复合负极活性材料、其制备方法和负极技术

提供了一种复合负极活性材料、其制备方法和负极。所述复合负极活性材料具有：第一碳基材料；以及第二碳基材料，位于第一碳基材料的表面上，其中，第一碳基材料的颗粒直径和第二碳基材料的颗粒直径彼此不同。

Composite negative active material, preparation method and negative electrode

【技术实现步骤摘要】
复合负极活性材料、其制备方法和负极本申请要求于2017年12月22日在韩国知识产权局提交的第10-2017-0178736号韩国专利申请的权益，该韩国专利申请的公开内容通过引用全部包含于此。
本公开涉及一种用于锂二次电池的负极活性材料、包括其的负极和包括负极的锂二次电池。
技术介绍
锂电池被用作用于诸如摄像机、移动电话、膝上型电脑等的便携式电子装置的电源。例如，可再充电锂二次电池能够高速充电，并且具有现有的铅蓄电池、镍镉电池、镍金属氢电池和镍锌电池的每单位重量的能量密度的三倍的每单位重量的能量密度。锂二次电池通过锂离子的氧化反应和还原反应来产生电能，所述锂离子在有机电解质溶液或聚合物电解质溶液填充在包括能够嵌入和脱嵌锂离子的活性材料的正极与负极之间的状态下在正极和负极中嵌入/脱嵌。用于锂二次电池的负极活性材料的代表性示例是诸如石墨的碳基材料。因为这样的碳基材料允许锂离子嵌入电池中并允许锂离子以稳定的状态存在，所以其在电池安全性方面是优异的。本领域常用的碳基材料包括天然石墨和人造石墨。尽管天然石墨具有高密度和高容量，但是天然石墨的容量保持特性在充电期间由于膨胀出现的破裂而劣化，因此，主要使用人造石墨。近来，已经尝试通过以下方法来防止在充电期间由于体积膨胀而导致的人造石墨的破裂：精细地精炼石墨颗粒并将所述颗粒与粘合剂混合以形成基体石墨材料，然后通过在基体石墨材料上形成额外的涂层。然而，尚未充分地实现体积膨胀抑制和寿命特性的改善。因此，需要抑制体积膨胀且具有改善的输出和速率特性的负极活性材料。
技术实现思路
一个或更多个实施例包括具有抑制的体积膨胀以及改善的输出和速率特性的复合负极活性材料。一个或更多个实施例包括包含所述复合负极活性材料的负极。一个或更多个实施例包括包含所述负极的锂二次电池。一个或更多个实施例包括制备所述复合负极活性材料的方法。额外的方面将在随后的描述中进行部分地阐述，并且部分地通过描述将是明显的，或者可以通过给出的实施例的实践来获知。根据一个或更多个实施例，复合负极活性材料包括：第一碳基材料；以及第二碳基材料，位于第一碳基材料的表面上，其中，第一碳基材料的颗粒直径和第二碳基材料的颗粒直径彼此不同，第二碳基材料具有范围在100MPa至150MPa内的颗粒强度和范围在1.5GPa至4GPa内的杨氏模量。根据一个或更多个实施例，制备复合负极活性材料的方法包括以下步骤：(a)混合第一碳基初始颗粒以形成混合物，并将所述混合物团聚以形成第一碳基二次颗粒；以及(b)烧结第一碳基二次颗粒和第二碳基初始材料的混合物以形成复合负极活性材料。根据一个或更多个实施例，负极包括复合负极活性材料。根据一个或更多个实施例，锂二次电池包括负极。附图说明通过以下结合附图对实施例的描述，这些和/或其它方面将变得明显且更容易理解，在附图中：图1是示出人造石墨二次颗粒的第一碳基材料的扫描电子显微镜(SEM)图像；图2是示出高强度和高输出的人造石墨初始颗粒的第二碳基材料的SEM图像；图3是示出将第一碳基材料和第二碳基材料彼此结合的复合负极活性材料的SEM图像；图4是示出在袋型电池的25次充电和放电循环之后的根据示例2以及对比示例7至对比示例12制备的袋型电池的膨胀率的图；图5是示出根据示例2以及对比示例7至对比示例12制备的袋型电池的容量特性的图；以及图6是根据实施例的锂二次电池的结构的示意图。具体实施方式在下文中，将参照附图详细地描述根据本公开的实施例的用于锂二次电池的负极活性材料和包括其的锂二次电池。给出的实施例可以具有不同的形式，并且不应被解释为局限于在此阐述的描述。本公开仅被限定在权利要求的范围内。如本说明书中使用的术语“复合”指不是仅仅将具有不同性质的多种组分混合且物理接触的状态，而是组分通过机械化学反应、电化学反应和/或化学反应而具有经由简单的混合工艺不能达到的特定结合关系的状态。例如，术语“复合负极活性材料”指作为通过机械化学反应、电化学反应和/或化学反应获得的结果的负极活性材料。贯穿说明书，当部分“包括”元件(要素)时，除非另外描述，否则还可以包括另一元件(要素)，而不排除其它的元件(要素)的存在。贯穿说明书，可以使用术语“第一”、“第二”等来描述具有不同性质的多个组件。根据本公开的方面，提供了一种复合负极活性材料，所述复合负极活性材料包括：第一碳基材料；以及第二碳基材料，位于第一碳基材料的表面上，其中，第一碳基材料和第二碳基材料彼此不同，第二碳基材料具有范围在100MPa至150MPa内的颗粒强度和范围在1.5GPa至4GPa内的杨氏模量。这里，颗粒强度指通过将颗粒的挤压力除以材料的截面面积而获得的值，并由<式1>表示：<式1>颗粒强度＝a×P/π(d/2)2(其中，a＝2.8；P＝施加力(N)；d＝颗粒直径(μm))杨氏模量值指压力-应力曲线中的初始斜率值，并由<式2>表示：<式2>杨氏模量(E)＝应力/应变度＝σ/ε＝(P/A)/(dl/l0)(其中，σ＝应力；ε＝应变度；P＝施加力(N)；A＝面积；dl＝样品的伸长长度；l0＝样品的初始长度)。颗粒强度和杨氏模量均用作表示颗粒的物理强度的指标。当具有范围在100MPa至150MPa内的颗粒强度和范围在1.5GPa至4GPa内的杨氏模量的第二碳基材料位于第一碳基材料的表面上时，可以有效地控制第一碳基材料在充电期间的膨胀。因此，可以防止复合负极活性材料在充电和放电期间的破裂，从而改善循环特性和寿命特性。在根据实施例的复合负极活性材料中，第一碳基材料可以具有范围在15MPa至40MPa内的颗粒强度和范围在0.1GPa至0.4GPa内的杨氏模量。根据实施例，第一碳基材料可以包括范围在15μm至30μm内的中值颗粒直径(D50)的人造石墨。这里，中值颗粒直径D50被定义为相对于颗粒的颗粒直径分布中的50％积累的颗粒直径。当第一碳基材料的中值颗粒直径D50在以上范围内时，可以增大通过使用包括第一碳基材料的负极活性材料形成的负极的密度，从而改善包括该负极的锂二次电池的放电容量和循环特性。当第一碳基材料的中值颗粒直径D50在以上范围内时，通过使用作为负极活性材料的第一碳基材料制备的锂二次电池(半电池型)可以具有范围在355mAh/g至365mAh/g内的容量(例如，在此的放电容量)。在一个实施例中，第一碳基材料可以包括通过多个人造石墨初始颗粒的团聚而形成的人造石墨二次颗粒。人造石墨二次颗粒是初始颗粒的团聚体，因此，也可以包括存在于初始颗粒之中的间隙。由于初始颗粒之中存在的这样的间隙，二次颗粒可以增大与锂离子接触的表面积，因此，可以改善容量特性。第一碳基材料可以具有高容量和高密度特性，这样的高容量和高密度特性可以通过X射线衍射分析和球团密度的测量来识别。第一碳基材料可以具有如通过X射线衍射分析测量的范围在0.3355nm至0.3360nm内的(002)面间距(d002)，并具有范围在1.65g/cc至2.0g/cc内的球团密度。根据(002)面间距(d002)的值，发现第一碳基材料具有高结晶度，根据球团密度的值，发现第一碳基材料具有高密度特性和优异的轧制性质。因此，通过使用包括第一碳基材料的复合负极活性材料制备的负极可本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种复合负极活性材料，所述复合负极活性材料包括：第一碳基材料；以及第二碳基材料，位于第一碳基材料的表面上，其中，第一碳基材料的颗粒直径和第二碳基材料的颗粒直径彼此不同。

【技术特征摘要】
2017.12.22 KR 10-2017-01787361.一种复合负极活性材料，所述复合负极活性材料包括：第一碳基材料；以及第二碳基材料，位于第一碳基材料的表面上，其中，第一碳基材料的颗粒直径和第二碳基材料的颗粒直径彼此不同。2.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第一碳基材料具有范围在15MPa至40MPa内的颗粒强度以及范围在0.1GPa至0.4GPa内的杨氏模量。3.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第一碳基材料具有范围在15μm至30μm内的中值颗粒直径。4.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第一碳基材料包括通过多个人造石墨初始颗粒的团聚形成的人造石墨二次颗粒。5.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第二碳基材料包括具有范围在3μm至7μm内的中值颗粒直径的人造石墨初始颗粒。6.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第二碳基材料的X射线衍射的(002)面的峰强度与(110)面的峰强度的比在30至80的范围内。7.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第二碳基材料覆盖第一碳基材料的所述表面的至少一部分。8.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第二碳基材料以岛形式设置在第一碳基材料的所述表面上。9.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第一碳基材料与第二碳基材料的重量比在95:5至80:20的范围内。10.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，第一碳基材料的石墨化度高于第二碳基材料的石墨化度。11.根据权利要求1所述的复合负极活性材料，其中，复合负极活性...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴世英，金炫撤，苏贤，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR