[发明专利]用于锂二次电池的负极及包含其的锂二次电池

说明书

本发明提供了一种用于锂二次电池的负极以及包括该负极的锂二次电池，该用于锂二次电池的负极包括：集流体；设置在集流体上并包含硅基活性物质、第一石墨基活性物质和线状导电材料的第一负极活性物质层；以及设置在第一负极活性物质层上并包含第二石墨基活性物质的第二负极活性物质层，其中第一石墨基活性物质在至少一部分表面上具有碳涂层。

技术领域

本发明涉及一种用于锂二次电池的负极和一种包括该负极的锂二次 电池。

背景技术

最近，由于全球变暖的问题，为了应对该问题，对环境友好型技术 的需求迅速增加。特别地，随着对电动车辆和能量存储系统(ESS)的技术 需求的增加，对作为能量存储装置的锂二次电池的需求正在激增。因此， 正在进行改善锂二次电池的能量密度的研究。

然而，虽然之前商业化的锂二次电池通常使用例如天然石墨和人造 石墨之类的石墨活性物质，但是由于石墨的理论容量低(372mAh/g)，电 池具有低的能量密度，因此，正在进行通过开发一种新的负极材料来提 高能量密度的研究。

作为一种解决方案，出现了一种具有高理论容量(3580mAh/g)的Si基 材料。然而，由于反复充电和放电过程中的体积膨胀大(～400％)，因此Si 基材料本身具有电池寿命特性劣化的缺点。因此，作为解决Si材料的体积 膨胀大的问题的方法，已经开发了与Si相比具有低体积膨胀率的SiO_x材料。 然而，存在以下问题：由于Si基材料和电解液的副反应导致界面电阻增加 且寿命特性劣化，以及由于体积膨胀而导致电极粘合强度降低，因此存在应用上的限制。

发明内容

本发明的一个实施方案涉及通过将硅基材料设置在电极的下层(活性 物质层)中并将石墨基活性物质设置在与具有高表面积的电解液实质上接 触的上层来减少硅基材料和电解液的副反应。

通过使用CNT(碳纳米管)导电材料来防止活性物质由于硅基材料的 体积膨胀而分离(isolation)，确保整个负极的容量并且还保持电化学路径。

本发明的另一个实施方案涉及通过在下层中设置具有改进的粘合性 能的石墨基活性物质来改善集流体和电极活性物质层之间的剥离 (desorption)。

在一个总体方面，一种用于锂二次电池的负极包括：集流体；设置 在集流体上并包括硅基活性物质、第一石墨基活性物质和线状导电材料 的第一负极活性物质层；和设置在第一负极活性物质层上并包含第二石 墨基活性物质的第二负极活性物质层，其中第一石墨基活性物质在至少 一部分表面上具有碳涂层。

第一石墨基活性物质可以为人造石墨或人造石墨与天然石墨的混合 物。

可以以1:9至4:6的重量比包含硅基活性物质和第一石墨基活性物质。

包含在第一石墨基活性物质上的碳涂层可以由硬碳、软碳、重油或 沥青形成。

线状导电材料可以为碳纳米管(CNT)并且含量可以为相对于第一负 极活性物质层的总重量的0.1-1重量％。

第一负极活性物质层可以满足以下关系式1:

[关系1]

0.2A₁/A₂(％)1.7

其中A₁为线状导电材料的含量(重量份)，A₂为硅基活性物质的含量 (重量份)，A₁/A₂为线状导电材料的含量与硅基活性物质的含量的百分比 (％)。

第二负极活性物质层可以不包括硅基活性物质，并且第二石墨基活 性物质可以为人造石墨并且可以不包括碳涂层。

第二负极活性物质可以不包括导电材料。