[发明专利]制造用于锂二次电池的负极的方法

说明书

本发明涉及一种制造用于锂二次电池的负极的方法。利用该方法，可以通过在负极的预锂化之后进一步执行压缩负极的工序使得预锂化之后的负极的孔隙率保持在一定范围内来制造具有优异循环性能的用于锂二次电池的负极。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2018年10月10日提交的韩国专利申请第10-2018-0120458号的优先权和利益，通过引用将上述专利申请的公开内容作为整体结合在此。

技术领域

本发明涉及一种制造用于锂二次电池的负极的方法，更特别地，涉及一种通过在负极的预锂化之后进一步执行压缩负极的工序使得预锂化之后的负极的孔隙率保持在一定范围内来制造具有优异循环性能的负极的方法。

背景技术

随着技术发展和对移动设备的需求增加，对作为能源的二次电池的需求已急剧增加。在这些二次电池中，表现出高能量密度和低操作电位并且具有长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。

同时，诸如LiCoO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄、或LiCrO₂之类的金属氧化物被用作构成锂二次电池中正极的正极活性材料，并且诸如金属锂(metal lithium)、诸如石墨(graphite)或活性炭(activated carbon)之类的碳基材料(carbon based material)、或者硅氧化物(SiO_x)和类似者之类的材料被用作构成负极的负极活性材料。在负极活性材料中，尽管早期主要使用金属锂，但金属锂的缺点在于：随着充电/放电循环的进行，锂原子在金属锂的表面上生长，对隔板造成损坏，从而破坏电池。结果，碳基材料已经被主要用作负极活性材料。然而，由于碳基材料的缺点在于它们仅具有低至400mAh/g的理论容量，因此已经进行了各种类型的研究以使用具有高理论容量(4,200mAh/g)的硅(silicon,Si)基材料来代替碳基材料作为负极活性材料。

锂二次电池通过重复锂离子在正极的正极活性材料和负极的负极活性材料之间的嵌入(intercalation)和脱嵌(deintercalation)的过程来进行充电和放电。

理论上，锂离子嵌入负极活性材料中/从负极活性材料中脱嵌是完全可逆的，但实际上，消耗了比负极活性材料的理论容量更多的锂，并且在放电期间仅恢复了一部分锂。因此，在第二次循环之后，在充电期间嵌入了更少量的锂离子，或者在放电期间几乎脱嵌所有嵌入的锂离子。如此，将在第一次充电/放电反应中出现的容量差称为不可逆容量损失。在这种情况下，由于商业化的锂二次电池是在将锂离子供应到正极并且负极中不存在锂的状态下制造的，因而重要的是，将在初始充电和放电期间的不可逆容量损失最小化。

已知这种初始不可逆容量损失主要是由于在负极活性材料表面上的电解质分解(electrolyte decomposition)反应造成的，并且通过电解质分解借助于电化学反应在负极活性材料表面上形成了SEI(固体电解质界面，Solid Electrolyte Interface)膜。形成这种SEI膜的缺点在于，用于消耗了大量的锂离子而导致了不可逆容量损失。然而，由于在早期充电节段形成的SEI膜在充电和放电期间防止了锂离子与电极或其他材料的反应，并且充当离子隧道(Ion Tunnel)以便仅使锂离子穿过该离子隧道，因而该SEI膜抑制了进一步的电解质分解反应，从而有助于改善锂二次电池的循环特性。

因此，需要改善由SEI膜的形成引起的初始不可逆容量损失的方法。这些方法之一包括这样一种方法：在制造锂二次电池之前执行预锂化(pre-lithiation)使得该锂二次电池预先经历在第一次充电循环期间发生的副反应。如上所述，当执行预锂化时，第一次循环在初始不可逆容量损失与在对实际制造的二次电池进行充电/放电时引起的容量损失一样低的状态下进行，从而减小了初始不可逆容量损失。