[發明專利]負極活性材料、具有該負極活性材料的負極和鋰二次電池

無效

• 申請號: 200910246086.5
• 申請日: 2009-12-01
• 公開（公告）號: CN101752551A
• 公開（公告）日: 2010-06-23
• 發明（設計）人: 金奉澈
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/13
• 分類號: H01M4/13;H01M4/133;H01M4/134;H01M10/052;H01M10/0525
• 代理公司: 北京德琦知識產權代理有限公司 11018
• 代理人: 王琦;王珍仙

技術領域

本發明涉及一種負極活性材料、具有該負極活性材料的負極和鋰二次電池，更具體地，本發明涉及一種使用金屬-碳復合負極活性材料以體現出優異的循環特性的鋰二次電池。

背景技術

盡管鋰金屬長久以來一直用作負極活性材料，但這些金屬由于形成枝晶而會引起電池短路，導致爆炸的風險。為此，近來已將含碳材料用來替代鋰金屬作為負極活性材料。

用作鋰電池負極活性材料的含碳活性材料包括諸如石墨和人造石墨的結晶碳和諸如軟碳和硬碳的無定形碳。

然而，無定形碳具有高容量，但在充電/放電循環中的可逆性很差，而結晶碳(如石墨)具有對用作負極活性材料而言足夠高的理論容量(372mAh/g)，但在使用期限內迅速退化。

此外，在高容量鋰電池的開發中，無法將石墨或含碳活性材料用于負極，因為其理論容量相對較高但未超過372mAh/g。

為了改善這些問題，人們正在積極地研究金屬-石墨復合負極活性材料，金屬例如為鋁(Al)、鍺(Ge)、硅(Si)、錫(Sn)、鋅(Zn)和鉛(Pb)，而且也正在研究將這些金屬用作負極活性材料的鋰電池。

然而，在具有高容量的金屬負極活性材料中，鋰可通過充電嵌入到上述負極活性材料所含的諸如Si或Sn的無機顆粒中，由此，顆粒可膨脹至約300至400％。

此外，當鋰通過放電解嵌時，無機顆粒收縮。隨著重復進行充電/放電循環，活性材料間的電導率可能會因充電/放電循環中的體積變化而降低，或負極活性材料可能會從負極集流體上剝離，導致循環特性急劇降低。

發明內容

本發明提供一種通過抑制金屬-碳復合負極活性材料中金屬顆粒的體積變化而改善循環特性的負極活性材料、具有所述負極活性材料的負極和鋰二次電池。

根據本發明的一個方面，負極活性材料包括：石墨芯顆粒；涂布所述石墨芯顆粒的碳涂層；和分散在所述碳涂層中的金屬顆粒。

根據本發明的另一個方面，負極包括負極集流體和負極活性材料。在此，所述負極活性材料包括：石墨芯顆粒；涂布所述石墨芯顆粒的碳涂層；和分散在所述碳涂層中的金屬顆粒。

根據本發明的又一個方面，鋰二次電池包括具有正極活性材料的正極、具有負極活性材料的負極、使所述正極和所述負極隔開的隔板、以及電解液。在此，所述負極活性材料包括：石墨芯顆粒；涂布所述石墨芯顆粒的碳涂層；和分散在所述碳涂層中的金屬顆粒。

負極活性材料可具有大于0且小于等于0.08cc/g的孔隙率。

負極活性材料可具有大于0且小于等于0.03cc/g的孔隙率。

石墨芯顆粒材料可具有大于0且小于等于0.07cc/g的孔隙率。

石墨芯顆粒材料可具有大于0且小于等于0.025cc/g的孔隙率。

碳涂層可涂布至1至4μm的厚度。

附圖說明

參照其具體示例性實施方式和以下附圖將描述本發明的上述和其它特征，其中：

圖1是本發明示例性實施方式的負極活性材料的截面示意圖；

圖2是常規負極活性材料的截面示意圖；

圖3A是表示本發明的負極活性材料截面的照片；和

圖3B是表示常規負極活性材料截面的照片。

具體實施方式

參照下文附圖進行將更詳細地描述本發明以上和其它目的、特征和功能。此外，為了清楚起見，可將附圖中元件或區域的長度和厚度放大。而且，在整個說明書中，相同的附圖標記表示相同元件。

以下將描述本發明的負極活性材料、具有該負極活性材料的負極和鋰二次電池。

首先，將參照圖1描述本發明的負極活性材料。

圖1是本發明示例性實施方式的負極活性材料的截面示意圖。

參照圖1，本發明的負極活性材料100包括石墨芯顆粒110、涂布石墨芯顆粒110的碳涂層130、和分散在碳涂層130中的金屬顆粒120。

石墨芯顆粒110是能夠可逆地嵌入/解嵌鋰的材料，可由選自由人造石墨、天然石墨、石墨化碳纖維、石墨化中間相碳微珠和無定形碳組成的組中的至少一種材料形成。

在文中，石墨芯顆粒可以具有1至20μm的平均直徑。

當石墨芯顆粒的平均直徑小于1μm時，位于碳涂層中的金屬顆粒不能放置到石墨芯顆粒表面上或表面周圍。然而，當石墨芯顆粒的平均直徑大于20μm，可能不會均勻地涂布碳涂層。

石墨芯顆粒目前可用于電池的負極。它可具有0.07cc/g或更低的孔隙率，優選0.025cc/g或更低。