[发明专利]锂二次电池用负极活性物质及包含该物质的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及呈现出优良的容量特性及循环寿命的锂二次电池用负极活性物质及包含该物质的锂二次电池。

背景技术

最近，随着电子设备的小型化及轻量化的实现，以及便携式电子设备的普及，作为它们的电源，对具有高能量密度的锂二次电池的研究正在活跃地进行着。

锂二次电池以在正极和负极之间填充有机电解液或聚合物电解液的方式制造，并通过锂离子在正极及负极插入及脱离时的氧化、还原反应来生成电能。

由于锂二次电池使用有机电解液，因而与以往使用碱水溶液的电池相比，呈现出显示两倍以上的高放电电压的高能量密度。

作为锂二次电池的正极活性物质，主要使用能够插入锂离子的LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等锂过渡金属氧化物。并且，作为锂二次电池的负极活性物质，使用既能维持电性质，又能以可逆性的方式接收或供给锂离子的物质，例如，主要使用锂金属、含锂金属或与能够插入/脱离锂离子的金属锂几乎相似的天然石墨、硬碳等碳类物质。此时，将作为负极活性物质使用锂金属或其合金的电池称之为锂金属电池，将使用碳材料的电池称之为锂离子电池。

另一方面，由于使用碳类负极活性物质的电极的电荷容量为360mAh/g(理论值：372mAh/g)，较低，因此，在提供呈现出优良的容量特性的锂二次电池方面存在界限。

为此，作为能代替碳类负极活性物质的新的物质，正在研究能够通过与锂(Li)之间的合金化反应来吸藏/放出锂的硅(Si)、锗(Ge)、锑(Sb)或钛(Ti)之类的无机物类活性物质。

这种无机物类活性物质，尤其，硅类负极活性物质呈现出非常大的锂结合量(理论最大值：Li_4.1Si)，这相当于约4200mAh/g的理论容量。

但是，所述硅之类的无机物类负极活性物质由于在锂的插入/脱离，即，电池的充放电时，引起大的体积变化，因而可以呈现出微粉化(pulverization)。结果，发生被微粉化的粒子凝聚的现象，从而可使负极活性物质从集电体电脱离，而这在长长的循环条件下，可能带来可逆容量的损失。因此，无机物类负极活性物质及包含该无机物类负极活性物质的锂二次电池虽然具有高的电荷容量，但却具有循环寿命特性及容量维持率低的缺点。

为了解决这种问题，曾提出了使用碳及硅类纳米粒子复合体作为负极活性物质，或者使用包含碳材料及金属或准金属碳化物(carbide)涂敷层的负极活性物质(参照专利文献1)、在含有锂-钒类氧化物的芯的表面包括含无机氧化物粒子的涂敷层的负极活性物质(参照专利文献2)、被络盐形态的氟类化合物涂敷的负极活性物质(参照专利文献3)及在含有硅等非碳类物质的纳米管上形成有无定形碳层的负极活性物质(参照专利文献4)。但这种负极活性物质也同样在长长的循环条件下呈现出较大的可逆容量的损失，因而在循环寿命特性及容量维持率方面并不充分。并且，由于所述纳米复合体所包含的并不少的碳而在容量特性方面也并不充分。

为此，正需要研发可以制造能够体现高容量及高效率的锂二次电池的新的负极活性物质。

现有技术文献

(专利文献1)韩国登录特许公报10-0666822

(专利文献2)韩国登录特许公报10-0814880

(专利文献3)韩国登录特许公报10-0853327

(专利文献4)韩国登录特许公报10-1098518

发明内容

发明要解决的技术问题

本发明提供能够提高负极和电解液之间的表面稳定性及电池的充放电效率和寿命特性的锂二次电池用负极活性物质。

并且，本发明提供包括含有上述锂二次电池用负极活性物质的负极的锂二次电池。

解决技术问题的手段

具体地，本发明提供负极活性物质，包括：

(a)芯，包含选自由硅、镍、锗及钛组成的组中的一种以上的非碳类物质；以及

(b)有机聚合物涂敷层，形成于所述芯的表面。

此时，作为所述有机聚合物涂敷层，可以使用相对于聚合物的整体重量，氟成分的含量为50重量百分比以上，具体为50至95重量百分比的聚合物化合物。具体地，可以选自由(a)含有氟成分的环氧化合物、(b)含有氟成分的丙烯酸酯类化合物及(c)含有氟成分的硅烷类化合物组成的组。