CN114914397A - 用于二次电池的阳极和包括该阳极的锂二次电池 - Google Patents

用于二次电池的阳极和包括该阳极的锂二次电池 Download PDF

Info

Publication number
CN114914397A
CN114914397A CN202210117646.2A CN202210117646A CN114914397A CN 114914397 A CN114914397 A CN 114914397A CN 202210117646 A CN202210117646 A CN 202210117646A CN 114914397 A CN114914397 A CN 114914397A
Authority
CN
China
Prior art keywords
anode
active material
secondary battery
material layer
anode active
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202210117646.2A
Other languages
English (en)
Inventor
张焕浩
金汶成
金孝美
柳相百
陸承炫
韩俊喜
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
SK On Co Ltd
Original Assignee
SK On Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by SK On Co Ltd filed Critical SK On Co Ltd
Publication of CN114914397A publication Critical patent/CN114914397A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/131—Electrodes based on mixed oxides or hydroxides, or on mixtures of oxides or hydroxides, e.g. LiCoOx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1393—Processes of manufacture of electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/48—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides
    • H01M4/483—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic oxides or hydroxides for non-aqueous cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes

Abstract

本公开提供了一种用于二次电池的阳极以及包括该阳极的锂二次电池，锂二次电池包括：阳极集流体；第一阳极活性材料层，形成在阳极集流体的表面上，第二阳极活性材料层，形成在第一阳极材料层上。第一阳极活性材料层包括第一阳极活性材料，第一阳极活性材料包含人造石墨和第一导电材料，第一导电材料是除碳纳米管以外的碳基材料。第二阳极活性材料层包括包含硅基活性材料的第二阳极活性材料和作为第二导电材料的碳纳米管。

Description

用于二次电池的阳极和包括该阳极的锂二次电池
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年2月8日提交的申请号为10-2021-0017517的韩国专利申请的优先权，该韩国专利申请的公开通过引用整体并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于二次电池的阳极(anode)和包括该阳极的锂二次电池。更具体地，本发明涉及一种包括多层结构的阳极活性材料层的用于二次电池的阳极和包括该阳极的锂二次电池。
背景技术
根据信息和显示技术的发展，可被重复充电和放电的二次电池已被广泛用作诸如摄像机、移动电话、膝上型计算机等的便携式电子装置的电源。近来，包括二次电池的电池组正在被开发并被用作诸如混合动力汽车的环保车辆的电源。
二次电池包括例如锂二次电池、镍镉电池、镍氢电池等。锂二次电池因其高工作电压和每单位重量能量密度、高充电率、尺寸紧凑等而被备受关注。
例如，锂二次电池可以包括电极组件，该电极组件包括阴极、阳极和分离层(分离件)，以及浸没该电极组件的电解质。锂二次电池还可以包括具有例如袋状的外壳。
石墨基材料可以用作阳极的活性材料。然而，随着近来对高容量/高功率锂二次电池的需求增加，已引入硅基材料作为阳极活性材料。
然而，硅基材料可能根据重复充电/放电而引起收缩/膨胀，这会引起阳极活性材料层的剥离、与电解质的副反应等。
因此，需要开发能够提供高容量特性同时获得足够的寿命特性和工作稳定性的阳极活性材料。
例如，注册专利公开号为10-1057162的韩国专利公开了一种用于改善周期特性的金属-碳复合阳极活性材料。
发明内容
根据本发明的方面，提供了一种用于提供提高的容量和稳定性的二次电池的阳极。
根据本发明的方面，提供了一种包括用于具有提高的容量和稳定性的二次电池的阳极的锂二次电池。
根据示例性实施例，一种用于二次电池的阳极包括：阳极集流体、形成在阳极集流体的表面上的第一阳极活性材料层、以及形成在第一阳极材料层上的第二阳极活性材料层。第一阳极活性材料层包括包含人造石墨的第一阳极活性材料。第一阳极活性材料层不包括碳纳米管。第二阳极活性材料层包括包含硅基活性材料的第二阳极活性材料和作为第二导电材料的碳纳米管。
在一些实施例中，第一阳极活性材料可以由人造石墨组成。
在一些实施例中，第二阳极活性材料可以包括人造石墨和硅基活性材料的混合物。
在一些实施例中，基于第二阳极活性材料的总重量的硅基活性材料的含量可以为9wt％至30wt％。
在一些实施例中，基于第二阳极活性材料的总重量的硅基活性材料的含量可以为10wt％至20wt％。
在一些实施例中，第二阳极活性材料层的厚度可以大于第一阳极活性材料层的厚度。
在一些实施例中，第一阳极活性材料层可以与阳极集流体的表面接触，并且第二阳极活性材料层可以与第一阳极活性材料层的顶表面接触。
在一些实施例中，第一阳极活性材料还可以包括第一导电材料，该第一导电材料可以是除碳纳米管外的碳基材料。
在一些实施例中，第一导电材料可以包括由石墨烯、炭黑、乙炔黑、科琴黑、SuperP(小颗粒导电炭黑)或硬碳组成的组。它们可以单独使用或组合使用。
在一些实施例中，第二阳极活性材料层还包括碳纳米管分散剂。
在一些实施例中，硅基活性材料可以包括硅(Si)、硅合金、SiOx(0<x<2)或包含锂化合物的SiOx(0<x<2)。它们可以单独使用或组合使用。
根据示例性实施例，锂二次电池包括根据上述实施例的用于二次电池的阳极，以及面对阳极并包含锂-过渡金属复合氧化物的阴极。
根据示例性实施例，硅基活性材料可以施加到与阳极集流体的表面间隔开的第二阳极活性材料层以促进阳极表面的锂化。因此，可以充分实现硅基活性材料的高容量特性。
人造石墨可以施加到与阳极集流体相邻的第一阳极活性材料层以抑制阳极活性材料层从集流体上的剥离。
在示例性实施例中，碳基材料可以作为导电材料施加到第一阳极活性材料层，并且碳纳米管可以施加到第二阳极活性材料层。因此，可以提高第一阳极活性材料层的结合强度，并且可以进一步提高第二阳极活性材料层的结构稳定性。
附图说明
图1是示出根据示例性实施例的用于二次电池的阳极的示意性截面图。
图2和图3分别是示出了根据示例性实施例的锂二次电池的示意性俯视平面图和截面图。
图4是示出根据示例和比较例的二次电池在室温下的快速充电周期特性的图。
图5是示出评价根据示例和比较例的二次电池的0.3C寿命特性的结果的图。
图6和图7是分别示出根据示例1和比较例5的电池在完全充电之后的状态的图像。
具体实施例
根据本发明的示例性实施例，提供了具有包括不同阳极活性材料的多层结构的阳极。此外，提供了包括阳极的锂二次电池。
在下文中，将参照示例和附图对本发明进行详细描述。然而，本领域技术人员将理解，提供参照示例和附图描述的这些实施例是为了进一步理解本发明的精神，而不是限制如详细描述和所附权利要求中公开的要保护的主题。
图1是示出根据示例性实施例的用于二次电池的阳极的示意性截面图。
参照图1，阳极130可以包括阳极集流体125和通过在阳极集流体125上涂覆阳极活性材料而形成的阳极活性材料层120。
在示例性实施例中，阳极活性材料层120可以具有包括第一阳极活性材料层122和第二阳极活性材料层124的多层结构。
阳极集流体125可以包括金、不锈钢、镍、铝、钛、铜或它们的合金，优选地，可以包括铜或铜合金。
阳极活性材料层120可以形成在阳极集流体125的至少一个表面上。阳极活性材料层120可以涂覆在阳极集流体125的上表面和下表面中的每一个上。阳极活性材料层120可以直接接触阳极集流体125的表面。
在示例性实施例中，第一阳极活性材料层122可以直接形成在阳极集流体125的表面上。第二阳极活性材料层124可以直接形成在第一阳极活性材料层122的表面上。
包含在第一阳极活性材料层122中的第一阳极活性材料可以包括石墨基活性材料。优选地，人造石墨可以用作第一阳极活性材料。例如，第一阳极活性材料可以基本上由人造石墨组成。
在一些实施例中，第一阳极活性材料可以包括天然石墨和人造石墨的混合物，并且人造石墨的含量可以大于天然石墨的含量。例如，基于第一阳极活性材料的总重量，人造石墨的含量可以为约70％或更多，优选为约80％或更多，更优选为约90％或更多。
与天然石墨相比，人造石墨在容量方面可能是不利的，但可能具有相对提高的机械和化学稳定性。因此，人造石墨可以用作第一阳极活性材料层122的主要活性材料，使得由于如稍后将描述的在第二阳极活性材料层124中引入硅基活性材料而导致的结构不稳定性可以得到缓解或抑制。
例如，可以在溶剂中将第一阳极活性材料与粘合剂和第一导电材料一起搅拌以制备第一阳极浆料。第一阳极浆料可以被涂覆在阳极集流体125上，被干燥并被压制以形成第一阳极活性材料层122。
粘合剂可以包括例如苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)基材料，并且可以与诸如羧甲基纤维素(CMC)的增稠剂一起使用。
在一些实施例中，基于第一阳极浆料的总固体含量，第一阳极活性材料的含量可以为约90重量百分比(wt％)至98wt％，粘合剂的含量可以为约1wt％至5wt％，第一导电材料的含量可以为约0.1wt％至5wt％，并且增稠剂的含量可以为约0.5wt％至5wt％。
第二阳极活性材料层124可以包括石墨基活性材料和硅基活性材料。在一些实施例中，人造石墨可以用作石墨基活性材料。优选地，包含在第二阳极活性材料层124中的石墨基活性材料可以基本上由人造石墨组成。
硅基活性材料可以包括硅(Si)、硅合金、SiOx(0<x<2)或含有锂化合物的SiOx(0<x<2)。含有Li化合物的SiOx可以是含有硅酸锂的SiOx。硅酸锂可以存在于SiOx(0<x<2)颗粒的至少一部分中。例如，硅酸锂可以存在于SiOx(0<x<2)颗粒的内部和/或表面上。在实施例中，硅酸锂可以包括Li2SiO3、Li2Si2O5、Li4SiO4、Li4Si3O8等。
在一些实施例中，硅基活性材料可以包括硅-碳复合材料。硅-碳复合材料可以包括例如具有核-壳结构的硅-碳颗粒或碳化硅(SiC)。
在一些实施例中，基于第二阳极活性材料的总重量，硅基活性材料的重量比可以为约9wt％至30wt％。在实施例中，有机硅基活性材料的重量比可以为约9wt％至20wt％，优选为约10wt％至20wt％。
在上述范围内，可以在充分实现硅基活性材料的高容量特性的同时，防止由于硅基活性材料的收缩/膨胀导致的电池寿命缩短。
例如，可以在溶剂中将第二阳极活性材料与粘合剂和第二导电材料一起搅拌以制备第二阳极浆料。第二阳极浆料可以被涂覆在第一阳极活性材料层122上、被干燥并被压制以形成第二阳极活性材料层124。
在一些实施例中，可以涂覆并干燥第一阳极浆料以形成初步的第一阳极活性材料层。可以在初步的第一阳极活性材料层上涂覆并干燥第二阳极浆料以形成初步的第二阳极活性材料层。此后，可以将初步的第一阳极活性材料层和第二阳极活性材料压制在一起以形成具有包括第一阳极活性材料层122和第二阳极活性材料层124的多层结构的阳极活性材料层120。
与在第一阳极浆料中使用的粘合剂基本相同或相似的粘合剂也可以用于第二阳极浆料中。
在示例性实施例中，包含在第一阳极浆料或第一阳极活性材料层122中的第一导电材料和包含在第二阳极浆料或第二阳极活性材料层124中的第二导电材料可以彼此不同。
第二导电材料可以包括碳纳米管(CNT)。例如，多壁碳纳米管(MWCNT)或单壁碳纳米管(SWCNT)可以用作第二导电材料。
碳纳米管可以具有相对高的强度和抗机械应力能力。因此，第二导电材料可以用作缓冲以抑制第二阳极活性材料层124中包含的硅基活性材料的收缩/膨胀。
在实施例中，第二导电材料可以不包括诸如炭黑的点型导电材料。在实施例中，第二导电材料可以基本上由碳纳米管组成。
第一导电材料可以包括除碳纳米管外的碳基导电材料。例如，第一导电材料可以包括石墨烯、炭黑、乙炔黑、科琴黑、Super P、硬碳等。
此外，人造石墨可以与硅基活性材料一起用作第二阳极活性材料，从而可以在增加硅基活性材料的容量的同时，获得足够的寿命特性。
在一些实施例中，第二阳极浆料可以包括用于均匀分散第二导电材料的分散剂。例如，CMC基分散剂可以用作碳纳米管的分散剂。
例如，基于第二阳极浆料的总固体含量，第二阳极活性材料的含量可以为约90wt％至98wt％，粘合剂的含量可以为约1wt％至5wt％，第二导电材料的含量可以为约0.1wt％至5wt％，增稠剂的含量可以为约0.5wt％至5wt％，并且分散剂的含量可以为约0.05wt％至0.5wt％。
在一些实施例中，第二阳极活性材料层124的厚度可以大于第一阳极活性材料层122的厚度。例如，第二阳极活性材料层124的厚度可以大于阳极活性材料层120的总厚度的50％且小于或等于90％。
在上述范围内，可以在寿命/稳定性不过度降低的情况下通过第二阳极活性材料层124获得足够的容量。
根据上述示例性实施例，通过将硅基活性材料施加到与阳极集流体125的表面间隔开的第二阳极活性材料层124，可以促进阳极130表面的锂化。因此，可以充分实现硅基活性材料的高容量特性。
此外，可以将相对稳定的石墨基活性材料(例如，人造石墨)施加到与阳极集流体125相邻的第一阳极活性材料层122以抑制阳极活性材料层120的收缩/膨胀。
例如，可以通过第一阳极活性材料层122来防止阳极活性材料层120从阳极集流体125的剥离。如上所述，可以将除碳纳米管外的碳基导电材料施加到第一阳极活性材料层122，从而可以进一步提高第一阳极活性材料层122的结合强度。
因此，即使在第二阳极活性材料层124中包含例如9wt％或更多或10wt％或更多的硅基活性材料，也可以获得足够的容量保持特性和寿命稳定性。
图2和图3分别是示出了根据示例性实施例的锂二次电池的示意性俯视平面图和截面图。
参照图2和图3，锂二次电池可以包括阴极100和阳极130，并且还可以包括置于阴极100和阳极130之间的分离层140。
阴极100可以包括通过在阴极集流体105上涂覆阴极活性材料而形成的阴极活性材料层110。阴极活性材料可以包括能够可逆地嵌入和脱嵌锂离子的化合物。
在示例性实施例中，阴极活性材料可以包括锂-过渡金属复合氧化物颗粒。例如，锂-过渡金属复合氧化物颗粒可以包括镍(Ni)，并且可以进一步包括钴(Co)和锰(Mn)中的至少一种。
例如，锂-过渡金属复合氧化物颗粒可以由以下化学式1表示。
[化学式1]
LixNi1-yMyO2+z
在化学式1中，0.9≤x≤1.1、0≤y≤0.7并且-0.1≤z≤0.1。M可以表示选自Na、Mg、Ca、Y、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Co、Fe、Cu、Ag、Zn、B、Al、Ga、C、Si、Sn或Zr中的至少一种元素。
在一些实施例中，化学式1中Ni(1-y)的摩尔比或浓度可以为0.8或更高，并且在优选实施例中可以超过0.8。
Ni可以用作与锂二次电池的功率和容量相关的过渡金属。因此，如上所述，可以在锂-过渡金属复合氧化物颗粒中采用高Ni成分，从而可以提供具有高容量和功率的阴极和锂二次电池。
然而，随着Ni含量的增加，阴极或二次电池的长期储存稳定性和寿命稳定性可能相对劣化。然而，根据示例性实施例，可以通过使用Mn来提高寿命稳定性和容量保持特性，同时通过包含Co来保持导电性。
在一些实施例中，阴极活性材料或锂-过渡金属复合氧化物颗粒还可以包括涂覆元素或掺杂元素。例如，涂覆元素或掺杂元素可以包括Al、Ti、Ba、Zr、Si、B、Mg、P、W、V、其合金或其氧化物。它们可以单独使用或组合使用。阴极活性材料颗粒可以被涂覆元素或掺杂元素钝化，从而进一步提高寿命和关于外部物体穿透的稳定性。
可以通过将阴极活性材料与粘合剂、导电材料和/或分散剂在溶剂中混合并搅拌来制备浆料。浆料可以被涂覆在阴极集流体105上、被干燥并被压制以形成阴极100。
阴极集流体105可以包括不锈钢、镍、铝、钛、铜或它们的合金。优选地，可以使用铝或铝合金。
粘合剂可以包括：有机基粘合剂，诸如聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-co-HFP)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯等；或水基粘合剂，诸如可以与例如羧甲基纤维素(CMC)的增稠剂一起使用的苯乙烯-丁二烯橡胶(SBR)。
例如，PVDF基粘合剂可以用作阴极粘合剂。在这种情况下，可以减少用于形成阴极活性材料层的粘合剂的量，并且可以相对增加阴极活性材料的量。因此，可以进一步提高锂二次电池的容量和功率。
可以添加导电材料以促进活性材料颗粒之间的电子迁移率。例如，导电材料可以包括：碳基材料，诸如石墨、炭黑、石墨烯、碳纳米管等；和/或金属基材料，诸如锡、氧化锡、氧化钛、例如LaSrCoO3或LaSrMnO3的钙钛矿材料等。
如参照图1所描述的，阳极130可以包括阳极集流体125和具有多层结构的阳极活性材料层120。为了描述方便，图3中省略了第一阳极活性材料层122和第二阳极活性材料层124的详细示出。
分离层140可以置于阴极100和阳极130之间。分离层140可以包括多孔聚合物膜，该多孔聚合物膜由例如聚烯烃基聚合物，诸如乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物、乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物等制备。分离层140还可以包括由具有高熔点的玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等形成的无纺布。
在一些实施例中，阳极130的面积(例如，与分离件40的接触面积)和/或体积可以大于阴极100的面积和/或体积。因此，从阴极100产生的锂离子可以有效地转移到阳极130而不被沉淀。
在示例性实施例中，电极单元可以由阴极100、阳极130和分离层140限定，并且多个电极单元可以堆叠以形成电极组件150，该电极组件150可以具有例如瑞士卷形状。例如，可以通过缠绕、层压或折叠分离层140来形成电极组件150。
电极组件150可以与电解质一起容纳在外壳160中以限定锂二次电池。在示例性实施例中，非水电解质可以用作电解质。
例如，非水电解质溶液可以包括锂盐和有机溶剂。锂盐可以由Li+X-表示。锂盐X-的阴离子可以包括例如F-、Cl-、Br-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-、(CF3CF2SO2)2N-等。
有机溶剂可以包括例如碳酸丙烯酯(PC)、碳酸乙烯酯(EC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸乙基甲酯(EMC)、碳酸甲基丙酯、碳酸二丙酯、二甲亚砜、乙腈、二甲氧基乙烷、二乙氧基乙烷、碳酸亚乙烯酯、环丁砜、γ-丁内酯、亚硫酸丙烯酯、四氢呋喃等。这些可以单独使用或组合使用。
如图2所示，电极凸片(阴极凸片和阳极凸片)可以从每个电极单元中包括的阴极集流体105和阳极集流体125突出到外壳160的一侧。电极凸片可以与外壳160的一侧焊接在一起并且可以连接到延伸或暴露到外壳160外部的电极引线(阴极引线107和阳极引线127)。
在图2中，阴极引线107和阳极引线127在平面图中被示出为从外壳160的上侧突出，但是电极引线的位置不限于如图2中所示。例如，电极引线可以从外壳160的两个横向侧中的至少一个突出，或者可以从外壳160的下侧突出。可选地，阴极引线107和阳极引线127可以形成为从外壳160的不同侧突出。
锂二次电池可以被制造成例如使用罐的圆柱形、方形、袋形或硬币形。
在下文中，提出优选实施例以更具体地描述本发明。然而，以下示例仅用于说明本发明，相关领域的技术人员将清楚地理解，可以在本发明的范围和精神内可以进行各种改变和修改。这种改变和修改适当地包括在所附权利要求中。
示例和比较例
1)阳极的制作
第一阳极活性物质层(第一层)和第二阳极活性物质层(第二层)按表1所示的成分(重量份)和厚度比来形成，并依次形成在铜箔上以形成阳极。
具体地，SWCNT被用作用于第二阳极活性材料层的碳纳米管(CNT)，并且CMC被用作CNT分散剂。除CNT外，炭黑用作碳基导电材料。
在比较例2中，使用天然石墨作为石墨基活性材料。在除了比较例2外的示例和比较例中，人造石墨用作石墨基活性材料。
2)阴极和二次电池的制作
在示例和比较例中，混合98.08重量份的NCM基阴极活性材料、0.6重量份的炭黑导电材料和0.12重量份的分散剂、1.2重量份的PVDF粘合剂和NMP，以制备阴极浆料。阴极浆料被涂覆在铝基板上、被干燥并被压制以制备阴极。
将如上所述获得的阴极和阳极以适当尺寸开槽并堆叠，并且分离件(聚乙烯，厚度：13μm)置于阴极和阳极之间以形成组件。阴极和阳极的每个凸片部分被焊接。
将焊接的阴极/分离件/阳极组件***袋中，并且袋的除电解质注入侧外的三侧被密封。凸片部分也包括在密封部分中。通过电解质注入侧注入电解质，然后电解质注入侧也被密封。随后，将上述结构浸渍超过12小时。
电解质通过在EC/EMC/DEC(25/45/30；体积比)的混合溶剂中制备1M LiPF6来制备，然后加入5wt％氟化碳酸乙烯酯(FEC)、0.5wt％丙烷砜(PS)和0.5wt％的硫酸乙烯酯(ESA)。
此后，以对应于0.25C的电流进行预充电48分钟。12小时后进行脱气，并且老化24小时以上。此外，对形成(formation)进行了充放电(充电条件CC-CV 0.25C 4.2V 0.05CCUT-OFF，放电条件CC 0.2C 2.5V CUT-OFF)。
随后，进行标准充电和放电(充电条件CC-CV 0.33C 4.2V 0.1C CUT-OFF，放电条件CC 0.33C 2.5V CUT-OFF)。
[表1]
Figure BDA0003497111790000121
Figure BDA0003497111790000131
实验示例
(1)对在室温下快速充电特性和35分钟周期特性的评估
图4是示出根据示例(缩写为Ex.)和比较例(缩写为C.E.)的二次电池在室温下的快速充电周期特性的图。
具体地，对示例和比较例的二次电池重复进行在SOC 8-80的范围内以分开的间隔在室温(25℃)下的快速充电35分钟和放电(0.33C、SOC 8、CC cut-off)。以百分比形式测量相对于初始放电容量的放电容量保持率。
(2)对0.3C寿命的评估
图5是示出评价根据示例(缩写为Ex.)和比较例(缩写为C.E.)的二次电池的0.3C寿命特性的结果的图。
特别地，在94％放电深度(DOD)条件下，以0.3C的速率在2.5至4.2V的范围内，对示例和比较例的二次电池进行重复充电和放电，并且以百分比形式测量相对于初始放电容量的放电容量保持率。
参照图4和图5，与具有根据上述示例性实施例的活性材料/导电材料的组成的示例的电池相比，比较例的二次电池具有显著劣化的周期特性。
图6和图7是分别示出根据示例1和比较例5的电池在完全充电之后的状态的图像。
参照图6和图7，在比较例5的电池中，由于第一阳极活性材料的膨胀，阳极材料层从阳极集流体的表面剥离，并且明确地检测到外表面的褶皱和损坏。

Claims (12)

1.一种用于二次电池的阳极，包括：
阳极集流体；
第一阳极活性材料层，形成在所述阳极集流体的表面上，其中所述第一阳极活性材料层包括包含人造石墨的第一阳极活性材料，并且所述第一阳极活性材料层不包含碳纳米管；以及
第二阳极活性材料层，形成在所述第一阳极材料层上，其中所述第二阳极活性材料层包括包含硅基活性材料的第二阳极活性材料和作为第二导电材料的碳纳米管。
2.根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极，其中所述第一阳极活性材料由人造石墨组成。
3.根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极，其中所述第二阳极活性材料包括人造石墨和所述硅基活性材料的混合物。
4.根据权利要求3所述的用于二次电池的阳极，其中基于所述第二阳极活性材料的总重量的所述硅基活性材料的含量为9wt％至30wt％。
5.根据权利要求3所述的用于二次电池的阳极，其中基于所述第二阳极活性材料的总重量的所述硅基活性材料的含量为10wt％至20wt％。
6.根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极，其中所述第二阳极活性材料层的厚度大于所述第一阳极活性材料层的厚度。
7.根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极，其中所述第一阳极活性材料层与所述阳极集流体的表面接触，并且所述第二阳极活性材料层与所述第一阳极活性材料层的顶表面接触。
8.根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极，其中所述第一阳极活性材料还包括第一导电材料，所述第一导电材料是除碳纳米管外的碳基材料。
9.根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极，其中所述第一导电材料包括选自由石墨烯、炭黑、乙炔黑、科琴黑、Super P和硬碳组成的组中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极，其中所述第二阳极活性材料层还包括碳纳米管分散剂。
11.根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极，其中所述硅基活性材料包括选自由硅(Si)、硅合金、SiOx和含有锂化合物的SiOx组成的组中的至少一种，其中，0<x<2。
12.一种锂二次电池，包括：
根据权利要求1所述的用于二次电池的阳极；以及
阴极，面对所述阳极并包括锂-过渡金属复合氧化物。
CN202210117646.2A 2021-02-08 2022-02-08 用于二次电池的阳极和包括该阳极的锂二次电池 Pending CN114914397A (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR10-2021-0017517 2021-02-08
KR1020210017517A KR20220114249A (ko) 2021-02-08 2021-02-08 이차전지용 음극 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN114914397A true CN114914397A (zh) 2022-08-16

Family

ID=80119584

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210117646.2A Pending CN114914397A (zh) 2021-02-08 2022-02-08 用于二次电池的阳极和包括该阳极的锂二次电池

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20220263076A1 (zh)
EP (1) EP4040530A1 (zh)
KR (1) KR20220114249A (zh)
CN (1) CN114914397A (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101057162B1 (ko) 2008-12-01 2011-08-16 삼성에스디아이 주식회사 음극활물질, 이를 구비하는 음극 및 리튬이차전지
CN116914076A (zh) * 2017-12-01 2023-10-20 株式会社Lg新能源 负极和包含所述负极的锂二次电池
JP6806126B2 (ja) * 2018-11-22 2021-01-06 トヨタ自動車株式会社 負極
CN109786665A (zh) * 2018-12-20 2019-05-21 上海力信能源科技有限责任公司 一种硅碳复合负极极片及其制备方法
CN111952658B (zh) * 2019-05-15 2024-04-19 Sk新能源株式会社 锂二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
EP4040530A1 (en) 2022-08-10
US20220263076A1 (en) 2022-08-18
KR20220114249A (ko) 2022-08-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20210234191A1 (en) Lithium Secondary Battery
US20220123289A1 (en) Anode for Secondary Battery, Secondary Battery Including the Same
CN113851608A (zh) 用于锂二次电池的负极和包含其的锂二次电池
US20230163283A1 (en) Anode for lithium secondary battery, method of fabricating the same and lithium secondary battery including the same
CN111952658A (zh) 锂二次电池
CN115132969B (zh) 二次电池用负极及包括其的锂二次电池
CN113972356A (zh) 锂二次电池
JP6874860B2 (ja) シリコーンボールを含む電極及びそれを含むリチウムイオン電池
US20220263076A1 (en) Anode for Secondary Battery and Lithium Secondary Battery Including the Same
US20230163277A1 (en) Anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
US20220246917A1 (en) Anode active material for lithium secondary battery and method of manufacturing the same
US11888155B1 (en) Cathode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
US20230335721A1 (en) Cathode active material for lithium secondary battery, method of preparing the same and lithium secondary battery including the same
US20240047651A1 (en) Anode for lithium secondary battery and lithium secondary battery including the same
EP4287303A1 (en) Negative electrode with single-walled carbon nanotubes and secondary battery comprising same
KR20230065391A (ko) 단일벽 탄소나노튜브가 적용된 음극 및 이를 포함하는 이차전지
KR20230165132A (ko) 이차 전지용 음극, 그 제조 방법 및 이를 포함하는 리튬 이차 전지.
CN115332533A (zh) 电极结构和包括其的锂二次电池
CN115548420A (zh) 锂二次电池
CN116264268A (zh) 二次电池用负极、制造该负极的方法及包括该负极的锂二次电池

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination