[发明专利]改善快速充电性能的二次电池用负极及包括其的二次电池

说明书

本发明涉及二次电池用负极及包括其的二次电池，所述二次电池用负极包括：集电体；以及形成于所述集电体上，含有负极活性物质的负极活性物质层，满足下述关系式1：[关系式1]D1.9·10^‑3，所述关系式1中，D是负极内锂离子的扩散系数，通过以下数学式导出,D＝σ²·τ_d^‑γ，所述σ是负极活性物质层的厚度(cm)，τ_d是扩散时间(s)，γ是分散参数，且满足0.8≤γ≤0.95。本发明的电极内形成细微且稠密的气孔，从而电极内扩散阻力降低，因此能够提供具有高输出性能的电池。

技术领域

本发明涉及改善快速充电性能的二次电池用负极及包括其的二次电池。

背景技术

近来，随着对移动设备等电子设备的需求的增加，用于提高电子设备的便携性的电化学电池(二次电池)的轻量化及小型化的开发正在扩大。随着这种趋势，需要开发高容量和高输出的二次电池。

锂二次电池的研究正朝着增加负极混合物密度以实现高容量的方向发展。增加负极混合物密度的情况下，能够增加相同负极体积的负极活性物质的含量，从而提高能量密度。但随着混合物密度的增加，负极的孔隙率降低，因此锂离子的扩散速率降低，锂离子在负极的吸留/释放反应不顺畅，输出性能反而降低。该问题在高速充放电过程中尤为严重，即使负极中活性物质含量增加，在高速充放电时放电容量和循环特性也会显著降低。因此，需要开发一种能够同时表现出高混合物密度和高输出的负极。

高输出电极和电极内气孔发育的重要性被认知，因此正在努力开发有利于高性能表现的电极气孔结构。过去，作为有利于高性能表现的气孔结构采用了气孔量、气孔的平均直径等。但是，上述因素是通过在电极中填充氮气或汞来分析的，这与实际的电极-电解液系统不同，因此很难视为代表了电池运行的实际系统。

在先技术1(KR 10-2019-0042335)中阐明了锂离子在活性物质粒子内部扩散时的情况，表明了是由活性物质引起的扩散系数，而并非涉及电极活性物质层中气孔的发育。

发明内容

技术问题

锂二次电池电极内的气孔在电芯性能表现中起着重要的作用。由于气孔是电极内供应锂离子的通道，因此需要着重考虑气孔在电极内形成的状态。参与气孔的形成的因素有作为电极构成要素的活性物质、导电材料、粘合剂等，以及作为电极结构要素的负载量和密度等。可以看出，其中除了结构因素，以及电极中含量较低的因素，如导电材料和粘合剂，电极(电极活性物质层)中对气孔的形成产生最大影响的是活性物质。

另一方面，电极气孔中锂离子的供给是通过扩散机制完成的。尤其，在电极内发生的锂离子扩散是具有空间约束的受限扩散(restrict diffusion)。因此，扩散系数(＝扩散速度)及扩散时间反映扩散空间(扩散空间越长，所需的扩散时间越长)。因此，如果能够知道锂离子在电极内的气孔中扩散所需的时间，就可以解释气孔形成为什么样。

本发明提供一种在电极内具有适当气孔结构的活性物质层，以实现电极的高性能。尤其，特征在于含所述活性物质层的电极具有较长的扩散时间。一般来说，会认为扩散时间越短则越是容易扩散的结构，但由于电极发生具有空间限制的扩散机制，因此可解释为与此相反。即，可以分析出在受限的扩散空间中的扩散时间越长则扩散空间(气孔的长度)越窄且越长。电极的扩散空间长意味着在电极中形成的气孔细微且均匀。因此，具有能够将锂离子均匀地供给(扩散)到电极活性物质层的整个空间的优点。

本发明的目的在于提供一种通过制造实现上述特征的活性物质及电极，具有对高性能表现有利的气孔结构，特别是具有优异的高速充放电性能的二次电池。

技术方案

在一个实现例提供二次电池用负极，包括：集电体；及形成于所述集电体上，含有负极活性物质的负极活性物质层，其满足下述关系式1：

[关系式1]