陽極活性材料和含所述陽極活性材料的二次電池的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種陽極活性材料和含所述陽極活性材料的二次電池，且更具體地， 涉及一種含涂覆有含金屬顆粒的無定型碳材料的石墨碳材料的陽極活性材料，和含所述陽 極活性材料的二次電池。
【背景技術】
[0002] 隨著各種便攜式電子設備，如攝影機、無線電話、移動電話、筆記本電腦等，得到廣 泛使用，對用作電源的二次電池的需求已大大增加。在二次電池中，鋰二次電池具有容量大 和高能量密度的優異的電池性能，因此，目前鋰二次電池得到最廣泛的使用。
[0003] 鋰二次電池主要包含陰極、陽極和電解質。在此，用作為鋰二次電池陽極材料的石 墨碳材料例如天然石墨具有大的可逆容量和優異的初始充放電效率，但下降的輸出特性。 特別地，在高結晶石墨碳材料的邊緣處的電解質分解反應被認為是下降的輸出特性的原 因。另外，與石墨碳材料不同，無定形碳材料作為陽極材料具有優異的輸出特性，但具有大 的不可逆容量和下降的充放電效率。
[0004] 因此，用于獲得石墨碳材料和無定形碳材料的優點的研究在本領域中持續存在。
【發明內容】
[0005] 技術問題
[0006] 本發明的一個方面是提供與現有的陽極活性材料相比具有優異的可逆容量、充放 電效率和輸出特性的陽極活性材料。
[0007] 更具體地，本發明的方面是，通過提供包含涂覆有含金屬顆粒的無定形碳材料的 石墨碳材料的活性陽極材料，以改善二次電池的可逆容量、充放電效率和輸出特性。
[0008] 解決方案
[0009] 根據本發明的一個方面，陽極活性材料包含：石墨碳材料；涂層，其中含金屬顆粒 的無定形碳材料涂覆在所述石墨碳材料的表面，其中所述無定形碳材料中包含的金屬顆 粒、初級喹啉不溶物和灰分的含量滿足下面的方程式1 :
[0010] [方程式1]
[0011]
[0012] (M :金屬顆粒，QI :初級喹啉不溶物）。
[0013] 所述石墨碳材料可為選自由天然石墨、人造石墨，石墨化焦炭、石墨化碳纖維、石 墨化中間相碳微球和其任何混合物組成的組中的一種。
[0014] 可通過將金屬顆粒分散在無定形碳顆粒中形成所述涂層。
[0015] 所述金屬顆粒可為選自由鉻、錫、硅、鋁、鎳、鋅、鈷、錳及其任何混合物組成的組中 的一種。
[0016] 所述金屬顆粒的直徑可為20nm至100nm。
[0017] 所述金屬顆粒可通過使用分散劑分散在無定形碳材料中，所述分散劑選自由聚丙 烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、羧甲基纖維素、聚醋酸 乙烯酯、聚馬來酸、聚乙二醇、聚乙烯基樹脂和其任何共聚物組成的組。
[0018] 所述金屬顆粒可通過使用嵌段共聚物分散在無定形碳材料中，所述嵌段共聚物包 含與金屬顆粒具有高親和性的嵌段和與金屬顆粒具有低親和性的嵌段。
[0019] 所述無定形碳材料可為選自由石油瀝青、煤瀝青、化學瀝青及其任何混合物組成 的組中的一種。
[0020] 所述無定形碳材料的灰分的含量可低于0. 05wt %。
[0021] 基于所述石墨碳材料，所述金屬顆粒和所述無定形碳材料的含量可為lwt %至 30wt % 〇
[0022] 根據本發明的另一個方面，提供了一種二次電池陽極，其中陽極漿料涂覆在陽極 集電器上，所述陽極漿料包含如上所述的活性材料，粘合劑和增稠劑。
[0023] 根據本發明的另一個方面，提供了含如上所述的用于二次電池的陽極的二次電 池。
[0024] 有益效果
[0025] 根據本發明的陽極活性材料包含涂覆有含金屬顆粒的無定形碳材料的石墨碳材 料，其中可通過嚴格控制所述陽極活性材料的無定形碳材料中的金屬顆粒、初級喹啉不溶 物和灰分的含量顯著改善二次電池的可逆容量、充放電效率和輸出特性。
【附圖說明】
[0026] 圖1示意性示出了根據本發明的一個示例性實施方案的陽極活性材料的橫截面。 具體實施方案
[0027] 在這里定義特定術語以容易理解本發明。本文所用的科技術語除非另有定義，他 們具有本發明所屬技術領域的技術人員通常理解的含義。此外，除非本文特別指示其他含 義，單數形式意在包括復數形式，且進一步理解的是復數形式也包括其單數形式。
[0028] 在下文中，將詳細描述本發明的各種示例性實施方案。
[0029] 陽極活件材料
[0030] 根據本發明的一個示例性實施方案，提供了一種陽極活性材料，其包括：石墨碳材 料100,和涂層200,所述涂層涂覆在所述石墨碳材料100的表面上。圖1示意性地示出了 所述陽極活性材料的橫截面。
[0031] 在這里，作為石墨碳材料100,可使用天然石墨、人造石墨、石墨化焦炭、石墨化碳 纖維、石墨化中間相碳微球及其任何混合物，可是使用除了上述例子的石墨碳材料的其他 石墨碳。
[0032] 石墨碳材料100可具有片狀或截面形狀。石墨碳材料100可具有片狀或截面形狀， 以使多個碳材料可彼此容易連接以形成牢固的芯材料。此外，石墨碳材料1〇〇可為球形或 類球形，且直徑可為5-30 μ m。涂覆在石墨碳材料100表面上的涂層的厚度約3 μ m，且相應 地，石墨碳材料100優選具有至少約5 μπι的直徑。此外，球形石墨碳材料100可通過球化 處理直徑約100 μ m的片狀石墨制備，且因此，石墨碳材料100優選具有30 μ m的最大直徑 以簡化制備過程。
[0033] 涂層200在石墨碳材料100的表面上形成，其中涂層200包含含金屬顆粒300的 無定形碳材料。更具體地，涂層200層是通過將金屬顆粒分散在無定形碳材料中形成的。
[0034] 首先，將更具體描述涂層200中包含的無定形碳材料。
[0035] 所述無定形碳材料包含低結晶的或無定形碳材料。例如，所述無定形碳材料可選 自由石油瀝青、煤瀝青、化學瀝青及其任何混合物組成的組。
[0036] 所述無定形碳材料的軟化點為150Γ至280Γ，且初級喹啉不溶物的含量優選為 0.0 Olwt%至0. 2wt%。此外，所述無定形碳材料優選包含含量小于0. 05wt%的灰分。
[0037] 軟化點表示瀝青變為具有延展性的溫度。當所述無定形碳材料的軟化點低于 150°C時，在將所述無定形碳材料涂覆在所述石墨碳材料的100的表面上時或在室溫下，所 述無定形碳材料具有極度高的延展性，這對于涂覆是不適合的。此外，當所述無定形碳材料 的軟化點大于280°C時，用于顯示高延展性的溫度極度高，從而導致制備成本的增加。
[0038] 初級喹啉不溶物是指不溶于喹啉溶劑的材料，其在制造煤焦油時產生，且次級喹 啉不溶物指在反應過程中產生的中間相，且初級喹啉不溶物和次級喹啉不溶物彼此區分。 初級喹啉不溶物是具有非常大的分子量的物質，其導致在碳化過程中碳組織的生長減少。 因此，初級喹啉不溶物的含量需要控制為0. 2wt%或更低。
[0039] 通常，由碳材料形成的陽極活性材料包含括灰分，其中主要對應于無機材料的 灰分導致二次電池的充放電容量和效率的劣化，并因此，灰分的含量需要控制為小于 0. 05wt % 〇
[0040] 此外，所述無定形碳材料中包含的初級喹啉不溶物和灰分的含量和下面將描述的 金屬顆粒300的含量優選滿足下面的方程式1 :
[0041] [方程式1]
[0042]
[0043] (M :金屬顆粒，QI :初級喹啉不溶物）
[0044] 上述方程式1是為了在所述無定形碳材料中包含的初級喹啉不溶物和灰分的含 量的基礎上確定金屬顆粒含量300的含量。此外，上述方程式1是為了根據所述無定形碳 材料中包含的初級喹啉不溶物和灰分的存在確定用于補償所述無定形碳材料劣化的性能 (例如，改善輸出特性）的金屬顆粒300的含量。
[0045] 因此，可通過將包含在所述無定形碳材料中的初級喹啉不溶物和灰分的含量代入 上述方程式1中計算包含在所述無定形碳材料中的金屬顆粒300的含量。
[0046] 當上述方程式1的對數值是3. 7或更低時，輸出特性和充放電容量的增加劣化。當 上述方程式1的對數值是9. 18或更高時，在金屬顆粒300和無定形碳材料之間短路的可能 性迅速增加。
[0047] 金屬顆粒300可為選自由鉻、錫、硅、鋁、鎳、鋅、鈷、錳及其任何混合物組成的組中 的一種，優選地，為娃。
[0048] 在此，金屬顆粒300涂覆在石墨碳材料100的表面同時分散在所述無定形碳材料 中，其中可通過使用選自由如下物質組成的組中的至少一種分散劑實施金屬顆粒300的分 散：聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、甲甲基丙烯酸甲酯、聚丙