[發明專利]制備負極活性材料的方法

有效

• 申請號: 201280006890.6
• 申請日: 2012-01-18
• 公開（公告）號: CN103339764A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發明（設計）人: 張誠均;張元碩;韓貞敏
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/04
• 分類號: H01M4/04;H01M4/583;H01M4/1393;H01M10/05
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 楊海榮;穆德駿

技術領域

本發明涉及一種制備負極活性材料的方法，并且更特別地涉及一種通過以下程序制備負極活性材料的方法，所述負極活性材料包含：核，所述核包含結晶性碳基材料；和復合涂層，所述復合涂層包含選自低結晶性碳和無定形碳中的至少一種材料、以及能夠嵌入和脫嵌離子的金屬和/或非金屬，所述程序包括：將用于制備所述選自低結晶性碳和無定形碳中的至少一種材料的材料的前體與能夠嵌入和脫嵌離子的金屬和/或非金屬混合，然后純化以制備涂布用混合物；將所述涂布用混合物與所述結晶性碳基材料混合以制備核-殼前體，其中將所述涂布用混合物涂布在包含所述結晶性碳基材料的核上；以及煅燒所述核-殼前體以使所述用于制備所述選自低結晶性碳和無定形碳中的至少一種材料的材料碳化成所述選自低結晶性碳和無定形碳中的至少一種材料。

背景技術

移動裝置的技術發展和需求的增加導致對作為能源的二次電池的需求快速增加。在這些二次電池中，具有高能量密度、高運行電壓、長循環壽命和低自放電倍率的鋰二次電池可商購獲得且被廣泛使用。

另外，對環境問題關注的增加最近已導致與作為使用化石燃料的車輛如汽油車輛和柴油車輛的替代品的電動車輛(EV)和混合動力車輛(HEV)相關的大量研究，所述使用化石燃料的車輛是空氣污染的主要原因。這些電動車輛通常使用鎳-金屬氫化物(Ni-MH)二次電池作為電源。然而，目前正在進行與具有高能量密度、高放電電壓和穩定輸出的鋰二次電池的使用相關的大量研究并且其一部分可商購獲得。

鋰二次電池具有如下結構：含有鋰鹽的非水電解質浸滲到包含正極和負極的電極組件中，所述正極和所述負極各自包含涂布在集電器上的活性材料，所述正極和所述負極之間設置有多孔隔膜。

通常將鋰鈷基氧化物、鋰錳基氧化物、鋰鎳基氧化物、鋰復合氧化物等用作鋰二次電池的正極活性材料。通常將碳基材料用作負極活性材料。還考慮使用硅化合物、硫化合物等作為負極活性材料。

然而，鋰二次電池具有各種問題，其中一些問題與負極的制造和運行性能相關。

首先，關于負極制造，用作負極活性材料的碳基材料高度疏水且因此與親水溶劑具有低互溶性，從而在制備電極制造用漿料的過程中減小了固體組分的分散均勻性。另外，負極活性材料的疏水性使得電池制造過程中的高極性電解質的浸滲復雜化。因此，電解質浸滲在電池制造過程中是一種瓶頸，從而大大降低了生產率。

作為這種問題的可能解決方案，已提出了向負極、電解質等中添加作為添加劑的表面活性劑等。然而，由于對電池運行性能的副作用，表面活性劑是不合適的。

另一方面，關于負極的運行性能，因為在初始充放電(活化)循環期間，在碳基負極活性材料的表面上形成固體電解質界面(SEI)層，所以碳基負極活性材料誘發初始不可逆反應。通過重復的充放電循環將SEI層除去(破壞)和再形成還引起電解質耗盡，從而減小電池容量。

已經嘗試了各種方法如形成對負極活性材料的結合更強的SEI層以及在負極活性材料的表面上形成氧化物層等以解決這些問題。然而，由于諸如由氧化物層造成的電導率下降和由附加工藝造成的生產率下降的問題，這些方法不適用于商業化。

另外，難以在高度非極性的負極活性材料上形成具有不同性能的氧化物層，并因此形成均勻的氧化物層固有地增加過程成本。

因此，大大需要能夠從根本上解決這些問題的二次電池。

發明內容

技術問題

因此，為了解決上述問題和尚未解決的其他技術問題而完成了本發明。

作為各種廣泛并徹底的研究和各種實驗的結果，如下所述，本發明人開發了具有獨特結構的負極活性材料，其能夠同時解決與負極制造過程相關的各種問題以及與電池運行性能相關的問題，即具有以下結構的負極活性材料，在所述結構中在結晶碳基核上形成特定復合涂層；并且還開發了通過簡單的過程有效地制備這種負極活性材料的新方法。基于該工作而完成本發明。

解決方案