[发明专利]石墨次级粒子和包含其的锂二次电池

说明书

技术领域

相关申请的交叉参考

本申请主张向韩国知识产权局于2014年7月29日提交的韩国专利申请10-2014-0096737号和2015年7月24日提交的韩国专利申请10-2015-0105325号的优先权，通过参考以其完整形式将其内容并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种石墨次级粒子、使用所述石墨次级粒子作为负极活性材料的负极(negative electrode)以及包含所述负极的锂二次电池，所述石墨次级粒子包含与具有优异循环特性和溶胀特性的人造石墨初级粒子聚集、结合或组合的具有优异的高容量和输出特性的天然石墨初级粒子，并由此具有优异压延性，进而具有更高密度。

背景技术

随着移动技术的进展和对移动装置需求的增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。在二次电池中，由于优异的能量密度和电压、长循环寿命和低的自放电倍率能力，所以锂二次电池因其商业化而被广泛使用。

此外，随着对环境问题的日益关注以及消费者对电动车辆和/或混合电动车辆取代使用化石燃料的常规车辆如汽油车辆或柴油车辆的兴趣的增加，人们积极研究将锂二次电池用作电动车辆和/或混合电动车辆的动力源，所述汽油车辆或柴油车辆是大气污染的主要原因之一。

同时，“锂二次电池”是指包含电极组件的电池，在所述电池中包括含锂离子的非水电解质，所述电极组件包括包含允许嵌入/脱嵌锂离子的正极活性材料的正极(positive electrode)、包含允许嵌入/脱嵌锂离子的负极活性材料的负极以及设置在所述正极与所述负极之间的微孔隔膜。

锂二次电池的正极活性材料包括过渡金属氧化物如锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂锰氧化物(LiMn₂O₄)或锂镍氧化物(LiNiO₂)以及其中一部分过渡金属被其他过渡金属置换的复合氧化物。

已经将锂金属用于负极活性材料，但在这种情况中，能够形成树枝状晶体，造成电池短路并因此爆炸的危险。因此，近来利用碳基材料代替锂金属。

用作锂二次电池的负极活性材料的碳基材料的实例包括结晶碳如天然石墨和人造石墨以及无定形石墨如软碳和硬碳。

无定形碳具有容量高的优势，但也具有在充电和放电过程中不可逆性高的劣势。

作为结晶碳代表性实例的天然石墨的成本低、初始容量优异且理论边际容量相对更高，但由于其形状为板状，所以天然石墨在制成电极板时在集电器上被定向压成平坦状，由此阻碍电解质的浸渍，这又会导致高倍率充电/放电容量、寿命和循环容量急剧劣化。

为了解决上述问题，已经提出将板状天然石墨机械形成为球形形状以加以使用，或与其他石墨进行混合。然而，在压延期间可能发生的石墨表面断裂或核爆裂，会增大与电解质的副反应，这会劣化循环特性或溶胀特性。为了弥补上述缺点，某些研究提出了使用具有更好循环特性和溶胀特性的人造石墨的方式，但容量轻微下降。然而，使用人造石墨必须要求进行石墨化，且人造石墨还具有诸如价格比天然石墨更高、对含PC的电解质的抵抗性低且输出特性劣化的缺点。

针对该背景，在具有能够导致更高密度的优异压延性、以及优异的高倍率充电和放电容量、循环特性和溶胀特性的负极活性材料的研究方面，本发明人通过将涂布有无定形碳材料的天然石墨初级粒子与人造石墨初级粒子聚集、结合或组合而制备了石墨次级粒子，并通过确认如下内容而完成了本发明：使用所述制备的石墨次级粒子作为负极活性材料的锂二次电池展示了优异的高倍率充电和放电容量、循环特性和溶胀特性。

发明内容

技术问题

本发明的目的是提供一种具有优异压延性的石墨次级粒子，所述优异压延性能够导致更高的密度，这是涂布有无定形碳材料的具有高容量和优异输出特性的天然石墨初级粒子与具有优异循环特性和溶胀特性的人造石墨初级粒子的聚集、结合或组合的结果。

本发明的另一个目的是提供一种用于锂二次电池中的负极，其中将包含上述石墨次级粒子的负极活性材料浆料施加到集电器上。

本发明的还一个目的是提供一种锂二次电池，所述锂二次电池包含负极、正极和设置在所述负极与所述正极之间的隔膜以及电解质，所述锂二次电池具有优异的高倍率充电和放电容量、循环特性和溶胀特性。

技术方案