锂二次电池用阴极活性物质及其制造方法技术

本发明专利技术提供一种锂二次电池用阴极活性物质及其制造方法，所述锂二次电池用阴极活性物质的特征在于，作为能吸附和释放锂的结晶系碳粒子，上述粒子的一部分或全部包含彼此连接的开气孔和不连接的闭气孔，并且开气孔率为10至60％的范围。在本发明专利技术中，通过在阴极活性物质本身内形成开气孔并且将上述开气孔率调节至特定范围，能够改善电解液含浸率而提高二次电池的稳定性和寿命特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种锂二次电池用阴极活性物质及其制造方法，所述锂二次电池用阴极活性物质通过调节阴极活性物质的开气孔率，能够改善电解液含浸率，从而提高电池的稳定性和寿命特性。
技术介绍
近年来，随着电子设备的小型化，实际情况是需要高容量的二次电池，尤其，与镍镉电池、镍氢电池相比，能量密度高的锂二次电池正受到关注。关于锂二次电池，主要使用锂复合金属氧化物和碳材料分别作为阳极活性物质和阴极活性物质，通过在这些电极之间放入聚烯烃系多孔性隔膜并放入包含锂盐的非水性电解液而制造。上述非水性电解液在制造锂二次电池的最终阶段被投入到电池内部，此时，只有电极被电解液快速且完全润湿，才能够使电池制造中所消耗的时间缩短，优化电池性能。作为上述非水性电解液，主要使用EC、DEC等非质子性有机溶剂。这样的电解液是使电解质盐有效溶解而具有可解离的极性的极性溶剂，并且是不具有活性氢的非质子性溶剂，往往因电解液内部的广泛的相互作用而使粘性和表面张力高。因此，锂二次电池的非水性电解液与包含聚四氟乙烯和聚偏二氟乙烯结合剂等的电极材料的亲和性低，不易润湿电极材料，这是导致无端增加电池的制造工艺时间的主要原因之一。特别是在锂二次电池中使用的阴极的情况下，由于亲油性强，因此对于亲水性(hydrophilicproperty)的电解液润湿性差。这样，在没有使电解液充分润湿电极的情况下进行电池的活性化操作时，会存在未良好形成阴极的SEI膜(固体电解质界面膜，solidelectrolyteinterfacefilm)而使电池的寿命特性降低的问题。此外，由于要求电池的高容量化，因此正在开发使电极的能量密度进一步提高的锂二次电池。然而，该能量密度的提高导致电极的气孔率变得非常低，因此，进一步加大了使电解液均匀渗透电极内部的难度。如果电解液无法充分润湿构成电极的活性物质的表面，则会因限制锂离子的传递路径而引发倍率(rate)特性的降低、容量减少等问题。以往，为了在电极内使电解液容易渗透，制造了如下电极结构：利用化学或物理方法(涂覆、混合、氧化等)对活性物质的表面进行处理以使电解液含浸变得良好，或者通过使活性物质的粒度分布均匀来顺利实现电解液含浸。然而，当对上述电极进行加压(press)或进行电池的充放电时，会在活性物质粒子间的直接接触的面发生电解液枯竭的问题。特别是在利用制成球状的活性物质粒子来构成电极的情况下，由于在电池充放电时因收缩膨胀而产生裂纹(Crack)或粒子的破碎现象，因此会在相应产生部位引起副反应，并且出现由此导致的局部电解液枯竭现象。此外，具有均匀粒度分布的球状活性物质在制造电极时无法躲避溶胀(swelling)现象。因此，需要能够增加电极对于电解液的含浸性，并且具有优异的性能，同时能够提高电池的安全性的技术，实际情况是，尤其要求开发对于电解液的含浸性优异的电极构成。
技术实现思路
所要解决的课题本专利技术是为了解决如上所述问题而提出的，其目的在于，提供一种锂二次电池用阴极活性物质及其制造方法，所述锂二次电池用阴极活性物质通过在活性物质自身内形成开气孔并且将开气孔率调节至特定范围，能够改善电解液含浸率从而提高二次电池的稳定性和寿命特性。解决课题的方法为了实现上述目的，本专利技术提供一种锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，作为能吸附和释放锂的结晶系碳粒子，上述粒子的一部分或全部包含彼此连接的开气孔和不连接的闭气孔，下述数学式1所表示的开气孔率的范围为10％至60％。[数学式1]开气孔率(％)＝开气孔容积/(开气孔容积+闭气孔容积)×100根据本专利技术的优选的一个例子，上述阴极活性物质包含(a)一种以上的结晶系1次粒子、和(b)在上述1次粒子表面的一部分或全部形成的非晶碳层，借助于上述非晶碳层使1次粒子造粒而形成2次粒子，在上述2次粒子的一部分或全部可分散有开气孔和闭气孔。此外，本专利技术提供上述锂二次电池用阴极活性物质的制造方法。更具体而言，上述制造方法包括：步骤(i)，对球状化的结晶系碳粒子或造粒而成的2次粒子施加机械外力而进行开气孔处理；步骤(ii)，用非晶碳前体涂覆上述开气孔处理后的碳粒子；及步骤(iii)，将上述步骤(ii)中涂覆的非晶碳前体在碳化温度以上的温度下进行热处理而进行造粒。专利技术效果在本专利技术中，通过开气孔处理使阴极活性物质形成开气孔，并且将自身内部的开气孔率调节至特定范围，从而使电解液含浸速度加快，能够持续维持粒子内含浸的电解液。因此，即使反复对电池进行充放电，也能够通过防止局部的电解液枯竭而使长寿命特性和稳定性最大化。附图说明图1是显示实施例1中制造的阴极活性物质的形状的扫描电子显微镜(SEM)照片。图2是显示实施例4中制造的阴极活性物质的形状的扫描电子显微镜照片。图3是显示比较例1中制造的阴极活性物质的形状的扫描电子显微镜照片。图4是显示比较例2中制造的阴极活性物质的形状的扫描电子显微镜照片。具体实施方式以下，对本专利技术进行详细说明。电池的寿命劣化存在多种原因。特别是利用球状化的活性物质粒子制造电极时，会发生溶胀(swelling)的问题，或者反复进行充放电循环时，会因活性物质粒子的收缩膨胀而发生粒子的表面裂纹或粒子破碎现象，由此，在新出现的界面引起局部的电解液枯竭现象，从而导致寿命劣化。由此，为了不仅使电解液含浸速度加快而且即使进行反复的充放电也持续维持电解液含浸率，本专利技术的特征在于，通过开气孔处理使阴极活性物质形成开气孔，并且将自身内的开气孔率调节至特定范围。更具体而言，在本专利技术中，对于开气孔处理后的阴极活性物质而言，由于电解液直接含浸阴极活性物质的粒子与粒子之间或个体粒子自身内部，因此即使反复对电池进行充放电，也能够通过防止局部的电解液枯竭而使长寿命特性和稳定性最大化。此外，分散在上述粒子内的开气孔结构起到缓冲电池的充放电时所发生的(buffer)收缩膨胀的作用，因此能够显著减少电池的厚度膨胀率。特别是通过开气孔处理，与以往的球状化的粒子相比，取向指数(crystalorientationratio)低，因此能够在阴极活性物质内吸收充放电时因与锂离子结合而发生的体积膨胀。而且，与以往的球状化的碳粒子相比，锂离子的路径缩短而能够快速移动，因此易于高输出，并且能够在制造电极时使溶胀(swelling)现象最小化。由此，在将上述阴极活性物质应用于电池的情况下，能够确保电池的低膨胀率和长寿命特性，因此有效用作薄型移动IT设备的电极材料。<阴极活性物质>根据本专利技术的阴极活性物质的特征在于，作为能吸附和释放锂的结晶系碳粒子，上述粒子的一部分或全部包含彼此连接的开气孔和不连接的闭气孔，且通过开气孔处理将粒子内的开气孔率调节至10％至60％的范围。其中，上述开气孔率可由上述数学式1表示。更具体而言，上述阴极活性物质包含(a)一种以上的结晶系碳1次粒子、和(b)在上述1次粒子表面的一部分或全部形成的非晶碳层，借助于上述非晶碳层使1次粒子造粒而形成2次粒子，上述2次粒子的一部分或全部可以是均匀分散有开气孔和闭气孔的结构。其中，上述1次粒子的形状没有特别限制，例如，可以是多个外皮层的一部分或全部剥离或剥开的卷心菜或洋葱形状的无定形粒子。此外，可以是粒子内的片状石墨切片包含一个以上以多边形折曲或变本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，作为能吸附和释放锂的结晶系碳粒子，所述粒子的一部分或全部包含彼此连接的开气孔和不连接的闭气孔，且由下述数学式1所表示的开气孔率为10％至60％的范围，数学式1开气孔率(％)＝开气孔容积/(开气孔容积+闭气孔容积)×100。

【技术特征摘要】
2015.08.04 KR 10-2015-01101601.一种锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，作为能吸附和释放锂的结晶系碳粒子，所述粒子的一部分或全部包含彼此连接的开气孔和不连接的闭气孔，且由下述数学式1所表示的开气孔率为10％至60％的范围，数学式1开气孔率(％)＝开气孔容积/(开气孔容积+闭气孔容积)×100。2.根据权利要求1所述的锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，所述阴极活性物质包含：一种以上的结晶系碳1次粒子、和在所述1次粒子表面的一部分或全部形成的非晶碳层，借助于所述非晶碳层使1次粒子造粒而形成2次粒子，在所述2次粒子的一部分或全部分散有开气孔和闭气孔。3.根据权利要求2所述的锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，所述1次粒子是多个外皮层的一部分或全部被剥离或被剥开的卷心菜或洋葱形状的无定形粒子。4.根据权利要求1所述的锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，所述结晶系碳选自由天然石墨、人造石墨及它们的混合物组成的组。5.根据权利要求2所述的锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，所述非晶碳层选自由软碳即低温烧成碳、硬碳、中间相沥青碳化物、烧成的焦炭及它们的混合物组成的组。6.根据权利要求2所述的锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，所述非晶碳层的含量相对于阴极活性物质整体重量为2至30重量％的范围。7.根据权利要求1所述的锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，包含所述开气孔和闭气孔的气孔度相对于阴极活性物质整体体积为30至70体积％的范围。8.根据权利要求1所述的锂二次电池用阴极活性物质，其特征在于，所述阴极活性物质的振实密度为0.6至0.8g/cc以下，平均粒径为10至
\t30μm。9.一种锂二次电池，包含阳极、阴极、隔膜和电解质，其特征在于，所述阴极包含权利要求1至8中任一项所述的阴极活性物质。10.一种权利要求1所述的锂二次电池用阴极活性物质的制造方法，其特征在于，包括：步骤(i)，对球状化的结晶系碳粒子或造...

【专利技术属性】
技术研发人员：李景职，严在哲，崔荣敏，
申请(专利权)人：GS爱能吉股份有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR