用于锂二次电池的负极及包含其的锂二次电池的制作方法

本发明涉及一种用于锂二次电池的负极和包括该负极的锂二次电池。更具体地，本发明涉及包括硅基负极活性物质的负极和包括该负极的锂二次电池。

背景技术：

1、二次电池是可重复充电和放电的电池。锂二次电池具有高工作电压和高单位重量能量密度，并且在充电速度和重量轻方面是有利的。在这方面，锂二次电池已被积极开发并作为电源应用于便携式电子设备，例如移动电话、笔记本电脑等和电动汽车。

2、锂二次电池可包括包括正极、负极和介于正极和负极之间的隔膜的电极组件；电解液(electrolyte)；和容纳电极组件和电解液的外壳(例如，软包(pouch))。负极可包括负极集流体和形成在负极集流体上的负极活性物质层，其中所述负极活性物质层包括能够使锂离子嵌入和脱嵌的负极活性物质和粘合剂。石墨是一种常用的负极活性物质。

3、随着锂二次电池的应用领域扩展至大型电子设备和电动车辆，需要开发具有更高容量的锂二次电池。例如，硅基负极活性物质具有10倍于石墨的理论容量的较高的理论容量，因此已经提出了将硅基负极活性物质用作负极活性物质的技术。

4、然而，由于锂离子的嵌入和脱嵌，硅基负极活性物质发生较大的体积变化。因此，在锂二次电池的运行过程中，负极活性物质可能易于从负极集流体移位(displaced)，从而降低锂二次电池的寿命。

5、本文提供了具有高容量和提高的操作稳定性的用于锂二次电池的负极以及包括该负极的锂二次电池。

技术实现思路

1、一方面，本发明提供了一种用于锂二次电池的负极，其包括：负极集流体；形成在负极集流体上并包含第一粘合剂(binder)的粘着层(adhesive layer)；以及负极活性物质层，其形成在粘着层上并包括负极活性物质和第二粘合剂，该负极活性物质包括多个硅-碳复合颗粒，其中硅-碳复合颗粒包括碳基颗粒，每个碳基颗粒具有多个孔隙和形成在孔隙内的硅涂层。

2、在一个实施方案中，在硅-碳复合颗粒的外表面上也可形成硅涂层。

3、在一个实施方案中，与硅-碳复合颗粒的外表面相比，孔隙包含更大量的硅原子。

4、在一个实施方案中，硅-碳复合颗粒可包括形成在硅涂层表面上的硅氧化物涂层(silicon oxide coating layer)。

5、在一个实施方案中，硅-碳复合颗粒还可包括形成在硅氧化物涂层表面上的碳涂层。

6、在一个实施方案中，硅-碳复合颗粒可包含约30重量％至约50重量％的硅原子。

7、在一个实施方案中，粘着层可包含约80％以上的第一粘合剂。

8、在一个实施方案中，负极活性物质层可包含约80重量％以上的硅-碳复合颗粒。

9、在一个实施方案中，负极活性物质层还可包括重均分子量为约4×105克/摩尔以上且小于约3×106克/摩尔的第一纤维素增稠剂。

10、在一个实施方案中，粘着层任选地还可包括重均分子量大于第一纤维素增稠剂的第二纤维素增稠剂。

11、在一个实施方案中，第二纤维素增稠剂的重均分子量可为约3×106克/摩尔至约6×106克/摩尔。

12、在一个实施方案中，第一纤维素增稠剂的取代度(degree of substitution)可为约0.8至约1.5，第二纤维素增稠剂的取代度可为约0.5至约1。

13、在一个实施方案中，第一粘合剂对负极集流体的粘合力可大于第二粘合剂对负极集流体的粘合力。

14、在一个实施方案中，第二粘合剂的比电阻(specific resistance)可小于第一粘合剂的比电阻。

15、在一个实施方案中，第一粘合剂和第二粘合剂可分别包括第一丁苯橡胶和第二丁苯橡胶，并且与第二丁苯橡胶相比，第一丁苯橡胶包含更高摩尔比的丁二烯衍生单元(butadiene-derived units)。

16、在一个实施方案中，第一丁苯橡胶可包含约55摩尔％至约95摩尔％的丁二烯衍生单元。

17、在一个实施方案中，第二丁苯橡胶可包含约5摩尔％至约50摩尔％的丁二烯衍生单元。

18、在一个实施方案中，负极活性物质层的厚度与粘着层的厚度之比可为约15至约80。

19、在一个实施方案中，粘着层的厚度可为约0.5μm至约5μm，并且负极活性物质层的厚度可为约30μm至约40μm。

20、根据本发明的另一方面，提供了一种锂二次电池，其包括：上述用于锂二次电池的负极；和与该负极相对设置的正极。

21、在一些实施方案中，用于锂二次电池的负极包括负极集流体；负极活性物质层；和在负极集流体与负极活性物质层之间形成的粘着层。负极活性物质层可以包括硅-碳复合颗粒。通过在锂二次电池的负极中包含本文公开的负极活性物质，可以提供具有高容量和改善的寿命特性的锂二次电池。

22、在一些实施方案中，负极活性物质层还可包括重均分子量在预定范围内的纤维素增稠剂。因此，负极活性物质层的硅-碳复合颗粒可以更均匀地分布。此外，通过包括如本文所公开的包含如本文所公开的负极活性物质的负极，可以提供具有低内阻和提高的快速充电性能的锂二次电池。

技术特征：

1.一种用于锂二次电池的负极，其包括：

2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中在所述硅-碳复合颗粒的外表面上也形成硅涂层。

3.根据权利要求2所述的用于锂二次电池的负极，其中与所述硅-碳复合颗粒的外表面相比，所述孔隙包含更大量的硅原子。

4.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述硅-碳复合颗粒还包括形成在所述硅涂层表面上的硅氧化物涂层。

5.根据权利要求4所述的用于锂二次电池的负极，其中所述硅-碳复合颗粒还包括形成在所述硅氧化物涂层表面上的碳涂层。

6.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述硅-碳复合颗粒包含30重量％至50重量％的硅原子。

7.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述粘着层包含80重量％以上的第一粘合剂。

8.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述负极活性物质层包含80重量％以上的所述硅-碳复合颗粒。

9.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述负极活性物质层还包含重均分子量为4×105克/摩尔至3×106克/摩尔的第一纤维素增稠剂。

10.根据权利要求9所述的用于锂二次电池的负极，其中所述粘着层还包含重均分子量大于所述第一纤维素增稠剂的重均分子量的第二纤维素增稠剂。

11.根据权利要求10所述的用于锂二次电池的负极，其中所述第二纤维素增稠剂的重均分子量为3×106克/摩尔至6×106克/摩尔。

12.根据权利要求10所述的用于锂二次电池的负极，其中所述第一纤维素增稠剂的取代度为0.8至1.5，并且所述第二纤维素增稠剂的取代度为0.5至1。

13.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述第一粘合剂对所述负极集流体的粘合力大于所述第二粘合剂对所述负极集流体的粘合力。

14.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述第二粘合剂的比电阻小于所述第一粘合剂的比电阻。

15.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述第一粘合剂和所述第二粘合剂分别包括第一丁苯橡胶和第二丁苯橡胶，并且

16.根据权利要求15所述的用于锂二次电池的负极，其中所述第一丁苯橡胶包含55摩尔％至95摩尔％的丁二烯衍生单元，并且

17.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述负极活性物质层的厚度与所述粘着层的厚度之比为15至80。

18.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的负极，其中所述粘着层的厚度为0.5μm至5μm，并且所述负极活性物质层的厚度为30μm至40μm。

19.根据权利要求10所述的用于锂二次电池的负极，其中所述第一纤维素增稠剂或第二纤维素增稠剂两者之一为cmc或两者均为cmc。

20.一种锂二次电池，其包括：

技术总结
根据本发明的示例性实施方案的用于锂二次电池的负极包括：负极集流体；形成在负极集流体上并包括第一粘合剂的粘着层；以及形成在粘着层上的包括含有硅‑碳复合颗粒的负极活性物质和第二粘合剂的负极活性物质层。该硅‑碳复合颗粒包括含孔隙的碳基颗粒和在孔隙内形成的硅涂层。

技术研发人员：金孝美,金汶成,柳相百,朴多慧,陸承炫,张焕浩,郑光湖,郑多彬,韩俊喜
受保护的技术使用者：SK新能源株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/2/1