[發明專利]用于具有提高的壽命特性的二次電池的負極活性材料

有效

• 申請號: 201480030124.2
• 申請日: 2014-07-24
• 公開（公告）號: CN105247714B
• 公開（公告）日: 2018-04-17
• 發明（設計）人: 嚴仁晟;柳正宇;金帝暎;河會珍;權芝允
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/587
• 分類號: H01M4/587;H01M4/505;H01M10/052;H01M2/10
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司11219
• 代理人: 陳海濤,穆德駿

技術領域

本發明涉及用于具有提高的壽命特性的二次電池的負極活性材料和包含其的二次電池。

背景技術

隨著移動裝置技術的持續發展和對其需求的持續增加，對作為能源的二次電池的需求在快速增加。在這些二次電池中，具有高能量密度和電壓并且展示長壽命和低自放電率的鋰二次電池是市售并廣泛使用的。

特別地，用于電動車輛等的鋰二次電池需要高能量密度、高的短期功率輸出，且需要在高電流的快速重復充放電的惡劣條件下使用10年以上，因此需要具有優異的輸出特性和比現有的小型鋰二次電池更長的壽命。

作為用于常規小型裝置的鋰離子二次電池所用的負極活性材料，主要使用碳類化合物中的石墨類材料，所述碳類化合物可逆地接收或供應鋰離子同時大致上保持結構和電性質，且具有諸如在鋰離子的插入和放出時幾乎類似于金屬鋰的化學電位的特性。

然而，包含由這種石墨類材料構成的負極活性材料的負極的理論最大容量為372mAh/g(844mAh/cc)，因此容量增加受到限制。因此，難以表現作為快速變化的下一代移動電話的能源的足夠功能。此外，由于石墨類材料的高倍率放電特性不優異，所以將所述石墨類材料應用于應快速供應高電力(high electricity)的電源諸如電動車輛、混合動力電動車輛、電動工具等受到限制。

另外，由于被視為負極活性材料的鋰金屬具有非常高的能量密度，所以可以實現高容量。然而，存在諸如由于在重復充放電時的枝晶生長而導致的穩定性問題和短的循環壽命的問題。另外，嘗試了使用碳納米管作為負極活性材料，但被指出諸如低的生產力、高成本、50％以下的低初始效率的問題。

已知作為另一種負極活性材料的硅、錫或其合金可以通過與鋰形成化合物的反應可逆地吸藏和放出大量鋰，并且對此正在進行大量研究。由于硅例如具有約4020mAh/g(9800mAh/cc，比重：2.23)的遠大于石墨類材料的理論最大容量，所以硅酮是作為高容量負極材料的優異候選者。然而，所述負極材料具有諸如在充放電期間體積變化非常大和高倍率放電特性不優異的缺點。

另外，當電池由通過混合不同材料種類而獲得的活性材料構成時，認為充電電流在電池的充放電期間由于在不同材料之間的電壓差而進入一種材料中，這劣化電池的壽命特性。

因此，對展示預定的容量、高放電特性和壽命特性的負極活性材料存在迫切需求。

就這一點而言，首先可以考慮通過涂布具有非晶質碳層的結晶碳類化合物而形成的負極材料。然而，在這種情況下，能量密度提高，但由于包含在負極材料中的非晶質碳類化合物的比率低而難以預期有高的輸出。另外，由于涂層的導電性差而不可能獲得期望水平的壽命特性。

在另一個實施方案中，可以考慮如下負極材料，其通過利用無定形碳類化合物中的易石墨化材料對難石墨化粒子表面進行涂布并且通過燒制涂布的粒子直至石墨化溫度而涂布有晶質涂層。即，通過經高溫處理使粒子表面的易石墨化材料晶化，可以考慮展示高導電性的負極材料。然而，為了獲得具有足夠水平導電性的涂層，應在相當高的溫度(2800℃以上)下進行燒制。在該過程中，相當一部分作為核的難石墨化粒子可能也會晶化。

因此，迫切需要解決這些問題的技術。

發明內容

技術問題

因此，已經完成了本發明以解決以上和其他尚未解決的技術問題。

作為大量廣泛和深入研究及試驗的結果，本發明的發明人開發了可以展示預定的容量及優異的放電特性和壽命特性的負極活性材料，如下所述，由此完成本發明。

技術方案

根據本發明的一個方面，提供二次電池用負極活性材料，所述負極活性材料包含硅(Si)和非晶質硬碳或低結晶性軟碳。

在一個具體實施方案中，負極活性材料可以包含2重量％～40重量％的硅和60重量％～98重量％的非晶質硬碳或60重量％～98重量％的低結晶性軟碳。

本申請的發明人確認，當負極活性材料包含如上所述在預定的范圍內具有相似充電曲線的硅(Si)、非晶質硬碳或低結晶性軟碳時，在包含所述負極活性材料的電池的充電期間，所述不同的材料類型具有相同的C倍率，由此可以有效地提高包含所述負極活性材料的二次電池的壽命特性。

在二次電池用負極活性材料中包含的非晶質硬碳或低結晶性軟碳可以具有350mAh/g～500mAh/g的容量。

在根據本發明的負極活性材料中，可以將硅分散在非晶質硬碳或低結晶性軟碳的表面上。