[發明專利]鋰二次電池用負極活性物質及包含該物質的鋰二次電池

有效

• 申請號: 201380028876.0
• 申請日: 2013-05-28
• 公開（公告）號: CN104335395B
• 公開（公告）日: 2018-01-02
• 發明（設計）人: 姜允雅;金帝映;李龍珠;林振炯;鄭薰;金起煥
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/60;H01M4/13;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 金龍河,穆德駿

技術領域

本發明涉及呈現出優良的容量特性及循環壽命的鋰二次電池用負極活性物質及包含該物質的鋰二次電池。

背景技術

最近，隨著電子設備的小型化及輕量化的實現，以及便攜式電子設備的普及，作為它們的電源，對具有高能量密度的鋰二次電池的研究正在活躍地進行著。

鋰二次電池以在正極和負極之間填充有機電解液或聚合物電解液的方式制造，并通過鋰離子在正極及負極插入及脫離時的氧化、還原反應來生成電能。

由于鋰二次電池使用有機電解液，因而與以往使用堿水溶液的電池相比，呈現出顯示兩倍以上的高放電電壓的高能量密度。

作為鋰二次電池的正極活性物質，主要使用能夠插入鋰離子的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等鋰過渡金屬氧化物。并且，作為鋰二次電池的負極活性物質，使用既能維持電性質，又能以可逆性的方式接收或供給鋰離子的物質，例如，主要使用鋰金屬、含鋰金屬或與能夠插入/脫離鋰離子的金屬鋰幾乎相似的天然石墨、硬碳等碳類物質。此時，將作為負極活性物質使用鋰金屬或其合金的電池稱之為鋰金屬電池，將使用碳材料的電池稱之為鋰離子電池。

另一方面，由于使用碳類負極活性物質的電極的電荷容量為360mAh/g(理論值：372mAh/g)，較低，因此，在提供呈現出優良的容量特性的鋰二次電池方面存在界限。

為此，作為能代替碳類負極活性物質的新的物質，正在研究能夠通過與鋰(Li)之間的合金化反應來吸藏/放出鋰的硅(Si)、鍺(Ge)、銻(Sb)或鈦(Ti)之類的無機物類活性物質。

這種無機物類活性物質，尤其，硅類負極活性物質呈現出非常大的鋰結合量(理論最大值：Li_4.1Si)，這相當于約4200mAh/g的理論容量。

但是，所述硅之類的無機物類負極活性物質由于在鋰的插入/脫離，即，電池的充放電時，引起大的體積變化，因而可以呈現出微粉化(pulverization)。結果，發生被微粉化的粒子凝聚的現象，從而可使負極活性物質從集電體電脫離，而這在長長的循環條件下，可能帶來可逆容量的損失。因此，無機物類負極活性物質及包含該無機物類負極活性物質的鋰二次電池雖然具有高的電荷容量，但卻具有循環壽命特性及容量維持率低的缺點。

為了解決這種問題，曾提出了使用碳及硅類納米粒子復合體作為負極活性物質，或者使用包含碳材料及金屬或準金屬碳化物(carbide)涂敷層的負極活性物質(參照專利文獻1)、在含有鋰-釩類氧化物的芯的表面包括含無機氧化物粒子的涂敷層的負極活性物質(參照專利文獻2)、被絡鹽形態的氟類化合物涂敷的負極活性物質(參照專利文獻3)及在含有硅等非碳類物質的納米管上形成有無定形碳層的負極活性物質(參照專利文獻4)。但這種負極活性物質也同樣在長長的循環條件下呈現出較大的可逆容量的損失，因而在循環壽命特性及容量維持率方面并不充分。并且，由于所述納米復合體所包含的并不少的碳而在容量特性方面也并不充分。

為此，正需要研發可以制造能夠體現高容量及高效率的鋰二次電池的新的負極活性物質。

現有技術文獻

(專利文獻1)韓國登錄特許公報10-0666822

(專利文獻2)韓國登錄特許公報10-0814880

(專利文獻3)韓國登錄特許公報10-0853327

(專利文獻4)韓國登錄特許公報10-1098518

發明內容

發明要解決的技術問題

本發明提供能夠提高負極和電解液之間的表面穩定性及電池的充放電效率和壽命特性的鋰二次電池用負極活性物質。

并且，本發明提供包括含有上述鋰二次電池用負極活性物質的負極的鋰二次電池。

解決技術問題的手段

具體地，本發明提供負極活性物質，包括：

(a)芯，包含選自由硅、鎳、鍺及鈦組成的組中的一種以上的非碳類物質；以及

(b)有機聚合物涂敷層，形成于所述芯的表面。

此時，作為所述有機聚合物涂敷層，可以使用相對于聚合物的整體重量，氟成分的含量為50重量百分比以上，具體為50至95重量百分比的聚合物化合物。具體地，可以選自由(a)含有氟成分的環氧化合物、(b)含有氟成分的丙烯酸酯類化合物及(c)含有氟成分的硅烷類化合物組成的組。