、80%或更多、90%或更多 或所有的磺酸基团。作为另外一种选择，分子量为70, 000和500, 000的溶液形式的聚苯乙 稀磺酸钠可得自宾夕法尼亚州沃灵顿的Polysciences公司，穿过载锂的阳离子交换树脂 可以将钠交换成锂。分子量约10, 〇〇〇至约2, 000, 000的聚苯乙烯磺酸盐可适用于本发明。 所提供的聚苯乙烯磺酸盐包括苯乙烯磺酸的聚合物或共聚物。在大多数情况下苯乙烯部分 的苯环上可以有一个磺酸基团。它通常可以在环上的对位或3位。苯乙烯的苯环可以用其 它基团进一步取代，这些其它基团包括但不限于含约1至约6个碳原子的支链或非支链的 烷基或烷氧基。此外其它的取代是可行的，只要取代基不实质上干扰磺酸基团的酸性。
[0060] 可适合作为粘结剂用的磺化聚合物包括：聚（芳基磺酸盐），如聚苯乙烯磺酸盐； 苯乙烯磺酸盐的共聚物，如苯乙烯磺酸盐与马来酸酐的共聚物；丙烯酰胺与2-甲基-1-丙 烷磺酸盐的共聚物；乙烯基磺酸盐的均聚物和共聚物、烯丙基磺酸盐的均聚物和共聚物以 及烷基乙烯基苯磺酸盐的均聚物和共聚物。其它可能适用于所提供的粘结剂的聚合物可见 于美国专利 No. 5, 508, 135 (Lelental 等人）。
[0061] 在另一实施例中提供用于合金负极组合物的基于聚丙烯腈的粘结剂。已知聚丙烯 腈（PAN)于200°C至300°C的温度下在空气中发生反应，形成被称为"黑奥纶"的带状聚合 碳。图解（I)表示聚丙烯腈（PAN)的热化学。
[0063] 黑奥纶
[0064] 图解（I)
[0065] 黑奥纶是热稳定性和机械稳定性非常好的梯形聚合物。使用黑奥纶为粘结剂构造 的电极具有与用聚酰亚胺（PI)制成的电极类似的电化学性能。
[0066] 在另一实施例中提供的是包含有机聚合物和简单有机物的粘结剂，其在温度大于 200°C的惰性气氛中固化。所包括的有诸如美国专利No. 7, 150, 770和No. 7, 150, 771 (均授 予Keipert等人）中详述的那些酚醛树脂和诸如葡萄糖的分子。
[0067] 可以将所提供的粘结剂与其它聚合物材料混合制成共混材料。这样做例如可以增 大粘附力、提高导电性、改变热特性或影响粘结剂的其它物理特性。然而，本发明的粘结剂 是非弹性的。非弹性表示该粘结剂不含大量的天然或合成橡胶。合成橡胶包括苯乙烯-丁 二烯橡胶和苯乙烯-丁二烯橡胶乳液。例如，本发明的粘结剂含不到20重量％、不到10重 量％、不到5重量％、不到2重量％或甚至更少的天然或合成橡胶。
[0068] 本发明所公开的锂离子电池可使用多种电解质。代表性的电解质包含一种或多 种锂盐和固体、液体或凝胶形式的电荷传输介质。示例性的锂盐在电化学窗口和电池电极 可以工作的温度范围（如约-30°C至约70°C)内是稳定的，可溶于选定的电荷传输介质， 并且在选定的锂离子电池中表现出良好的性能。示例性锂盐包括LiPF6、LiBF4、LiClO 4、双 (乙二酸）硼酸锂、LiN(CF3S02)2、LiN(C2F 5S02)2、LiAsF6、LiC(CF3SO 2)3以及它们的组合。示 例性电荷传输介质是稳定的，在电化学窗口和电池电极可以工作的温度范围内不冻结或沸 腾，能够溶解足够数量的锂盐，这样可以把适当量的电荷从正极搬运到负极，并且在选定的 锂离子电池中表现出良好的性能。示例性固体电荷传输介质包括聚合物介质，如聚环氧乙 烷、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、含氟共聚物、聚丙烯腈、它们的组合以及本领域技术人员 熟悉的其它固体介质。示例性液体电荷传输介质包括碳酸乙二酯、碳酸丙二酯、碳酸二甲 酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸亚乙烯酯、碳酸氟乙烯酯、碳酸氟丙烯酯、 γ-丁内酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚（二（2-甲氧基乙 基）醚）、四氢呋喃、二氧戊环、它们的组合以及本领域技术人员熟悉的其它介质。示例性 电荷传输介质凝胶包括美国专利No. 6, 387, 570 (Nakamura等人）和No. 6, 780, 544 (Noh) 中所述的那些。通过添加合适的助溶剂可以提高电荷传输介质的增溶能力。示例性助溶 剂包括与含有选定电解质的锂离子电池相容的芳族材料。代表性的助溶剂包括甲苯、环 丁砜、二甲氧基乙烷、它们的组合以及本领域技术人员熟悉的其它助溶剂。电解质可以包 含本领域技术人员熟悉的其它添加剂。例如，电解质可以包含氧化还原化学穿梭，如美国 专利 No. 5, 709, 968 (Shimizu)、No. 5, 763, 119 (Adachi)、No. 5, 536, 599 (Alamgir 等人）、 No. 5, 858, 573 (Abraham 等人）、No. 5, 882, 812 (Visco 等人）、No. 6, 004, 698 (Richardson 等人）、No. 6, 045, 952 (Kerr等人）和No. 6, 387, 571 (Lain等人）；以及美国专利公开 No. 2005/0221168、Νο· 2005/0221196、Νο· 2006/0263696 和 No. 2006/0263697 (均为 Dahn 等 人）中所述的那些。
[0069] 通过选取每个如上所述的至少一个正极和至少一个负极，将它们放置到电解质当 中，可以制备所提供的电化学电池。通常情况下，可以使用微孔隔板来防止负极与正极的直 接接触，如使用可得自北卡罗来纳州夏洛特的Celgard LLC公司的CELGARD 2400微孔材 料。用所提供的负极和粘结剂制备的电化学电池显示出不可逆容量损失的减少，并且比包 含使用常规粘结剂的负极的同类电池衰减少。
[0070] 所提供的电池可用于多种设备，包括便携式电脑、平板显示器、个人数字助理、移 动电话、电动装置（如个人或家用电器及车辆）、仪器、照明设备（如手电筒）和加热设备。 可以将一个或多个所提供的电化学电池结合起来得到电池组。有关可充电锂离子电池和电 池组构造和用途的进一步细节是本领域技术人员熟悉的。
[0071] 以下用示例性实例对本发明进行进一步说明，其中除非另外指明，所有的份数及 百分数均按重量百分比计（重量％)。
[0072] SM
[0073] 制备例1 -制备SiTFegbC^合金
[0074] Si70Fe1 Ji1。的制备如下：在电弧炉中熔化硅块（65. 461g) (Alfa Aesar/99. 999%， Ward Hill，MS)、铁片（18. 596g) (Alfa Aesar/99. 97 % )和海绵钛（15. 943g) (Alfa Aesar/99. 7% )。将Si7(JFelt)Ti1。合金锭碎成小块，在锤磨机中进行处理，从而制备出具有 150 μ m平均粒度的合金粉末颗粒。
[0075] 由（上述）SiwFe1 Ji1。合金粉末和石墨（HMREX SFG44,瑞士鲍迪奥的TimCal有限 公司），在高动力球磨机（S頂0L0YER，CM20-201m，Zoz GmbH，德国文登）中通过反应性球磨 制备3丨7(^1。111。(：1。合金。把3丨 7(^1。111。合金粉末样品1.44231^、石墨0.05771^和4.76_ 直径的铬钢球25kg装入碾磨机中。使该研磨机运转180个循环，其中每个循环由在每分钟 550转（rpm)下运转的45秒和然后在300rpm下运转的15秒构成。总研磨时间为3小时。 在研磨期间用冷却水来冷却研磨机。
[0076] 制备例2-Si^Fe^TiY2C^合金粉末
[0077] Si74.sFe12.6Ti12.6^金组合物的制备如下：在电弧炉中熔化硅块（123. 31g) (Alfa Aesar/99. 999 %，Ward Hill，MS)、铁片（41. 29g) (Alfa Aesar/99. 97 % )和海绵钛 (35. 40g) (Alfa Aesar/99. 7% )。将该合金锭碎成小块，在锤磨机中进行处理，从而制备出 大约150 μ m的合金粉末颗粒。
[0078] 由 Sh4.sFe12.6Ti12.6^金粉末（2. 872g)和石墨（0· 128g) (HMREX SFG44,瑞士鲍迪 奥的TimCal有限公司），于氩气氛下在带有十六个碳化妈球（3. 2mm直径）的Spex研磨机 (新泽西州美图辰的Spex CERTIPREP集团公司）中通过反应性球磨一小时制备Si66.4Fen. 2 Τ?ιι.2〇ιι.2°
[0079] 制备例3 -制备聚丙燔酸锂
[0080] 通过向聚（丙烯酸）水溶液中添加氢氧化锂水溶液制备聚丙烯酸锂。对氢氧化 锂与羧酸基团采用不同的摩尔比。通常情况下使用20重量％的氢氧化锂水溶液和34重 量％的聚（丙烯酸）水溶液。添加去离子水使最终的聚丙烯酸锂溶液含10重量％的固 体。以水溶液的形式从威斯康星州密尔沃基的奥尔德里奇化学公司获得100, OOO(Mw)和 250, 000 (Mw)的聚（丙烯酸）。通过添加去离子水185. 56g、20重量％的氢氧化锂溶液 60. 41g和聚（丙烯酸）（PAA)溶液100g (水中34重量％ )制备65重量％的被LiOH中和 的聚丙烯酸锂样品，得到100, OOOMw的和250, OOOMw的两种。结果为64%已被中和的含10 重量％固体的聚丙烯酸锂溶液。两样品分别以"PAA100k-64% Li盐"和"PAA250k-64% Li 盐"表示。
[0081] 通过用滚筒滚动1小时把7. 21g(0. 01摩尔）的聚（丙烯酸）（Mw为450, 000,可 得自奥尔德里奇化学公司）和4. 20g(0.01摩尔）的LiOH ·Η20溶解在玻璃广口瓶里的 300. 57g去离子水中。所得到的溶液含2. 5重量％的聚丙烯酸锂。
[0082] 使用100, OOOMw和250, OOOMw的聚合物，通过向100g聚（丙烯酸）溶液（水中34 重量％ )中添加去离子水149. Olg和20重量％的氢氧化锂溶液106. Olg，制备中和的107 重量％的另外的聚丙烯酸锂样品。结果得到含10重量％固体的聚丙烯酸锂溶液，其中氢氧 化锂过量7摩尔％。两样品分别以锂"PAA100k-107% Li盐"和"PAA250k-107% LI盐"表 不。
[0083] 制备例4 -制备聚磺酸锂含氟聚合物
[0084] 根据美国专利公开No. 2004/0121210的实例部分中公开的程序合成实例9和 10中所用的聚磺酸锂含氟聚合物。该参考文献中的共聚单体A是根据美国专利公开 No. 2004/0116742和美国专利No. 6, 624, 328 (均在Guerra名下）中公开的程序制备的。所 用的聚磺酸盐含氟聚合物的当量重量是980。
[0085] 把0· 46g的LiOH ·Η20(20重量％溶液）添加到124. 66g(含8. 8重量％固体的水中 的溶液）上述指定当量重量为980的聚磺酸含氟聚合物中，从而形成聚磺酸锂含氟聚合物。
[0086] 制备例5 -聚磺酸锂溶液
[0087] 把75ml离子交换树脂（三菱SKT10L，用磺酸基团交联的聚苯乙烯，得自DIANI0N， 离子交换容量>1.9毫克当量/毫升）装到玻璃离子交换柱当中。树脂用18. Og的 Li0H-H20 (3倍过量，水中的20重量％溶液90mL)中和。水洗过量的LiOH，直到出来的水的 pH值达到7。然后向柱中装入3. Og聚（苯乙烯磺酸）钠盐，该聚（苯乙烯磺酸）钠盐的丽 为500, 000,稀释在60mL水中（得自Polysciences公司）。在空气压力下慢慢收集离子交 换的产物聚（苯乙烯磺酸）Li盐（PSS Li)在水中的溶液（4. 18重量％ )。
[0088] 制备例6 -合成聚（乙M -夺替-马来酸）Li盐
[0089] 通过用滚筒滚动1小时把25. 22g(0. 20摩尔）的聚（乙烯-交替-马来酸酐）（MwS 100, 000 - 500, 000,可得自威斯康星州密尔沃基的奥尔德里奇化学公司）和16. 78g(0. 04 摩尔）的LiOH ·Η20溶解在玻璃广口瓶里的581. 97g去离子水中。所得到的溶液含5重量％