[发明专利]锂二次电池用负极组合物和使用其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池用负极组合物和使用其的锂二次电池。更特别地，本发明涉及一种锂二次电池用负极组合物以及具有其的锂二次电池，所述锂二次电池用负极组合物包含特定的导电材料和具有含特定材料的壳的负极活性材料以确保改善的寿命特性。

背景技术

各种电解质用于近来广泛应用的电化学装置、锂二次电池、电解质电容器、电双层电容器和电致变色显示装置、以及用于未来商业化的各种研究的染料敏化太阳能电池中。电解质的重要性与日俱增。

特别地，锂二次电池因为其高能量密度和长循环寿命而吸引了最多关注。通常，锂二次电池包含由碳材料和锂金属合金制成的负极、由锂金属氧化物制备的正极、和通过将锂盐溶于有机溶剂中而制备的电解质。

最初，将锂金属用于锂二次电池的负极。然而，因为锂具有低可逆性和低安全性的问题，所以目前通常将碳材料用作锂二次电池的负极活性材料。与锂相比，碳材料具有低容量，但有利的是其具有优异的可逆性和低价格。

然而，因为锂二次电池的应用增加，所以对高容量锂二次电池的需求也增加。因此，需要可代替具有低容量的碳材料的高容量负极活性材料。为了满足该需要，尝试使用具有比含碳材料更高的充放电容量并且能够与锂电化学合金化的金属，例如Si和Sn。

然而，伴随锂的充放电，这种金属基负极活性材料具有严重的体积变化，从而导致金属基负极活性材料断裂或粉碎。因此，当重复充放电循环时，金属基负极活性材料显示容量的突然下降和更短的循环寿命。

为了解决上述问题，尝试使用金属如Si和Sn的化合物，也就是说其氧化物或合金作为负极活性材料。然而，若使用金属的氧化物和合金，尽管与仅使用金属作为负极活性材料的情况相比，改善了寿命特性和体积膨胀防止效果，但仍然不能解决如负极活性材料的粉碎以及与电解液的连续副反应的问题。因此，上述方法不是对上述问题的根本解决办法。

已经进行了新的尝试以通过借助于化学气相沉积或热处理如碳化用碳涂覆金属基负极活性材料来改善寿命特性。然而，这些方法伴随高温且在金属基活性材料的情况下，存在原料的结构特征或电化学性能可能随进行热处理的温度而变化的可能性。

另外，当制备负极组合物时，导电材料和负极活性材料的分散程度大大有助于改善电池的性能。通常，导电材料使用平均直径为30至100nm且比表面积为约1,400m²/g的球形导电碳细粒，但因为其尺寸小且比表面积大，这种导电材料难以分散。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种锂二次电池用负极活性材料，其通过控制体积膨胀和防止与电解液的副反应而具有优异的循环寿命特性。

本发明的另一目的是提供一种通过改善导电材料在负极组合物中的分散性而具有改善的循环寿命特性的改善的负极组合物。

为了实现所述目的，本发明提供一种锂二次电池用负极组合物，其包含负极活性材料、粘合剂和导电材料，其中所述负极活性材料包含多种负极活性材料粒子，所述负极活性材料粒子各自包含由能与锂合金化或脱合金化的金属或准金属，或者含所述金属或准金属的化合物制成的核；以及形成在所述核外部且具有科琴黑(Ketjen black)的壳，并且其中所述导电材料包含碳纳米纤维。

用于负极活性材料粒子的核的能与锂合金化或脱合金化的所述金属或准金属可以为选自Si、Sn、Al、Sb、Bi、As、Ge和Pb的任一种，或它们的混合物，或它们的合金。

所述壳可以通过对所述核用材料和所述壳用材料的混合物施加机械应力而形成，并且基于100重量份全部负极活性材料，在所述壳中的科琴黑含量优选为0.1至10重量份。

所述碳纳米纤维可以通过气相沉积形成，并且基于100重量份全部负极活性材料，所述碳纳米纤维的含量优选为0.1至10重量份。

本发明的负极组合物可涂布至集电器的至少一个表面并且然后用于制备锂二次电池的负极或制备锂二次电池。

发明效果

本发明的负极组合物与含科琴黑的涂层剂在最低可能的温度下涂覆金属基负极活性材料的表面而使金属基活性材料结构特性的变化和在高温下造成的电化学特性的变化最小化，并且借助于上述表面处理而在负极活性材料之间提供高导电性。因此，本发明可以改善金属基活性材料的寿命特性。

另外，将具有高分散性的导电材料用于负极组合物，因此可以解决由导电材料的不规则分布而引起的问题，如电池倍率特性下降、电压下降和电极中的锂快速提取(extraction)。

附图说明