[發(fā)明專(zhuān)利]負(fù)極活性材料及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710001650.8
• 申請(qǐng)日: 2007-01-09
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN101060169A
• 公開(kāi)（公告）日: 2007-10-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 金圭成;咸龍男;金翰秀;林東民
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 三星SDI株式會(huì)社
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/02
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/02;H01M4/36;H01M4/04;C01B31/02;H01M6/14;H01M10/40
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所
• 代理人: 宋莉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種負(fù)極活性材料及其制備方法，且更特別地，涉及一種包括碳質(zhì)材料的負(fù)極活性材料，其當(dāng)包含在電池內(nèi)時(shí)通過(guò)使碳質(zhì)材料結(jié)合和覆蓋金屬活性材料顆粒和纖維狀金屬顆粒以抑制體積變化能夠改善電池循環(huán)特性，以及涉及該負(fù)極活性材料的制備方法。

背景技術(shù)

為了獲得高電壓和高能量密度，已對(duì)使用鋰化合物作為負(fù)極的非水電解質(zhì)二次電池深入地進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)。具體地，在早期，由于高電池容量，金屬鋰已成為深入研究的主題，其中鋰作為最突出的負(fù)極材料獲得了很大的關(guān)注。但是，當(dāng)使用金屬鋰作為負(fù)極材料時(shí)，大量鋰以枝狀晶體形式沉積在負(fù)極表面，其可降低充電和放電效率或?qū)е仑?fù)極和正極之間的內(nèi)部短路。另外，鋰對(duì)熱或沖擊非常敏感且由于其不穩(wěn)定性(即高反應(yīng)性)而容易爆炸，這已抑制了其商業(yè)化。為了消除使用這種傳統(tǒng)金屬鋰的上述問(wèn)題，已提出了使用碳材料作為負(fù)極材料的方法。碳負(fù)極進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，使得電解液中存在的鋰離子在充電和放電循環(huán)期間嵌入到具有晶格結(jié)構(gòu)的碳質(zhì)負(fù)極和從中脫嵌，而無(wú)需使用金屬鋰，這被稱(chēng)為“搖椅型”負(fù)極。

碳質(zhì)負(fù)極通過(guò)克服與金屬鋰有關(guān)的各種缺點(diǎn)已對(duì)于鋰電池的廣泛使用帶來(lái)了巨大貢獻(xiàn)。但是，隨著電子裝置小型化和變輕，且便攜式電子裝置的使用普及，開(kāi)發(fā)具有更高容量的鋰二次電池已成為主要的焦點(diǎn)。由于碳質(zhì)負(fù)極的多孔性，使用碳質(zhì)負(fù)極的鋰電池基本上具有低電池容量。例如，石墨(其為超高結(jié)晶材料)當(dāng)通過(guò)與鋰離子反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)長(zhǎng)iC₆形式的合金時(shí)，具有約372mAh/g的理論容量密度。這僅為金屬鋰(即3860mAh/g)的約10％。因此，盡管傳統(tǒng)金屬負(fù)極存在多種問(wèn)題，但是對(duì)于使用金屬鋰作為負(fù)極材料改善電池容量的研究仍在積極地進(jìn)行。

已知含鋰的合金如鋰-鋁、鋰-鉛、鋰-錫、或鋰-硅的電容量大于碳質(zhì)材料。但是，當(dāng)使用兩種或多種金屬的這種合金或者使用單一金屬時(shí)，鋰枝狀晶體的形成可導(dǎo)致若干問(wèn)題(例如電池短路)。

因此，已對(duì)溶液進(jìn)行各種研究以避免這些問(wèn)題，同時(shí)通過(guò)將含鋰的合金與碳質(zhì)材料混合來(lái)提高電池的電容量。

但是，在這種情況下，金屬材料和碳質(zhì)材料之間體積膨脹上的差異可導(dǎo)致金屬材料與存在的電解質(zhì)反應(yīng)。在充電循環(huán)期間，用作負(fù)極材料的鋰離子嵌入到負(fù)極中。在這種情況下，負(fù)極的總體積膨脹，導(dǎo)致致密的負(fù)極結(jié)構(gòu)。在放電循環(huán)期間，鋰從負(fù)極中脫嵌，變成離子態(tài)，導(dǎo)致負(fù)極材料體積的降低。由于金屬材料和碳質(zhì)材料具有彼此不同的膨脹系數(shù)，當(dāng)負(fù)極材料收縮時(shí)可在負(fù)極結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生空間，導(dǎo)致在該空間中形成的開(kāi)口中的電絕緣，由此禁止電子的流暢遷移并且使電池的壽命劣化。

為了克服該問(wèn)題，日本公開(kāi)專(zhuān)利No.2001-196065公開(kāi)了通過(guò)將活性材料與用于提供彈性和孔隙的聚合物添加劑混合而制得的電極。聚合物添加劑簡(jiǎn)單地通過(guò)在電極制備過(guò)程中與活性材料混合而向活性材料提供彈性和孔隙，由此改進(jìn)循環(huán)特性。但是，由于聚合物添加劑未結(jié)合活性材料，當(dāng)長(zhǎng)期使用之后聚合物添加劑的彈性降低時(shí)可導(dǎo)致電絕緣。

日本公開(kāi)專(zhuān)利No.2004-158205公開(kāi)了一種具有使用粘合劑混合的兩種不同表面密度的石墨顆粒的活性材料。更詳細(xì)地，所公開(kāi)的活性材料包含混合的球形顆粒和針形顆粒，以降低形成活性材料的每個(gè)顆粒之間的孔隙，由此獲得較高能量密度的活性材料。另外，韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)申請(qǐng)No.2001-105622描述了一種具有球形石墨顆粒和片狀石墨顆粒的負(fù)極活性材料，通過(guò)其改進(jìn)電解質(zhì)溶液的浸漬，因此負(fù)極活性材料顯示增強(qiáng)的靜電容量。但是，所公開(kāi)的制備方法的一個(gè)主要缺陷在于，這些方法僅限于在充電和放電循環(huán)期間經(jīng)歷小體積膨脹的活性材料，例如石墨。也就是說(shuō)，所公開(kāi)的制備方法不能適用于這樣的情形：其中電極含有在充電和放電循環(huán)期間經(jīng)歷大體積膨脹的活性材料，例如金屬材料。

同時(shí)，韓國(guó)專(zhuān)利公開(kāi)No.2003-29156公開(kāi)了一種形成電極的方法，包括：形成通過(guò)將溶解于溶劑中的導(dǎo)電金屬粉末和硅粉與粘合劑混合制備的漿料，將制得的漿料涂覆在集電體上，干燥，和煅燒所獲得的產(chǎn)物。所公開(kāi)的方法存在的缺陷在于：電極具有差的柔韌性，也就是說(shuō)，電極不能彎曲，使得通過(guò)層壓法來(lái)組裝電池。在這種情況下，該電極不具有能夠浸漬電解質(zhì)溶液的材料。因此，考慮到電解質(zhì)泄漏、高速放電特性、和高溫放電特性，該技術(shù)是有問(wèn)題的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種當(dāng)包含在電池內(nèi)時(shí)能夠改進(jìn)電池循環(huán)特性的負(fù)極活性材料。

本發(fā)明還提供了一種制備能夠改進(jìn)電池循環(huán)特性的負(fù)極活性材料的方法。

本發(fā)明還提供了一種利用該負(fù)極活性材料的負(fù)極。