用于锂二次电池的负极和包含它的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及用于锂二次电池的负极和包含它的锂二次电池。本发明专利技术公开了用于锂二次电池的负极，其具有优异的导电性和粘附力，即使在使用高负荷负极时也是如此，并且所述负极包含负极集电器；含有第一负极活性材料、第一聚合物粘合剂和第一导电材料并在所述负极集电器的至少一个表面上形成的第一负极混合物层；和含有第二负极活性材料、第二聚合物粘合剂和第二导电材料并在所述第一负极混合物层的上表面上形成的第二负极混合物层，其中所述第一负极活性材料含有天然石墨和硅氧化物，并且所述第二负极活性材料含有人造石墨。

【技术实现步骤摘要】
用于锂二次电池的负极和包含它的锂二次电池
本申请要求2016年8月26日在大韩民国提交的韩国专利申请No.10-2016-0109236的优先权，所述专利申请的公开内容通过引用并入本文中。本公开涉及用于锂二次电池的负极和包含它的锂二次电池，并更特别地，涉及具有高容量特性的用于锂二次电池的负极，和包含它的锂二次电池。
技术介绍
随着移动装置的技术发展和需求增长，对作为能源的二次电池的需求在迅速增长。在二次电池当中，具有高能量密度和电压、长寿命周期和低放电倍率的锂二次电池是市场上可买到的和广泛使用的。所述锂二次电池包含在正极集电器的至少一个表面上具有正极活性材料的正极、在负极集电器的至少一个表面上具有负极活性材料的负极、和介于所述正极和所述负极之间的隔膜。另外，随着对环境问题的兴趣增长，对于高容量电池驱动的装置例如电动车辆和混合动力电动车辆的市场正在增长，所述车辆能够替代利用化石燃料的车辆例如汽油车辆和柴油车辆，利用化石燃料的车辆是空气污染的主要因素之一，因此对高容量电池的需求基础正在扩大。因此需要设计高容量电极，用于制造具有高能量密度、高输出和高放电电压的锂二次电池作为这些装置的电源。为了设计高负荷电极，增加负极活性材料的量，这导致电极厚度增加。然而，如果电极厚度增加，则粘合剂可能分布不规则，这可劣化粘附力。另外，正在使用Si、它的氧化物或它的合金作为负极活性材料来显示高容量。然而，Si与粘合剂具有弱亲和力，这可劣化所述电极的粘附力，并也可由于体积膨胀致使寿命特性降低。
技术实现思路
技术问题本公开涉及提供用于锂二次电池的高负荷负极以及含有所述负极的锂二次电池，所述负极具有优异的粘附力、改善的输出特性和改善的寿命特性。技术方案在本公开的一个方面中，提供了用于锂二次电池的负极，所述负极包含：负极集电器；含有第一负极活性材料、第一聚合物粘合剂和第一导电材料并在所述负极集电器的至少一个表面上形成的第一负极混合物层；和含有第二负极活性材料、第二聚合物粘合剂和第二导电材料并在所述第一负极混合物层的上表面上形成的第二负极混合物层，其中所述第一负极活性材料含有天然石墨和硅氧化物，并且所述第二负极活性材料含有人造石墨。优选地，基于所述第一负极活性材料的总重量，所述第一负极活性材料可含有80至100重量％的天然石墨和硅氧化物，并且所述天然石墨和所述硅氧化物可具有80:20至95:5的重量比。另外，基于所述第二负极活性材料的总重量，所述第二负极活性材料可含有90至100重量％的人造石墨。优选地，所述第一负极混合物层和所述第二负极混合物层可具有3:7至1:9的厚度比。优选地，所述第一负极混合物层可具有50至200mg/25cm2的负荷量，并且所述第二负极混合物层可具有300至450mg/25cm2的负荷量。优选地，所述第一聚合物粘合剂和所述第二聚合物粘合剂可以独立地是选自以下的至少一种：聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-共-HFP)、聚偏二氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯基吡咯烷酮、四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶(SBR)、氟橡胶，和通过用Li、Na或Ca取代其氢而制备的聚合物，并且其中更优选丁苯橡胶(SBR)。优选地，所述负极可具有50μm至250μm的厚度。在本公开的另一个方面中，还提供了锂二次电池，其包含正极、负极和介于所述正极和所述负极之间的隔膜，其中所述负极是如上所述的负极。有益效果在根据本公开的一种实施方式的所述负极中，在负极集电器上布置第一负极混合物层，其含有硅氧化物和天然石墨以产生高容量和高粘附力并充当第一负极活性材料，并在所述第一负极混合物层上布置第二负极混合物层，其含有人造石墨以改善输出特性并充当第二负极活性材料。因此，所述负极作为高负荷负极可具有优异的粘附力、改善的输出特性和改善的寿命特性。附图说明附图示出了本公开的实施方式，并且与前面的公开一起用来提供对本公开的技术特征的进一步了解，因此，本公开不被解释为限于所述附图。图1是显示根据本公开的实施例和比较例制备的负极的粘附力测量结果的图。图2a和2b是显示根据本公开的实施例和比较例制备的单电池(monocells)的根据倍率的充电/放电容量的图。图3a和3b是显示根据本公开的实施例和比较例制备的单电池的储存特性测量结果的图。图4是显示根据本公开的实施例和比较例制备的单电池的寿命特性测量结果的图。具体实施方式以下，将参考附图详细描述本公开的实施方式。在描述之前，应该了解在说明书和所附权利要求书中使用的术语不应该被解释为限于一般的和词典的含义，而是在允许专利技术人恰当定义术语以求最佳解释的原则的基础上，基于与本公开的技术方面相应的含义和概念来解读。因此，本文中提出的描述只是优选的例子，仅为了说明的意图，不打算限制本公开的范围，因此应该理解，可对其作出其他等效替换和修改而不背离本公开的范围。根据本公开的负极包含负极集电器；含有第一负极活性材料、第一聚合物粘合剂和第一导电材料并在所述负极集电器的至少一个表面上形成的第一负极混合物层；和含有第二负极活性材料、第二聚合物粘合剂和第二导电材料并在所述第一负极混合物层的上表面上形成的第二负极混合物层。这时，与所述负极集电器相邻的所述第一负极混合物层含有天然石墨和硅氧化物作为所述第一负极活性材料，而在其上形成的所述第二负极混合物层含有人造石墨作为所述第二负极活性材料。在本公开的负极中，所述负极混合物层(或电极层)不是单个层，而是由两个层组成。在此，与所述负极集电器接触的所述第一负极混合物层含有具有优异粘附力的天然石墨以及显示高容量的硅氧化物，而在所述第一负极混合物层上形成的所述第二负极混合物层使用人造石墨，从而由于低电阻而改善输出。在所述第一负极混合物层中用作第一负极活性材料的硅氧化物显示高容量，但硅氧化物可由于充电和放电引起电池的膨胀和收缩而改变体积并且也可由于与聚合物粘合剂的弱亲和力而劣化粘附力。因此，如果一起使用具有良好粘附力的天然石墨的话，则由于同硅氧化物相比与所述聚合物粘合剂的强亲和力，可以改善与集电器的粘附力。更详细地说，在高负荷电极中，如果电极层的厚度增加，则粘合剂可能向所述电极层的表面移动，这可劣化所述电极层与所述集电器接触的区域中的粘附力。然而，因为具有优异粘附力的天然石墨与用于显示高容量的SiO一起使用，所以可改善与所述集电器接触的所述第一负极混合物层的粘附力。另外，因为粘附力改善，所述集电器和所述活性材料之间的接触电阻降低，这可改善充电/放电特性。另外，天然石墨可有助于防止由显示高容量的硅氧化物的体积改变所引起的粒子破碎。优选地，基于所述第一负极活性材料的总重量，所述第一负极活性材料可含有80至100重量％、更优选90至100重量％的天然石墨和硅氧化物。这时，所述天然石墨和所述硅氧化物可具有例如80:20至95:5、优选90:10至95:5、更优选95:5的重量比，并且当满足该重量比范围时，可以更有利地改善所述负极混合物层的高容量和粘附力。同时，所述第二负极混合物层含有人造石墨作为活性材料，并且，例如，基于所述第二负极活性材料的总重量，可含有90至100重量％的人造石墨。与天然石墨相比，人造石墨具有良好的粒子均匀性、优本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于锂二次电池的负极，其包含：负极集电器；含有第一负极活性材料、第一聚合物粘合剂和第一导电材料并在所述负极集电器的至少一个表面上形成的第一负极混合物层；和含有第二负极活性材料、第二聚合物粘合剂和第二导电材料并在所述第一负极混合物层的上表面上形成的第二负极混合物层，其中所述第一负极活性材料含有天然石墨和硅氧化物，并且所述第二负极活性材料含有人造石墨。

【技术特征摘要】
2016.08.26 KR 10-2016-01092361.用于锂二次电池的负极，其包含：负极集电器；含有第一负极活性材料、第一聚合物粘合剂和第一导电材料并在所述负极集电器的至少一个表面上形成的第一负极混合物层；和含有第二负极活性材料、第二聚合物粘合剂和第二导电材料并在所述第一负极混合物层的上表面上形成的第二负极混合物层，其中所述第一负极活性材料含有天然石墨和硅氧化物，并且所述第二负极活性材料含有人造石墨。2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中基于所述第一负极活性材料的总重量，所述第一负极活性材料含有80至100重量％的天然石墨和硅氧化物。3.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述天然石墨和所述硅氧化物具有80:20至95:5的重量比。4.根据权利要求3所述的用于锂二次电池的负极，其中所述天然石墨和所述硅氧化物具有90:10至95:5的重量比。5.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中基于所述第二负极活性材料的总重量，所述第二负极活性材料含有90至100重量％的人造石墨。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金荣宰，金帝映，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR