[发明专利]用于锂二次电池的负极和包括该负极的锂二次电池

说明书

本发明提供一种用于锂二次电池的负极、一种形成所述负极的方法、以及一种包括所述负极的锂二次电池，所述负极包括：负极集电器；和设置在所述负极集电器上的负极活性材料层，其中所述负极活性材料层包括：平均粒径(Dsubgt;50/subgt;)为5μm至50μm的石墨基活性材料；平均粒径(Dsubgt;50/subgt;)为70nm至300nm的硅纳米颗粒；第一导电材料；和两种或更多种类型的具有不同重均分子量的纤维素基化合物。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年9月8日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2017-0115099号和于2018年4月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2018-0038717号的权益，通过引用将上述专利申请全部结合在此。

技术领域

本发明涉及用于高容量锂二次电池的负极和包括该负极的锂二次电池，且更具体地，涉及包括使用硅纳米颗粒的负极活性材料层并且具有改善的稳定性的用于高容量锂二次电池的负极、以及包括该负极的锂二次电池。

背景技术

随着对移动装置的技术开发和需求的增加，对作为能源的电池的需求急剧增加。此外，随着诸如混合动力电动车辆(HEV)、插电式HEV(PHEV)和电动车辆之类的车辆作为未来车辆引起关注，已经对能够满足各种需求的电池进行了各种研究。特别是，已经对作为这些装置的电源的具有高能量密度并且还表现出优异的寿命和循环特性的锂二次电池进行了积极的研究。

在这方面，常规锂二次电池的负极通常主要使用能够可逆地嵌入(intercalation)或脱嵌锂离子、同时保持结构和电学特性的碳基化合物作为负极活性材料。另一方面，在使用碳基材料的负极中，当锂离子被嵌入和脱嵌时，碳基化合物的化学势可类似于金属锂的化学势(chemical potential)。因此，即使在稍高的充电电流下，锂也可能由于过电位(overpotential)而沉淀，并且一旦当锂沉淀时，随着电池的重复充放电，锂的沉淀可能会更快地加速，从而导致容量降低，并通过枝晶(dendrite)造成短路(short)，极大地影响安全性。此外，由于电池的过充电，当充入电池的锂量超过负极可以容纳的锂量时，温度升高并且可能发生放热反应，从而导致电池的着火、爆炸等。

为了解决上述问题，近来，相较于常规的碳基负极材料，已经对负极材料和通过使用硅(Si)和锡(Sn)的锂合金(alloy)反应获得的Li₄Ti₅O₁₂进行了大量研究。

使用硅作为负极材料，硅是用于替代碳质负极材料的材料之一，具有比常规的碳负极材料的理论容量高约10倍的理论容量。当硅存储锂时，发生硅膨胀的膨胀(swelling)现象，并且硅的体积可能会急剧增加。这种膨胀现象可能在负极上引起结构应力，这可能导致电池损坏。特别是，硅难以用作袋型锂二次电池的负极材料，袋型锂二次电池的稳定性随着体积的膨胀而受到很大影响。

在这方面，专利申请公开第10-2016-0039982号公开了一种用于形成负极的组合物，这种组合物包括氧化硅。当导电路径随着负极的体积膨胀而被破坏时，用于形成负极的组合物利用具有高粘合力的粘合剂来补偿破坏的导电路径，而不是抑制氧化硅膨胀的膨胀现象。然而，由于氧化硅通常是微尺寸化合物，因此通过将使用这种组合物的负极材料应用于锂二次电池来批量生产锂二次电池仍存在安全性问题。此外，与硅相比，氧化硅提供相对较低的理论容量，即使当使用相同的质量时，电池的容量也较低，因此电池的效率较低。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利待审公开第10-2016-0039982号(于2016年4月12日公布)

发明内容

技术问题