[发明专利]二次电池用负极

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池用负极。更具体地，本发明涉及二次电池用负极，所述负极包含具有相对低充放电电压和相对低硬度的负极活性材料(A)与具有相对高充放电电压和相对高硬度的负极活性材料(B)的组合，其中所述负极活性材料(A)的表面被具有高硬度的碳或其复合材料包覆，且所述负极活性材料(B)的粒度小于由以四配位排列的所述负极活性材料(A)形成的空间的尺寸。

背景技术

随着化石燃料的耗尽和环境影响的问题，许多研究人员积极集中于开发替代能源。在作为替代能源的各种领域中，也对二次电池进行了深入研究。电池领域扩展到常规便携式装置以及汽车用电池和电力存储用电池。

构成电池的代表性部件包含正极、负极、电解质、隔膜等。其中，具有最大影响的部件是其中基本上发生电化学反应的正极和负极。

特别地，如从名称能够看出的，锂二次电池使用锂(Li)，且所述锂二次电池具有高能量密度且重量轻，但因为其易于产生树枝状晶体而不利地存在危险。具体地，在充电期间，通过将Li离子从正极迁移到负极来储存电。在该过程中，在初始充电阶段，通过电解质将Li离子从正极供应到负极且在各材料之间的界面处发生极化，由此造成过充。此时，与流动的电流相比，可移动的离子不足，并且Li由此因过充而沉淀。通过锂离子的移动以及电阻而造成锂沉淀且离子的移动与电极的孔隙率等密切相关。随着孔隙率的增大，Li离子的迁移率提高，但电接触下降。因此，要求孔隙率和Li离子的迁移率之间的平衡，但其非常困难。特别地，不利地，高孔隙率不可避免地伴有低能量密度。在这点上，将使用Li金属作为负极的二次电池商业化的首先尝试因为安全问题而失败。

目前，通常将能够对Li进行充放电的石墨类材料用于负极。然而，与锂相比，这种石墨类负极活性材料的充放电电压之差明显小，由此具有的问题在于，由于在装置中发生电化学反应或过电压或极化而易于产生Li树枝状晶体。

此外，由副反应产生的大量副产物累积在产生的树枝状晶体附近且循环功能劣化，并且在严重情况中，副产物穿过隔膜，由此造成微短路和爆炸等。

因此，许多研究人员尝试设计防止形成Li树枝状晶体的方法，但至今未能获得满足要求更好能量密度的当前状况的结果。

发明内容

技术问题

因此，为了解决尚未解决的上述和其他技术问题而完成了本发明。

作为为了解决如上所述问题而进行的各种广泛和深入的研究和实验的结果，本发明人发现，当使用具有不同充放电电压和粒子硬度并满足特定的粒子条件的两种负极活性材料的组合制造二次电池用负极时，令人惊讶地，所述负极防止了由过电压造成的锂沉淀，提高了离子传导率以及电导率，并展示优异的容量和循环特性。基于该发现，完成了本发明。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种负极，所述负极包含具有相对低充放电电压和相对低硬度的负极活性材料(A)与具有相对高充放电电压和相对高硬度的负极活性材料(B)的组合，其中所述负极活性材料(A)的表面被具有高硬度的碳或其复合材料包覆，且所述负极活性材料(B)的粒度小于由以四配位排列的所述负极活性材料(A)形成的空间的尺寸。

通过将具有相对高充放电电压的负极活性材料(B)与负极活性材料(A)组合，能够得到可防止由过电压造成的锂沉淀、提高离子传导率以及电导率并展示优异的容量和循环特性的电极，所述负极活性材料(B)足够小而并入在设置在具有相对低充放电电压的负极活性材料(A)之间的空的空间内。

最重要的电极性质是能够实现离子和电子的充分迁移的电导率和离子传导率。这些性质与循环特性密切相关。在大部分情况中，已知这些性质取决于活性材料或活性材料、导电材料和粘合剂等的组合。然而，本发明的研究人员发现，在相同组成下，这些性质可随物理性质而变化。

更具体地，关于锂二次电池用电极，通过将活性材料与粘合剂、导电材料等进行混合以制备混合浆体并利用所述混合浆体对Cu箔进行涂布而制造负极。为了提高能量密度并将电导率和机械功能提高至期望水平，实施电极压延工艺。同时，压延程度决定孔隙率。通常，通过经压延的电极的厚度而不是压延强度来计算电极的孔隙率。