负极、其制造方法以及包含其的二次电池技术

本发明专利技术提供一种负极，所述负极包含：负极集电器；和形成在所述负极集电器上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包含含有硅基活性材料和碳基活性材料的负极活性材料、粘合剂和单壁碳纳米管聚集体。基于所述负极活性材料层中100重量份的所述硅基活性材料，所述单壁碳纳米管聚集体的含量为0.05重量份～0.37重量份。份。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极、其制造方法以及包含其的二次电池


[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2019年8月5日提交的韩国专利申请10
‑
2019
‑
0095020号的优先权和权益，通过参考将其公开内容以其整体并入本文中。
[0003]

[0004]本专利技术涉及一种负极、其制造方法和包含其的二次电池。

技术介绍

[0005]近来，随着使用电池的电子装置如移动电话、笔记本计算机和电动车辆的快速普及，对尺寸小、重量轻且容量相对高的二次电池的需求一直在急剧增加。特别地，锂二次电池由于重量轻且能量密度高，所以作为便携式装置的驱动电源而成为了焦点。因此，已经对改善锂二次电池的性能持续进行了研究和开发的尝试。
[0006]锂二次电池通常包含正极、负极、设置在正极与负极之间的隔膜、电解质、有机溶剂等。另外，在正极和负极中，可以在集电器上形成包含正极活性材料或负极活性材料的活性材料层。通常，将含锂的金属氧化物如LiCoO2、LiMn2O4等用作正极中的正极活性材料，并将碳基活性材料、硅基活性材料等用作负极中的负极活性材料。
[0007]在负极活性材料中，硅基活性材料由于其容量为碳基活性材料的容量的约10倍而引起了极大关注，并且由于其容量高而具有即使薄的电极也能够实现高能量密度的优点。然而，硅基负极活性材料由于存在以下问题而未经常使用：由于充电和放电而发生体积膨胀，活性材料粒子由于体积膨胀而破裂/损坏，因此，寿命特性劣化。
[0008]特别地，在硅基活性材料的情况下，由于充电和放电而发生的体积膨胀/收缩导致活性材料之间的电断开，因此锂可能无法顺利地嵌入/脱嵌出硅基活性材料，导致硅基活性材料的寿命迅速劣化。
[0009]因此，需要开发一种在实现硅基活性材料的高容量和高能量密度的同时具有改善的寿命特性的二次电池。
[0010]韩国未审查的专利公布10
‑
2017
‑
0074030号涉及一种锂二次电池用负极活性材料、其制备方法和包含其的锂二次电池，并且公开了包含多孔硅
‑
碳复合材料的负极活性材料，但是在解决上述问题方面仍存在局限性。
[0011]现有技术文献
[0012][专利文献][0013]韩国未审查的专利公布10
‑
2017
‑
0074030号

技术实现思路

[0014][技术问题][0015]本专利技术旨在提供一种使用硅基活性材料和碳基活性材料两者的负极，其中使用特定量的单壁碳纳米管聚集体，由此即使当由于活性材料的充电和放电而发生体积膨胀/收
缩时，也能够保持活性材料之间的电连接，并且改善了负极和二次电池的寿命特性。
[0016]本专利技术还旨在提供一种制造上述负极的方法。
[0017]本专利技术还旨在提供一种包含上述负极的二次电池。
[0018][技术方案][0019]本专利技术的一个方面提供一种负极，所述负极包含：负极集电器；和形成在所述负极集电器上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包含含有硅基活性材料和碳基活性材料的负极活性材料、粘合剂和单壁碳纳米管聚集体，其中基于所述负极活性材料层中100重量份的所述硅基活性材料，所述单壁碳纳米管聚集体的含量为0.05重量份～0.37重量份。
[0020]本专利技术的另一个方面提供一种制造负极的方法，所述方法包括如下步骤：将包含硅基活性材料和碳基活性材料的负极活性材料、粘合剂、单壁碳纳米管聚集体和重均分子量为800,000～1,600,000的第一羧甲基纤维素添加到第一溶剂中并进行混合以制备负极浆料；以及用所述负极浆料涂布负极集电器并对所述负极浆料进行干燥，其中基于100重量份的所述硅基活性材料，以0.05～0.37重量份的量混合所述单壁碳纳米管聚集体。
[0021]本专利技术的又一个方面提供一种二次电池，所述二次电池包含：上述负极；设置在负极与正极之间的隔膜；和电解质。
[0022][有益效果][0023]根据本专利技术的负极包含含有硅基活性材料和碳基活性材料的负极活性材料，并且包含特定量的单壁碳纳米管聚集体。特定量的单壁碳纳米管聚集体由于其纤维长度长且导电性高而能够在负极活性材料层中形成稳定的导电网络，因此即使当负极活性材料因充电和放电而发生体积膨胀/收缩时，也能够保持活性材料之间的电连接，从而改善负极和二次电池的寿命特性。
具体实施方式
[0024]在本说明书和权利要求书中使用的术语和词语不应被解释为限于常用的含义或词典中的含义，而应在专利技术人能够适当定义术语的概念以最佳方式描述本专利技术的原则的基础上解释为与本专利技术的技术范围相一致的含义和概念。
[0025]此处提供的术语仅用于描述特定的实施方案，而无意限制本专利技术。除非上下文另外明确指出，否则单数形式的“一个”、“一种”和“所述”也意图包括复数形式。
[0026]应当理解，本文中使用的术语“包括”、“包含”和/或“具有”用于明确所述特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或其组合的存在，但不排除存在或添加一种或多种其他的特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或其组合。
[0027]在本专利技术中，平均粒径(D
50
)可以定义为对应于粒径分布曲线中累积体积为50％的粒径。可以使用例如激光衍射法来测量平均粒径(D
50
)。激光衍射法通常能够测量从亚微米级到几毫米范围内的粒径，并且可以获得具有高再现性和高分辨率的结果。
[0028]下文中，将详细描述本专利技术。
[0029]<负极>
[0030]本专利技术提供一种负极，特别地，提供一种锂二次电池用负极。
[0031]根据本专利技术的负极包含：负极集电器；和形成在所述负极集电器上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包含含有硅基活性材料和碳基活性材料的负极活性材料、粘合
剂和单壁碳纳米管(SWCNT)聚集体，并且基于所述负极活性材料层中100重量份的所述硅基活性材料，所述SWCNT聚集体的含量为0.05重量份～0.37重量份。
[0032]通常，负极活性材料由于对其进行充电和放电而发生体积膨胀/收缩，因此，相互接触的活性材料之间会发生电短路，从而导致负极的寿命迅速劣化。在根据本专利技术的负极中，当使用包含硅基活性材料和碳基活性材料的负极活性材料作为组分时，使用特定量的SWCNT聚集体。SWCNT聚集体可以具有长的纤维长度和高的导电性，并且可以形成使得在负极活性材料层中保持活性材料之间的电连接的导电网络。因此，因为通过SWCNT聚集体形成了导电网络，所以即使当负极活性材料发生体积膨胀/收缩时，根据本专利技术的负极也可以继续保持硅基活性材料和/或碳基活性材料之间的电连接，从而明显改善负极和二次电池的寿命特性。
[0033]此外，因为根据本专利技术的负极在负极活性材料层中包含特定量的SWCNT聚集体，所以可以稳定且充分地形成导电网络，从而改善负极的寿命特性本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极，所述负极包含：负极集电器；和形成在所述负极集电器上的负极活性材料层，所述负极活性材料层包含含有硅基活性材料和碳基活性材料的负极活性材料、粘合剂和单壁碳纳米管聚集体，其中基于所述负极活性材料层中100重量份的所述硅基活性材料，所述单壁碳纳米管聚集体的含量为0.05重量份～0.37重量份。2.根据权利要求1所述的负极，其中所述单壁碳纳米管聚集体为通过聚集两个以上的单壁碳纳米管单体而形成的二次结构。3.根据权利要求1所述的负极，其中所述硅基活性材料包含选自以下中的至少一种：Si、硅基氧化物、Si
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金属合金和硅
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碳复合材料。4.根据权利要求1所述的负极，其中所述碳基活性材料为选自以下中的至少一种：人造石墨、天然石墨、硬碳、软碳、炭黑、乙炔黑、科琴黑、Super P、石墨烯和纤维状碳。5.根据权利要求1所述的负极，其中所述单壁碳纳米管聚集体在所述负极活性材料层中的含量为0.008重量％～0.055重量％。6.根据权利要求1所述的负极，其中所述负极活性材料以1:99～30:70的重量比包含所述硅基活性材料和所述碳基活性材料。7.根据权利要求1所述的负极，其中所述负极活性材料在所述负极活性材料层中的含量为70重量％～99重量％。8.根据权利要求1所述的负极，其中所述单壁碳纳米管聚集体具有3μm～20μm的平均长度。9.根据权利要求1所述的负极，其中所述单壁碳纳米管聚集体具有3nm～2...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴一根，金帝映，李龙珠，柳正宇，申善英，金睿邻，金泰坤，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：