负极、制备负极的方法及包含该负极的锂二次电池技术

本发明专利技术涉及负极、制备负极的方法及包含该负极的锂二次电池。所述负极包括：电极集电体；和形成于上述电极集电体上的多层活性物质层，其中上述多层活性物质层包含：包含第一负极活性物质的一次负极活性材料层；和包含第二负极活性物质的二次负极活性物质层，所述第二负极活性物质相对所述第一负极活性物质而言具有较低的压实密度及较大的平均粒子大小，其中所述第一负极活性物质及第二负极活性物质分别包含结晶质类碳。本发明专利技术的负极在压延工序之后也能提高电极表面的孔隙率，并能提高离子向电极内部的移动性，因此能够提高锂二次电池的充电特性及寿命特性。

【技术实现步骤摘要】
负极、制备负极的方法及包含该负极的锂二次电池本专利技术专利申请是基于申请日为2014年1月22日，专利技术名称为“锂二次电池用负极及包含该负极的锂二次电池”，申请号为201480000767.2的中国专利申请的分案申请。
本专利技术涉及锂二次电池用负极及包含该负极的锂二次电池，更具体地，涉及包含负极活性物质的压实密度及平均粒子大小互不相同的多层活性物质层的负极及包含该负极的锂二次电池。
技术介绍
随着对由化石燃料的枯竭引起的能源价格的上升、环境污染的关注增加，环保代替能源成为了用于未来生活的必不可缺的因素。为此，对利用原子能、太阳光、风力及潮汐力等自然能量的多种电力生产技术的研究正在持续，而以更有效地利用以上述方式生产的能量的蓄电装置也备受瞩目。尤其，随着对移动设备的技术研发和需求的增加，对作为环保代替能源的二次电池的需求正急剧增加。最近，所述二次电池作为电动汽车(EV)或混合动力汽车(HEV)等需要大容量电力的装置的动力源来使用，并且，作为通过栅极(Grid)化的电力辅助电源等用途而正在扩大使用范围。为了用作需要所述大容量电力的装置的动力源，能够在短时间内发挥大功率的特性之外，同时还需要即使在以高电流在短时间内反复进行充放电的苛刻的条件下，也能使用10年以上等的高能量密度和优良的安全性及长期寿命特性。以往虽然使用锂金属作为二次电池的负极，但随着知晓枝晶(dendrite)形成引起的电池短路和由此引起的爆炸的危险性，既能维持结构性及电性质，又能达到可逆的锂离子插入(intercalation)及脱离的碳类化合物正代替所述锂金属。相对于标准氢电极电位，所述碳类化合物具有约-3V的非常低的放电电位，并因石墨烯层(graphenelayer)的单轴取向性引起的非常可逆的充放电运行而呈现出优良的电极寿命特性。并且，当Li离子充电时，电极电位为0VLi/Li+，能够呈现出几乎与纯锂金属相似的电位，因此，具有当与氧化物类正极构成电池时，可获得更高的能量的优点。所述二次电池用负极通过如下方式制备，即，将作为负极活性物质13的碳材料，以及根据需要的导电材料及粘结剂相混合来制备一种负极活性物质浆料之后，以单层的方式将该浆料涂敷于铜箔之类的电极集电体11，并进行干燥。此时，当涂敷所述浆料时，为了使活性物质粉末压接于集电体，使得电极的厚度均匀化，实施压延工序(参照图1)。但是，以往当进行电极的压延工序时，与负极活性物质的内部相比，表面的按压变得加剧，从而降低了表面的孔隙(pore)比率。电极的厚度越厚，这种现象越明显，并且，随着电解液难以浸渍到电极的内部而无法确保离子的移动通路，从而难以顺畅地实现离子的移动，因此，会引起电池性能及寿命特性的降低。
技术实现思路
技术问题本专利技术所要解决的问题在于，通过在负极包括多层活性物质层，由此提供向电极内部的离子移动性得到提高的负极。并且，本专利技术还提供，通过包含所述负极，电池的充电特性及寿命特性得到提高的锂二次电池。技术方案为了解决所述问题，根据本专利技术的一实施例提供的负极，包括：电极集电体；一次负极活性物质层，包含形成于所述电极集电体上的多层活性物质层，且所述多层活性物质层包含第一负极活性物质；以及二次负极活性物质层，包含相对所述第一负极活性物质而言具有较低的压实密度及较大的平均粒子大小的第二负极活性物质。并且，根据本专利技术的一实施例，提供包含所述负极的锂二次电池。有益效果本专利技术一实施例的负极，通过在电极集电体上包括含负极活性物质的压实密度及平均粒子大小不同的两种负极活性物质的多层活性物质层，从而在压延工序之后也能提高电极表面的孔隙率(porosity)，并能提高离子向电极内部的移动性，因此，能够有用地适用于锂二次电池，并能够提高锂二次电池的充电特性及寿命特性。附图说明图1为以往的由单层活性物质层组成的负极结构的模式图。图2为本专利技术一实施例的由多层活性物质层组成的负极结构的模式图。图3为根据实验例2测定实施例1、以及比较例1和2的锂二次电池的充电特性的图表。图4及图5为根据实验例3测定基于负极密度的实施例1及比较例1的锂二次电池的寿命特性的图表。附图标记的说明11、21：电极集电体13：负极活性物质23：第一负极活性物质24：第二负极活性物质A：一次负极活性物质层B：二次负极活性物质层具体实施方式以下，对本专利技术进行详细说明。本专利技术一实施例的负极，如图2的模式图所示，可包括：电极集电体21；一次负极活性物质层A，包括形成于所述电极集电体上的多层活性物质层，且所述多层活性物质层包含第一负极活性物质23；以及二次负极活性物质层B，包含相对所述第一负极活性物质而言具有较低的压实密度及较大的平均粒子大小的第二负极活性物质24。本专利技术一实施例的负极，通过在电极集电体上包括含负极活性物质的压实密度及平均粒子大小不同的两种负极活性物质的多层活性物质层，从而在压延工序之后也能提高电极表面的孔隙率，并能提高离子向电极内部的移动性，因此，能够提高锂二次电池的充电特性及寿命特性。首先，所述电极集电体，可以为选自由不锈钢、铝、镍、钛、煅烧碳、铜、由碳、镍、钛或银进行表面处理的不锈钢、铝-镉合金、由导电材料进行表面处理的非导电性聚合物及导电性聚合物组成的组中的一种或两种。并且，在本专利技术的负极中，作为所述第一负极活性物质以及第二负极活性物质，可以举出理论上的最大极限容量为372mAh/g(844mAh/cc)的天然石墨及人造石墨之类的结晶质类碳、软碳(softcarbon)及硬碳(hardcarbon)之类的非晶质类碳或它们的混合物，以便能够确保高能量密度。具体地，所述第一负极活性物质及第二负极活性物质，既可以分别是呈球形或类似球形的同一(同种)天然石墨及人造石墨之类的结晶类碳，也可以是其他。并且，在本专利技术的一实施例的负极中，所述第一负极活性物质与第二负极活性物质的平均粒子大小之比可以为1:9至5:5.1，更具体地，可以为1:1.3至1:4。作为非限制性的一例，所述第一负极活性物质的平均粒子大小可以为约20μm以下，具体地，可以在例如10μm至18μm的范围。例如，本专利技术一实施例的所述负极活性物质的平均粒子大小，可利用激光衍射法(laserdiffractionmethod)进行测定。通常，所述激光衍射法从亚微米(submicron)范围开始，能够测定数mm左右的粒径，并且能获得高再现性及高分解性的结果。负极活性物质的平均粒子大小D50能够定义为粒径分布的50％基准中的粒径。并且，在本专利技术的一实施例的负极中，所述第一负极活性物质与第二负极活性物质的压实密度之比在12至16MPa的压力条件下为1.1:1至3:1，优选为1.1:1至1.5:1。根据本专利技术的一实施例，所述第一负极活性物质和第二负极活性物质的压实密度，只要能够满足上述范围的第一负极活性物质和第二负极活性物质的压实密度比，就不受特殊限制。但优选地，例如，第一负极活性物质的压实密度在12至16MPa的压力下为1.4至1.85g/cc，第二负极活性物质的压实密度在12至16MPa的压力下为1.4至1.6g/cc。所述压实密度为对负极活性物质发生粒子变形的程度所进行的比较，当以相同的压力进行压延时，压实密度值越低，压缩强度越优良。对所述第一负极活性物质及第二负极活性物质本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极，包括：电极集电体；和形成于上述电极集电体上的多层活性物质层，其中上述多层活性物质层包含：包含第一负极活性物质的一次负极活性材料层；和包含第二负极活性物质的二次负极活性物质层，所述第二负极活性物质相对所述第一负极活性物质而言具有较低的压实密度及较大的平均粒子大小，其中所述第一负极活性物质及第二负极活性物质分别包含结晶质类碳。

【技术特征摘要】
2013.01.25 KR 10-2013-0008785;2014.01.21 KR 10-2011.一种负极，包括：电极集电体；和形成于上述电极集电体上的多层活性物质层，其中上述多层活性物质层包含：包含第一负极活性物质的一次负极活性材料层；和包含第二负极活性物质的二次负极活性物质层，所述第二负极活性物质相对所述第一负极活性物质而言具有较低的压实密度及较大的平均粒子大小，其中所述第一负极活性物质及第二负极活性物质分别包含结晶质类碳。2.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一负极活性物质及第二负极活性物质分别包含呈球形或类似球形的天然石墨、人造石墨或它们的混合物。3.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一负极活性物质与第二负极活性物质的平均粒子大小之比为1:9至5:5.1。4.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一负极活性物质与第二负极活性物质的平均粒子大小之比为1:1.3至1:4。5.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一负极活性物质与第二负极活性物质的压实密度之比在12MPa至16MPa的压力条件下为1.1:1至3:1。6.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一负极活性物质与第二负极活性物质的压缩强度之比在12MPa至16MPa的压力条件下为2:8至5:5.1。7.根据权利要求1所述的负极，其中所述二次负极活性物质层的孔隙率大于所述一次负极活性物质层的孔隙率。8.根据权利要求1所述的负极，其中所述一次负极活性物质层及二次负极活性物质层还分别包含导电材料及粘结剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：安炳勋，裴峻晟，丘昌完，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR