CN103804599B

CN103804599B - 聚合物、含其的用于锂电池的电极、和含该电极的锂电池

Info

Publication number: CN103804599B
Application number: CN201310565730.1A
Authority: CN
Inventors: 黄胜湜; 丘俊焕; 孙精国; 崔在万
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Samsung SDI Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd; Samsung SDI Co Ltd
Priority date: 2012-11-14
Filing date: 2013-11-14
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2033-11-14
Also published as: CN103804599A

Abstract

包括由式1表示的第一重复单元的聚合物，包括所述聚合物的用于锂电池的聚合物组合物，包括所述聚合物组合物的用于锂电池的电极，和包括所述电极的锂电池，其中，在式1中，R、R′、A、A′、Y和Y′如说明书中所定义的。式1

Description

聚合物、含其的用于锂电池的电极、和含该电极的锂电池

相关申请的交叉引用

本申请要求2012年11月14日提交的韩国专利申请No.10-2012-0129097的优先权和权益以及由其产生的所有权益，其内容通过参考全部引入本文。

技术领域

本发明构思涉及聚合物，包括所述聚合物的用于锂电池的电极、和包括所述电极的锂电池。

背景技术

锂电池具有高的电压和高的能量密度，且因此可用于多种应用中。例如，混合动力电动车(“HEV”)，插电式混合动力电动车(“PHEV”)等应为在高温下可运行的、能够将大量的电充电和放电、具有长期可用性，且因此需要具有高的放电容量和更好的寿命特性的锂电池。

为了改善锂电池的容量和寿命，除了新型正极和负极物质之外，已进行了许多研究以开发用于锂电池的新型粘结剂。

最通常使用的粘结剂的实例为聚偏氟乙烯(“PVDF”)、丁苯橡胶(“SBR”)和羧甲基纤维素钠(“Na-CMC”)。

负极活性物质的粒度越小和比表面积越大，负极活性物质和电解质溶液之间的接触面积变得越大，使得在锂离子的初始嵌入期间可更可能发生电解质溶液和负极活性物质之间的副反应。这可导致增加的初始不可逆电容量，且因此导致锂电池的低的初始效率。因此，仍然存在对于具有改善的初始效率的锂电池的需要。

发明内容

提供新型聚合物。

提供包括所述聚合物的用于锂电池的电极。

提供包括所述电极的锂电池。

另外的方面将在以下描述中部分地阐明，和部分地将从所述描述明晰，或者可通过所提供的实施方式的实践获悉。

根据本发明构思的一个方面，聚合物包括由下式1表示的第一重复单元：

式1

其中，在式1中，

R和R′各自独立地为氢原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C7-C30芳烷基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳氧基、取代或未取代的C3-C30杂芳烷基、取代或未取代的C4-C30碳环基团、取代或未取代的C5-C30碳环基烷基、取代或未取代的C2-C30杂环基团、或者取代或未取代的C3-C30杂环基烷基；

A和A′各自独立地为-C(=O)O-、-C(=O)-、-OS(=O)₂O-、(-OS(=O)O-)、-S(=O)₂O-、-S(=O)O-、-OP(=O)O₂-、或-P(=O)O₂-；和

Y和Y'各自独立地为氢原子、碱金属、铵基、或–NH₂，条件是Y和Y'不同时为氢原子或NH₂。

根据本发明构思的另一方面，提供作为以下的反应产物的聚合物：

(i)含碱金属或铵基的碱，和

(ii)包括由以下式4c或式4d表示的第一重复单元、以及选自二价脂族有机基团重复单元和二价脂环族有机基团重复单元的第二重复单元的聚合物A：

式4c

其中，在式4c中，

R₇和R₈各自独立地为氢原子或C1-C10烷基；

式4d

其中，在式4d中，

R₇和R₈各自独立地为氢原子或C1-C10烷基。

所述第一重复单元的摩尔分数为约0.01-约0.99，和所述第二重复单元的摩尔分数为约0.01-约0.99。

根据本发明构思的另一方面，用于锂电池的电极包括：

包括由上式1表示的第一重复单元的聚合物；和

电极活性物质。

根据本发明构思的另一方面，锂电池包括上述电极。

附图说明

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1为根据本发明构思的实施方式的锂电池的分解透视图；

图2-4为说明根据制备实施例1-6制备的聚合物的¹H-核磁共振(“NMR”)谱的强度(任意单位，a.u.)对化学位移(百万分率，ppm)的图；

图5-6为说明根据制备实施例1-6制备的聚合物的¹H-核磁共振(“NMR”)谱的结果的化学位移(百万分率，ppm)对锂取代度的图。

具体实施方式

现在将对新型聚合物、各自包括所述聚合物的用于锂电池的电极和锂电池的实施方式进行详细介绍，其实例说明于附图中，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且不应解释为限于本文中阐明的描述。因此，下面仅通过参照附图描述实施方式，以解释本描述的方面。如本文中使用的术语“和/或”包括相关所列项目的一个或多个的任何和全部组合。表述例如“…的至少一个(种)”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。

将理解，当一个元件例如层、膜、区域或基材被称为“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。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，则不存在中间元件。

将理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用来描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用来使一个元件、组分、区域、层或部分区别于另一元件、组分、区域、层或部分。因此，在不背离本实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部分。

本文中使用的术语仅仅是为了描述具体实施方式且不意图为限制性的。如本文中使用的单数形式“一种(个)”和“所述(该)”也意图包括复数形式，除非上下文清楚地另外说明。将进一步理解，术语“包括”和/或“包含”当用在本说明书中时表示存在所述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在或添加一种或多种另外的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其集合。

除非另外定义，在本文中使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本总发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。将进一步理解，术语，例如在常用字典中定义的那些，应被解释为其含义与它们在相关领域和本公开内容的背景中的含义一致，并且将不对所述术语进行理想化或过度形式意义的解释，除非在本文中清楚地如此定义。

根据本发明构思的实施方式，提供新型聚合物，其包括由下式1表示的第一重复单元：

式1

在上式1中，

Y和Y'各自独立地为氢原子、碱金属、铵基、或–NH₂，条件是Y和Y'不可同时为氢原子或–NH₂。

在式1中，A和A′为二价基团且可各自独立地为如上所述的羧酸根基团(-C(=O)O-)、硫酸根基团(-OS(=O)₂O-)、亚硫酸根基团(-OS(=O)O-)、磺酸根基团(-S(=O)₂O-)、亚磺酸根基团(-S(=O)O-)、磷酸根基团(-OP(=O)O₂-)、膦酸根基团(-P(=O)O₂-)、或羰基。

当A和A'各自独立地为磷酸根基团或膦酸根基团时，-A-Y可选自由以下结构式1表示的官能团，和-A'-Y'可选自由以下结构式2表示的官能团：

结构式1

结构式2

其中在结构式1和2中，

Y和Y'各自独立地为氢原子、碱金属、或铵基，条件是Y和Y'不可同时为氢原子。

上式1的第一重复单元可由下式2或2a表示：

式2 式2a

在式2和2a中，

R₁和R₂各自独立地为氢原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C7-C30芳烷基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳氧基、取代或未取代的C3-C30杂芳烷基、取代或未取代的C4-C30碳环基团、取代或未取代的C5-C30碳环基烷基、取代或未取代的C2-C30杂环基团、或者取代或未取代的C3-C30杂环基烷基；和

Y₁和Y₂各自独立地为氢原子、碱金属、铵基、或–NH₂，条件是Y₁和Y₂不可同时为氢原子或–NH₂。

所述铵基的实例为未取代的铵基-NH₄或被一至三个取代基取代的铵基，所述取代基包括C1-C30烷基、C6-C30芳基、C7-C30芳烷基、C2-C30杂芳基、C4-C30碳环基团和C2-C30杂环基团的至少一种。

所述聚合物可进一步包括第二重复单元。所述第二重复单元可包括二价脂族有机基团重复单元或二价脂环族有机基团重复单元。

所述二价脂族有机基团重复单元可指例如取代或未取代的C1-C30亚烷基、或者取代或未取代的C2-C30亚炔基的重复单元，和在一些实施方式中，可指例如C1-C15亚烷基、或C2-C15亚炔基的重复单元。

所述二价脂环族有机基团重复单元可指例如C3-C30亚环烷基、或C3-C30亚环炔基的重复单元，和在一些实施方式中，可指C3-C15亚环烷基、或C3-C15亚环炔基。

所述第二重复单元可为由下式3表示的第二重复单元：

式3

在式3中，R₃-R₆各自独立地为氢原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C7-C30芳烷基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳氧基、取代或未取代的C3-C30杂芳烷基、取代或未取代的C4-C30碳环基团、取代或未取代的C5-C30碳环基烷基、取代或未取代的C2-C30杂环基团、或者取代或未取代的C2-C30杂环基烷基；或

R₃与R₄、或者R₅与R₆可独立地连接在一起以形成环，其中所述环可为C6-C10环烷基、C3-C10杂芳基、稠合的C3-C10杂芳基、C3-C10杂环基团、或稠合的C3-C10杂环基团。

在一些实施方式中，所述聚合物可进一步包括由下式4a或4b表示的第三重复单元：

式4a

式4b

在式4a和4b中，R1和R2各自独立地为氢原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C7-C30芳烷基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳氧基、取代或未取代的C3-C30杂芳烷基、取代或未取代的C4-C30碳环基团、取代或未取代的C5-C30碳环基烷基、取代或未取代的C2-C30杂环基团、或者取代或未取代的C3-C30杂环基烷基。

所述聚合物可为包括由下式4或4g表示的第一重复单元、由下式5表示的第二重复单元、和由下式4a或4b表示的第三重复单元的聚合物。

式4 式4g

在式4和4g中，R₇和R₈可各自独立地为氢原子或C1-C10烷基；

Y₃和Y₄各自独立地为氢原子、Li、Na、K、或NH₄，条件是Y₃和Y₄不同时为氢原子；和

式5

在式5中，

R₉-R₁₂各自独立地为氢原子或C1-C10烷基。

式4_a

式4b

在式4a和式4b中，R₁和R₂可各自独立地为氢原子、取代或未取代的C1-C30烷基、取代或未取代的C1-C30烷氧基、取代或未取代的C2-C30烯基、取代或未取代的C2-C30炔基、取代或未取代的C6-C30芳基、取代或未取代的C6-C30芳氧基、取代或未取代的C7-C30芳烷基、取代或未取代的C2-C30杂芳基、取代或未取代的C2-C30杂芳氧基、取代或未取代的C3-C30杂芳烷基、取代或未取代的C4-C30碳环基团、取代或未取代的C5-C30碳环基烷基、取代或未取代的C2-C30杂环基团、或者取代或未取代的C3-C30杂环基烷基。

所述第一重复单元的摩尔分数和所述第二重复单元的摩尔分数之和可为1。例如，所述第一重复单元和所述第二重复单元的摩尔分数可各自为约0.01-0.99。

所述第二重复单元的摩尔分数和所述第三重复单元的摩尔分数之和可为1。例如，所述第二重复单元和所述第三重复单元的摩尔分数可各自为约0.01-0.99。

所述第一重复单元的摩尔分数、所述第二重复单元的摩尔分数和所述第三重复单元的摩尔分数之和可为1。例如，所述第一重复单元的摩尔分数、所述第二重复单元和所述第三重复单元的摩尔分数可各自分别为约0.01-0.99。

在一些实施方式中，所述包括由式4或4g表示的第一重复单元、由式5表示的第二重复单元、和由式4a或4b表示的第三重复单元的聚合物可具有约100-约50,000的聚合度。

根据本发明构思的另一实施方式，提供作为以下的反应产物的聚合物：

(i)含碱金属或铵基的碱和

(ii)包括由下式4c或式4d表示的第一重复单元、以及选自二价脂族有机基团重复单元和二价脂环族有机基团重复单元的第二重复单元的聚合物A：

式4c

在式4c中，

R₇和R₈各自独立地为氢原子或C1-C10烷基；

式4d

在式4d中，

R₇和R₈各自独立地为氢原子或C1-C10烷基；和

所述第一重复单元的摩尔分数为约0.01-约0.99和所述第二重复单元的摩尔分数为约0.01-约0.99。

在一些实施方式中，所述聚合物A的所述第二重复单元可为由下式5表示第二重复单元：

式5

在式5中，

R₉-R₁₂各自独立地为氢原子或C1-C10烷基。

在一些实施方式中，作为i)含碱金属或铵基的碱和ii)包括式4c或4d的第一重复单元以及选自二价脂族有机基团重复单元和二价脂环族有机基团重复单元的第二重复单元的聚合物A的反应产物的所述聚合物可具有约100-约50,000的聚合度。

所述反应产物可通过如下获得：将包括由式4c或式4d表示的第一重复单元以及选自二价脂族有机基团重复单元和二价脂环族有机基团重复单元的第二重复单元的聚合物、含碱金属或铵基的碱、和水混合以获得混合物；以及在约20℃-约100℃、和在实施方式中50℃-80℃的温度下热处理所述混合物。

所述含碱金属或铵基的碱可为包括碱金属或铵基的任何碱。作为所述含碱金属或铵基的碱的非限制性实例，可使用选自氢氧化锂、氢氧化钠、氢氧化钾和氢氧化铵的至少一种。基于1摩尔的所述包括式4c或4d的第一重复单元和式5的第二重复单元的聚合物，所述含碱金属或铵基的碱的量可为0.2摩尔-1.0摩尔，和在实施方式中，约0.4-0.8摩尔。当所述含碱金属或铵基的碱的量在上述范围内时，可获得具有预定的被所述碱金属或铵基的取代度的聚合物。

所述聚合物中被碱金属或铵基的取代度可为约0.2-约1.0，和在一些实施方式中，约0.4-约1.0。所述碱金属的实例为锂。所述铵基的实例为NH₄。所述含碱金属的碱的实例为氢氧化锂。所述含铵基的碱的实例为氢氧化铵。

在一些实施方式中，所述包括式4c或4d的第一重复单元和式5的第二重复单元的聚合物可具有约50,000-约500,000、和在实施方式中约100,000-约500,000的重均分子量。当所述聚合物的重均分子量在前述范围内时，包含所述聚合物的组合物的粘度可适合于电极的制造。

在一些实施方式中，如上所述制备的包括式4c或4d的第一重复单元和式5的第二重复单元的聚合物可在¹H核磁共振(“¹H-NMR”)谱中在2.65百万分率(“ppm”)-2.75ppm和2.2ppm-2.4ppm的化学位移范围内呈现出来自聚合物链中的马来酸酐和马来酸的至少一种的两个质子峰。

在所述聚合物的¹H-NMR谱中，在2.2ppm-2.4ppm的化学位移范围内的质子峰与在2.65ppm-2.75ppm的化学位移范围内的质子峰的峰积分比可为约0.95-约1.05。

在一些实施方式中，聚合物组合物可进一步包括水。

在一些实施方式中，所述聚合物可包括下式6或6a的第一重复单元、下式7的第二重复单元、和由式4e或4h表示的第三重复单元：

式6 式6a

在式6中，Y₅和Y₆各自独立地为氢原子、Li、Na、K、铵基或-NH₂，条件是Y₅和Y₆不可同时为氢原子或-NH₂。

式7

式4e 式4h

在一些实施方式中，所述包括式6或6a的第一重复单元、式7的第二重复单元、和式4e或4h的第三重复单元的聚合物可具有约100-约50,000、和在实施方式中约1,000-约50,000的聚合度。

在根据本发明的以上实施方式的任一个的聚合物中，所述聚合物中的式6或式6a的第一重复单元的摩尔分数与式7的第二重复单元的摩尔分数之和可为1。例如，所述第一重复单元和第二重复单元的摩尔分数可各自为约0.01-0.99。

在根据本发明的以上实施方式的任一个的聚合物中，上式7的第二重复单元的摩尔分数与式4e或4h的第三重复单元的摩尔分数之和可为1。例如，所述第二重复单元和所述第三重复单元的摩尔分数可各自为约0.01-0.99。

在一些实施方式中，所述包括式6或6a的第一重复单元、式7的第二重复单元、和式4h的第三重复单元的聚合物可为由下式8或8z表示的聚合物：

式8

式8z

在式8和8z中，i)Y₇和Y₈可两者都为锂，或ii)Y₇和Y₈之一可为锂，且其余可为氢原子；

a可为0或约0.01-约0.99的摩尔分数，b可为1或约0.01-约0.99的摩尔分数，和a+b=1；

m可为约0.01-约0.99的摩尔分数，n可为约0.01-约0.99的摩尔分数，和m+n=1。由式8或8z表示的聚合物可具有约100-约50000的聚合度。

在一些实施方式中，取决于第一重复单元和第二重复单元的排列模式，由式8或8z表示的聚合物可为交替聚合物、无规聚合物、或嵌段聚合物。

在实施方式中，所述聚合物可具有通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)测量的约2重量%-约15重量%的锂含量。当所述聚合物的锂含量在前述范围内时，采用所述聚合物的锂电池可在寿命和初始效率方面得以改善。

在实施方式中，所述聚合物可通过添加水制备成聚合物组合物。基于100重量份的所述聚合物，所述聚合物组合物中的水的量可为约400重量份-约5000重量份。当所述水的量在该范围内时，所述聚合物可具有良好的溶解性，和所得的聚合物组合物可具有适合于形成电极活性物质层的粘度。

电极活性物质的粒度和表面积是影响电池特性的重要因素。电极活性物质的粒度越小和表面积越大，电池的性能变得越好，例如，在低温和高倍率下的功率输出、容量和放电容量方面。然而，电极活性物质的较小粒度和较大比表面积可导致电极活性物质和电解质溶液之间的增加的接触面积，使得在初始锂嵌入期间可更可能发生电解质溶液和电极活性物质之间的副反应。这可导致电极活性物质的增加的初始不可逆电容量，和因此导致锂电池的低的初始效率，且因而需要在这点上的进一步改善。

锂电池的高的初始效率可导致相对于设计容量的较高的实际容量，且因此导致较高的能量密度。在这点上，为了提高电池的初始效率，需要设计控制以防止电极活性物质和电解质溶液之间的直接接触。

在一些实施方式中，在所述聚合物组合物中的所述聚合物作为包含碱金属例如锂或铵基的水溶性聚合物可用作粘结剂。所述用作粘结剂的聚合物可覆盖电极活性物质的表面，因此有效地阻断电极活性物质接触电解质溶液。因此，与使用常规的水溶性粘结剂相比，电极活性物质和电解质溶液之间的副反应可较小可能地发生，且因此锂电池的初始效率可改善。

在根据以上实施方式的聚合物组合物的聚合物中，锂离子被来自-C(=O)O-的氧原子的配位形成锂离子的传导路径，如由下式所说明的：

在上式中，为了说明的方便，未描述各重复单元的摩尔分数。所述聚合物可具有约100-约50,000、和在实施方式中约1,000-约50,000的聚合度n。

与当使用聚丙烯酸锂作为粘结剂时相比，如上所述的锂离子传导路径的形成可将锂取代反应促进两倍或更多倍。因此，当使用所述聚合物组合物作为电极粘结剂形成电极活性物质层时，可获得具有改善的离子传导性的电极。

此外，在使用所述聚合物组合物作为电极粘结剂的情况下，所述聚合物组合物的聚合物可在电极活性物质的表面上形成有机预固体电解质界面(“pre-SEI”)膜以覆盖电极活性物质的缺陷并阻断电极活性物质和电解质溶液之间的直接接触，由此抑制副反应且因此改善所述锂电池的初始效率。

在一些实施方式中，所述聚合物可为由以下式8e、式8b、式9或式9a表示的聚合物。

式8e

在式8e中，i)Y₇和Y₈可两者都为锂，和/或ii)Y₇和Y₈之一可为锂，且其余可为氢原子；和a可为0.2、0.3、0.4、0.5或0.8的摩尔分数，和a+b可为1。

式8b

式9

在式9中，a为0.1-0.9，和b为0.1-0.9。

式9a

由式8e表示的聚合物还可由下式8f表示。

式8f

在式8f中，a可为0.2、0.3、0.4、0.5或0.8的摩尔分数，和a+b可为1。

根据本发明构思的实施方式，提供由以下式10或式10a表示的聚合物。

式10

在式10中，a和b可各自为0.5的摩尔分数。

式10a

上式10或10a的聚合物可具有约2,500-约3,500的聚合度。

在根据上述实施方式的聚合物中，当以圆括号区分的两种重复单元具有相同的摩尔分数时，省略所述重复单元的摩尔分数。

在下文中，将更详细地描述根据本发明构思的实施方式的制备用于锂电池的聚合物组合物的方法。作为实例，将描述使用由上式8表示的聚合物制备聚合物组合物。

首先，将由下式9c表示的聚合物或由式9d表示的聚合物与含碱金属或铵基的碱和水以获得混合物：

式9c

式9d

在式9c和9d中，m和n可各自为约0.01-约0.99的摩尔分数。

式9c或9d的聚合物可具有约100-约50,000的聚合度。

将该混合物在约20℃-约95℃的温度下热处理以获得包括上式8的聚合物的聚合物组合物。

基于100重量份的所述聚合物，所述水的量可为约400重量份-约5000重量份。当所述水的量在该范围内时，所述聚合物可具有良好的溶解性，且所得聚合物组合物可具有适合于形成电极活性物质层的粘度。

在式8的聚合物中，所述含碱金属或铵基的碱的类型和量可直接影响所述碱金属或铵基的取代度，和特别地，锂取代度。

所述含碱金属或铵基的碱可为选自氢氧化锂、氢氧化钾、氢氧化钠和氢氧化铵的至少一种。

可调节所述含碱金属或铵基的碱的量，使得基于1摩尔的式8的聚合物，所述碱金属或铵基的量为约0.2摩尔-1摩尔。当所述含碱金属或铵基的碱的量为0.2摩尔时，这意味着作为最终产物的聚合物产物式8的聚合物中的碱金属或铵基(例如锂)的取代度在100%的产率下可为0.2。此处，术语产率意指由上式9c表示的聚合物或由式9d表示的聚合物与含碱金属或铵基的碱之间的反应的反应产率。如上所述，所述碱金属或铵基(例如，锂)的取代度可基于用于制备聚合物的含碱金属或铵基的碱的量确定。

包括式9c或9d的聚合物、含碱金属或铵基的碱和水的混合物的反应进行程度可通过测量所述反应混合物的pH确认。

例如，所述反应混合物的pH在初始反应阶段可为约14，且随着反应进行可达到直至7.5-8.5。因此，所述反应混合物的7.5-8.5的pH可被认为是反应的终止。

基于100重量份的式9c或9d的聚合物，所述聚合物组合物中的水的量可为约400重量份-约600重量份，和在实施方式中，约500重量份。当所述水的量在该范围内时，所述聚合物组合物可具有用于涂覆的合适粘度。

所述热处理温度可为例如约20℃-约95℃。当所述热处理温度在该范围内时，可在需要时容易控制所述碱金属或铵基(例如，锂)的取代度。

式8的聚合物可通过从所述聚合物组合物除去水而获得。除去水是指在约80℃-100℃的温度下热处理所述聚合物组合物以将其干燥。

在一些实施方式中，当所述含碱金属或铵基的碱为氢氧化锂时，在目标聚合物的式8中，Y₇和Y₈的至少一个可为锂。

在式8的聚合物中，锂取代度可为约0.2-约1.0，和在一些实施方式中，约0.4-约1.0。

术语“锂取代度”如下定义。

当聚合物的聚合度表示为d，且式1的第一重复单元具有两个对于锂的取代位点时，所述聚合物中的对于锂的取代位点的总数可为2d。锂取代度表示实质上被锂取代的取代位点与锂取代位点总数2d之比。

当锂取代位点总数2d全部被锂取代时，锂取代度可定义为1。例如，0.56的锂取代度意味着等于2d×0.56数量的锂取代位点被锂取代。

可通过调节用于获得聚合物的起始材料的混合比将锂取代度控制在所需范围内。例如，具有所需锂取代度的锂取代的聚合物可通过调节包括上式9c或9d的第一重复单元和取代或未取代的C2-C30亚烷基第二重复单元的聚合物和锂源(例如，氢氧化锂)的摩尔比获得。

碱金属的取代度或铵基的取代度也可如以上关于锂取代度所描述地定义。

根据本发明构思的另一实施方式，用于锂电池的电极包括上述聚合物。所述电极可通过如下制造：将电极活性物质与包括聚合物的聚合物组合物混合以制备电极活性物质组合物，以及在电极集流体上涂覆和干燥所述电极活性物质组合物以形成具有电极活性物质层的电极。

所述电极可为例如负极。

所述电极可包括得自所述聚合物组合物和电极活性物质的混合物的涂覆和干燥的产物，且例如，由从所述聚合物组合物除去水以包含所述聚合物和所述电极活性物质的产物。所述干燥可在约80℃-约120℃的温度下进行。

在一些另外的实施方式中，除了用作电极粘结剂之外，所述聚合物组合物还可用作隔板或聚合物电解质表面的涂覆材料。

所述聚合物组合物当与电极活性物质混合时可形成电极活性物质组合物。

所述电极活性物质、且特别是作为负极活性物质的电极活性物质的实例为碳质材料、硅、硅氧化物、基于硅的合金、硅-碳质材料复合物、锡、基于锡的合金、锡-碳复合物、金属氧化物、或其组合。

碳质材料的实例包括结晶碳、无定形碳、及其组合。所述结晶碳的实例为石墨，例如非成形的、板、薄片、球形或纤维形式的天然石墨或人造石墨。所述无定形碳的实例为软碳(在低温下烧结的碳)、硬碳、中间相沥青碳化产物、烧结焦炭、石墨烯、炭黑、富勒烯烟灰、碳纳米管、碳纤维等。可使用在本领域中可用的任何合适的碳质材料。

所述碳质材料可包括碳、石墨、或碳纳米管。

所述负极活性物质可为Si、SiOx(0<x<2，例如，x为0.5-1.5)、Sn、SnO₂、含硅的金属合金、或其混合物。能与硅合金化以形成硅合金的金属可为选自Al、Sn、Ag、Fe、Bi、Mg、Zn、In、Ge、Pb和Ti的至少一种。

所述负极活性物质可包括能与锂合金化的金属/半金属、其合金、或其氧化物。所述能与锂合金化的金属/半金属的实例为Si、Sn、Al、Ge、Pb、Bi、Sb、Si-Y合金(其中Y为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合，除Si之外)、Sn-Y合金(其中Y为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合，除Sn之外)、和MnOx(0<x≤2)。Y可为镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)、钪(Sc)、钇(Y)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、(Rf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、(Db)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、(Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、(Bh)、铁(Fe)、铅(Pb)、钌(Ru)、锇(Os)、(Hs)、铑(Rh)、铱(Ir)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、镉(Cd)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、锡(Sn)、铟(In)、锗(Ge)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)、或其组合。所述能与锂合金化的金属/半金属的氧化物的非限制性实例为锂钛氧化物、钒氧化物、和锂钒氧化物、SnO₂和SiOx(0<x<2)。

例如，所述负极活性物质可包括选自元素周期表的13、14和15元素的至少一种元素。

在一些另外的实施方式中，所述负极活性物质可包括选自Si、Ge和Sn的至少一种元素。

所述负极活性物质可为如上所列的碳质材料与选自硅、硅氧化物和含硅的金属合金的混合物或复合物。

在一些实施方式中，所述负极活性物质可具有简单的颗粒形式，或者可为具有纳米尺寸的纳米结构体。在一些实施方式中，所述负极活性物质可具有多种形式例如纳米颗粒、纳米线、纳米棒、纳米管或纳米带的任一种。

在一些实施方式中，所述负极活性物质可包括石墨、Si-CNT复合物、纳米尺寸的锰氧化物(MnOx，0<x≤2)。

所述石墨可具有约0.5μm-约2μm、和在一些实施方式中约1μm的平均粒径。在一些实施方式中，所述石墨可具有约5μm-约7μm、例如约6.5μm的粒径(D90)。如本文中使用“D90”表示对应于在基于数量的粒度分布累积曲线中相对于总量(100%)的从最小直径开始的90%累积量的粒径。

所述负极可如下制造。

例如，所述负极可通过用包括负极活性物质和作为粘结剂的包含根据上述实施方式的任一个的聚合物的聚合物组合物的负极活性物质组合物涂覆集流体例如铜箔而制造。

可将所述负极活性物质和作为粘结剂的聚合物组合物混合在一起以制备所述负极活性物质组合物。

所述聚合物组合物可包含水。所述负极活性物质组合物可包括导电剂。

可将所述负极活性物质组合物涂覆在所述集流体上以制造负极。

在制造所述负极时，基于100重量份的所述负极活性物质组合物的总量，所述聚合物组合物中的聚合物的量可为约1重量份-约30重量份，和在一些实施方式中，约2重量份-约20重量份。

所述负极活性物质组合物的涂覆不限于特定的方法，且可通过选自丝网印刷、喷涂、使用刮刀的涂覆、凹版印刷涂覆、浸涂、丝网印胶法、涂抹和使用缝隙模头的涂覆的方法进行。

通常，所述集流体可制造成具有约3μm-约20μm、和在实施方式中约5μm-约15μm的厚度。

在涂覆在所述集流体和/或基材上之后，将所述负极活性物质组合物在约80℃-约120℃下干燥(第一次加热)以除去溶剂，然后辊压，随后干燥以获得所述负极。

当在用于从所述电极除去用作溶剂的水的第一次加热中的干燥温度在该范围内时，可抑制在所述电极表面上产生气泡，使得可获得具有改善的表面均匀性的电极。所述干燥可在大气条件中进行。

所述第一次加热之后可为在真空中的第二次加热。所述第二次加热可在约100℃-约200℃的温度下在约1×10^-4-约1×10^-6托的真空下进行。

所述导电剂的非限制性实例为乙炔黑，科琴黑，天然石墨，人造石墨，炭黑，碳纤维，金属粉末和金属纤维例如铜、镍、铝或银，聚亚苯基衍生物、或其至少两种的混合物。可使用在本领域中可用的任何导电剂。

除上述粘结剂之外，所述负极可进一步包括在本领域中广泛使用的普通粘结剂。所述普通粘结剂的非限制性实例为羧甲基纤维素钠(“Na-CMC”)、褐藻酸衍生物、壳聚糖衍生物、聚乙烯醇(“PVA”)、聚丙烯酸(“PAA”)、聚丙烯酸钠(“Na-PAA”)、聚乙烯基吡咯烷酮(“PVP”)、聚丙烯酰胺、聚酰胺酰亚胺、偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物(“P(VDF-HFP)”)、聚偏氟乙烯(“PVDF”)、聚丙烯腈(“PAN”)、水分散体型丁苯橡胶(“SBR”)、水分散体型丁二烯橡胶(“BR”)、其改性产物(例如，氟化的聚合物或在主链中具有砜(-SO₂-)取代基的聚合物)、或其共聚物(例如，与另外的聚合物的无规共聚物、嵌段共聚物或交替共聚物)。

所述集流体没有特别限制，且可为任何材料，只要其具有合适的导电性，而不在所制造的电池中引起化学变化。所述集流体的实例为铜，不锈钢，铝，镍，钛，烧结碳，用碳、镍、钛或银表面处理的铜或不锈钢、和铝-镉合金。

另外，所述集流体可加工成在其表面上具有细小的不规则物以增强所述集流体对所述负极活性物质的粘附，且可以包括膜、片、箔、网、多孔结构体、泡沫体和无纺物的多种形式的任一种使用。

当所述电极为正极时，可使用容许锂的可逆嵌入和脱嵌的化合物(锂化插层化合物)作为正极活性物质。所述正极活性物质可包括选自锂钴氧化物、锂镍钴锰氧化物、锂镍钴铝氧化物、锂铁磷氧化物和锂锰氧化物的至少一种。所述正极活性物质不限于这些实例，且可为在本领域中可用的任何正极活性物质。

例如，所述正极活性物质可为选自如下的至少一种：锂钴氧化物(LiCoO₂)；锂镍氧化物(LiNiO₂)；锂锰氧化物，包括Li_1+xMn_2-xO₄(其中x为0-0.33)、Li₂MnO₃、LiMn₂O₄和LiMnO₂；锂铜氧化物(Li₂CuO₂)；锂铁氧化物(LiFe₃O₄)；锂钒氧化物(LiV₃O₈)；铜钒氧化物(Cu₂V₂O₇)；钒氧化物(V₂O₅)；锂镍氧化物(LiNi_1-xM_xO₂，其中M为Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B、或Ga；和x为0.01-0.3)；锂锰氧化物，包括LiMn_2-xM_xO₂(其中M为Co、Ni、Fe、Cr、Zn、或Ta；和x为0.01-0.1)和Li₂Mn₃MO₈(其中M为Fe、Co、Ni、Cu、或Zn)；其中锂被碱土金属离子部分取代的锂锰氧化物(LiMn₂O₄)；二硫化物化合物；和铁钼氧化物(Fe₂(MoO₄)₃)。

例如，所述正极活性物质可为由下式之一表示的化合物：Li_aA_1-bB_bD₂(其中0.90≤a≤1.8和0≤b≤0.5)；Li_aE_1-bB_bO_2-cD_c(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5和0≤c≤0.05)；LiE_2- _bB_bO_4-cD_c(其中0≤b≤0.5和0≤c≤0.05)；Li_aNi_1-b-cCo_bB_cD_α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α≤2)；Li_aNi_1-b-cCo_bB_cO_2-αF_α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α<2)；Li_aNi_1-b-cCo_bB_cO_2-αF_α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α<2)；Li_aNi_1-b-cMn_bB_cD_α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α≤2)；Li_aNi_1-b-cMn_bB_cO_2-αF_α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α<2)；Li_aNi_1-b-cMn_bB_cO_2-αF_α(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05和0<α<2)；Li_aNi_bE_cG_dO₂(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5和0.001≤d≤0.1)；Li_aNi_bCo_cMn_dG_eO₂(其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5和0.001≤e≤0.1)；Li_aNiG_bO₂(其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；Li_aCoG_bO₂(其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；Li_aMnG_bO₂(其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；

Li_aMn₂G_bO₄(其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1)；QO₂；QS₂；LiQS₂；V₂O₅；LiV₂O₅；LiIO2；LiNiVO4；Li(3_-f)J2(PO4)3(其中0≤f≤2)；Li(3_-f)Fe2(PO4)3(其中0≤f≤2)；和LiFePO₄。

在上式中，A选自镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、及其组合；B选自铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、铬(Cr)、铁(Fe)、镁(Mg)、锶(Sr)、钒(V)、稀土元素、及其组合；D选自氧(O)、氟(F)、硫(S)、磷(P)、及其组合；E选自钴(Co)、锰(Mn)、及其组合；F选自氟(F)、硫(S)、磷(P)、及其组合；G选自铝(Al)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、镁(Mg)、镧(La)、铈(Ce)、锶(Sr)、钒(V)、及其组合；Q选自钛(Ti)、钼(Mo)、锰(Mn)、及其组合；I选自铬(Cr)、钒(V)、铁(Fe)、钪(Sc)、钇(Y)、及其组合；和J选自钒(V)、铬(Cr)、锰(Mn)、钴(Co)、镍(Ni)、铜(Cu)、及其组合。

以上列举作为正极活性物质的化合物可具有表面包覆层(在下文中，“包覆层”)。或者，可使用不具有包覆层的化合物和具有包覆层的化合物的混合物，所述化合物选自以上列举的化合物。所述包覆层可包括选自如下的至少一种包覆元素的化合物：包覆元素的氧化物、氢氧化物、羟基氧化物、碳酸氧盐和羟基碳酸盐。用于所述包覆层的化合物可为无定形的或结晶的。用于所述包覆层的包覆元素可为镁(Mg)、铝(Al)、钴(Co)、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、硅(Si)、钛(Ti)、钒(V)、锡(Sn)、锗(Ge)、镓(Ga)、硼(B)、砷(As)、锆(Zr)、或其混合物。所述包覆层可使用任意以上列举的包括这些元素的化合物根据当使用所述包覆元素的化合物时不对正极活性物质的物理性质造成不利影响的任何合适的方法形成。例如，所述包覆层可使用本领域普通技术任意已知的喷涂、浸渍或其它方法形成。所述正极活性物质的非限制性实例为LiNiO₂、LiCoO₂、LiMn_xO_2x(其中x=1、2)、LiNi_1-xMn_xO₂(其中0<x<1)、LiNi_1-x-yCo_xMn_yO₂(其中x为0-0.5，和y为0-0.5)、LiFeO₂、V₂O₅、TiS和MoS。

作为用于正极的粘结剂，可使用根据上述实施方式的聚合物组合物。所述粘结剂使正极活性物质颗粒彼此牢固地结合且使正极活性物质颗粒牢固地结合到集流体。作为典型的实例，所述粘结剂可为如下的至少一种：聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶(“SBR”)、聚酰胺酰亚胺、丙烯酸(酯)化的(丙烯酸类改性的)SBR、环氧树脂和尼龙，但不限于此。

在制备所述正极活性物质组合物时，可使用与在所述负极活性物质组合物中使用的相同的导电剂。

可将所述正极活性物质、粘结剂和导电剂混合在一起以获得正极活性物质层组合物。

当在形成正极活性物质层时使用根据本发明构思的一个或多个实施方式的聚合物组合物作为粘结剂时，不需要使用溶剂。

当在形成正极活性物质层时使用普通正极粘结剂时，可使用溶剂。所述溶剂的非限制性实例为水、二甲亚砜(“DMSO”)、N,N-二甲基甲酰胺(“DMF”)、N,N-二甲基乙酰胺(“DMA”)、四氢呋喃(“THF”)、1,4-二氧六环、1,2-二甲氧基乙烷(“DME”)和N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)。

可以与所述负极的制造中相同的方式制造使用所述正极活性物质组合物的正极，除了使用所述正极活性物质代替所述负极活性物质之外。

所述正极活性物质、导电剂和溶剂的量可为本领域中在锂电池的制造中通常使用的那些水平。根据锂电池的用途和结构，可不使用导电剂和溶剂的至少一种。如果需要，在正极的制造中可进一步使用各种添加剂例如分散剂、增稠剂或填料的任意种类。

根据本发明构思的另一实施方式，锂电池包括上述负极、正极、隔板和包含锂盐的非水电解质。

所述隔板可设置在所述正极和负极之间。所述隔板可为具有高的离子渗透性和强的机械强度的绝缘薄膜。

所述隔板可具有约0.01μm-约10μm、和在实施方式中约1μm-约10μm的孔径，以及约5μm-约20μm、和在实施方式中约10μm-约15μm的厚度。所述隔板的实例为基于烯烃的聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯，以及由玻璃纤维或聚乙烯制成的片或无纺物。当使用固体电解质例如聚合物电解质作为电解质时，所述固体电解质可也用作隔板。

所述隔板可为单层或包括至少两个基于烯烃的聚合物例如聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、或其组合的层的多层。所述多层可为混合多层。例如，所述隔板可为包括聚乙烯和聚丙烯层的双层隔板，包括聚乙烯、聚丙烯和聚乙烯层的三层隔板，或包括聚丙烯、聚乙烯和聚丙烯层的三层隔板。

所述包含锂盐的非水电解质可包含非水电解质基体和锂盐。

所述非水电解质基体可为非水液体溶剂、有机固体电解质基体、或无机固体电解质基体。

所述非水液体溶剂的非限制性实例为任意如下的：非质子有机溶剂例如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯(“EC”)、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯(“DEC”)、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷(“DME”)、四氢呋喃(“THF”)、2-甲基四氢呋喃(“2-甲基-THF”)、二甲亚砜(“DMSO”)、1,3-二氧戊环、1,4-二氧六环、甲酰胺、N,N-二甲基甲酰胺(“DMF”)、N,N-二甲基乙酰胺(“DMA”)、乙腈、硝基乙烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯、丙酸乙酯和碳酸氟代亚乙酯(“FEC”)。

所述有机固体电解质基体的非限制性实例为聚乙烯衍生物、聚氧化乙烯衍生物、聚氧化丙烯衍生物、磷酸酯聚合物、聚酯硫化物、聚乙烯醇、聚偏氟乙烯和包含离子解离基团的聚合物。

所述无机固体电解质基体的非限制性实例为Li₃N、LiI、Li₅NI₂、Li₃N-LiI-LiOH、Li₂SiS₃、Li₄SiO₄、Li₄SiO₄-LiI-LiOH、和Li₃PO₄-Li₂S-SiS₂。

所述锂盐可为可溶解于上述非水电解质基体中的任何锂盐。所述锂盐的非限制性实例为LiCl、LiBr、LiI、LiClO₄、LiBF₄、LiB₁₀Cl₁₀、LiPF₆、LiCF₃SO₃、LiCF₃CO₂、LiAsF₆、LiSbF₆、LiAlCl₄、CH₃SO₃Li、(CF₃SO₂)₂NLi、氯硼酸锂、低级脂族羧酸锂和四苯基硼酸锂。为了改善充电/放电特性或阻燃性，所述非水电解质可为进一步添加有，例如，吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-乙二醇二甲醚、六甲基磷酸三酰胺、硝基苯衍生物、硫磺、奎宁亚胺染料、N-取代的唑烷酮、N,N-取代的咪唑啉、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇、或氯化铝。在一些另外的实施方式中，为了提供耐燃性，可进一步使用含卤素的溶剂例如四氯化碳和三氟乙烯。参照图1，根据本发明构思的实施方式的锂电池1包括正极3、负极2和隔板4。将正极3、负极2和隔板4卷绕或折叠，然后密封在电池壳5中。然后，将电池壳5用有机电解质溶液填充并用帽组件6密封，由此完成锂电池1的制造。电池壳5可为圆柱型、矩型、或薄膜型。例如，锂电池1可为薄膜型电池。锂电池1可为锂离子电池。

锂电池1可为具有约4.3V或更大的充电电压的锂离子电池。

隔板4可介于正极3和负极2之间以形成电池组件。或者，所述电池组件可以双单元电池结构堆叠并用电解质溶液浸渍。将所得物置于袋中并气密密封，由此完成锂离子聚合物电池的制造。

或者，可将多个电池组件堆叠以形成电池组，其可用于在高温下运行且需要高的输出的任何装置中，例如，用在膝上型电脑、智能手机、电动车等中。

锂电池1可具有改善的高倍率特性和寿命特性，且因此可应用于电动车(“EV”)例如混合动力车如插电式混合动力电动车(“PHEV”)中。

在以上式中的取代基可如下定义。

如本文中使用的术语“烷基”表示得自完全饱和的、支化或未支化的(或者直链或线型的)烃并且具有规定的碳原子数的单价基团。

所述“烷基”的非限制性实例为甲基、乙基、正丙基、异丙基、正丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、异戊基、新戊基、正己基、3-甲基己基、2,2-二甲基戊基、2,3-二甲基戊基和正庚基。

所述烷基的至少一个氢原子可被如下代替：卤素原子、被卤素原子取代的C1-C30烷基(例如，CCF₃、CHF₂、CH₂F、CCl₃等)、C1-C30烷氧基、C2-C30烷氧基烷基、羟基(-OH)、硝基(-NO₂)、氰基(-CN)、氨基(-NRR’，其中R和R’独立地为氢或C1-C30烷基)、酰氨基(-C(=O)NRR’，其中R和R’独立地为氢或C1-C30烷基)、肼基(-NHNRR’，其中R和R’独立地为氢或C1-C30烷基)、腙基(-CR=NHNR’R”，其中R、R’和R”独立地为氢或C1-C30烷基)、叠氮基(-N₃)、脒基(-C(=NH)NRR’，其中R和R’独立地为氢或C1-C30烷基)、羧基(-CO₂H)或其盐、磺酰基、氨磺酰基、磺酸基(-SO₃H)或其盐、磷酸基(-P(=O)(OH)₂)或其盐、C1-C30烷基、C2-C30烯基、C2-C30炔基、C1-C30杂烷基、C6-C30芳基、C7-C30芳烷基、C2-C30杂芳基、C3-C30杂芳烷基、C2-C30杂芳氧基、C3-C30杂芳氧基烷基、或C6-C30杂芳烷氧基。

如本文中使用的术语“卤素原子”表示氟、溴、氯、碘等。

如本文中使用的术语“被卤素原子取代的C1-C30烷基”表示被至少一个卤素原子取代的C1-C30烷基。所述被至少一个卤素原子取代的C1-C30烷基的非限制性实例为单卤代烷基或多卤代烷基，包括二卤代烷基、或全卤代烷基。

如本文中使用的术语“单卤代烷基”表示包括一个碘、溴、氯或氟原子的烷基。术语“二卤代烷基”和“多卤代烷基”表示包括至少两个相同或不同的卤素原子的烷基。术语“全卤代烷基”表示其中所有氢原子都被相同或不同的卤素原子代替的烷基。

如本文中使用的术语“环烷基”表示仅具有碳环原子且具有规定的碳原子数的饱和烃环基团。环烷基的非限制性实例包括环己基。

如本文中使用的术语“烯基”表示得自直链或支链脂族烃、具有至少一个双键且具有规定的碳原子数的单价基团。所述烯基的非限制性实例包括乙烯基、丙烯基、异丙烯基和己烯基。所述烯基的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的术语“炔基”表示得自直链或支链脂族烃、具有至少一个三键且具有规定的碳原子数的单价基团。所述炔基的非限制性实例包括乙炔基和丙炔基。所述炔基的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的术语“烷氧基”表示“烷基-O-”，其中所述烷基与以上描述的相同且具有规定的碳原子数。所述烷氧基的非限制性实例包括甲氧基、乙氧基、丙氧基、2-丙氧基、丁氧基、叔丁氧基、戊氧基、和己氧基。所述烷氧基的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的术语“芳基”(其单独或组合使用)表示得自包含至少一个环的芳族烃且具有规定的碳原子数的单价基团。

如本文中使用的术语“芳基”解释为包括具有稠合至至少一个环烷基环的芳族环的基团。

所述“芳基”的非限制性实例包括苯基、萘基和四氢萘基。

所述“芳基”的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的术语“芳烷基”表示被芳基取代的且具有规定的碳原子数的烷基。所述“芳烷基”的非限制性实例包括苄基、苯基-CH₂CH₂-等。

如本文中使用的术语“芳氧基”表示具有规定的碳原子数的“–O-芳基”。所述芳氧基的非限制性实例为苯氧基。所述“芳氧基”的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的术语“杂芳基”表示得自包括选自氮(N)、氧(O)、磷(P)和硫(S)的至少一个杂原子(其中环原子的剩余部分为碳)的单环或双环芳族有机化合物且具有规定的碳原子数的单价基团。所述杂芳基可包括例如一至五个杂原子，和在一些实施方式中，可包括五至十元环。

在所述杂芳基中，S或N可以各种氧化形式存在。

单环杂芳基的非限制性实例包括噻吩基、呋喃基、吡咯基、咪唑基、吡唑基、噻唑基、异噻唑基、1,2,3-二唑基、1,2,4-二唑基、1,2,5-二唑基、1,3,4-二唑基、1,2,3-噻二唑基、1,2,4-噻二唑基、1,2,5-噻二唑基、1,3,4-噻唑基、异噻唑-3-基、异噻唑-4-基、异噻唑-5-基、唑-2-基、唑-4-基、唑-5-基、异唑-3-基、异唑-4-基、异唑-5-基、1,2,4-***-3-基、1,2,4-***-5-基、1,2,3-***-4-基、1,2,3-***-5-基、四唑基、吡啶-2-基、吡啶-3-基、2-吡嗪-2-基、吡嗪-4-基、吡嗪-5-基、2-嘧啶-2-基、4-嘧啶-2-基、和5-嘧啶-2-基。

如本文中使用的术语“杂芳基”解释为包括稠合至芳基、环脂族基团和杂环基团的至少一个的杂芳族环。

双环杂芳基的非限制性实例为吲哚基、异吲哚基、吲唑基、吲嗪基、嘌呤基、喹嗪基、喹啉基、异喹啉基、噌啉基、酞嗪基、萘啶基、喹唑啉基、喹喔啉基、菲啶基、菲咯啉基、吩嗪基、吩噻嗪基、吩嗪基、苯并异喹啉基、噻吩并[2,3-b]呋喃基、呋喃并[3,2-b]-吡喃基、5H-吡啶并[2,3-d]-o-嗪基、1H-吡唑并[4,3-d]-唑基、4H-咪唑并[4,5-d]噻唑基、吡嗪并[2,3-d]哒嗪基、咪唑并[2,1-b]噻唑基、咪唑并[1,2-b][1,2,4]三嗪基、7-苯并[b]噻吩基、苯并唑基、苯并咪唑基、苯并噻唑基、苯并氧氮杂基、苯并嗪基、1H-吡咯并[1,2-b][2]苯并氮杂基、苯并呋喃基、苯并噻吩基、苯并***基、吡咯并[2,3-b]吡啶基、吡咯并[3,2-c]吡啶基、吡咯并[3,2-b]吡啶基、咪唑并[4,5-b]吡啶基、咪唑并[4,5-c]吡啶基、吡唑并[4,3-d]吡啶基、吡唑并[4,3-c]吡啶基、吡唑并[3,4-c]吡啶基、吡唑并[3,4-d]吡啶基、吡唑并[3,4-b]吡啶基、咪唑并[1,2-a]吡啶基、吡唑并[1,5-a]吡啶基、吡咯并[1,2-b]哒嗪基、咪唑并[1,2-c]嘧啶基、吡啶并[3,2-d]嘧啶基、吡啶并[4,3-d]嘧啶基、吡啶并[3,4-d]嘧啶基、吡啶并[2,3-d]嘧啶基、吡啶并[2,3-b]吡嗪基、吡啶并[3,4-b]吡嗪基、嘧啶并[5,4-d]嘧啶基、吡嗪并[2,3-b]吡嗪基、和嘧啶并[4,5-d]嘧啶基。

所述“杂芳基”的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的术语“杂芳烷基”表示被杂芳基取代的并具有规定的碳原子数的烷基。所述杂芳烷基的非限制性实例包括(吡啶-2-基)甲基(C₅H₄NCH₂)。

如本文中使用的术语“杂芳氧基”表示具有规定的碳原子数的-O-杂芳基部分。所述杂芳氧基的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。所述杂芳氧基的非限制性实例包括(吡啶-2-基)氧基(C₅H₄NO)。

如本文中使用的术语“碳环”基团表示具有规定的碳原子数的单价饱和或部分不饱和的非芳族单环、双环或三环烃基。

单环烃基的非限制性实例包括环戊基、环戊烯基、环己基和环己烯基。

双环烃基的非限制性实例包括冰片基、十氢萘基、双环[2.1.1]己基、双环[2.2.1]庚基、双环[2.2.1]庚烯基和双环[2.2.2]辛基。

三环烃基的非限制性实例为金刚烷基。

所述“碳环基团”的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的术语“碳环基烷基”表示被碳环基团取代的并具有规定的碳原子数的烷基。所述碳环基烷基的非限制性实例包括环己基甲基。

如本文中使用的术语“杂环基团”表示包括杂原子例如N、S、P或O并具有规定的碳原子数的五至十元碳环基团。所述杂环基团的非限制性实例为吡咯烷基和哌啶基。所述杂环基团中的至少一个氢原子可被与以上关于烷基所列举的那些相同的取代基代替。

如本文中使用的术语“杂环基烷基”表示被杂环基团取代且具有规定数量的碳原子的烷基。所述杂环烷基的非限制性实例包括(哌啶-2-基)甲基(C₅H₉NCH₂)。

如本文中使用的术语“杂芳氧基烷基”表示被杂芳氧基取代的且具有规定的碳原子数的烷基。所述杂芳氧基烷基的非限制性实例包括(吡啶-2-基)氧基甲基(C₅H₄NOCH₂)。

如本文中使用的术语“杂芳烷氧基”表示“–O-杂芳烷基”。所述杂芳烷氧基的非限制性实例包括(吡啶-2-基)甲基氧基(C₅H₄NCH₂O)。

术语“磺酰基”表示R”-SO₂-，其中R”为氢原子、烷基、芳基、杂芳基、芳烷基、杂芳烷基、烷氧基、芳氧基、环烷基、或杂环基团。

术语“氨磺酰”基表示H₂NS(O₂)-、烷基-NHS(O₂)-、(烷基)₂NS(O₂)-、芳基-NHS(O₂)-、烷基-(芳基)-NHS(O₂)-、(芳基)₂NS(O)₂、杂芳基-NHS(O₂)-、(芳基-烷基)-NHS(O₂)-、或(杂芳基-烷基)-NHS(O₂)-。

术语“氨基”表示其中氮原子共价结合到至少一个碳或杂原子的基团。所述氨基可指例如任选地取代的–NH₂基团。

术语“氨基”还表示其中氮结合到至少一个另外的具有规定的碳原子数的烷基的“烷基氨基”、以及其中氮原子结合到一个或两个选定的具有规定的碳原子数的芳基的“芳基氨基”和“二芳基氨基”。

如本文中使用的术语“亚烷基”表示具有规定的碳原子数的直链或支化二价脂族烃基。所述亚烷基的非限制性实例包括亚甲基、亚乙基、亚丙基和亚丁基。

如本文中使用的术语“亚烯基”表示具有至少一个碳-碳双键并具有规定的碳原子数的直链或支链二价烃基。所述亚烯基的非限制实例包括亚丙烯基。

如本文中使用的术语“亚炔基”表示具有至少一个碳-碳三键并具有规定的碳原子数的直链或支链二价烃基。所述亚炔基的非限制性实例包括亚丙炔基。

如本文中使用的术语“亚环烷基”是指具有规定的碳原子数的环状二价脂族烃基。所述亚环烷基的非限制性实例包括亚环丙烯基、亚环丁烯基、亚环戊烯基和亚环己烯基。

现在将参照以下实施例更详细地描述一个或多个实施方式。然而，这些实施例仅用于说明的目的且不意图限制所述一个或多个实施方式的范围。

在以下制备实施例中，术语“聚(异丁烯-alt-马来酸酐)和聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)”中的“alt”和“co”分别意指交替聚合物和共聚物。

制备实施例1：包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(在下文中，Li-0.8-PIBMA)的组合物(锂取代度：0.8)的制备

将4g由下式8c表示的聚(异丁烯-alt-马来酸酐)(具有异丁烯与马来酸酐的混合比=1:1，按摩尔计；和重均分子量=约300,000～350,000)和0.996g氢氧化锂(LiOH)添加到96g去离子水中，然后混合在一起以获得混合物，然后将该混合物在约70℃下搅拌约24小时以制备包括下式8a的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(在下文中，式8a的聚合物)和去离子水的聚合物组合物。

基于100重量份的包含式8a的聚合物的组合物，式8a的聚合物的量为约5重量份。

式8c

将所述聚合物组合物过滤以除去水不溶性组分。从经过滤的固体产物除去水，然后将其在约80℃下干燥以获得下式8a的聚合物。

式8a的聚合物具有约0.8的锂取代度和约300,000-约350,000的重均分子量。

[式8a]

在式8a中，表示摩尔分数的a和b可分别为0.2和0.8。

制备实施例2：包含聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)(在下文中，Li-1.0-PIBMA)的组合物(锂取代度：1.0)的制备

以与实施例1中相同的方式制备包括式8b的聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)(在下文中，式8b的聚合物)和去离子水的聚合物组合物，除了使用1.245gLiOH和96g去离子水之外。

在所述聚合物组合物中，基于100重量份的包含式8b的聚合物的组合物，式8b的聚合物的量为约5重量份。

将所述聚合物组合物过滤以除去水不溶性组分。从经过滤的固体产物除去水，然后将其在约80℃下干燥以获得下式8b的聚合物。

下式8b的聚合物具有约1.0的锂取代度和约300,000-约350,000的重均分子量。

式8b

制备实施例3：包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(在下文中，Li-0.5-PIBMA)的组合物(锂取代度：0.5)的制备

以与实施例1中相同的方式制备包括式8a的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(以下，式8a的聚合物)和去离子水的聚合物组合物，除了使用0.623g LiOH和96g去离子水之外。在所述聚合物组合物中，基于100重量份的包含式8a的聚合物的组合物，式8a的聚合物的量为约5重量份。

下式8a的聚合物具有约0.5的锂取代度和约300,000-约350,000的重均分子量。

式8a

在式8a中，a和b可各自为0.5的摩尔分数。

制备实施例4：包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(在下文中，Li-0.6-PIBMA)的组合物(锂取代度：0.6)的制备

以与实施例1中相同的方式制备包括聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(以下，式8a的聚合物)和去离子水的聚合物组合物，除了使用0.747gLiOH和96g去离子水之外。在所述聚合物组合物中，基于100重量份的包含式8a的聚合物的组合物，式8a的聚合物的量为约5重量份。

式8a的聚合物具有约0.6的锂取代度和约300,000-约350,000的重均分子量。

式8a

在式8a中，表示摩尔分数的a和b可分别为0.4和0.6。

制备实施例5：包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(在下文中，Li-0.7-PIBMA)的组合物(锂取代度：0.7)的制备

以与实施例1中相同的方式制备包括式8a的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(在下文中，式8a的聚合物)和去离子水的聚合物组合物，除了使用0.873g LiOH和96g去离子水之外。

在所述聚合物组合物中，基于100重量份的包含式8a的聚合物的组合物，式8a的聚合物的量为约5重量份。

式8a的聚合物具有约0.7的锂取代度和约300,000-约350,000的重均分子量。

式8a

在式8a中，a可为0.3的摩尔分数，和b可为0.7的摩尔分数。

制备实施例6：包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(在下文中，Li-0.2-PIBMA)的组合物(锂取代度：0.2)的制备

以与实施例1中相同的方式制备包括式8a的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(以下，式8a的聚合物)和去离子水的聚合物组合物，除了使用0.250g LiOH和96g去离子水之外。在所述聚合物组合物中，基于100重量份的包含式8a的聚合物的组合物，式8a的聚合物的量为约5重量份。

式8a的聚合物具有约0.2的锂取代度和约300,000-约350,000的重均分子量。

式8a

在式8a中，a可为0.8的摩尔分数，和b可为0.2的摩尔分数。

制备实施例7：包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸铵盐)}的组合物的制备

将10g由下式9表示的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸铵盐)}(具有约160,000-170,000的重均分子量)(在下文中，式9的聚合物)和90g去离子水混合并在室温下搅拌约24小时以获得包括由下式9表示的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸铵盐)}(具有约160,000-170,000的重均分子量)(在下文中，式9的聚合物)和去离子水的聚合物组合物。

式9

所述式9的聚合物具有约1,000-约1,200的聚合度，其中式9中的a为0.2，和b为0.8。

基于100重量份的包含式9的聚合物的聚合物组合物，所述聚合物组合物中的式9的聚合物的量为约10重量份。

制备实施例8：包含聚{(乙烯-alt-马来酸酐)-co-(乙烯-alt-马来酸锂盐)}(具有0.5的锂取代度)(在下文中，称作Li-0.5-PEMA)的组合物

将10g聚(乙烯-co-马来酸酐)(具有1:1的乙烯与马来酸酐的摩尔混合比和400,000的重均分子量)和1.9g LiOH在90g去离子水中混合，然后在约70℃下搅拌约24小时以获得由下式10表示的聚{(乙烯-alt-马来酸酐)-co-(乙烯-alt-马来酸锂盐)}(以下，式10的聚合物)在去离子水中的聚合物组合物。

所述聚合物组合物中的式10的聚合物具有约0.5的锂取代度。基于100重量份的包括式10的聚合物的聚合物组合物，式10的聚合物为约10重量份。

式10

在式10中，表示摩尔分数的a和b可两者都为0.5。式10的聚合物具有约3,000的聚合度。

实施例1：负极和硬币半单元电池的制造

将4.5g作为负极活性物质的石墨(SFG6)粉末(可得自Timcal Co.)(D90=约6.5μm)和10g作为粘结剂的制备实施例1的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(锂取代度：0.8)的组合物以90:10的重量比混合在一起以制备浆料。

使用刮刀将所述浆料涂覆在铜集流体上至约50μm的厚度，在烘箱中在约80℃下干燥约2小时，然后在真空中在约120℃下进一步干燥约2小时，由此制造负极。

使用所述负极、作为对电极的锂金属、聚丙烯隔板(Celgard3510)以及溶解在3:7的体积比的EC(碳酸亚乙酯)和DEC(碳酸二乙酯)的混合溶剂中的1.3M LiPF₆电解质制造硬币半单元电池(CR-2032标准)。

实施例2：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例1中相同的方式制造硬币半单元电池，除了使用制备实施例2的包含聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物(锂取代度：1.0)代替制备实施例1的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.8)作为粘结剂之外。

实施例3：负极和硬币半单元电池的制造

将4.4g作为负极活性物质的石墨(M1)粉末(可得自Carbonics Co.)(D50=1μm)和12g作为粘结剂的制备实施例3的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.5)以88:12的重量比混合在一起以制备浆料。

实施例4：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例3中相同的方式制造硬币半单元电池，除了使用12g制备实施例4的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.6)代替12g制备实施例3的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.5)作为粘结剂之外。

实施例5：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例3中相同的方式制造硬币半单元电池，除了使用12g制备实施例5的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.7)代替12g制备实施例3的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.5)作为粘结剂之外。

实施例6：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例3中相同的方式制造硬币半单元电池，除了使用12g制备实施例1的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.8)代替12g制备实施例3的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.5)作为粘结剂之外。

实施例7：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例3中相同的方式制造硬币半单元电池，除了使用12g制备实施例2的包含聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物(锂取代度：1.0)代替12g制备实施例3的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.5)作为粘结剂之外。

实施例8：负极和硬币半单元电池的制造

将4g作为负极活性物质的硅/碳纳米管(“CNT”)复合物和20g作为粘结剂的制备实施例2的包含锂取代的聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物(锂取代度：1.0)以80:20的重量比混合在一起以制备浆料。

所述硅/碳纳米管(“CNT”)复合物通过以下程序制备。

首先将具有150nm粒径的Si与碳纳米管(“CNT”)以3:7的混合重量比混合，然后使所得物经历高能球磨以得到所述硅/碳纳米管(“CNT”)复合物。

使用所述负极、作为对电极的锂金属、聚丙烯隔板(Celgard3510)以及溶解在2:6:2的体积比的EC(碳酸亚乙酯)、DEC(碳酸二乙酯)和FEC(碳酸氟代亚乙酯)的混合溶剂中的1.3M LiPF₆电解质制造硬币半单元电池(CR-2032标准)。

实施例9：负极和硬币半单元电池的制造

将3.5g作为负极活性物质的锰氧化物(MnOx，0<x≤2)、0.75g碳导电剂(Super-P，可得自Timcal Inc.)和15g制备实施例1的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.8)以70:15:15的重量比混合在一起以制备浆料。

实施例10：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例9中相同的方式制造硬币半单元电池，除了使用15g制备实施例2的包含锂取代的聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物(锂取代度：1.0)代替12g制备实施例1的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.8)作为粘结剂之外。

实施例11：负极和硬币半单元电池的制造

将4.4g作为负极活性物质的石墨(M1)(D50=1μm)粉末(可得自Carbonics)和6g作为粘结剂的制备实施例7的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸铵盐)}的聚合物组合物混合以制备浆料。所述浆料中的固体组分即负极活性物质与作为粘结剂的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸铵盐)}的重量混合比为约88:12。

使用刮刀将所述浆料涂覆在Cu集流体上至约50μm的厚度。然后，将所得物在烘箱中在约80℃下干燥约2小时，然后在真空中在约120℃下再次干燥2小时以制造负极板。

使用所述负极板、作为对电极的锂金属、作为隔板的聚丙烯隔板(Celgard3510)、以及通过在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)(3:7的体积比)的混合溶剂中溶解1.3MLiPF₆获得的电解质溶液制造CR-2032标准硬币半单元电池。

实施例12：负极和硬币半单元电池的制造

将4.4g作为负极活性物质的石墨(M1)(D50=约1μm)粉末(可得自Carbonics)和6g作为粘结剂的制备实施例8的包含聚{(乙烯-alt-马来酸酐)-co-(乙烯-alt-马来酸锂盐)}的聚合物组合物(具有0.5的锂取代度)混合以制备浆料。所述浆料中的固体组分即负极活性物质与作为粘结剂的聚{(乙烯-alt-马来酸酐)-co-(乙烯-alt-马来酸锂盐)}的重量混合比为约88:12。

实施例13：负极和硬币半单元电池的制造

将4.5g作为负极活性物质的石墨(SFG6)(D90=约6.5μm)粉末(可得自TIMCAL Co.)和5g作为粘结剂的制备实施例7的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸铵盐)}的聚合物组合物混合以制备浆料。所述浆料中的固体组分即负极活性物质与作为粘结剂的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸铵盐)}的重量混合比为约90:10。

实施例14：负极和硬币半单元电池的制造

将4.5g作为负极活性物质的石墨(SFG6)(D90=约6.5μm)粉末(可得自TIMCAL Co.)和5g作为粘结剂的制备实施例8的包含聚{(乙烯-alt-马来酸酐)-co-(乙烯-alt-马来酸锂盐)}的聚合物组合物(具有0.5的锂取代度)混合以制备浆料。所述浆料中的固体组分即负极活性物质与作为粘结剂的聚{(乙烯-alt-马来酸酐)-co-(乙烯-alt-马来酸锂盐)}的重量混合比为约90:10。

对比例1：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例1中相同的方式制造负极和硬币半单元电池，除了使用8.33g6重量百分数(“重量%”)的聚偏氟乙烯粘结剂溶液(溶剂：N-甲基吡咯烷酮(“NMP”))代替制备实施例1的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.8)作为粘结剂之外。

对比例2：负极和硬币半单元电池的制造

以与对比例1中相同的方式制造负极和硬币半单元电池，除了使用8.33g6重量%的聚(异丁烯-alt-马来酸酐)(异丁烯与马来酸酐的摩尔混合比1:1；溶剂：N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)；和约300,000-350,000的重均分子量)的粘结剂溶液代替聚偏氟乙烯粘结剂溶液之外。

对比例3：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例3中相同的方式制造负极和硬币半单元电池，除了使用10g6重量%的聚偏氟乙烯粘结剂溶液(N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)溶剂)代替制备实施例3的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.5)之外。

对比例4：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例3中相同的方式制造负极和硬币半单元电池，除了使用10g6重量%的聚(异丁烯-alt-马来酸酐)粘结剂溶液(异丁烯与马来酸酐的1:1摩尔混合比；约300,000-350,000的重均分子量；和N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)溶剂)代替聚偏氟乙烯粘结剂溶液之外。

对比例5：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例8中相同的方式制造负极和硬币半单元电池，除了使用20g5重量%的聚酰胺酰亚胺粘结剂溶液(N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)溶剂)代替制备实施例2的包含聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物(锂取代度：1.0)之外。

对比例6：负极和硬币半单元电池的制造

以与对比例5中相同的方式制造负极和硬币半单元电池，除了使用16.7g6重量%的聚(异丁烯-alt-马来酸酐)(“PIBMA”)粘结剂溶液(异丁烯与马来酸酐的1:1摩尔混合比；约300,000-350,000的重均分子量；和N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)溶剂)代替聚酰胺酰亚胺粘结剂溶液之外。

对比例7：负极和硬币半单元电池的制造

以与实施例9中相同的方式制造负极和硬币半单元电池，除了使用15g5重量%的聚酰胺酰亚胺(“PAI”)粘结剂溶液(N-甲基吡咯烷酮(“NMP”)溶剂)代替制备实施例1的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物(锂取代度：0.8)之外。

对比例8：负极和硬币半单元电池的制造

以与对比例7中相同的方式制造负极和硬币半单元电池，除了使用12.5g6重量%的包含制备实施例1的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}(锂取代度：0.8)的粘结剂溶液(溶剂：N-甲基吡咯烷酮(NMP))代替聚酰胺酰亚胺粘结剂溶液之外。

评价实施例1：¹H-NMR分析

通过¹H-核磁共振(“NMR”)谱法通过如下所述的样品制备分析制备实施例1、3-6的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物和制备实施例2的包含聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物。结果示于图2-6中。

为了NMR谱法，通过将制备实施例1-6的组合物各自过滤、然后除去不能溶的部分而从所述组合物提取聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}和聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)。

(异丁烯-alt-马来酸锂盐)单元的结构确定为具有下式：

在上式中，

Y₇和Y₈的至少一个为锂，且Y₇和Y₈的其余为氢原子，和作为聚合度的n为约1,945-2,270。尽管未展示各重复单元的混合比，但异丁烯重复单元的摩尔分数为约0.5，且马来酸酐重复单元的摩尔分数为约0.5。

在上式中，在不同的磁环境中的质子以a、b、c和d表示以彼此区分。

图2-4为呈现出对应于质子a、b、c和d的质子峰的锂取代的聚(异丁烯-alt-马来酸酐)的NMR谱。在图2-4中，a、b、c和d分别为对应于质子a、b、c和d的质子峰。

将制备实施例1、3-6的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物和制备实施例2的包含聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物各自过滤，然后除去水不溶性部分以获得过滤的固体组分。从所述过滤的固体组分除去水以获得聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}和聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)。

将所述聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}和聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)各自溶解在D₂O中以制备用于¹H-NMR谱法的样品，所述¹H-NMR谱法使用NMR谱仪(300MHz，DPX300，可得自Bruker Co.)进行。

参照图1，在马来酸酐重复单元的–COOH基团中的氢被锂取代的情况下，质子a或质子b的化学位移取决于质子a或质子b结合到聚合物主链的位置而发生。锂取代度越高，质子a的化学位移从2.75ppm或更小向下导向更多，且质子b的化学位移从2.4ppm或更小向下导向更多。

图3和4为来自所述NMR谱中的峰a和b的中央的放大图。

参照图3和4，更清楚的是，峰a和峰b的化学位移取决于锂离子的取代度而变化。

图5和6说明相对于在聚(异丁烯-alt-马来酸酐)(“PIBMA”)以及聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)和聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)(“Li-PIBMA”)中的锂取代度的在制备实施例1、3-6的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物和制备实施例2的包含聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物中的峰a和峰b的化学位移。

评价实施例2：ICP-AES分析

从制备实施例1、3-6的包含聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}的组合物和制备实施例2的包含聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)的组合物各自除去水以获得固体形式的聚{(异丁烯-alt-马来酸酐)-co-(异丁烯-alt-马来酸锂盐)}和聚(异丁烯-alt-马来酸锂盐)，其然后通过电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)分析。结果示于下表1中。在ICP-AES中使用shimadzu ICP8100分析仪。

表1

实施例	粘结剂	Li含量
			制备实施例1	Li-0.8-PIBMA	4.30重量%
制备实施例2	Li-1.0-PIBMA	5.50重量%
			制备实施例3	Li-0.5-PIBMA	3.00重量%
制备实施例4	Li-0.6-PIBMA	3.10重量%
			制备实施例5	Li-0.7-PIBMA	3.80重量%

评价实施例3：充电-放电特性的评价

如下评价充电-放电特性。使用以下方程1计算初始效率。

方程1

初始效率(%)=(放电容量/充电容量)×100

1)作为负极活性物质的石墨(SFG6)的使用

将实施例1和2以及对比例1和2的硬币半单元电池各自以30毫安(“mA”)/1g活性物质的恒定电流充电至0.001伏(“V”)(相对于Li)的电压，然后以恒定电压充电至15毫安/克(“mA/g”)，随后以相同的恒定电流放电至1.0V(相对于Li)的电压。

实施例1和2以及对比例1和2的硬币半单元电池的第一次循环放电容量和初始效率示于下表2中。

表2

实施例	粘结剂	容量(mAh/g)	初始效率(%)
				实施例1	Li-0.8-PIBMA	333	84.3
实施例2	Li-1.0-PIBMA	333	83.8
				对比例1	PVDF	329	78.2
对比例2	PIBMA	335	80.9

参照表2，发现由于被抑制的负极活性物质和电解质溶液之间的副反应，实施例1和2的硬币半单元电池与对比例1和2的硬币半单元电池相比具有改善的初始效率。

2)作为负极活性物质的石墨(M1)的使用

以与实施例1和2以及对比例1和2的硬币半单元电池的那些相同的方式评价实施例3-7以及对比例3和4的硬币半单元电池的充电-放电特性。

实施例3-7以及对比例3和4的硬币半单元电池的第一次循环放电容量和初始效率示于下表3中。

表3

实施例	粘结剂	容量(mAh/g)	初始效率(%)
				对比例3	PVDF	316	67.7
对比例4	PIBMA	327	70.5
				实施例3	Li-0.5-PIBMA	317	78.0
实施例4	Li-0.6-PIBMA	318	76.0
				实施例5	Li-0.7-PIBMA	324	79.1
实施例6	Li-0.8-PIBMA	325	77.6
				实施例7	Li-1.0-PIBMA	330	77.4

参照表3，发现由于被抑制的负极活性物质和电解质溶液之间的副反应，实施例3-7的硬币半单元电池与对比例3和4的硬币半单元电池相比具有改善的初始效率。

3)作为负极活性物质的Si/CNT复合物的使用

以与实施例1和2以及对比例1和2的硬币半单元电池的那些相同的方式评价实施例8以及对比例5和6的硬币半单元电池的充电-放电特性。结果示于下表4中。

实施例8以及对比例5和6的硬币半单元电池的第一次循环放电容量和初始效率示于表4中。

表4

实施例	粘结剂	容量(mAh/g)	初始效率(%)
				对比例5	PAI	1,170	61.8
对比例6	PIBMA	1,030	62.2
				实施例8	Li-1.0-PIBMA	1,180	72.2%

4)作为负极活性物质的MnO_X的使用

以与实施例1和2以及对比例1和2的硬币半单元电池的那些相同的方式评价实施例9和10以及对比例7和8的硬币半单元电池的充电-放电特性。结果示于下表5中。

实施例9和10以及对比例7和8的硬币半单元电池的第一次循环放电容量和初始效率示于表5中。

表5

实施例	粘结剂	容量(mAh/g)	初始效率(%)
				对比例7	PAI	973	71.1
对比例8	PIBMA	637	51.2
				实施例9	Li-0.8-PIBMA	914	75.9
实施例10	Li-1.0-PIBMA	925	76.9

参照表5，发现由于被抑制的负极活性物质和电解质之间的副反应，实施例9和10的硬币半单元电池与对比例7和8的硬币半单元电池相比具有改善的初始效率。

评价实施例4：充电-放电特性的评价

如下评价充电-放电特性。使用以下方程1计算初始效率。

方程1

初始效率(%)=(放电容量/充电容量)×100

1)实施例11-12和对比例1的硬币半单元电池

将实施例11和12以及对比例1的硬币半单元电池各自以30mA/1g活性物质的恒定电流充电至0.001V(相对于Li)的电压，然后以相同的恒定电压充电至约15mA/g，随后以相同的恒定电流放电至1.0V(相对于锂)的电压。实施例11和12以及对比例1的硬币半单元电池的第一次循环放电容量示于表6中。

表6

实施例	粘结剂	可逆容量(mAh/g)	初始效率(%)
				对比例1	PVDF	316	67.7
实施例11	NH<sub>4</sub>-PIBMA	354	73.2
				实施例12	Li-0.5-PEMA	312	80.0

参照表6，发现与对比例1的硬币半单元电池相比，实施例11和12的硬币半单元电池具有改善的初始效率。

2)实施例13-14和对比例2的硬币半单元电池

将实施例13和14以及对比例2的硬币半单元电池各自以30mA/1g活性物质的恒定电流充电至约0.001V(相对于Li)的电压，然后以相同的恒定电压充电至15mA/g，随后以相同的恒定电流放电至1.0V(相对于锂)的电压。实施例13和14以及对比例2的硬币半单元电池的第一次循环放电容量示于表7中。

表7

实施例	粘结剂	可逆容量(mAh/g)	初始效率(%)
				对比例2	PVDF	329	78.2
实施例13	NH<sub>4</sub>-PIBMA	360	78.6
				实施例14	Li-0.5-PEMA	345	82.5

参照表7，发现与对比例2的硬币半单元电池相比，实施例13和14的硬币半单元电池具有改善的初始效率和改善的可逆容量。

如上所述，根据本发明构思的以上实施方式的一个或多个，包括由上式1表示的第一重复单元的聚合物可在电极活性物质的表面上形成有机预固体电解质界面(“PRE-SEI”)膜以覆盖电极活性物质的缺陷并阻断电极活性物质与电解质溶液之间的直接接触，由此抑制副反应且因此改善所述锂电池的初始效率。

应理解，其中描述的示例性实施方式应仅在描述的意义上考虑且不用于限制的目的。在各实施方式内的特征或方面的描述应典型地被认为可用于其它实施方式中的其它类似的特征或方面。

Claims

1.聚合物用于锂电池的电极粘结剂的用途，其中所述聚合物由式8或8z表示：

式8

式8z

其中，在式8和8z中，i)Y₇和Y₈两者都为锂，或ii)Y₇和Y₈之一为锂，且其余为氢原子，

a为0或0.01-0.99的摩尔分数，b为1或0.01-0.99的摩尔分数，和a+b＝1，

m和n各自为0.01-0.99的摩尔分数，和m+n＝1。

2.权利要求1的用途，其中，在式8和8z中，a为0，b为1，且Y₇和Y₈两者都为锂。

3.权利要求1的用途，其中所述聚合物被碱金属或铵基的取代度为0.2-1.0。

4.权利要求1的用途，其中所述聚合物在¹H核磁共振谱中在2.65百万分率-2.75百万分率和2.2百万分率-2.4百万分率的化学位移范围内呈现出来自聚合物链中的马来酸酐和马来酸的至少一种的两个质子峰。

5.权利要求1的用途，其中所述聚合物具有50,000-500,000的重均分子量。

6.权利要求1的用途，其中所述聚合物中的锂含量为2重量％-15重量％。

7.权利要求1的的用途，其中所述聚合物为以下的反应产物：

(i)含碱金属或铵基的碱，和

(ii)聚合物A，其包括由式4c或式4d表示的第一重复单元、以及选自二价脂族有机基团重复单元和二价脂环族有机基团重复单元的第二重复单元：

式4c

其中，在式4c中，

R₇和R₈各自独立地为氢原子；

式4d

其中，在式4d中，

R₇和R₈各自独立地为氢原子；和

所述第一重复单元的摩尔分数为0.01-0.99，

和所述第二重复单元的摩尔分数为0.01-0.99，

其中所述第二重复单元由式5表示：

式5

其中，在式5中，

R₉和R₁₁为C1烷基，且R₁₀和R₁₂为氢原子；和

所述聚合物具有100-50,000的聚合度。

8.权利要求7的用途，其中所述含碱金属或铵基的碱为选自氢氧化锂和氢氧化铵的至少一种。

9.权利要求7的用途，其中所述反应产物为混合物在20℃-100℃的温度下的反应产物，所述混合物包括：所述聚合物A，所述含碱金属或铵基的碱，和水。

10.用于锂电池的电极，包括：

如权利要求1-9任一项中限定的聚合物作为粘结剂；和

电极活性物质。

11.权利要求10的电极，其中基于100重量份的所述电极活性物质，所述聚合物的量为1重量份-30重量份。

12.包括权利要求10或11的电极的锂电池。