二次电池用负极制造技术

本发明专利技术公开了一种二次电池用负极，所述负极包含具有相对低充放电电压和相对低硬度的负极活性材料(A)与具有相对高充放电电压和相对高硬度的负极活性材料(B)的组合，其中所述负极活性材料(A)的表面被具有高硬度的碳或其复合材料包覆，且所述负极活性材料(B)的粒度小于由以四配位排列的所述负极活性材料(A)形成的空间的尺寸。所述负极提供了一种防止由过电压造成的锂沉淀、提高离子传导率以及电导率并展示优异的容量的电极。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及二次电池用负极。更具体地，本专利技术涉及二次电池用负极，所述负极包含具有相对低充放电电压和相对低硬度的负极活性材料(A)与具有相对高充放电电压和相对高硬度的负极活性材料(B)的组合，其中所述负极活性材料(A)的表面被具有高硬度的碳或其复合材料包覆，且所述负极活性材料(B)的粒度小于由以四配位排列的所述负极活性材料(A)形成的空间的尺寸。
技术介绍
随着化石燃料的耗尽和环境影响的问题，许多研究人员积极集中于开发替代能源。在作为替代能源的各种领域中，也对二次电池进行了深入研究。电池领域扩展到常规便携式装置以及汽车用电池和电力存储用电池。构成电池的代表性部件包含正极、负极、电解质、隔膜等。其中，具有最大影响的部件是其中基本上发生电化学反应的正极和负极。特别地，如从名称能够看出的，锂二次电池使用锂(Li)，且所述锂二次电池具有高能量密度且重量轻，但因为其易于产生树枝状晶体而不利地存在危险。具体地，在充电期间，通过将Li离子从 正极迁移到负极来储存电。在该过程中，在初始充电阶段，通过电解质将Li离子从正极供应到负极且在各材料之间的界面处发生极化，由此造成过充。此时，与流动的电流相比，可移动的离子不足，并且Li由此因过充而沉淀。通过锂离子的移动以及电阻而造成锂沉淀且离子的移动与电极的孔隙率等密切相关。随着孔隙率的增大，Li离子的迁移率提高，但电接触下降。因此，要求孔隙率和Li离子的迁移率之间的平衡，但其非常困难。特别地，不利地，高孔隙率不可避免地伴有低能量密度。在这点上，将使用Li金属作为负极的二次电池商业化的首先尝试因为安全问题而失败。目前，通常将能够对Li进行充放电的石墨类材料用于负极。然而，与锂相比，这种石墨类负极活性材料的充放电电压之差明显小，由此具有的问题在于，由于在装置中发生电化学反应或过电压或极化而易于产生Li树枝状晶体。此外，由副反应产生的大量副产物累积在产生的树枝状晶体附近且循环功能劣化，并且在严重情况中，副产物穿过隔膜，由此造成微短路和爆炸等。因此，许多研究人员尝试设计防止形成Li树枝状晶体的方法，但至今未能获得满足要求更好能量密度的当前状况的结果。
技术实现思路
技术问题因此，为了解决尚未解决的上述和其他技术问题而完成了本专利技术。作为为了解决如上所述问题而进行的各种广泛和深入的研究和实验的结果，本专利技术人发现，当使用具有不同充放电电压和粒子硬度并满足特定的粒子条件的两种负极活性材料的组合制造二次电池用负极时，令人惊讶地，所述负极防止了由过电压造成的锂沉淀，提高了离子传导率以及电导率，并展示优异的容量和循环特性。基于该发现，完成了本专利技术。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种负极，所述负极包含具有相对低充放电电压和相对低硬度的负极活性材料(A)与具有相对高充放电电压和相对高硬度的负极活性材料 (B)的组合，其中所述负极活性材料(A)的表面被具有高硬度的碳或其复合材料包覆，且所述负极活性材料(B)的粒度小于由以四配位排列的所述负极活性材料(A)形成的空间的尺寸。通过将具有相对高充放电电压的负极活性材料(B)与负极活性材料(A)组合，能够得到可防止由过电压造成的锂沉淀、提高离子传导率以及电导率并展示优异的容量和循环特性的电极，所述负极活性材料(B)足够小而并入在设置在具有相对低充放电电压的负极活性材料(A)之间的空的空间内。最重要的电极性质是能够实现离子和电子的充分迁移的电导率和离子传导率。这些性质与循环特性密切相关。在大部分情况中，已知这些性质取决于活性材料或活性材料、 导电材料和粘合剂等的组合。然而，本专利技术的研究人员发现，在相同组成下，这些性质可随物理性质而变化。更具体地，关于锂二次电池用电极，通过将活性材料与粘合剂、导电材料等进行混合以制备混合浆体并利用所述混合浆体对Cu箔进行涂布而制造负极。为了提高能量密度并将电导率和机械功能提高至期望水平，实施电极压延工艺。同时，压延程度决定孔隙率。 通常，通过经压延的电极的厚度而不是压延强度来计算电极的孔隙率。然而，作为各种广泛且深入的研究和实验的结果，本专利技术人发现，在相同的经压延电极的厚度下，内部孔隙率的均匀性随压延强度而变化。当为了获得均匀孔隙率而在高强度下实施压延时，不利地，电极表面由于孔隙率低而具有低离子传导率且其内部由于孔隙率高而具有低电导率。这种现象随着活性材料变得更软(即随着粒子的硬度变得更低)而加剧。当活性材料软时，难以将力从上层传递到下部。因此，这种行为造成循环特性的明显劣化。因此，本专利技术的负极具有其中将具有相对高硬度的活性材料(B)插入到具有相对低硬度的活性材料(A)中的结构，由此提供能够在相同压延强度下更易于被压延的电极。在压延期间，具有相对低硬度的负极活性材料(A)可能被具有相对高硬度的活性材料⑶损伤。在此情况下，负极活性材料㈧发生变形且由此影响孔隙率。因此，为了使这种损伤最小化，优选利用具有高硬度的碳或其复合材料对负极活性材料(A)的表面进行包覆。术语“高硬度”是指，硬度足够够而避免在压延过程期间由具有相对高硬度的活性材料(B)造成的表面损伤。所述负极活性材料(A)优选具有类似于负极活性材料⑶的硬度。为此，如果期望，可利用碳或其复合材料对负极活性材料㈧和负极活性材料(B)两者都进行包覆。在此情况中，两种负极活性材料具有相同或类似的表面硬度并由此防止表面损伤。如上所述，优选使用其尺寸比由以四配位排列的具有相对低充放电电压和相对低硬度的负极活性材料(A)形成的空间的尺寸更小，并具有与负极活性材料(A)不同的性质的负极活性材料(B)，即具有相对高充放电电压和相对高硬度的负极活性材料， 且其尺寸优选满足通过计算和实验证明的下列方程式。r ^ R*0. 225其中R是负极活性材料(A)的粒子半径，且r是负极活性材料(B)的粒子半径。当满足这些尺寸条件时，可以获得因上述原因而在恒定压延强度下良好压延的电极。此外，通过使用具有相对高充放电电压的负极活性材料(B)能够防止或最小化由过电压造成的锂沉淀。在优选实施方案中，负极活性材料(A)在O. 05 O. 2V下发挥充放电特性且负极活性材料(B)在O. 2 O. 5V下发挥充放电特性。此外，关于负极活性材料⑶的硬度没有特别限制，只要负极活性材料⑶的硬度大于负极活性材料(A)的硬度即可。在实施方案中，负极活性材料(B)的硬度可以为负极活性材料㈧的硬度的1. 2 5倍。关于满足这些条件的活性材料，优选地，负极活性材料(A)为石墨类活性材料且负极活性材料(B)为碳类活性材料。通常将石墨类活性材料用作负极活性材料且其实例包括天然石墨、经表面处理的石墨、人造石墨等。这些材料大部分具有低氧化/还原水平。因此，发生上述过电压且在物理性质方面,材料软。碳类活性材料可以为不完全石墨化的碳如硬碳或软碳。与石墨相比，碳类活性材料具有相对高的充放电电压且在物理性质方面具有相对高的硬度。作为参考，由于高初始不可逆性和低容量，仅使用碳类活性材料非常困难。在优选实施方案中，负极活性材料(B)可以以相对于活性材料的总重量为大于0% 小于30%的量存在。当负极活性材料以30%的量存在时，容量会下降且材料(B)不有助于在恒定压延强度下的压延。由于上述原因，负极活性材料⑶更优选以相对于活性材料的总重量为O 20%、 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】2010.07.16 KR 10-2010-00688131.一种二次电池用负极,所述负极包含具有相对低充放电电压和相对低硬度的负极活性材料(A)与具有相对高充放电电压和相对高硬度的负极活性材料(B)的组合，其中所述负极活性材料(A)的表面被具有高硬度的碳或其复合材料包覆，且所述负极活性材料⑶的粒度小于由以四配位排列的所述负极活性材料㈧形成的空间的尺寸。2.如权利要求1所述的负极，其中所述负极活性材料(A)和(B)满足如下方程式 r ^ R*0. 225其中R是负极活性材料(A)的粒子半径，且r是负极活性材料(B)的粒子半径。3.如权利要求1所述的负极，其中所述负极活性材料(A)具有O.05V O. 2V的充放电电压，且所述负极活性材料(B)具有O. 2V O. 5V的充放电电压。4.如权利要求1所述的负极，其中所述负极活性材料(B)的硬度为所述负极活性材料(A)的硬度的1.2 5倍。5.如权利要求1所述的负极,其中所述负极活性材料(A)为石墨类活性材料。6.如权利要求1所述的负极,其中所述负极活性材料⑶为碳类活性材料。7.如权利要求1所述的负极，其中相对于所述活性材料的总重量，所述负极活性材料(B)的含量大于0%且小于30%。8.—种二次电池用负极,所述负极包...

【专利技术属性】
技术研发人员：张诚均，张元硕，韩贞敏，朴洪奎，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：
国别省市：