[发明专利]锂二次电池用负极活性材料、包含其的锂二次电池、及其制备方法

说明书

技术领域

本公开内容涉及锂二次电池用负极活性材料，更具体地涉及如下的锂二次电池用负极活性材料，其包含SiO_x-羧甲基纤维素(CMC)-碳纳米管(CNT)的复合物；使用该负极活性材料的锂二次电池；以及制备该负极活性材料的方法。

本申请要求于2013年6月19日在韩国提交的韩国专利申请第10-2013-0070602号以及于2014年6月13日在韩国提交的韩国专利申请第10-2014-0072057号的优先权，将该两案通过参考方式并入本文中。

背景技术

近来，能源储存技术越来越受到关注。电化学装置已经广泛用作移动电话、摄录像机、笔记本电脑、PC以及电动车辆领域中的电源，造成对于电化学装置的大量研究与发展。

在这方面，电化学装置是极大关注的对象之一。特别地，可再充电的二次电池的发展已经成为关注焦点。近来，这种电池的研究与发展已经着重于新电极与电池的设计，以改进容量密度(capacity density)与比能(specific energy)。

目前可获得许多二次电池。在这些二次电池中，与基于常规水性电解质的电池如Ni-MH、Ni-Cd、和H₂SO₄-Pb电池相比，1990年代早期研发的锂二次电池因其操作电压更高且电流密度更高的优点而特别受到关注。

通常，通过使用正极和负极制备锂二次电池，所述正极和负极各自由能够嵌入和脱嵌锂离子的材料所制成，并且在该正极与该负极之间填充有机或聚合物电解液，当锂离子在正极与负极中嵌入与脱嵌时，该电池通过氧化与还原产生电能。

在目前可获得的锂二次电池中，负极主要是由作为电极活性材料的碳基材料制成。特别地，可商购的石墨的实际容量约为350mAh/g至360mAh/g，这接近其约为372mAh/g的理论容量。虽然诸如石墨的碳基材料具有这种程度的容量，然而其不符合用于高容量锂二次电池作为负极活性材料的需求。

为了符合这种需求，已经尝试使用金属作为负极活性材料，例如Si、Sn、其氧化物与合金，其具有比碳材料更高的充电/放电容量，并且允许与锂电化学合金化。然而，这一金属基电极活性材料在充电/放电过程中具有大的体积变化，这可对活性材料造成破裂与微粒化(micronization)。使用这一金属基负极活性材料的二次电池在重复的充电/放电循环中，可能在容量上突然劣化或是循环寿命缩短。因此，需要解决使用这种金属基电极活性材料的容量与循环寿命劣化的问题。

特别地，因为SiO具有低的初始效率、电传导性以及寿命特性，所以通过将SiO与石墨混合并将导电材料分散于该混合物中而常规使用SiO。然而，该导电材料因其分散性差而不均匀分布在SiO的表面上，这种不均匀的分布可能大幅劣化电池的循环性能。为了解决该问题，尝试在SiO的表面上预处理碳纳米管(CNT)以改进电池的寿命特性，然而CNT还没能很好地附着至SiO的表面。

发明内容

技术问题

设计本公开内容以解决上述问题，因而本公开内容的目的是提供：负极活性材料，其中CNT很好地附着至SiO的表面以改进电池的寿命特性；包含该负极活性材料的锂二次电池；以及制备该负极活性材料的方法。

技术手段

为了实现该目的，根据本公开内容的一个方面，提供锂二次电池用负极活性材料，其包含SiO_x-羧甲基纤维素(CMC)-碳纳米管(CNT)的复合物，其中CNT通过CMC结合至SiO_x(0<x≤1)；以及碳基材料。

根据本公开内容的一个实施方式，在SiO_x-CMC-CNT复合物中，SiO_x(0<x≤1)、CMC与CNT的重量比可在98:1:1至94:3:3的范围。

根据本公开内容的一个实施方式，该SiO_x-CMC-CNT复合物与该碳基材料可以以5:95至15:85的重量比存在。

根据本公开内容的一个实施方式，该碳基材料可为选自石墨、可石墨化碳、难石墨化碳(non-graphitizable carbon)、炭黑、石墨烯、氧化石墨烯及其混合物中的任一种。

另外，根据本公开内容的另一方面，提供锂二次电池用负极，其包含集电器，以及形成于该集电器的至少一个表面上且包含负极活性材料的负极活性材料层，其中该负极活性材是在本公开内容中所限定的负极活性材料。