[發明專利]鋰二次電池用負極活性材料、包含其的鋰二次電池、及其制備方法

有效

• 申請號: 201480003402.5
• 申請日: 2014-06-13
• 公開（公告）號: CN104885269B
• 公開（公告）日: 2017-04-19
• 發明（設計）人: 鄭東燮;吳丙薰;金帝映;李宰旭;樸秀振
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/583
• 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

本公開內容涉及鋰二次電池用負極活性材料，更具體地涉及如下的鋰二次電池用負極活性材料，其包含SiO_x-羧甲基纖維素(CMC)-碳納米管(CNT)的復合物；使用該負極活性材料的鋰二次電池；以及制備該負極活性材料的方法。

本申請要求于2013年6月19日在韓國提交的韓國專利申請第10-2013-0070602號以及于2014年6月13日在韓國提交的韓國專利申請第10-2014-0072057號的優先權，將該兩案通過參考方式并入本文中。

背景技術

近來，能源儲存技術越來越受到關注。電化學裝置已經廣泛用作移動電話、攝錄像機、筆記本電腦、PC以及電動車輛領域中的電源，造成對于電化學裝置的大量研究與發展。

在這方面，電化學裝置是極大關注的對象之一。特別地，可再充電的二次電池的發展已經成為關注焦點。近來，這種電池的研究與發展已經著重于新電極與電池的設計，以改進容量密度(capacity density)與比能(specific energy)。

目前可獲得許多二次電池。在這些二次電池中，與基于常規水性電解質的電池如Ni-MH、Ni-Cd、和H₂SO₄-Pb電池相比，1990年代早期研發的鋰二次電池因其操作電壓更高且電流密度更高的優點而特別受到關注。

通常，通過使用正極和負極制備鋰二次電池，所述正極和負極各自由能夠嵌入和脫嵌鋰離子的材料所制成，并且在該正極與該負極之間填充有機或聚合物電解液，當鋰離子在正極與負極中嵌入與脫嵌時，該電池通過氧化與還原產生電能。

在目前可獲得的鋰二次電池中，負極主要是由作為電極活性材料的碳基材料制成。特別地，可商購的石墨的實際容量約為350mAh/g至360mAh/g，這接近其約為372mAh/g的理論容量。雖然諸如石墨的碳基材料具有這種程度的容量，然而其不符合用于高容量鋰二次電池作為負極活性材料的需求。

為了符合這種需求，已經嘗試使用金屬作為負極活性材料，例如Si、Sn、其氧化物與合金，其具有比碳材料更高的充電/放電容量，并且允許與鋰電化學合金化。然而，這一金屬基電極活性材料在充電/放電過程中具有大的體積變化，這可對活性材料造成破裂與微粒化(micronization)。使用這一金屬基負極活性材料的二次電池在重復的充電/放電循環中，可能在容量上突然劣化或是循環壽命縮短。因此，需要解決使用這種金屬基電極活性材料的容量與循環壽命劣化的問題。

特別地，因為SiO具有低的初始效率、電傳導性以及壽命特性，所以通過將SiO與石墨混合并將導電材料分散于該混合物中而常規使用SiO。然而，該導電材料因其分散性差而不均勻分布在SiO的表面上，這種不均勻的分布可能大幅劣化電池的循環性能。為了解決該問題，嘗試在SiO的表面上預處理碳納米管(CNT)以改進電池的壽命特性，然而CNT還沒能很好地附著至SiO的表面。

發明內容

技術問題

設計本公開內容以解決上述問題，因而本公開內容的目的是提供：負極活性材料，其中CNT很好地附著至SiO的表面以改進電池的壽命特性；包含該負極活性材料的鋰二次電池；以及制備該負極活性材料的方法。

技術手段

為了實現該目的，根據本公開內容的一個方面，提供鋰二次電池用負極活性材料，其包含SiO_x-羧甲基纖維素(CMC)-碳納米管(CNT)的復合物，其中CNT通過CMC結合至SiO_x(0<x≤1)；以及碳基材料。

根據本公開內容的一個實施方式，在SiO_x-CMC-CNT復合物中，SiO_x(0<x≤1)、CMC與CNT的重量比可在98:1:1至94:3:3的范圍。

根據本公開內容的一個實施方式，該SiO_x-CMC-CNT復合物與該碳基材料可以以5:95至15:85的重量比存在。

根據本公開內容的一個實施方式，該碳基材料可為選自石墨、可石墨化碳、難石墨化碳(non-graphitizable carbon)、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯及其混合物中的任一種。

另外，根據本公開內容的另一方面，提供鋰二次電池用負極，其包含集電器，以及形成于該集電器的至少一個表面上且包含負極活性材料的負極活性材料層，其中該負極活性材是在本公開內容中所限定的負極活性材料。