鋰電池的負(fù)極活性材料。然而，在使用鋰金屬時(shí)，由于技晶的形成可發(fā)生電池短路，這可引起爆炸的危險(xiǎn)。因此，基于碳的材料廣泛用于負(fù)極活性材料來替代鋰金屬?；谔嫉幕钚圆牧系膶?shí)例包括基于晶體的碳如天然石墨和人造石墨，與基于無定形的碳例如軟碳和硬碳。盡管基于無定形的碳具有高容量，但充電/放電反應(yīng)是高度不可逆的。天然石墨通常用作主要的基于晶體的碳，其理論容量高(372mAh/g)。因此，基于晶體的碳廣泛用作負(fù)極活性材料。這種石墨或者基于碳的活性材料具有380mAh/g的高理論容量。但是，含有上述負(fù)極活性材料的負(fù)極在需要更高容量的鋰電池中是不理想的。為克服該問題，已積極進(jìn)行了對(duì)基于金屬的負(fù)極活性材料和基于金屬間化合物的負(fù)極活性材料的研究。例如，已進(jìn)行了對(duì)使用金屬或半金屬如鋁、鍺、硅、錫、鋅、鉛等作為負(fù)極活性材料的鋰電池的研究。已知這種材料有大容量、高能量密度、以及與使用基于碳的材料的負(fù)極活性材料相比較大的對(duì)鋰離子嵌入和脫嵌的能力。因此，用這些材料可制備具有大容量和高能量密度的鋰電池。例如，已知純硅具有4017mAh/g的高理論容量。但是，這種基于金屬的或者基于金屬間化合物的負(fù)極活性材料相對(duì)基于碳的材料具有較短的循環(huán)特性，即較短的循環(huán)壽命性能，因而還沒有進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用。當(dāng)無機(jī)材料如硅或錫用于負(fù)極活性材料作為鋰嵌入和脫嵌材料時(shí)，無機(jī)材料的體積在充電/放電循環(huán)過程中變化，因而活性材料之間的導(dǎo)電性可降低或者負(fù)極活性材料可從負(fù)極集電體上脫落。特別地，在充電過程中無機(jī)材料如硅或錫的體積通過鋰的嵌入而增加300~400%,在放電過程中其體積通過鋰的脫嵌而下降。因此，當(dāng)重復(fù)充電/放電循環(huán)時(shí)，無機(jī)粒子和活性材料之間可產(chǎn)生間隔，可發(fā)生電絕緣或者導(dǎo)電性降低，電池的循環(huán)壽命性能可因此迅速下降。因此，無機(jī)材料不能用于鋰電池。為克服該問題，日本專利公開No.1994-318454公開了一種通過將可嵌入和脫嵌鋰的基于碳的活性材料和金屬或者合金粒子簡(jiǎn)單混合制備的負(fù)極。但是，在這種情況下，基于金屬的負(fù)極活性材料的體積在充電/放電循環(huán)過程中過度膨脹和收縮，因而基于金屬的負(fù)極活性材料可容易地碎成小塊。破碎的粒子從集電體上脫落，因而負(fù)極的循環(huán)壽命性能迅速惡化。日本專利公開No.2006-147316公開了一種具有在表面形成有孔的集電體中形成的活性材料層的負(fù)極，其中活性材料層包含比石墨容量高的由金屬制成的活性材料粒子和基于碳的材料或者橡膠狀材料的粒子。但是，在這種情況下，橡膠狀材料粒子通過在電極中簡(jiǎn)單混合起到粘合劑的作用，和因此僅用于防止負(fù)極在充電/放電循環(huán)過程中的變形。另外，制造方法復(fù)雜，而且容量、效率和循環(huán)壽命性能不充分地改善。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的各方面提供了一種具有大容量以及改善的初始效率和循環(huán)壽命性能的復(fù)合負(fù)極活性材料。本發(fā)明的各方面進(jìn)一步提供了含有該復(fù)合負(fù)極活性材料的負(fù)極和使用該負(fù)極的鋰電池。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了一種包括基于碳的負(fù)極活性材料、基于金屬的負(fù)極活性材料和聚合物粒子的復(fù)合負(fù)極活性材料。根據(jù)非限制性的方面，基于碳的負(fù)極活性材料可包括基于晶體的碳如天然石墨和人造石墨與基于無定形的碳如軟碳和硬碳。根據(jù)非限制性的方面，該基于金屬的負(fù)極活性材料可包括選自Si、Sn、Al、Ge、Pb、Zn、Ag和Au的至少一種金屬或其合金。根據(jù)非限制性的方面，相對(duì)于100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，5該基于金屬的負(fù)極活性材料的量可為1100重量份。根據(jù)非限制性的方面，該聚合物粒子可具有20nm20|im的平均直徑。根據(jù)非限制性的方面，該聚合物粒子可為彈性粒子。根據(jù)非限制性的方面，該聚合物粒子可包括基于乙烯基的聚合物。根據(jù)非限制性的方面，該聚合物粒子可包括選自基于聚笨乙烯的聚合物、基于聚(曱基)丙烯酸酯的聚合物、基于苯乙烯-丁二烯的共聚物、基于聚氨酯的聚合物、基于聚乙蹄醇的聚合物和基于聚烯烴的聚合物的至少一種聚合物，或者選自基于聚苯乙烯的聚合物、基于聚(曱基)丙烯酸酯的聚合物、基于苯乙烯-丁二烯的共聚物、基于聚氨酯的聚合物、基于聚乙烯醇的根據(jù)非限制性的方面，相對(duì)100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該聚合物粒子的量可為1~30重量份。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，提供了一種包含基于碳的負(fù)極活性材料、包括第一金屬的基于金屬的負(fù)極活性材料、包括不同于第一金屬的第二金屬的金屬粒子以及聚合物粒子的復(fù)合負(fù)極活性材料。根據(jù)非限制性的方面，該金屬粒子可包括選自Ni、Cu、Co、Ag和Au的至少一種、或者其合金。根據(jù)非限制性的方面，該金屬粒子可具有20nm10^im的平均直徑。根據(jù)非限制性的方面，相對(duì)100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該金屬粒子的量可為l-30重量份。根據(jù)本發(fā)明的另:一實(shí)施方案，提供了一種包括負(fù)極集電體和涂覆在負(fù)極集電體上的負(fù)極活性材料的負(fù)極，其中該負(fù)極活性材料為上述的復(fù)合負(fù)極活性材料。根據(jù)本發(fā)明的再一實(shí)施方案，提供了一種包括負(fù)極、正極和電解液的鋰電池，其中該負(fù)極包括上述的復(fù)合負(fù)極活性材料。本發(fā)明的其它方面和/或優(yōu)點(diǎn)將在隨后描述中部分闡明，且部分地從該描述中明晰，或可通過本發(fā)明的實(shí)踐而了解。本發(fā)明的這些和/或其它方面和優(yōu)點(diǎn)將通過結(jié)合附圖從下列實(shí)施方案的描述變得明晰且更容易理解，其中圖1和2為說明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的復(fù)合負(fù)極活性材料的形狀的圖。具體實(shí)施例方式現(xiàn)在詳細(xì)描述本發(fā)明的當(dāng)前實(shí)施方式，其實(shí)例在附圖中闡述，其中相同的附圖標(biāo)記始終表示相同的要素。下面通過參考附圖描述實(shí)施方案以說明本發(fā)明。本發(fā)明的各方面提供了一種復(fù)合負(fù)極活性材料，其包括基于碳的負(fù)極活性材料、基于金屬的負(fù)極活性材料和聚合物粒子的復(fù)合材料。根據(jù)本發(fā)明各方面的復(fù)合負(fù)極活性材料，如圖1所示，保持基于碳的負(fù)極活性材料和基于金屬的負(fù)極活性材料的優(yōu)點(diǎn)。另外，引入復(fù)合負(fù)極活性材料中的聚合物粒子起緩沖(cushioning)劑的作用，以減少對(duì)于在充電/放電循環(huán)過程中負(fù)極活性材料體積變化的應(yīng)力，并允許復(fù)合負(fù)極活性材料保持其實(shí)體結(jié)構(gòu)(solidstructure)。中使用的任何材料，例如，基于晶體的碳如天然石墨和人造石墨或者基于無定形的碳如軟碳和硬碳。在該復(fù)合負(fù)極活性材料中使用的基于金屬的負(fù)極活性材料可包括本領(lǐng)域中使用的任何金屬材料。基于金屬的負(fù)極活性材料的實(shí)例包括選自Si、Sn、Al、Ge、Pb、Zn、Ag和Au及其合金的至少一種金屬。相對(duì)于100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該基于金屬的負(fù)極活性材料的量可為1~100重量份，或者作為更具體的非限制性實(shí)例，為2080重量份。當(dāng)相對(duì)于IOO重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該基于金屬的負(fù)極活性材料的量小于1重量份時(shí)，復(fù)合負(fù)極活性材料難以具有大容量。當(dāng)相對(duì)于100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該基于金屬的負(fù)極活性材料的量大于IOO重量份時(shí)，基于金屬的負(fù)極活性材料的體積過度膨脹和收縮，導(dǎo)致循環(huán)壽命性能的顯著下降。與基于碳的負(fù)極活性材料和基于金屬的負(fù)極活性材料一起使用的聚合物粒子緩沖和支撐上述的復(fù)合負(fù)極活性材料。聚合物粒子可為彈性粒子。彈性聚合物粒子的實(shí)例可為基于乙烯基的粒子，但本發(fā)明不限于此。合物、基于聚(曱基)丙烯酸酯的聚合物、基于苯乙烯-丁二烯的共聚物、基于聚氨酯的聚合物、基于聚乙烯醇的聚合物和基于聚烯烴的聚合物的至少一種、或者選自基于聚苯乙烯的聚合物、基于聚(曱基)丙烯酸酯的聚合物、基于苯乙烯-丁二烯的共聚物、基于聚氨酯的聚合物、基于聚乙烯醇的聚合聚合物粒子可具有預(yù)定的平均直徑，如20nm2(Him的平均直徑。當(dāng)聚合物粒子平均直徑小于20nm時(shí)，可難以將聚合物粒子均勻分散在復(fù)合負(fù)極活性材料中。當(dāng)聚合物粒子平均直徑大于20)im時(shí)，復(fù)合負(fù)極活性材料的總粒徑大，以致于可難以形成高密度電極。相對(duì)于100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，上述聚合物粒子的量可為1~30重量份，或作為具體的非限制性實(shí)例，為320重量份。當(dāng)相對(duì)于100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，聚合物粒子含量小于1重量份時(shí)，由復(fù)合負(fù)極活性材料的體積變化引起的應(yīng)力不能有效地消除，且聚合物粒子不能充分地起到支撐體的作用。當(dāng)聚合物粒子的量大于30重量份時(shí)，復(fù)合負(fù)極活性材料的導(dǎo)電性等降低。根據(jù)本發(fā)明各方面的復(fù)合負(fù)極活性材料可進(jìn)一步包含金屬粒子，如圖2所示。金屬粒子均勻分散在復(fù)合負(fù)極活性材料中，從而提高復(fù)合負(fù)極活性材料的導(dǎo)電性。結(jié)果，復(fù)合負(fù)極活性材料具有大容量、改善的初始效率、高速率性能和改善的循環(huán)壽命性能。金屬粒子可包括選自Ni、Cu、Co、Ag和Au的至少一種、或其合金。該金屬粒子可具有20nm10^im的平均直徑。當(dāng)金屬粒子平均直徑小于20nm時(shí)，可發(fā)生金屬粒子間的凝集，因而金屬粒子可難以均勻分散在復(fù)合負(fù)極活性材料中。當(dāng)金屬粒子平均直徑大于10pm時(shí)，每單位重量的金屬粒子數(shù)目可很小，以致產(chǎn)生很小的效果或者不產(chǎn)生效果。相對(duì)于IOO重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，金屬粒子的量可為1~30重量份。當(dāng)相對(duì)于100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，金屬粒子含量小于1重量份時(shí)，導(dǎo)電性改善效果可很小。當(dāng)相對(duì)于100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，金屬粒子含量大于30重量份時(shí)，復(fù)合負(fù)極活性材料可不具有大的充電容量。粉末狀的金屬粒子可與基于碳的負(fù)極活性材料、基于金屬的負(fù)極活性材料、聚合物粒子等混合。為了使金屬粒子更有效地分散在其中，金屬粒子可包覆在聚合物粒子的表面上，然后與基于碳的負(fù)極活性材料、基于金屬的負(fù)極活性材料等混合。這樣可獲得有效的分散效果。得到的包覆層可包括單層或者多層。金屬粒子對(duì)聚合物粒子的包覆處理可通過化學(xué)鍍法、沉積等進(jìn)行。上述復(fù)合負(fù)極活性材料可通過如下變?yōu)閺?fù)合材料將其組分彼此混合，然后使用機(jī)械處理如球磨等混合所得物。或者，該復(fù)合負(fù)極活性材料可通過如下變?yōu)閺?fù)合材料通過攪拌、超聲處理等將其組分分散在有分散劑的溶劑中，然后干燥所得物。上述獲得的復(fù)合負(fù)極活性材料可用于包括負(fù)極的鋰電池的負(fù)極中。根據(jù)本發(fā)明各方面的負(fù)極和鋰電池可以如下制備。將負(fù)極活性材料、導(dǎo)電材料、粘結(jié)劑、溶劑混合以制備負(fù)極活性材料組合物。該負(fù)極活性材料組合物可直接涂覆在銅集電體上制成負(fù)極板。或者，負(fù)極活性材料組合物可以澆鑄(cast)在獨(dú)立的載體上，然后由負(fù)極活性材料形成的膜可從載體上剝離并層壓到銅集電體上以制備負(fù)極板。該負(fù)極活性材料為上述的復(fù)合負(fù)極活性材料。導(dǎo)電材料可為炭黑。粘結(jié)劑可為偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚(曱基)丙烯酸酯、聚四氟乙烯或者其混合物、或者丁苯橡膠聚合物。溶劑可為N-曱基吡咯烷酮、丙酮、水等。負(fù)極活性材料、導(dǎo)電材料、粘結(jié)劑、溶劑的量可為在形成鋰電池負(fù)極中通常使用的量。類似地，將正極活性材料、導(dǎo)電材料、粘結(jié)劑以及溶劑混合以制備正極活性材料組合物。該正極活性材料組合物直接涂覆在鋁集電體上并干燥以制備正極板?；蛘撸龢O活性材料組合物可澆鑄在獨(dú)立的載體上，然后由正極活性材料形成的膜可從載體上剝離并層壓到鋁集電體上制備正極板。該正極活性材料可以為本領(lǐng)域通常已知的任意含鋰金屬氧化物。例如，可使用LiCo02、LiMnx02x(x=l，2)、LiNi!.xMnx02((Kx〈1)、LiNi,.x.yCoxMny02(0<x<0.5，0《y《0.5)等。正極活性材料組合物中的導(dǎo)電劑、粘結(jié)劑和溶劑可與在形成負(fù)極活性材料組合物中使用的相同。正極活性材料、導(dǎo)電材料、粘結(jié)劑以及溶劑的量可為在形成鋰電池中通常使用的量。如果需要，可將增塑劑加入到正極活性材料組合物和負(fù)極活性材料組合物中以在電極板內(nèi)成孔?？墒褂娩囯姵仡I(lǐng)域通常已知的任何隔膜。特別地，隔膜可具有對(duì)電解質(zhì)離子傳遞的低阻抗和良好的電解質(zhì)浸漬性能。例如，隔膜可由玻璃纖維、聚酯、特氟隆(TEFLON)、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)或者其組合制成，或者可由無紡布或織物制成。更詳細(xì)地，在鋰離子電池中，可使用由如聚乙烯或聚丙烯的材料制成的可巻繞隔膜。另一方面，在鋰離子聚合物電池中，可使用對(duì)有機(jī)電解質(zhì)溶液具有良好浸漬性能的隔膜。這些隔膜可依照下列方法制備。混合聚合物樹脂、填料和溶劑以制備隔膜組合物。然后，隔膜組合物直接涂覆在電極上并干燥以形成隔膜。或者，隔膜組合物可以在載體上澆鑄并干燥，和隔膜從載體上剝離并層壓在電極上。聚合物樹脂不特別限定并可為可用作電極板的粘結(jié)劑的任何材料。例如，可使用偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚(曱基)丙烯酸酯、或者其混合物。作為具體的非限制性的實(shí)例，可使用含有825重量％六氟丙烯的偏二氟乙烯/六氟丙烯共聚物。隔膜置于正極板和負(fù)極板之間形成電池結(jié)構(gòu)。將電池結(jié)構(gòu)巻繞或者折疊并裝入圓柱形電池殼或方形電池殼中，然后將有機(jī)電解質(zhì)溶液注入電池殼中以完成鋰離子電池?；蛘?，電池結(jié)構(gòu)也可層壓以形成雙電池結(jié)構(gòu)并用有機(jī)電解質(zhì)溶液浸漬，所得結(jié)構(gòu)裝入袋中并密封以完成鋰離子電池。應(yīng)理解鋰電池不限于這些結(jié)構(gòu)，也可以采用其它結(jié)構(gòu)。有機(jī)電解液包括鋰鹽以及由高介電常數(shù)溶劑和低沸點(diǎn)溶劑形成的混合有機(jī)電解液。如果需要，有機(jī)電解液中可以進(jìn)一步包括各種添加劑如過充保護(hù)劑。有機(jī)電解液中使用的高介電常數(shù)溶劑可以為本領(lǐng)域使用的任何溶劑。例如，高介電常數(shù)溶劑可為環(huán)狀碳酸酯如碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯或碳酸丁烯酯；Y-丁內(nèi)酯等。有機(jī)電解液中所用的低沸點(diǎn)溶劑也不特別限定，可為本領(lǐng)域常用的低沸點(diǎn)溶劑，例如鏈狀碳酸酯如碳酸二曱酯、碳酸曱乙酯、碳酸二乙酯或者碳酸二丙酯；二曱氧基乙烷；二乙氧基乙烷；脂肪酸酯衍生物等。存在于高介電常數(shù)溶劑和低沸點(diǎn)溶劑中的至少一個(gè)氫原子可用卣原子如氟取代。高介電常數(shù)溶劑與低沸點(diǎn)溶劑的混合體積比可為1:11:9。當(dāng)該比例在該范圍之外時(shí)，電池的放電容量和充電/放電循環(huán)壽命可降低。10且可包括選自LiC104、LiCF3S03、LiPF6、LiN(CF3S02)2、LiBF4、LiC(CF3S02)3和LiN(C2F5S02)2的至少一種化合物。有機(jī)電解液中鋰鹽的濃度可為0.5~2M。當(dāng)鋰鹽濃度低于0.5M時(shí)，電解液的導(dǎo)電性可低，因而電解液的性能可低。當(dāng)鋰鹽濃度大于2.0M時(shí)，電解液粘度可高，因而鋰離子的遷移率可降低。以下，參照下列實(shí)施例更具體地描述本發(fā)明的各方面。下列實(shí)施例用于說明性目的，而不用于限制本發(fā)明范圍。<負(fù)極活性材料和負(fù)極的制備>實(shí)施例1使用高能球磨機(jī)混合18.2g基于石墨的負(fù)極活性材料、10g基于硅的活制備復(fù)合活性材料。、Z、Za、、Z"、、將15g該復(fù)合活性材料、2g石墨和2g導(dǎo)電劑(由Timcal制備的基于石墨的導(dǎo)電劑，SFG6)混合，然后向該混合物中加入1重量％的羧曱基纖維素鈉鹽水溶液(60g)并混合。然后將20重量％聚丙烯酸酯粘結(jié)劑的水分散體(2g)加入所得物中并充分混合以制備漿料。使用刮刀將該漿料涂覆在厚度15pm的銅(Cu)集電體上至其厚度約75nm。將制備的電極在熱流型干燥器在約100。C的溫度下下干燥兩小時(shí)。然后，將干燥的電極進(jìn)一步在真空中在約120。C下干燥2小時(shí)制備完全除去水汽的負(fù)極。制備的負(fù)極用輥壓機(jī)輥壓以制備最終厚度約4(Him的活性材料層。從而，制造負(fù)極。實(shí)施例2使用高能球磨機(jī)混合16.85g基于石墨的負(fù)極活性材料、10g基于硅金屬的活性材料與3.15g平均粒徑4nm的由1.46gNi包覆的聚苯乙烯交聯(lián)聚合物構(gòu)成的聚合物粒子以制備復(fù)合活性材料。除了使用上述獲得的復(fù)合活性材料外，以與實(shí)施例1中相同的方式制備負(fù)極。實(shí)施例3使用高能球磨機(jī)混合15.5g基于石墨的負(fù)極活性材料、10g基于硅金屬子以制備復(fù);活性材料，其中聚苯乙烯i;聚合物包:含l:4gNi^第一層(內(nèi)層)和含1.395gAu的第二層(外層)。除了使用上述獲得的復(fù)合活性材料外，以與實(shí)施例1中相同的方式制備負(fù)極。實(shí)施例4使用高能球磨機(jī)混合17g基于石墨的負(fù)極活性材料、10g基于硅金屬的活性材料與3g平均粒徑4pm的由聚苯乙烯交聯(lián)聚合物構(gòu)成的聚合物粒子以制備復(fù)合活性材料，其中聚苯乙烯交聯(lián)聚合物包括含0.96gNi的第一層(內(nèi)層)和含0.93gAu的第二層(外層)。除了使用上述獲得的復(fù)合活性材料外，以與實(shí)施例1中相同的方式制備復(fù)合活性材料。實(shí)施例5使用高能球磨機(jī)混合18.5g基于石墨的負(fù)極活性材料、10g基于硅金屬的活性材料與1.5g平均粒徑4pm的由聚苯乙烯交聯(lián)聚合物構(gòu)成的聚合物粒子以制備復(fù)合活性材料，其中聚苯乙烯交聯(lián)聚合物包括含0.48gNi的第一層(內(nèi)層)和含0.465gAu的第二層(外層)。除了使用上述獲得的復(fù)合活性材料外，以與實(shí)施例1中相同的方式制備負(fù)極。比專交例1使用高能球磨機(jī)混合20g基于石墨的負(fù)極活性材料和10g基于硅金屬的活性材料以制備復(fù)合活性材料。除了使用上述獲得的復(fù)合活性材料外，以與實(shí)施例1中相同的方式制備負(fù)極。<4里電池的制造>實(shí)施例15和比較例1中制備的負(fù)極用于制備各個(gè)鋰電池。在每個(gè)鋰電池中，鋰金屬用作對(duì)電極，PE膜用作隔膜，其中1.3MLiPF6溶解在EC(碳酸乙烯酯)/DEC(碳酸二乙酯)/FEC(氟化碳酸乙烯酯)(2/6/2體積比)中的溶液用作電解質(zhì)。試驗(yàn)實(shí)施例充電/放電試驗(yàn)將每個(gè)制造的鋰電池在100mA/g的恒流下方文電直至電壓達(dá)到O.OOIV。將完全放電的電池靜置約IO分鐘，然后在100mA/g的電流下恒流充電直至電壓達(dá)到1.5V。重復(fù)進(jìn)行該循環(huán)50次以檢驗(yàn)電池的循環(huán)壽命性能。結(jié)果列于下表l中。表1<table>tableseeoriginaldocumentpage13</column></row><table>如表1所示，可看出使用包括根據(jù)本發(fā)明各方面的復(fù)合負(fù)極活性材料的負(fù)極的鋰電池保持初始容量并具有高的初始效率和改善的循環(huán)壽命性根據(jù)本發(fā)明的各方面，復(fù)合負(fù)極活性材料如下制備將基于碳的負(fù)極活性材料、基于金屬的負(fù)極活性材料和聚合物粒子混合，或者將基于碳的負(fù)極活性材料、基于金屬的負(fù)極活性材料、聚合物粒子和金屬粒子混合。在復(fù)合負(fù)極活性材料中，引入復(fù)合負(fù)極活性材料中的聚合物粒子起到緩沖劑的作用，其緩沖對(duì)于在充電/放電循環(huán)過程中復(fù)合負(fù)極活性材料體積變化的應(yīng)力并允許復(fù)合負(fù)極活性材料保持其實(shí)體結(jié)構(gòu)。另外，額外加入的金屬粒子均勻分散在復(fù)合負(fù)極活性材料中，因而增加其導(dǎo)電性。結(jié)果，復(fù)合負(fù)極活性材料具有大容量、高初始效率、高速率性能和改善的循環(huán)壽命性能。盡管已顯示和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施方案，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解在不偏離本發(fā)明的原則和精神的情況下，可對(duì)實(shí)施方案進(jìn)行改變，本發(fā)明的范圍限定在權(quán)利要求和其等價(jià)物中。權(quán)利要求1.一種復(fù)合負(fù)極活性材料，包括基于碳的負(fù)極活性材料、基于金屬的負(fù)極活性材料和聚合物粒子。2.權(quán)利要求1的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該聚合物粒子的平均直徑為20nm20fim。3.權(quán)利要求1的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該聚合物粒子為彈性粒子。4.權(quán)利要求1的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該聚合物粒子包括基于乙烯基的聚合物。.5.權(quán)利要求1的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該聚合物粒子包括選自基于聚苯乙烯的聚合物、基于聚(曱基)丙烯酸酯的聚合物、基于苯乙烯-丁二烯的共聚物、基于聚氨酯的聚合物、基于聚乙烯醇的聚合物與基于聚烯烴的聚合物的至少一種或者選自基于聚苯乙烯的聚合物、基于聚(曱基)丙烯酸酯的聚合物、基于苯乙烯-丁二烯的共聚物、基于聚氨酯的聚合物、基于聚乙聚合物r一土，義、，、ZZ、/^6.權(quán)利要求1的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中相對(duì)于100重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該聚合物粒子的量為130重量份。7.權(quán)利要求1的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該基于碳的負(fù)極活性材料包括選自石墨、天然石墨、人造石墨、軟碳和硬碳的至少一種。8.權(quán)利要求1的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該基于金屬的負(fù)極活性材料包括選自Si、Sn、Al、Ge、Pb、Zn、Ag和Au的至少一種金屬、或其合金。9.權(quán)利要求1的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中相對(duì)于IOO重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該基于金屬的負(fù)極活性材料的量為1~100重量份。10.—種復(fù)合負(fù)極活性材料，包括基于碳的負(fù)極活性材料、包括第一金屬的基于金屬的負(fù)極活性材料，包括不同于第一金屬的第二金屬的金屬粒子以及聚合物粒子。11.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該第一金屬包括選自Si、Sn、Al、Ge、Pb、Zn、Ag和Au的至少一種、或其合金，和該第二金屬包4舌選自Ni、Cu、Co、Ag和Au的至少一種、或其合金。12.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該金屬粒子的平均直徑為,20nm10(om。13.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中相對(duì)于IOO重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該基于金屬的負(fù)極活性材料的量為1-100重量份，和相對(duì)于IOO重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該金屬粒子的量為1~30重量份。14.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該聚合物粒子的平均直徑為20nm20(im。15.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該聚合物粒子為彈性粒子。16.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該聚合物粒子包括基于乙烯基的聚合物。17.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該聚合物粒子包括選自基于聚苯乙烯的聚合物、基于聚(曱基)丙烯酸酯的聚合物、基于苯乙烯-丁二烯的共聚物、基于聚氨酯的聚合物、基于聚乙烯醇的聚合物和基于聚烯烴的聚合物的至少一種或者選自基于聚苯乙烯的聚合物、基于聚(曱基)丙烯酸酯的聚合物、基于苯乙烯-丁二烯的共聚物、基于聚氨酯的聚合物、基于聚乙烯醇的聚合物與基于聚烯烴的聚合物的至少兩種聚合物的共聚物或者交聯(lián)聚合物。18.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中相對(duì)于IOO重量份的基于碳的負(fù)極活性材料，該聚合物粒子的量為1~30重量份。19.權(quán)利要求IO的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該基于碳的負(fù)極活性材料包括選自石墨、天然石墨、人造石墨、軟碳和硬碳的至少一種。20.權(quán)利要求10的復(fù)合負(fù)極活性材料，其中該金屬粒子包覆在該聚合物粒子表面上。21.—種負(fù)極，包括負(fù)極集電體與涂覆在該負(fù)極集電體上的負(fù)極活性材料，其中該負(fù)極活性材料為根據(jù)權(quán)利要求l-20任一項(xiàng)的復(fù)合負(fù)極活性材料。22.—種鋰電池，包括根據(jù)權(quán)利要求21的負(fù)極、正極和電解液。全文摘要本發(fā)明涉及復(fù)合負(fù)極活性材料、包含其的負(fù)極和使用該負(fù)極的鋰電池。復(fù)合負(fù)極活性材料包括基于碳的負(fù)極活性材料、基于金屬的負(fù)極活性材料與聚合物粒子的復(fù)合物。通過提高復(fù)合負(fù)極活性材料的導(dǎo)電性，可以獲得具有大容量、高初始效率、高速率能力和改善的循環(huán)壽命性能的鋰電池。負(fù)極包括該復(fù)合負(fù)極活性材料和鋰電池包括該負(fù)極。文檔編號(hào)H01M4/36GK101621124SQ20081013195公開日2010年1月6日申請(qǐng)日期2008年7月2日優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日發(fā)明者金翰秀,黃勝湜申請(qǐng)人:三星Sdi株式會(huì)社