负极活性材料及其制造方法技术

本发明专利技术涉及负极活性材料及其制造方法，所述负极活性材料包含：低结晶人造石墨；和在低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层，其中在XRD测定下的(002)面的间距d002为0.338nm至0.3396nm。本发明专利技术的负极活性材料在锂二次电池中的使用可以在与电解质反应时形成更稳定的SEI层，因此可以提高锂二次电池的初始效率和可逆容量。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及负极(negative electrode)活性材料及其制造方法，更特别地，涉及包含低结晶人造石墨和在所述低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层的负极活性材料及其制造方法，其中通过X射线衍射(XRD)所测定，(002)面的面间距d002在大于0.338nm且小于0.3396nm的范围内。
技术介绍
随着近来信息和通讯产业的发展，已经以更小、更轻、更薄且更易携带的方式制造电子设备。因此，对于用作这种电子设备的电源的电池来讲，对高能量密度技术的需求日益增加。锂二次电池是能最好地满足这种需求的电池，因此正在被积极研究。碳质材料已经被用作锂二次电池用负极材料。碳质材料包括结晶碳和非晶质碳。结晶碳代表性地包括石墨碳，如天然石墨和人造石墨，而非晶质碳包括通过碳化聚合物树脂而获得的硬碳(即，难石墨化碳)，通过热处理沥青而获得的软碳(即，易石墨化碳)等。一般来讲，通过向作为精炼原油的过程期间产生的副产物的焦炭施加具有约1000℃的温度的热来制造软碳。与常规的石墨系负极活性材料或硬碳系负极活性材料不同，软碳具有高功率和短的充电所需时间。然而，当将软碳用于锂二次电池中时，可能引起不可逆容量的增加，导致差的初始效率和低的可逆容量。当充电期间电解质在电极的表面上分解以形成作为表面膜的固体电解质界面(SEI)层时，和当充电期间储存在碳粒子中的锂离子不在放
电期间释放时，引起这种不可逆容量的增加。其中，前者是更严重的问题，并且被认为是形成表面膜的主要的不可逆原因。因此，需要开发如下的负极活性材料，其能够代替常规负极活性材料，并且在应用于锂二次电池时能够改进所有的放电容量、效率和输出特性。现有技术文件韩国未审查的专利申请公开号10-2012-0113685
技术实现思路
技术问题设计了本专利技术以解决现有技术的问题，因此本专利技术的目的是提供能够形成稳定的SEI层以改进初始效率和可逆容量的负极活性材料及其制造方法。技术方案为解决现有技术的问题，根据本专利技术的一个方面，提供如下的负极活性材料，其包含低结晶人造石墨和在所述低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层，其中通过X射线衍射(XRD)所测定，(002)面的面间距d002在大于0.338nm至小于0.3396nm的范围内。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制造负极活性材料的方法，所述方法包括在2000℃以上至2800℃的温度范围下烧结软碳以获得低结晶人造石墨，并且在低结晶人造石墨上形成非晶质碳涂层。根据本专利技术的又一个方面，提供包含所述负极活性材料的负极。根据本专利技术的又一个方面，提供包含所述负极的锂二次电池。有益效果根据本专利技术示例性实施方式的负极活性材料包含在低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层，其中通过XRD所测定，(002)面的面间距d002在大于0.338nm且小于0.3396nm的特定范围内，因此当使负极活性材料与电解液反应时，可有益于形成更稳定的SEI层。此外，当包含这种负极活性材料时，可以制造具有改进的初始效率和可逆容量的锂二次电池。附图说明本说明书中所附的以下附图用于例示本专利技术的优选实施方式，并且与本专利技术的上述内容一起用于帮助理解本专利技术的范围。因此，应理解本专利技术不旨在限制附图中所示的内容。图1是示出根据本专利技术的一个示例性实施方式的、包含低结晶人造石墨和在低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层的负极活性材料的示意图。图2和3为分别示出通过X射线衍射(XRD)分析所测定的实施例1至3和比较例1至4的(002)和(110)峰的图。图4为通过对实施例1至3与比较例1至4的负极活性材料的比表面积进行比较而绘制的图。图5为示出在实施例4至6以及比较例5和6中使用的锂二次电池的容量特性的图。图6为示出在实施例4至6以及比较例5、7和8中使用的锂二次电池的输出特性的图。具体实施方式在下文中，为了帮助理解本专利技术，将进一步详细描述本专利技术。在本专利技术的说明书和权利要求书中使用的术语或措辞不应被解释为限于普通或词典的含义，而是应在专利技术人为了以最好的方法解释其
专利技术而可以适当限定术语的概念的原则的基础上，被解释为符合本专利技术的技术主旨的含义和概念。根据本专利技术的一个方面，本专利技术可以提供包含如下的负极活性材料：低结晶人造石墨；和在所述低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层，其中通过X射线衍射(XRD)分析测定，(002)面的面间距d002在大于0.338nm且小于0.3396nm的范围内。具体地，根据本专利技术的一个示例性实施方式的负极活性材料包含在低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层，并且其中通过XRD测定，(002)面的面间距d002在大于0.338nm且小于0.3396nm的特定范围内，由此当使负极活性材料与电解液反应时，可有益于形成更稳定的SEI层，以及有益于显著改进初始效率和可逆容量。在根据本专利技术的一个示例性实施方式的负极活性材料中，低结晶人造石墨是通过在约2000℃以上至小于2800℃的温度下烧结软碳而获得，并且低结晶人造石墨可以为中间相碳的形式，所述中间相碳为软碳和人造石墨之间的中间相石墨。一般来讲，非晶质碳或结晶碳已被用作锂二次电池用负极活性材料。其中，结晶碳由于其高容量而被广泛使用。这种结晶碳为天然石墨或人造石墨。然而，这种结晶碳在电极的每单位体积的能量密度方面具有关于低容量的问题，并且具有可能容易发生其与在高放电电压下使用的有机电解液的副反应的问题。因此，将石墨粉碎以结晶成之后用作负极活性材料的低结晶石墨。然而，在该情况下，因为石墨已经转化为高结晶石墨，所以即使使用物理力将石墨粉碎，也可能难以增加面间距d002。此外，因为面间距d002不是恒定的，所述输出特性可能劣化。另一方面，根据本专利技术的一个示例性实施方式，因为通过在高温下烧结软碳而以中间相碳的形式结晶的低结晶人造石墨从软碳开始缓慢结晶，所以与将结晶石墨粉碎以结晶成低结晶石墨的常规方法相比，如通过XRD所测定，可以更均匀地提高(002)面的面间距d002。当将低结晶石墨应用于锂二次电池用负极活性材料时，可以提高输出特性。因此，根据本专利技术的一个示例性实施方式，可以将低结晶人造石墨的低结晶度定义为，对于作为在人造石墨和软碳之间的中间相石墨的中间相碳，具有通过XRD所测定的在大于0.337nm至小于0.34nm的范围内的(002)面的面间距d002。特别地，根据本专利技术的一个示例性实施方式的低结晶人造石墨的特征可以在于，其具有通过XRD所测定的在大于0.338nm且小于0.3396nm的范围内的(002)面的面间距d002。在该情况下，当根据本专利技术的一个示例性实施方式的低结晶人造石墨的面间距d002小于或等于0.338nm时，由于结晶度的增加，石墨粒子的形状接近于高结晶人造石墨的形状。结果，在电极的每单位体积的能量密度方面容量可能是低的，并且可能容易发生与在高放电电压下使用的有机电解液的副反应。另一方面，当根据本专利技术的一个示例性实施方式的低结晶人造石墨的面间距d002大于0.3396nm时，石墨粒子的结晶度可能显著劣化，导致石墨粒子的初始不可逆容量增加和电子导电性劣化，这是不期望的。此外，通过XRD所测定，低结晶人造石墨可以具有在0.5°以上至0.6°以下的范围内的峰的半最大值全宽(FWHM)。根据本专利技术的一个示例性实施方式，可以通本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料，其包含：低结晶人造石墨；和在所述低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层，其中通过X射线衍射(XRD)所测定，(002)面的面间距d002在大于0.338nm至小于0.3396nm的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.06.13 KR 10-2014-00718931.一种负极活性材料，其包含：低结晶人造石墨；和在所述低结晶人造石墨上形成的非晶质碳涂层，其中通过X射线衍射(XRD)所测定，(002)面的面间距d002在大于0.338nm至小于0.3396nm的范围内。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述低结晶人造石墨是通过在2000℃以上且小于2800℃的温度范围内烧结软碳而获得。3.根据权利要求2所述的负极活性材料，其中通过XRD所测定，所述低结晶人造石墨具有的(002)面的面间距(d002)在大于0.338nm至小于0.3396nm的范围内，且峰的半最大值全宽(FWHM)在0.5°至0.6°的范围内。4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料具有的关于面积比I(110)/I(002)的晶向指数在0.0238至0.0268的范围内，所述面积比是通过对XRD峰进行积分而获得的。5.根据权利要求4所述的负极活性材料，其中通过XRD所测定，所述负极活性材料具有的I(002)峰的半最大值全宽(FWHM)在0.5°至0.6°的范围内。6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中通过XRD所测定，所述负极活性材料具有的c轴方向上的微晶尺寸Lc(002)在15.1nm至15.7nm的范围内。7.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料具有的长宽比(主轴的长度/短轴的长度)在0.1至1的范围内。8.根据权利要求7所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料具有的振实密度在0.6g/cc至1g/...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀娟，申善英，李秀民，金银卿，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR