锂离子二次电池用负极的制作方法

本申请要求于2020年10月16日在大韩民国提交的韩国专利申请no.10-2020-0134444的优先权。本发明涉及一种锂离子二次电池用负极以及包括其的二次电池。具体地，本发明涉及一种在电池中可有效地快速充电的负极，以及包括其的二次电池。

背景技术：

1、随着对移动设备的技术发展和需求的增加，对可再充电且可缩小尺寸并具有高容量的二次电池的需求日益增加。近来，二次电池的应用已被实现为用于混合电动车辆(hev)和电动车辆(ev)的电源。因此，已经对能够满足各种需要的二次电池进行了许多研究。特别地，对具有高能量密度、高放电电压和高输出的锂二次电池的需求日益增加。在电动车辆等中使用的锂二次电池需要在短时间内实现高能量密度和高输出，并且需要在包括在高电流下短时间重复充电/放电的苛刻条件下使用10年以上。因此，与传统的紧凑型锂二次电池相比，这种锂二次电池基本上需要具有显著更高的输出特性和长期寿命特性。

2、特别地，最近开发的电动车辆设置有快速充电模式和慢速充电模式以使用户的便利性最大化。实质上需要以相当高的电流密度对高能量密度锂二次电池充电，从而以高倍率对电池充电。另一方面，当以高电流密度对锂离子电池充电时，在负极表面上短期内产生过电压(相对于li/li+<0v)，从而加速锂金属沉积和电解质分解，导致电池寿命的劣化。为了开发即使在快速充电的情况下也不会导致寿命降低的电池，实质上需要开发能够以较高倍率接受锂离子的负极。

3、此外，锂二次电池的基本性能特性如容量、输出和寿命等受到其负极材料的显著影响。为了使电池的性能最大化，负极活性材料需要表现出接近锂金属的电化学反应电势，具有与锂离子反应的高可逆性，并提供锂离子在活性材料中的高扩散速率。作为满足这种需要的材料，经常使用石墨和硅材料。石墨基负极材料的缺点在于它们在充电/放电过程中容易劣化(在天然石墨的情况下)或具有低容量。与含碳材料相比，硅基负极活性材料具有更高的容量，但是在充电/放电过程中经历大的体积变化。为了弥补彼此的缺点，需要考虑将含碳材料与硅材料结合使用。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明旨在解决现有技术的问题，因此本发明旨在提供一种包括具有双层结构的负极活性材料层的负极。本发明还涉及提供一种负极，其中负极活性材料层的上层部分包括满足特定球形度范围的sio作为负极活性材料。同时，从以下详细描述中可以理解本发明的其他目的和优点。此外，将容易理解，本发明的目的和优点可通过所附权利要求中所示的手段及其组合来实现。

3、技术方案

4、根据本发明的一个实施方案，提供了一种锂离子二次电池用负极，其包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含负极活性材料并设置在所述负极集流体的至少一个表面上，

5、其中，所述负极活性材料层包括面向所述集流体表面的下层部分和设置在所述下层部分的顶部上的上层部分，所述下层部分包含作为负极活性材料的石墨，所述上层部分包含作为负极活性材料的石墨和硅氧化物，所述硅氧化物具有0.4至0.8的球形度，并且所述负极活性材料层包含线型导电材料。

6、根据本发明的第二实施方案，提供了如第一实施方案中所限定的锂离子二次电池用负极，其中基于100重量％的负极活性材料，下层部分包含90重量％以上的量的石墨。

7、根据本发明的第三实施方案，提供了如第一或第二实施方案中所限定的锂离子二次电池用负极，其中上层部分包括重量比为70:30至99:1的石墨和硅氧化物。

8、根据本发明的第四实施方案，提供了如第一至第三实施方案中任一项所限定的锂离子二次电池用负极，其中所述硅氧化物包含至少一种由以下化学式1表示的化合物：

9、[化学式1]

10、siox

11、其中x等于或大于0且小于2。

12、根据本发明的第五实施方案，提供了如第四实施方案中所限定的锂离子二次电池用负极，其中为0.5至1.5。

13、根据本发明的第六实施方案，提供了如第一至第五实施方案中任一项所限定的锂离子二次电池用负极，其中所述硅氧化物的粒径(d50)为3至10μm。

14、根据本发明的第七实施方案，提供了如第一至第六实施方案中任一项所限定的锂离子二次电池用负极，其中所述硅氧化物包括分布在所述硅氧化物颗粒的表面、所述硅氧化物颗粒的内部、或所述硅氧化物颗粒的表面和内部的金属，并且所述金属为选自li、mg和al中的至少一种。

15、根据本发明的第八实施方案，提供了如第一至第七实施方案中任一项所限定的锂离子二次电池用负极，其中线型导电材料包括选自单壁碳纳米管(swcnt)、多壁碳纳米管(mwcnt)和石墨烯中的至少一种。

16、根据本发明的第九实施方案，提供了一种锂离子二次电池，其包括如第一至第八实施方案中任一项所限定的负极。

17、有利效果

18、使用本发明的负极的二次电池提供了改善的寿命特性和快速充电特性。

技术特征：

1.一种锂离子二次电池用负极，其包括负极集流体和负极活性材料层，所述负极活性材料层包含负极活性材料并设置在所述负极集流体的至少一个表面上，

2.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用负极，其中，基于100重量％的负极活性材料，所述下层部分包含90重量％以上的量的石墨。

3.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用负极，其中，所述上层部分包含重量比为70:30至99:1的石墨和硅氧化物。

4.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用负极，其中，所述硅氧化物包括至少一种由以下化学式1表示的化合物：

5.根据权利要求4所述的锂离子二次电池用负极，其中，x为0.5至1.5。

6.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用负极，其中，所述硅氧化物的粒径d50为3至10μm。

7.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用负极，其中，所述硅氧化物包含分布在所述硅氧化物颗粒的表面、所述硅氧化物颗粒的内部或所述硅氧化物颗粒的表面和内部的金属，并且所述金属为选自li、mg和al中的至少一种。

8.根据权利要求1所述的锂离子二次电池用负极，其中，所述线型导电材料包括选自单壁碳纳米管(swcnt)、多壁碳纳米管(mwcnt)和石墨烯中的至少一种。

9.一种锂离子二次电池，其包含权利要求1至8中任一项所述的负极。

技术总结
本发明涉及一种锂离子二次电池用负极。所述负极包括负极活性材料层，所述负极活性材料层包括面向集流体表面的下层部分和设置在下层部分的顶部上的上层部分，其中，上层部分包括作为负极活性材料的石墨和硅氧化物，所述硅氧化物具有0.1至0.95的球形度，并且负极活性材料层包括线型导电材料。

技术研发人员：李秀民,朴世美,申善英,李龙珠,崔静贤
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13