[發(fā)明專(zhuān)利]二次電池的負(fù)極活性材料以及包含該負(fù)極活性材料的電極和二次電池

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200880129223.0
• 申請(qǐng)日: 2008-12-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102057524A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-05-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 廉哲;吳政勛;金宗成;韓京熙;韓貞敏
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浦項(xiàng)化工技術(shù)公司
• 主分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 分類(lèi)號(hào): H01M4/36
• 代理公司: 上海專(zhuān)利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 31100
• 代理人: 張欣;袁逸

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及二次電池的負(fù)極活性材料，尤其涉及其中芯碳材料的至少一部分邊緣涂覆有碳化物層的二次電池的負(fù)極活性材料，以及含有該負(fù)極活性材料的二次電池的電極和二次電池。

背景技術(shù)

隨著近來(lái)使用電池的電子設(shè)備——例如移動(dòng)電話(huà)、筆記本電腦或電動(dòng)車(chē)輛的快速普及，對(duì)小尺寸、低重量和相對(duì)高容量的二次電池的需求正快速增長(zhǎng)。尤其，二次鋰電池具有低重量和高能量密度，因此被廣泛地用作便攜電子設(shè)備的電源。因此，正踴躍地作出研究和研發(fā)以改善二次鋰電池的性能。

二次鋰電池包括陽(yáng)極和陰極，每個(gè)電極包含能引入和釋放鋰離子的活性材料，以及填充在陽(yáng)極與陰極之間的有機(jī)電解溶液或聚合物電解溶液。二次鋰電池在陽(yáng)極和陰極處引入和釋放鋰離子的過(guò)程中通過(guò)氧化和還原反應(yīng)產(chǎn)生電能。

二次鋰電池主要使用過(guò)渡金屬化合物作為陰極的活性材料，例如LiCoO₂、LiNiO₂或LiMnO₂。

另外，二次鋰電池將具有高柔軟性的結(jié)晶碳材料作為陽(yáng)極的活性材料，例如天然石墨或人造石墨，或?qū)⒕哂袀问Y(jié)構(gòu)的低結(jié)晶碳材料或在1000℃至1500℃的低溫下通過(guò)將烴或聚合物碳化獲得的亂層結(jié)構(gòu)。

結(jié)晶碳材料具有利于填充活性材料的高水平真密度，并具有極好的電位平坦性、初始容量和充電/放電可逆性。然而，隨著電池使用次數(shù)增加，充電/放電效率和循環(huán)能力降低。根據(jù)分析，這是因?yàn)楫?dāng)電池充電/放電循環(huán)重復(fù)時(shí)，電解溶液分解發(fā)生在結(jié)晶碳材料的邊緣處。

日本專(zhuān)利申請(qǐng)公開(kāi)No.2002-348109披露了一種基于碳材料的負(fù)極活性材料，其中結(jié)晶碳材料涂覆有碳化物層以防止電解溶液的分解發(fā)生在結(jié)晶碳材料的邊緣處。在基于碳材料的負(fù)極活性材料中，碳化物層是通過(guò)在碳材料表面上涂覆瀝青并在1000℃或更高溫度下進(jìn)行熱處理而形成。這里，具有碳化物層的碳材料的涂層稍稍降低了二次電池的最初容量，但提高了二次電池的充電/放電效率以及循環(huán)容量。尤其，高溫?zé)崽幚硎谷嗽焓哂型繉右越档妥畛跞萘康倪€原量并有效地抑制了電解溶液的分解。

然而，在通過(guò)將基于碳材料的負(fù)極活性材料涂覆在金屬集電器上來(lái)制造二次電池的電極的同時(shí)，碳化物層的涂覆效果也降低。在制造二次電池的電極時(shí)，執(zhí)行擠壓工藝以緊密地接合負(fù)極活性材料和金屬集電器。然而，在擠壓工藝中，涂覆在碳材料邊緣上的碳化物層被摧毀以再次露出碳材料的邊緣，這導(dǎo)致電解溶液的分解。

因此，在使用傳統(tǒng)基于碳的負(fù)極活性材料的二次電池的電極制造中，需要新定義負(fù)極活性材料的特性參數(shù)并清楚理解所定義的特性參數(shù)與二次電池的電氣及化學(xué)特征之間的關(guān)聯(lián)，以防止二次電池由于碳化物層的破壞造成的電氣和化學(xué)特征的劣化。

然而，上述現(xiàn)有技術(shù)單純地規(guī)定碳材料和碳化物層之間的質(zhì)量比、碳化物層的涂覆和燒結(jié)條件、碳化物層通過(guò)XRD(X射線(xiàn)衍射)的結(jié)晶特性以及碳化物層的喇曼分析和比表面積條件，以有效地抑制電解溶液的分解反應(yīng)，但未提到在二次電池的電極制造過(guò)程中發(fā)生的碳化物層的破壞造成的任何問(wèn)題以及克服碳化物層劣化的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明旨在解決上述問(wèn)題。因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是為具有這類(lèi)特性參數(shù)值的二次電池提供一種基于碳材料的負(fù)極活性材料，以通過(guò)新定義負(fù)極活性材料的特性參數(shù)并理解所定義的二次電池的特性參數(shù)和電化學(xué)特征之間的關(guān)聯(lián)來(lái)防止二次電池電學(xué)及化學(xué)特征在為制造二次電池的電極所執(zhí)行的擠壓工藝期間可能發(fā)生的惡化。

本發(fā)明的另一目的是提供一種使用具有新定義特性參數(shù)的最佳值的基于碳材料的負(fù)極活性材料制造的二次電池電極，以及包括該電極的二次電池。

技術(shù)方案

為了達(dá)到上述目的，根據(jù)本發(fā)明的二次電池的負(fù)極活性材料包括芯碳材料以及形成在芯碳材料的一部分邊緣上的碳化物層，并且該負(fù)極活性材料在當(dāng)施加63.704MPa的壓強(qiáng)達(dá)2秒時(shí)測(cè)得的第一擠壓密度和當(dāng)施加6.3704MPa的壓強(qiáng)達(dá)2秒時(shí)測(cè)得的第二擠壓密度之間具有0.5g/cc或更大的差(擠壓密度變化量)。

在本發(fā)明中，63.704MPa的壓強(qiáng)是當(dāng)2克的負(fù)極活性材料被投入1.4cm的孔杯并使用壓床將1噸的力施加于負(fù)極活性材料時(shí)施加于負(fù)極活性材料的壓強(qiáng)。6.3704MPa的壓強(qiáng)是當(dāng)2克的負(fù)極活性材料被投入1.4cm的孔杯并使用壓床將0.1噸的力施加于負(fù)極活性材料時(shí)施加于負(fù)極活性材料的壓強(qiáng)。

優(yōu)選地，芯碳材料是具有球形的高結(jié)晶天然石墨。