负极和包含所述负极的二次电池制造技术

本发明专利技术公开了一种负极和包含所述负极的锂二次电池，所述负极包含：负极用集电器；第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层位于所述负极用集电器的至少一个表面上并包含碳质活性材料；和第二负极活性材料层，所述第二负极活性材料层位于所述第一负极活性材料层上并包含硅类活性材料和碳纳米管。

A negative electrode and a secondary battery including the negative electrode

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极和包含所述负极的二次电池
本专利技术涉及一种具有改善的寿命特性的负极以及包含所述负极的二次电池。本申请要求于2017年12月1日在韩国提交的韩国专利申请10-2017-0164373号的优先权，通过参考将其公开内容并入本文中。
技术介绍
随着对移动设备的技术开发和需求的增加，对能够小型化并具有高容量的可再充电二次电池的需求日益增加。在这样的二次电池中，具有高的能量密度和电压的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。锂二次电池具有其中含锂盐的电解质被注入到电极组件中的结构，所述电极组件包含：通过将各电极活性材料涂敷到电极集电器上而形成的正极和负极；和设置在两种电极之间的多孔隔膜。在此，通过将包含活性材料、粘合剂和导电材料的浆料涂敷到集电器上，然后进行干燥和压制来得到各电极。负极用材料显著影响锂二次电池的基本特性如容量、输出和寿命。为了使电池的性能最大化，要求负极活性材料具有接近锂金属的电位的电化学反应电位并且与锂离子的反应具有高可逆性，并且显示出高的在活性材料中的锂离子扩散速率。经常用作形成锂二次电池负极的材料的碳质材料的极限理论容量为372mAh/g，这在提高能量密度的过程中成为障碍。为了解决该问题，已经考虑将硅类材料作为替代物。硅的理论容量为4010mAh/g，其为常规碳质材料的理论容量的至少10倍。然而，硅类材料具有80％的低充电/放电效率，其低于碳质材料的充电/放电效率(92％)。另外，硅类材料在充电/放电期间显示出300％以上的体积变化，由此存在的问题在于，因为在连续的充电/放电循环期间导电路径断开，所以其不能作为活性材料发挥作用。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在解决相关技术的问题，因此，本专利技术旨在提供一种用于改善电池的寿命特性的负极。本专利技术还旨在提供一种包含所述负极的锂二次电池。技术方案在本专利技术的一个方面，提供一种负极，所述负极包含：负极用集电器；第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层位于负极用集电器的至少一个表面上并包含碳质活性材料；和第二负极活性材料层，所述第二负极活性材料层位于所述第一负极活性材料层上并包含硅类活性材料和碳纳米管。第二负极活性材料层还可以包含碳质活性材料。基于负极活性材料层的总重量，碳纳米管的用量可以为0.1重量％～2重量％。基于100重量份的硅类活性材料，碳纳米管的用量可以为1重量份～20重量份。碳纳米管可以具有10nm～120nm的平均直径和0.5μm～20μm的平均长度。碳纳米管可以具有100m2/g～3000m2/g的比表面积。基于所述负极活性材料层的总重量，所述硅类活性材料的用量可以为1重量％～30重量％。第一负极活性材料层和第二负极活性材料层可以具有90:10～10:90的厚度比。在本专利技术的另一个方面，还提供一种包含所述负极的锂二次电池。有益效果根据本专利技术，作为导电材料的碳纳米管位于硅类活性材料的表面上，由此可以解决由硅类活性材料的体积变化引起的导电路径隔离的问题。特别地，由于在将高容量硅类活性材料单独地引入具有双层结构的负极的一个层中的同时将碳纳米管用作导电材料，因此可以提供一种包含均匀分布在硅类材料的表面上的碳纳米管的负极。由此，可以选择性地控制硅类活性材料的位置和碳纳米管的位置，从而使作为导电材料的碳纳米管的优点最大化。结果，即使在重复充电/放电循环之后，也可以在根据本专利技术实施方案的锂二次电池中抑制电隔离的硅类材料的产生，由此抑制放电容量的下降并改善循环特性。附图说明附图显示了本专利技术的优选实施方案，并且与上述公开内容一起用于进一步理解本专利技术的技术特征，由此不应将本专利技术解释为限于所述附图。图1是显示常规负极的截面图。图2是显示根据本专利技术一个实施方案的负极的截面图。图3是显示根据本专利技术另一个实施方案的负极的截面图。图4是显示根据实施例1的负极的表面的扫描电子显微镜(SEM)图。图5是显示根据比较例1的负极的表面的扫描电子显微镜(SEM)图。具体实施方式下文中，将参考附图详细描述本专利技术的优选实施方案。在描述之前，应该理解的是，说明书和所附权利要求书中使用的术语不应解释为限于普通和词典的含义，而应在允许专利技术人适当定义术语以进行最佳说明的原则的基础上根据与本专利技术的技术方面相对应的含义和概念来解释。除非另有说明，否则表述“层、膜、区域、板等的一部分存在于另一部分‘上’或‘上方’”不仅包括表述“一部分‘直接’存在于另一部分上”，还包括表述“在其间插入有其它部分的情况下一部分存在于另一部分上”。在本专利技术的一个方面，提供一种负极，所述负极包含：负极用集电器；第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层位于负极用集电器的至少一个表面上并包含碳质活性材料；和第二负极活性材料层，所述第二负极活性材料层位于所述第一负极活性材料层上并包含硅类活性材料和碳纳米管。根据本专利技术的一个实施方案，第二负极活性材料层的负极活性材料可以仅包含硅类活性材料，并且导电材料可以仅包含碳纳米管。根据本专利技术的另一个实施方案，第二负极活性材料层的负极活性材料除了硅类活性材料之外还可以包含碳质活性材料。当第二负极活性材料层还包含碳质活性材料时，可以以1:99～99:1或10:90～60:40的重量比使用硅类活性材料和碳质活性材料。当第二负极活性材料层中包含的碳质活性材料的含量满足上述范围时，碳质活性材料和电极的孔可以减轻由硅类活性材料引起的电极结构的瓦解。根据本专利技术的又一个实施方案，除了碳纳米管之外，导电材料还可以包含一种或多种其它导电材料如炭黑。为了增加便携式设备的工作时间，越来越需要锂离子二次电池具有高容量。例如，已经提出了通过使用能够嵌入/脱嵌更大量锂离子的硅(Si)类活性材料或锡(Sn)类活性材料作为负极活性材料来提高锂离子二次电池的放电容量的方法。然而，因为这样的负极活性材料引起由锂离子的嵌入/脱嵌而导致的大的体积变化，所以反复进行充电/放电循环导致负极活性材料粒子之间的导电网络的断开。结果，使用硅类材料或锡类活性材料的锂离子二次电池显示了差的循环特性。为了解决上述问题，根据本专利技术的负极具有双层结构，所述双层结构包含：第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层包含显示小的体积变化并且具有高充电/放电效率的碳质活性材料；和第二负极活性材料层，所述第二负极活性材料层包含显示大的体积变化但实现高容量的硅类活性材料。在此，为了解决由硅类活性材料的体积变化引起的导电路径隔离的问题，将碳纳米管(CNT)用作第二负极活性材料层的导电材料。至今作为导电材料而被广泛使用的炭黑具有球形形状，相互聚集以填充活性材料粒子的孔，并且以点接触模式在活性材料粒子之间的空间中以桥的形式存在，从而形成导电路径。在体积变化小的活性材料如碳质活性材料的情况下，由点接触模式中的桥形成的这样的导电路径可稳定地保持。因此，这样的活性材料能够实现作为导电材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极，所述负极包含：/n负极用集电器；/n第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层位于所述负极用集电器的至少一个表面上并包含碳质活性材料；和/n第二负极活性材料层，所述第二负极活性材料层位于所述第一负极活性材料层上并包含硅类活性材料和碳纳米管。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171201 KR 10-2017-01643731.一种负极，所述负极包含：
负极用集电器；
第一负极活性材料层，所述第一负极活性材料层位于所述负极用集电器的至少一个表面上并包含碳质活性材料；和
第二负极活性材料层，所述第二负极活性材料层位于所述第一负极活性材料层上并包含硅类活性材料和碳纳米管。


2.根据权利要求1所述的负极，其中所述第二负极活性材料层还包含碳质活性材料。


3.根据权利要求1所述的负极，其中基于所述负极活性材料层的总重量，以0.1重量％～2重量％的量使用所述碳纳米管。


4.根据权利要求1所述的负极，其中基于100重量份的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金炫民，金珉京，薛琮宪，成耆元，李明基，李恩周，崔荣恩，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR