负极及包含其的二次电池的制作方法

本发明涉及负极和包含其的二次电池。本发明要求2021年12月24日在韩国提交的韩国专利申请no.10-2021-0187852的优先权，其公开内容通过引用并入本文。

背景技术：

1、随着技术的发展和对移动设备需求的增加，对作为能源的二次电池的需求也正在增加，因此对能够满足各种需求的电池进行了积极的研究。特别是可充电二次电池和高能量密度的锂二次电池的开发受到关注。近来，在二次电池的开发中，对确保稳定性有很大的兴趣。

2、锂二次电池的结构包括：电极组件，所述电极组件具有各自包含涂覆在电极集流体上的活性材料的正极和负极，以及位于两个电极之间的多孔隔膜；以及注入电极组件中的含锂盐的电解质。

3、在这样的锂二次电池中，锂离子在正极和负极的两个电极之间往复运动，在初次充电时从正极活性材料中脱嵌的同时嵌入负极活性材料中，然后在随后的放电中脱嵌。锂二次电池通过上述过程传输能量，从而能够再充电。由于负极活性材料影响锂二次电池的基本特性，而导电材料具有改善负极活性材料的导电性的效果，因此对负极活性材料进行了深入研究以改善二次电池的基本特性。

4、同时，由于例如短路、超过可接受电流和电压的过充电状态、暴露于高温、跌落造成的冲击等异常运行条件，锂二次电池可能会引起爆炸或起火。因此，积极开展研究以通过各种方法提高目前生产的二次锂电池的安全性，例如电池的结构设计、电解质和隔膜性能的改进以及电池部件安全性的确保等。然而，在目前的技术水平下，对隔膜的研究已经实现了防止正极和负极之间短路的功能，但仍需要对负极活性材料进行研究和开发以提高安全性。

5、同时，与常规的电极相比，使用锂钛氧化物(lto)材料的lto负极在充电/放电过程中表现出更高的效率，因此作为下一代负极材料受到积极研究。然而，由于lto的导电率低，因此难以商业化。因此，仍需要对使用lto材料的lto负极进行研究，从而提高电池的稳定性，同时使lto负极具有改善的导电性。

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明旨在解决相关技术的问题，因此本发明旨在提供一种二次电池用负极，其保证稳定性同时提供优异的电化学性能。

3、本发明还旨在提供具有改善的导电性和充电/放电效率的二次电池用负极，以及使用所述负极的二次电池。

4、此外，本发明旨在提供具有改善的针对内部短路的稳定性的lto负极，以及使用所述负极的二次电池。

5、技术方案

6、在本发明的一个方面，其提供了以下任何一个实施方式所述的负极。

7、根据本发明的第一实施方式，提供了一种负极，所述负极包含：

8、集流体；设置在所述集流体的至少一个表面上的第一负极活性材料层；以及设置在所述第一负极活性材料层上的第二负极活性材料层，其中，所述第二负极活性材料层包含锂钛氧化物(lto)和单壁碳纳米管(swcnt)，所述第一负极活性材料层包含锂钛氧化物(lto)以外的负极活性材料，并且所述第二负极活性材料层的负载量为0.1mah/cm2以下。

9、根据本发明的第二实施方式，提供了如第一实施方式所定义的负极，其中，所述第二负极活性材料层的负载量为0.01～0.1mah/cm2。

10、根据本发明的第三实施方式，提供了如第一或第二实施方式所定义的负极，其中，所述第二负极活性材料层的厚度为3μm以下。

11、根据本发明的第四实施方式，提供了如第一至第三实施方式中的任一项所定义的负极，其中，所述第二负极活性材料层的厚度相当于第一负极活性材料层和第二负极活性材料层的总厚度的1～5％。

12、根据本发明的第五实施方式，提供了如第一至第四实施方式中的任一项所定义的负极，其中，所述单壁碳纳米管的长度为1～30μm。

13、根据本发明的第六实施方式，提供了如第一至第五实施方式中的任一项所定义的负极，其中，所述单壁碳纳米管的与其纵向方向正交的截面的平均直径为2～100nm，并且bet比表面积为500～1600m2/g。

14、根据本发明的第七实施方式，提供了如第一至第六实施方式中的任一项所定义的负极，其中，所述单壁碳纳米管的含量占第二负极活性材料层的总重量的0.01～3重量％。

15、根据本发明的第八实施方式，提供了如第一至第七实施方式中的任一项所定义的负极，其中，所述第一负极活性材料层包含碳类活性材料、硅类活性材料或其混合物。

16、根据本发明的第九实施方式，提供了一种二次电池，其包含正极、负极和设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，其中，所述负极与第一至第八实施方式中的任一项所定义的相同。

17、根据本发明的第十实施方式，提供了如第九实施方式所定义的二次电池，所述二次电池为锂二次电池。

18、有益效果

19、本发明的一个实施方式的负极能够为二次电池提供显著改善的电化学性能和稳定性。

20、本发明的一个实施方式的负极具有改善的导电性，因此为电池提供改善的充电/放电效率。

21、本发明的一个实施方式的负极包含具有至少两个活性材料层的负极，其中，含有锂钛氧化物的活性材料层组合包含作为导电材料的单壁碳纳米管，因此即使活性材料的含量很少也能够提供足够的导电性。

22、本发明的一个实施方式的负极为二次电池提供显著改善的针对内部短路的稳定性。

23、在完全充电状态下发生短路时，由于含锂钛氧化物的活性材料层中的锂离子脱嵌，本发明的一个实施方式的负极的导电性迅速下降，导致负极的电阻增加，由此改善了针对短路的稳定性。

24、本发明的一个实施方式的负极和使用所述负极的二次电池的特性不限于上述特性，并且本发明的效果不限于上述效果。

技术特征：

1.一种负极，其包含：

2.如权利要求1所述的负极，其中，所述第二负极活性材料层的负载量为0.01mah/cm2～0.1mah/cm2。

3.如权利要求1所述的负极，其中，所述第二负极活性材料层的厚度为3μm以下。

4.如权利要求1所述的负极，其中，所述第二负极活性材料层的厚度相当于所述第一负极活性材料层和所述第二负极活性材料层的总厚度的1％～5％。

5.如权利要求1所述的负极，其中，所述单壁碳纳米管的长度为1μm～30μm。

6.如权利要求1所述的负极，其中，所述单壁碳纳米管的与其纵向方向正交的截面的平均直径为2nm～100nm，并且bet比表面积为500m2/g～1600m2/g。

7.如权利要求1所述的负极，其中，所述单壁碳纳米管的含量占所述第二负极活性材料层的总重量的0.01重量％～3重量％。

8.如权利要求1所述的负极，其中，所述第一负极活性材料层包含碳类活性材料、硅类活性材料或其混合物。

9.一种二次电池，其包含正极、负极和设置在所述正极和所述负极之间的隔膜，其中，所述负极如权利要求1至8中任一项所述。

10.如权利要求9所述的二次电池，所述二次电池为锂二次电池。

技术总结
本发明涉及一种负极及包含其的二次电池。所述负极包含：集流体、设置在所述集流体的至少一个表面上的第一负极活性材料层，以及设置在所述第一负极活性材料层上的第二负极活性材料层。特别地，第二负极活性材料层包含锂钛氧化物(LTO)和单壁碳纳米管(SWCNT)，第一负极活性材料层包含锂钛氧化物(LTO)以外的负极活性材料，并且第二负极活性材料层的负载量为0.1mAh/cm<supgt;2</supgt;以下。

技术研发人员：林佳贤,李昌周,文日载,禹相昱,李龙珠,金东明,金帝映
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：2024/3/4