负极活性物质及其制备方法、负电极和可再充电锂电池技术

公开了一种负极活性物质及其制备方法、负电极和可再充电锂电池。所述负极活性物质包括：天然石墨，包括其中组装有多个初级颗粒的次级颗粒；非晶碳，位于初级颗粒的表面上；以及涂层，包括围绕次级颗粒的非晶碳，其中，初级颗粒具有约5μm至约15μm的粒径，次级颗粒具有约8μm至约24μm的粒径，并且通过X射线衍射分析方法测量的峰强度比I(002)/I(110)小于或等于约120。

Negative active material and its preparation, negative electrode and rechargeable lithium battery

【技术实现步骤摘要】
负极活性物质及其制备方法、负电极和可再充电锂电池
公开了一种用于可再充电锂电池的负极活性物质、一种用于制备该负极活性物质的方法、一种包括该负极活性物质的负电极和一种包括该负极活性物质的可再充电锂电池。
技术介绍
由于对移动设备或便携式电池的不断增加的需求，已经不断地进行用于实现可再充电锂电池的高容量的技术开发。对于可再充电锂电池的正极活性物质，已经使用具有能够嵌入锂离子的结构的锂-过渡金属氧化物，诸如LiCoO2、LiMn2O4、LiNi1-xCoxO2(0≤x<1)等。对于负极活性物质，已经使用包括能够嵌入和脱嵌锂的人造石墨、天然石墨以及硬碳的各种类型的碳基活性物质或者包括Si和Sn的Si基活性物质。
技术实现思路
实施例提供一种用于可再充电锂电池的负极活性物质，所述可再充电锂电池由于减少了与电解质溶液的副反应而具有减小的厚度膨胀并且具有改善的循环寿命特性。实施例提供一种用于制备负极活性物质的方法。实施例提供一种包括负极活性物质的负电极。实施例提供一种包括负电极的可再充电锂电池。根据实施例，用于可再充电锂电池的负极活性物质包括：天然石墨，包括其中组装有多个初级颗粒的次级颗粒；非晶碳，位于初级颗粒的表面上；以及涂层，包括围绕次级颗粒的非晶碳，其中，初级颗粒具有约5μm至约15μm的粒径，次级颗粒具有约8μm至约24μm的粒径，并且通过X射线衍射分析方法测量的峰强度比I(002)/I(110)小于或等于约120。<br>天然石墨可以是片状天然石墨。负极活性物质可以具有小于或等于约2％的孔体积分数。负极活性物质可以具有约1.0％至约1.5％的孔体积分数。涂层可以具有约5nm至约50nm的厚度。负极活性物质可以具有小于或等于约10m2/g的比表面积(BET)。负极活性物质可以具有约0.7g/cc至约1.3g/cc的振实密度。负极活性物质可以包括重量比为约90:10至约75:25的天然石墨和非晶碳。非晶碳可以是软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、焙烧焦炭和它们的混合物中的一种。根据另一实施例，一种制备用于可再充电锂电池的负极活性物质的方法包括：将天然石墨原料粉碎为具有小颗粒尺寸的初级颗粒；将初级颗粒组装为次级颗粒，以使次级颗粒球化；将非晶碳前驱体添加到次级颗粒，以制备混合物；以及对混合物进行热处理。天然石墨原料可以具有约80μm至约140μm的粒径，初级颗粒可以具有约5μm至约15μm的粒径，次级颗粒可以具有约8μm至约24μm的粒径。负极活性物质可以包括重量比为约90:10至约75:25的天然石墨和非晶碳。非晶碳前驱体可以是酚树脂、呋喃树脂、环氧树脂、聚丙烯腈、聚酰胺树脂、聚酰亚胺树脂、聚酰胺酰亚胺树脂、沥青碳、合成沥青、石油基沥青、煤基沥青、焦油和它们的组合中的一种。可以通过将混合物在约1,000℃至约2,000℃的炉中保持约1小时至约5小时来执行热处理。另一实施例提供一种包括负极活性物质的负电极。另一实施例提供一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括负电极、包含正极活性物质的正电极和电解质。可以通过减小内部孔体积并减少与电解质的副反应来抑制负极活性物质的膨胀，并且可以改善循环寿命特性。附图说明图1A是根据实施例的负极活性物质的次级颗粒的示意图。图1B是传统的负极活性物质的次级颗粒的示意图。图2是示出根据实施例的可再充电锂电池的结构的示意图。具体实施方式在下文中，详细地描述了本专利技术的实施例。然而，这些实施例是示例性的，本专利技术不限于此并且本专利技术由权利要求的范围限定。在下文中，参照图1A来描述根据实施例的负极活性物质。图1A是根据实施例的负极活性物质的次级颗粒的示意图。负极活性物质包括：天然石墨，包括次级颗粒1，次级颗粒1中组装有多个初级颗粒3；非晶碳5，位于初级颗粒3的表面上；以及涂层7，包括围绕次级颗粒1的非晶碳，其中，初级颗粒3具有约5μm至约15μm的粒径，次级颗粒1具有约8μm至约24μm的粒径，并且通过X射线衍射分析方法测量的峰强度比I(002)/I(110)小于或等于约120。石墨是一种已经广泛用作负极活性物质的材料，具体地，与人造石墨相比，天然石墨具有高结晶度，因此天然石墨可以达到接近理论容量的理想容量。因此，可以通过以高密度填充天然石墨来获得负极活性物质。例如，如图1B中所示，天然石墨13通常不被粉碎，并且形成有具有约40μm至约120μm的粒径的大尺寸颗粒，因此天然石墨13需要进行球化工艺，并且在负极活性物质包括球化天然石墨次级颗粒11以及位于球化天然石墨次级颗粒11的表面上的非晶碳涂层17的情况下，由于内部结构不是致密的，因此在可充电锂电池的充电和放电期间残余应力被释放，导致负极活性物质膨胀的问题。因此，负极活性物质的内部孔体积(或称为孔体积)变大，并且与电解质的副反应增加，因此可再充电锂电池会变形，并且其循环寿命会劣化。根据实施例，通过将天然石墨粉碎在初级颗粒的粒径范围内并且使其中组装有初级颗粒的次级颗粒球化，可以提供其中改善了循环寿命特性和内部膨胀问题并且保持天然石墨的高容量特性的负极活性物质。初级颗粒具有约5μm至约15μm的粒径，次级颗粒具有约8μm至约24μm的粒径。当初级颗粒具有小于约5μm的平均粒径时，难以通过降低产率来生产，并且使电池的循环寿命特性劣化。另外，当初级颗粒具有大于15μm的粒径时，在生产次级颗粒期间次级颗粒的尺寸太大而不能应用于可再充电锂电池。另外，当次级颗粒具有小于约8μm的粒径时，由于在生产电极期间形成的孔的尺寸过小，因此当应用于电池时会使电解质浸渍劣化。另外，当次级颗粒具有大于约24μm的粒径时，负电极的厚度太厚而不能应用于电池。另外，初级颗粒可以具有约5μm至约15μm(例如，约5μm至约13μm、约5μm至约12μm或约5.5μm至约11.5μm)的粒径，次级颗粒可以具有约8μm至约24μm(例如，约10μm至约24μm、约11μm至约24μm、约12μm至约24μm、约13μm至约24μm、约13μm至约23μm或约13μm至约20μm)的粒径。当初级颗粒和次级颗粒具有所述范围的粒径时，可以更有效地抑制包括初级颗粒和次级颗粒的负极活性物质的膨胀，并且可以增强负极活性物质的振实密度。初级颗粒和次级颗粒的每个粒径可以是平均粒径。在这种情况下，平均粒径是通过将多个颗粒添加到粒径分析仪中测量的值，并且可以是位于累积粒度分布曲线中累积体积为50体积％(D50)处的粒径。次级颗粒通过组装多个初级颗粒来形成。组装的初级颗粒的数量不受具体限制，但次级颗粒可以通过聚集例如约2至约50、约2至约40、约2至约30、约2至约20、约2至约10或约2至约4个初级颗粒来形成。天然石墨可以是片状(针状、鳞片状或片型)天然石墨。根据实施例，负极活性物质包括：非晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于可再充电锂电池的负极活性物质，所述负极活性物质包括：/n天然石墨，包括其中组装有多个初级颗粒的次级颗粒；/n非晶碳，位于初级颗粒的表面上；以及/n涂层，包括围绕次级颗粒的非晶碳，/n其中，初级颗粒具有5μm至15μm的粒径，/n次级颗粒具有8μm至24μm的粒径，并且/n通过X射线衍射分析方法测量的峰强度比I(002)/I(110)小于或等于120。/n

【技术特征摘要】
20180907 KR 10-2018-01069551.一种用于可再充电锂电池的负极活性物质，所述负极活性物质包括：
天然石墨，包括其中组装有多个初级颗粒的次级颗粒；
非晶碳，位于初级颗粒的表面上；以及
涂层，包括围绕次级颗粒的非晶碳，
其中，初级颗粒具有5μm至15μm的粒径，
次级颗粒具有8μm至24μm的粒径，并且
通过X射线衍射分析方法测量的峰强度比I(002)/I(110)小于或等于120。


2.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，天然石墨是片状天然石墨。


3.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，负极活性物质具有小于或等于2％的孔体积分数。


4.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，负极活性物质具有1.0％至1.5％的孔体积分数。


5.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，涂层具有5nm至50nm的厚度。


6.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，负极活性物质具有小于或等于10m2/g的比表面积。


7.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，负极活性物质具有0.7g/cc至1.3g/cc的振实密度。


8.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，负极活性物质包括重量比为90:10至75:25的天然石墨和非晶碳。


9.根据权利要求1所述的负极活性物质，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恩株，罗载澔，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR