本發(fā)明要求2022年12月16日在韓國知識產(chǎn)權(quán)局提交的韓國專利申請第10-2022-0177137號和2023年12月11日在韓國專利局提交的韓國專利申請第10-2023-0178444號的優(yōu)先權(quán)和權(quán)益，所述韓國專利申請的全部內(nèi)容通過引用并入本文。本發(fā)明涉及一種負極組合物、負極、鋰二次電池、電池模塊和電池組。

背景技術(shù)：

1、近來，隨著使用電池的電子設(shè)備(諸如不僅有移動電話、筆記本尺寸的電腦和電動車輛，而且有動力工具和清潔器)的快速普及，對具有相對高容量和/或高輸出的小型和輕型二次電池的需求正在迅速增加。特別地，鋰二次電池重量輕且具有高能量密度，因此作為電子設(shè)備用驅(qū)動電源已引起了關(guān)注。因此，已積極進行了改善鋰二次電池的性能的研究和開發(fā)努力。

2、在其中在由能夠嵌入和脫嵌鋰離子的活性材料構(gòu)成的正極和負極之間填充有機電解液或聚合物電解液狀態(tài)下，鋰二次電池通過鋰離子在正極和負極處的嵌入和脫嵌期間的氧化和還原反應(yīng)產(chǎn)生電能。

3、鋰鈷氧化物(licoo2)、鋰鎳氧化物(linio2)、鋰錳氧化物(limno2、limn2o4等)、磷酸鐵鋰化合物(lifepo4)等已被用作鋰二次電池的正極活性材料。其中，鋰鈷氧化物(licoo2)因高工作電壓和優(yōu)異的容量特性的優(yōu)點而被廣泛使用，并被用作高電壓正極活性材料。然而，由于鈷(co)的價格上漲和供應(yīng)不穩(wěn)定，其在諸如電動車輛的領(lǐng)域作為電源的大規(guī)模使用受到限制，因此對開發(fā)能夠替代鈷的正極活性材料的需求涌現(xiàn)。

4、因此，開發(fā)了一種鎳-鈷-錳系鋰復(fù)合過渡金屬化合物(以下簡稱為“ncm系鋰復(fù)合過渡金屬化合物”)，其中鈷(co)的一部分被鎳(ni)和錳(mn)置換。近來，已經(jīng)進行了研究，以通過增加化合物中ni的含量來提高ncm系鋰復(fù)合過渡金屬化合物的容量。然而，具有高鎳含量的富ni正極活性材料具有缺點，諸如由于熱穩(wěn)定性的劣化和電化學(xué)反應(yīng)期間副反應(yīng)的增加而導(dǎo)致電阻增加和氣體產(chǎn)生增加。

5、另一方面，盡管石墨通常用作鋰二次電池的負極活性材料，但由于石墨的372mah/g的小的單位質(zhì)量容量，因此難以增加鋰二次電池的容量。因此，為了增加鋰二級電池的容量，已經(jīng)開發(fā)了諸如硅、錫及其氧化物的負極材料作為具有比石墨更高的能量密度的非碳系負極材料。然而，盡管這些非碳系負極材料具有大容量，但這些材料存在如下問題：由于初始效率低，在初始充放電期間消耗的鋰量大，且不可逆容量損失大。

6、此外，鋰二次電池根據(jù)其用途具有所需的尺寸，因此需要在有限的空間內(nèi)設(shè)計鋰二次電池。盡管消費者對增大能量密度和改善高輸出性能的需求日益增加，但當(dāng)使用高容量正極材料時，別無選擇，只能增大負極材料的含量以滿足需求，從而就在有限的空間內(nèi)提高電池效率而言存在局限。因此，需要開發(fā)在有限的空間內(nèi)具有改善的性能(諸如效率和使用壽命)的電池。

7、<相關(guān)技術(shù)文獻>

8、韓國專利申請公開第10-2011-0112215號

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題

2、本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，在有限空間內(nèi)設(shè)計的鋰二次電池中，通過調(diào)節(jié)負極活性材料的振實密度，能夠在具有特定組合的負極中實現(xiàn)最佳電池性能，從而完成了本發(fā)明。

3、本發(fā)明涉及一種負極組合物、負極、鋰二次電池、電池模塊和電池組。

4、技術(shù)方案

5、本發(fā)明的一個示例性實施方式提供了一種負極組合物，所述負極組合物包含負極活性材料，所述負極活性材料包含硅碳復(fù)合物和石墨，其中所述石墨的振實密度等于或大于所述硅碳復(fù)合物的振實密度。

6、本發(fā)明的一個示例性實施方式提供了一種負極，所述負極包含負極集電器；和負極活性材料層，所述負極活性材料層設(shè)置在所述負極集電器的一個或兩個表面上并且包含根據(jù)上述示例性實施方式的負極組合物。

7、本發(fā)明的一個示例性實施方式提供了一種鋰二次電池，所述鋰二次電池包含：正極；根據(jù)上述示例性實施方式的負極；設(shè)置在所述正極和所述負極之間的隔膜；以及電解質(zhì)。

8、在示例性實施方式中，所述正極包含作為正極活性材料的鋰復(fù)合過渡金屬化合物，所述鋰復(fù)合過渡金屬化合物包含鎳(ni)、鈷(co)和錳(mn)，并且所述鋰復(fù)合過渡金屬化合物可以包含單粒子。

9、本發(fā)明的一個示例性實施方式提供了一種包含鋰二次電池的電池模塊。

10、本發(fā)明的一個示例性實施方式提供了一種包含電池模塊的電池組。

11、有益效果

12、在根據(jù)本發(fā)明示例性實施方式的所述負極組合物中，由于負極活性材料中石墨的振實密度等于或大于硅碳復(fù)合物的振實密度，石墨能夠被致密地分散在整個電極中，這使得所述負極中的電流流動不中斷，并且使得易于調(diào)節(jié)所述負極中石墨的取向度。因此，通過將石墨的取向度調(diào)節(jié)到恒定水平，能夠均勻地設(shè)計電極中的離子傳輸通道，并且鋰(li)擴散頻繁地發(fā)生，從而能夠在電池快速充電期間表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。

13、此外，通過將石墨的取向度調(diào)節(jié)到恒定水平，能夠防止壓延期間的粒子破裂現(xiàn)象，這有利于電極漿料的分散，從而使得壓延更容易，減小電極的厚度，并增加單位體積的質(zhì)量，從而可以表現(xiàn)出更致密的特性。

14、因此，如上所述通過使用調(diào)節(jié)了負極活性材料之間的振實密度的負極，能夠容易地改善在有限空間內(nèi)設(shè)計的鋰二次電池的快速充電性能、效率、使用壽命和/或能量密度。

技術(shù)特征：

1.一種負極組合物，包含負極活性材料，所述負極活性材料包含硅碳復(fù)合物和石墨，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極組合物，其中所述石墨具有0.9?g/cc至1.2?g/cc的振實密度。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極組合物，其中所述硅碳復(fù)合物具有0.5?g/cc至1.15?g/cc的振實密度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極組合物，其中所述硅碳復(fù)合物具有1?μm以上且15?μm以下的平均粒徑。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極組合物，其中所述硅碳復(fù)合物的平均粒徑小于所述石墨的平均粒徑。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極組合物，其中所述石墨具有0.8至0.9的縱橫比，并且所述硅碳復(fù)合物具有0.3至0.7的縱橫比。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極組合物，其中所述石墨具有2至3?g/cc的真密度，并且所述硅碳復(fù)合物具有1.8至2.2?g/cc的真密度。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負極組合物，其中所述石墨具有1至3?m2/g的bet比表面積，并且所述硅碳復(fù)合物具有1至10?m2/g的bet比表面積。

9.一種負極，包含：負極集電器；和負極活性材料層，所述負極活性材料層設(shè)置在所述負極集電器層的一個或兩個表面上，并且包含根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的負極組合物。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的負極，其中所述負極活性材料層具有23%至28%的孔隙率。

11.一種鋰二次電池，包含：正極；根據(jù)權(quán)利要求9所述的負極；和設(shè)置在所述正極和所述負極之間的隔膜；以及電解質(zhì)。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋰二次電池，其中所述正極包含作為正極活性材料的鋰復(fù)合過渡金屬化合物，所述鋰復(fù)合過渡金屬化合物包含鎳(ni)、鈷(co)和錳(mn)，并且所述鋰復(fù)合過渡金屬化合物包含單粒子。

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰二次電池，其中所述鋰復(fù)合過渡金屬化合物還包含二次粒子。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的鋰二次電池，其中所述二次粒子的振實密度大于所述單粒子的振實密度。

15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰二次電池，其中所述單粒子的振實密度大于所述石墨的振實密度。

16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰二次電池，其中所述單粒子具有1?μm以上且12?μm以下的平均粒徑。

17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰二次電池，其中所述單粒子的平均粒徑小于所述硅碳復(fù)合物的平均粒徑。

18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰二次電池，其中相對于100重量份的所述正極活性材料，所述單粒子的含量為15重量份至100重量份，并且

19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的鋰二次電池，其中所述鋰復(fù)合過渡金屬化合物在除鋰之外的金屬中包含80摩爾%以上的鎳。

20.一種電池模塊，包含根據(jù)權(quán)利要求11所述的鋰二次電池。

21.一種電池組，包含根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池模塊。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種負極組合物、負極、鋰二次電池、電池模塊和電池組，所述負極組合物包含負極活性材料，所述負極活性材料包含硅碳復(fù)合物和石墨，其中所述石墨的振實密度等于或大于所述硅碳復(fù)合物的振實密度。

技術(shù)研發(fā)人員：許范起,申善英,李尚昱,李龍珠
受保護的技術(shù)使用者：株式會社LG新能源
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/28