锂二次电池用负极及包含其的锂二次电池的制作方法

本公开涉及锂二次电池用负极和包括该负极的锂二次电池。本申请要求基于2021年5月26日提交的韩国专利申请no.10-2021-0067355的优先权，该韩国专利申请的全部内容在此引入作为参考。

背景技术：

1、特别地，随着技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和高工作电位、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。

2、最近，由于锂二次电池用作中大型装置(例如电动车辆)的电源，所以更需要具有高容量、高能量密度和低成本的锂二次电池，并且需要用于电极中的不可逆添加剂以获得更高的不可逆容量。

3、根据这种需求，已经开发了现有的不可逆添加剂，例如li6coo4等。然而，由于不可逆添加剂在结构上不稳定，因此随着二次电池的充电进行，会产生大量的氧气(o2)。因此，在正极中使用高含量的不可逆添加剂在锂二次电池的充电和放电效率方面和安全性方面具有限制。

4、

5、因此，已经努力使用低含量的不可逆添加剂来降低锂二次电池的不可逆性。然而，当以低含量使用不可逆添加剂时，具体地，以基于正极浆料的总重量小于5重量％的少量使用不可逆添加剂时，存在如下问题：难以确保在正极浆料中的分散性，使得锂二次电池的电性能劣化，并且在正极的制造过程中，由于小粒径的不可逆添加剂的散落，损失量增加，使得工艺设计的自由度降低。

6、因此，当使用不可逆添加剂时，需要技术开发来确保不可逆添加剂在正极浆料中的分散性并因此确保锂二次电池的电性能。

7、[相关现有技术文献]

8、[专利文献]

9、韩国专利申请公开10-2016-0037334

技术实现思路

1、[技术问题]

2、本发明的目的是提供一种锂二次电池用负极以及包括该负极的锂二次电池，所述负极能够提高电池寿命，同时提高锂二次电池的初始效率和容量。

3、[技术方案]

4、本发明的技术目的在于解决上述问题，并提供一种锂二次电池用负极，其包括负极集流体和负极混合物层，所述负极混合物层位于所述负极集流体上且包含负极活性材料，其中所述负极活性材料包含碳材料和硅材料，所述碳材料的平均粒径(d50)为1μm～20μm，所述硅材料包括选自由平均粒径(d50)为1μm至20μm的第一硅颗粒、平均粒径(d50)为30nm至500nm的第二硅颗粒组成的组中的一种或多种，并且所述负极混合物层含有基于总重量为40重量％以下的硅元素(si)。

5、负极混合物层可以包含基于总重量为1.5重量％至25重量％的si。

6、碳材料可包括选自天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维中的一种或多种。

7、硅材料可以是纯硅(si)颗粒。

8、负极活性材料可以具有使用碳材料作为基质均匀分散第一硅颗粒或第二硅颗粒的结构，或者可以具有使用碳材料作为基质均匀分散第一硅颗粒的结构并且具有第二硅颗粒部分地吸附在碳材料表面上的形式。

9、负极活性材料可以进一步包括选自由碳纳米管和石墨烯组成的组中的一种或多种碳体，并且所述碳体的平均粒径d50可以为10nm至100nm。

10、当负极活性材料包括所述碳体时，负极活性材料可具有使用碳材料作为基质均匀分散第一硅颗粒的结构并且具有碳体部分或完全吸附在第一硅颗粒表面上的形式。或者，负极活性材料可以具有使用碳材料作为基质均匀分散第一硅颗粒的结构，并且可以具有第二硅颗粒部分地吸附在碳材料表面上的形式，并且具有碳体部分或完全吸附在第一硅颗粒表面上的形式。

11、本技术旨在解决上述问题并提供一种本技术的锂二次电池，其包括：正极，所述正极包括正极集流体和位于所述正极集流体上的包含正极活性材料和正极添加剂的正极混合物层；上述的本技术的负极；以及位于所述正极和所述负极之间的隔膜。

12、正极添加剂可以包括以下化学式1至3表示的锂金属氧化物中的任何一种或多种。

13、[化学式1]

14、lixco(1-y)znyo4

15、[化学式2]

16、lixfeo4

17、[化学式3]

18、lipniqor

19、在化学式1至3中，x和y是4≤x≤7和0≤y≤0.5，并且p、q和r是1.5≤p≤3，0.8≤q≤1.2和2≤r≤4。

20、基于正极混合物层的总重量，正极添加剂的含量可以是1重量％以下。

21、正极活性材料可以包括化学式4表示的锂镍金属氧化物：

22、[化学式4]

23、lia[nibcocmndm1e]of

24、在化学式4中，m1表示选自w、cu、fe、v、cr、ti、zr、zn、al、in、ta、y、la、sr、ga、sc、gd、sm、ca、ce、nb、mg、b和mo中的至少一种元素，并且a，b，c，d，e和f分别为1.0≤a≤1.30，0.1≤b<1，0<c≤0.5，0<d≤0.5，0≤e≤0.2和1.5≤f≤5。

25、[有利效果]

26、本技术的锂二次电池用负极包括负极活性材料，所述负极活性材料包含碳材料和硅材料，包含特定含量的硅元素(si)，并且具有控制了每种材料的尺寸的形式和/或结构，使得可以改善负极的充电/放电容量和效率、抑制在充电和放电期间负极活性材料和电解质之间的副反应、同时解决由于负极活性材料的膨胀和收缩导致的负极混合物层剥离的问题。

27、此外，由于本技术的锂二次电池包括含有特定正极活性材料和正极添加剂的正极以及所述负极以进一步改善电池的初始充电/放电效率和容量，因此存在电池的电性能优异的优点。

技术特征：

1.一种锂二次电池用负极，其包括：

2.如权利要求1所述的负极，其中，所述负极混合物层包含基于总重量为1.5重量％至25重量％的si。

3.如权利要求1所述的负极，其中，所述碳材料包括选自天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑和碳纤维中的一种或多种。

4.如权利要求1所述的负极，其中，所述硅材料是硅(si)颗粒。

5.如权利要求1所述的负极，其中，所述负极活性材料具有使用所述碳材料作为基质均匀分散所述第一硅颗粒或所述第二硅颗粒的结构。

6.如权利要求1所述的负极，其中，所述负极活性材料具有使用所述碳材料作为基质均匀分散所述第一硅颗粒的结构，并且具有所述第二硅颗粒部分地吸附在所述碳材料的表面上的形式。

7.如权利要求1所述的负极，其中：

8.如权利要求7所述的负极，其中，所述负极活性材料具有使用所述碳材料作为基质均匀分散所述第一硅颗粒的结构，并且具有所述碳体部分或完全吸附在所述第一硅颗粒的表面上的形式。

9.如权利要求7所述的负极，其中，所述负极活性材料具有使用所述碳材料作为基质均匀分散所述第一硅颗粒的结构，具有所述第二硅颗粒部分地吸附在所述碳材料的表面上的形式，并且具有所述碳体部分或完全吸附在所述第一硅颗粒的表面上的形式。

10.一种锂二次电池，其包括：

11.如权利要求10所述的锂二次电池，其中，所述正极添加剂包括以下化学式1至3表示的锂金属氧化物中的任一种或多种：

12.如权利要求10所述的锂二次电池，其中，基于所述正极混合物层的总重量，所述正极添加剂的含量为1重量％以下。

13.如权利要求10所述的锂二次电池，其中，所述正极活性材料包括以下化学式4表示的锂镍金属氧化物：

技术总结
本发明涉及一种锂二次电池用负极和包括该负极的锂二次电池，其中所述负极包括负极活性材料，所述负极活性材料包含碳材料和硅材料、包含特定含量的硅元素(Si)、并且具有控制了每种材料的尺寸的预定形式和/或结构，因此可以提高负极的充电/放电容量和效率，抑制充电和放电期间负极活性材料和电解质之间的副反应，同时解决由于负极活性材料的膨胀和收缩而导致的负极混合物层剥离的问题。此外，由于本发明的锂二次电池包括所述负极和含有特定正极活性材料和正极添加剂的正极，可以以进一步改善电池的初始充电/放电效率和容量，因此电池的电性能优异。

技术研发人员：李秀民,吴相丞,金惠显,赵治皓
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