负极和包含其的二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种负极，包含负极集电器和设置在所述负极集电器上的负极活性材料层，其中所述负极活性材料层包含硅系活性材料、包含石墨的第一导电材料、包含单壁碳纳米管的第二导电材料和粘合剂。所述粘合剂包含纤维素系化合物和橡胶系化合物。所述负极活性材料层包含15重量％至25重量％的所述第一导电材料和0.15重量％至2.5重量％的所述第二导电材料。在所述负极活性材料层中所述第二导电材料与所述粘合剂的重量比为1.5:99.5至20.0:80.0。粘合剂的重量比为1.5:99.5至20.0:80.0。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极和包含其的二次电池


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2021年1月29日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10
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2021
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0013020的权益，其公开内容以引用的方式以其整体并入本文。
[0003]

[0004]本专利技术涉及负极和包含其的二次电池。

技术介绍

[0005]近来，由于使用电池的电子装置如手机、笔记本电脑、电动车辆等的快速普及，对具有相对高容量的小而轻的二次电池的需求快速增加。特别地，锂二次电池重量轻且具有高能量密度，因此作为便携式装置用驱动电源而受到关注。因此，已经积极地进行了用于改善锂二次电池的性能的研究和开发的努力。
[0006]通常，锂二次电池包含正极、负极、插置在正极与负极之间的隔膜、电解质、有机溶剂等。此外，正极和负极可以在集电器上具有包含正极活性材料或负极活性材料的活性材料层。在正极中使用含锂的金属氧化物如LiCoO2和LiMn2O4作为正极活性材料，相应地，在负极中使用不含锂的碳系活性材料或硅系活性材料作为负极活性材料。
[0007]在负极活性材料之中，硅系活性材料已经引起了注意，因为其具有碳系活性材料的约10倍高的容量，并且具有优异的高速充电特性。然而，硅系活性材料随着充电和放电具有大的体积膨胀/收缩程度，并且随着充电和放电的重复，可能发生活性材料之间的电短路，从而存在负极的寿命特性劣化的问题。就这一点而言，虽然已经开发出将硅系活性材料与包含苯乙烯
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丁二烯橡胶和羧甲基纤维素的粘合剂一起使用的负极，但这样的粘合剂不具有高拉伸强度，因此，具有不能充分抑制硅系活性材料的体积膨胀的问题。另一方面，虽然已经开发出将硅系活性材料与具有高拉伸强度的粘合剂如聚乙烯醇、聚丙烯酸等一起使用的负极，但粘合剂如聚乙烯醇、聚丙烯酸等具有差的润湿性，因此，具有导电性劣化和活性材料电阻增加的问题，从而降低了负极的输出特性。
[0008]韩国专利注册号10
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0794192涉及用于制造锂二次电池用碳涂覆硅
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石墨复合负极材料的方法和用于制造包含碳涂覆硅
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石墨复合负极材料的二次电池的方法，但在解决上述问题方面有局限性。
[0009][现有技术文献][0010][专利文献][0011]韩国专利登记号10
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0794192

技术实现思路

[0012]技术问题
[0013]本专利技术的一方面提供了一种负极，其中寿命特性和输出特性同时得到改善。
[0014]本专利技术的另一方面提供了一种包含上述负极的二次电池。
[0015]技术方案
[0016]根据本专利技术的一方面，提供了一种负极，所述负极包含负极集电器和设置在所述负极集电器上的负极活性材料层，其中所述负极活性材料层包含硅系活性材料、含石墨的第一导电材料、含单壁碳纳米管的第二导电材料以及粘合剂，其中所述粘合剂包含纤维素系化合物和橡胶系化合物，所述第一导电材料以15重量％至25重量％的量包含在所述负极活性材料层中，所述第二导电材料以0.15重量％至2.5重量％的量包含在所述负极活性材料层中，并且所述第二导电材料和所述粘合剂以1.5:99.5至20.0:80.0的重量比包含在所述负极活性材料层中。
[0017]根据本专利技术的另一方面，提供一种二次电池，所述二次电池包含上述负极、与所述负极相对的正极、插置在所述负极与所述正极之间的隔膜以及电解质。
[0018]有益效果
[0019]本专利技术的负极的特征在于，在使用硅系活性材料的负极中，使用含有石墨的第一导电材料、包含单壁碳纳米管的第二导电材料以及含有纤维素系化合物和橡胶系化合物的粘合剂，其中所述第一导电材料、所述第二导电材料和所述粘合剂的含量为特定的含量。根据本专利技术，通过使用具有优异的电解液润湿性的粘合剂可以改善负极的输出特性，同时，由于所述第二导电材料可以与所述粘合剂结合以改善粘合剂的拉伸强度，因此可以抑制硅系活性材料的体积膨胀和收缩，并且由于所述第一导电材料可以存在于硅系活性材料之间，因此可以维持导电网络。因此，所述负极和包含其的二次电池可以具有改善至优异水平的寿命特性和输出特性两者。
具体实施方式
[0020]应理解，在本专利技术的说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为限于具有常用词典中定义的含义。还应该理解的是，基于诸位专利技术人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地解释本专利技术的原则，这些词语或术语应该被解释为具有与其在本专利技术的相关领域和技术思想的上下文中的含义一致的含义。
[0021]本文中使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式的目的，而不旨在限制本专利技术。除非上下文另外明确指出，否则单数形式的术语可以包括复数形式。
[0022]还应该理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”或“具有”指明所述的特征、数量、步骤、元件或其组合的存在，但不排除一个或多个其它特征、数量、步骤、元件或其组合的存在或添加。
[0023]在本说明书中，平均粒径(D
50
)可以定义为对应于粒子的粒径分布曲线中体积累积量的50％的粒径。平均粒径(D
50
)可以通过例如激光衍射法测量。激光衍射法通常能够测量从亚微米区域到几毫米的粒径，从而可以获得高再现性和高分辨率的结果。
[0024]<负极>
[0025]本专利技术涉及一种负极，更具体地，涉及一种锂二次电池用负极。
[0026]具体地，本专利技术的负极包含负极集电器和设置在所述负极集电器上的负极活性材料层，其中所述负极活性材料层包含硅系活性材料、含石墨的第一导电材料、含单壁碳纳米管的第二导电材料以及粘合剂，其中所述粘合剂包含纤维素系化合物和橡胶系化合物，所述第一导电材料以15重量％至25重量％的量包含在所述负极活性材料层中，所述第二导电
材料以0.15重量％至2.5重量％的量包含在所述负极活性材料层中，并且所述第二导电材料和所述粘合剂以1.5:99.5至20.0:80.0的重量比包含在所述负极活性材料层中。
[0027]通常，硅系活性材料的优点在于具备高容量和快速充电特性，但是硅系活性材料随着充电和放电具有大的体积膨胀/收缩程度，使得存在的问题在于，负极中的活性材料随着充电和放电持续而彼此失去接触，因此，活性材料之间的锂转移变得困难，并且锂析出，使得存在的问题在于，寿命特性迅速降低。
[0028]为了解决上述问题，本专利技术的负极的特征在于，在使用硅系活性材料的负极中，使用含有石墨的第一导电材料、含有单壁碳纳米管的第二导电材料以及含有纤维素系化合物和橡胶系化合物的粘合剂，其中所述第一导电材料、第二导电材料和粘合剂的含量为特定的含量。根据本专利技术，通过使用具有优异的电解液润湿性的粘合剂可以改善负极的输出特性，同时，由于所述第二导电材料可以与粘合剂结合以改善粘合剂的拉伸强度，因此可以抑制硅系活性材料的体积膨胀和收缩，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极，包含：负极集电器；和设置在所述负极集电器上的负极活性材料层，其中所述负极活性材料层包含硅系活性材料、含石墨的第一导电材料、含单壁碳纳米管的第二导电材料以及粘合剂，其中：所述粘合剂包含纤维素系化合物和橡胶系化合物；所述第一导电材料以15重量％至25重量％的量包含在所述负极活性材料层中；所述第二导电材料以0.15重量％至2.5重量％的量包含在所述负极活性材料层中；并且所述第二导电材料和所述粘合剂以1.5:99.5至20.0:80.0的重量比包含在所述负极活性材料层中。2.根据权利要求1所述的负极，其中所述石墨是板状的。3.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一导电材料的比表面积为5m2/g至40m2/g。4.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一导电材料的平均粒径(D
50
)为1μm至20μm。5.根据权利要求1所述的负极，其中所述第一导电材料的纵横比为1.1至30.0。6.根据权利要求1所述的负极，其中所述第二导电材料的比表面积为400m2/g至1,000m2/g。7.根据权利要求1所述的负极，其中所述第二导电材料具有5μm至30μm的平均长度。8.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：金荣宰，蔡宗铉，田粲秀，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：