DE102021127115A1

DE102021127115A1 - Anode für lithium-sekundärbatterie und lithium sekundärbatterie, die diese umfasst

Info

Publication number: DE102021127115A1
Application number: DE102021127115.0A
Authority: DE
Inventors: So Hyun Park; Hee Gyoung Kang; Hae Suk Hwang; Chan Young Jeon
Original assignee: SK Innovation Co Ltd
Current assignee: SK On Co Ltd
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2022-04-21
Also published as: KR20240040713A; KR102651696B1; US20220123284A1; KR20220051494A

Abstract

Eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie umfasst einen Anodenstromkollektor und eine auf dem Anodenstromkollektor gebildete Anodenaktivmaterialschicht. Die Anodenaktivmaterialschicht umfasst eine untere Anodenaktivmaterialschicht, die auf dem Anodenstromkollektor gebildet ist, und eine obere Anodenaktivmaterialschicht, die auf der unteren Anodenaktivmaterialschicht gebildet ist. Sowohl die untere Anodenaktivmaterialschicht als auch die obere Anodenaktivmaterialschicht umfassen ein erstes Anodenaktivmaterial und ein zweites Anodenaktivmaterial mit einer geringeren Härte als die des ersten Anodenaktivmaterials. Die Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 10 µm in der Anodenaktivmaterialschicht, gemessen mit einem Quecksilberporosimeter, beträgt 0,27 ml/g oder mehr.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNG UND PRIORITÄTSANSPRUCH
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0134979, eingereicht am 19. Oktober 2020 beim Korean Intellectual Property Office (KIPO), deren gesamte Offenbarung hierin durch Bezugnahme aufgenommen ist.
HINTERGRUND
1. Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie und eine diese enthaltende Lithium-Sekundärbatterie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie, die eine Vielzahl von Anodenaktivmaterialien enthält, und eine Lithium-Sekundärbatterie, die diese umfasst.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Eine Sekundärbatterie, die wiederholt geladen und entladen werden kann, wird weitgehend als Stromquelle für ein mobiles elektronisches Gerät wie einen Camcorder, ein Mobiltelefon, einen Laptop-Computer usw. verwendet.
Beispielsweise zeichnet sich eine Lithium-Sekundärbatterie durch eine hohe Betriebsspannung und Energiedichte pro Gewichtseinheit, eine hohe Laderate, eine kompakte Abmessung usw. aus.
Zum Beispiel kann die Lithium-Sekundärbatterie eine Kathode, eine Anode, einen Elektrolyten, eine Trennschicht (Separator) usw. umfassen. Die Anode kann ein Anodenaktivmaterial umfassen, das eine Lade-/Entladekapazität, eine Lebensdauer usw., der Lithium-Sekundärbatterie beeinflussen kann.
Das Anodenaktivmaterial kann ein Material umfassen, das Lithiumionen interkalieren und deinterkalieren kann, und kann z. B. ein negatives Aktivmaterial auf Kohlenstoffbasis wie etwa natürlichen Graphit oder künstlichen Graphit umfassen.
Eine Änderung einer Kristallstruktur des kohlenstoffbasierten Anodenaktivmaterials kann während des Einbringens und Deinterkalierens von Lithiumionen unterdrückt werden, und somit kann das kohlenstoffbasierte Anodenaktivmaterial kontinuierliche Lade- und Entladeeigenschaften und verbesserte Lebensdauereigenschaften bereitstellen. Wenn eine Dichte des Anodenaktivmaterials größer wird, kann eine Kapazität der Lithium-Sekundärbatterie weiter verbessert werden.
Zum Beispiel offenbart die veröffentlichte koreanische Patentanmeldung Nr. 10-2017-0007140 eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie, welche verschiedene Arten von Graphit mit unterschiedlichen Formen und Eigenschaften umfasst.
ZUSAMMENFASSUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie, die eine verbesserte Kapazität und Zuverlässigkeit bereitstellt, bereitgestellt.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Lithium-Sekundärbatterie bereitgestellt, die eine verbesserte Kapazität und Zuverlässigkeit bereitstellt.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform umfasst eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie einen Anodenstromkollektor und eine Anodenaktivmaterialschicht, die auf dem Anodenstromkollektor gebildet ist. Die Anodenaktivmaterialschicht umfasst eine untere Anodenaktivmaterialschicht, die auf dem Anodenstromkollektor gebildet ist, und eine obere Anodenaktivmaterialschicht, die auf der unteren Anodenaktivmaterialschicht gebildet ist. Sowohl die untere Anodenaktivmaterialschicht als auch die obere Anodenaktivmaterialschicht umfassen ein erstes Anodenaktivmaterial und ein zweites Anodenaktivmaterial mit einer geringeren Härte als die des ersten Anodenaktivmaterials. Die Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 10 µm in der Anodenaktivmaterialschicht, gemessen mit einem Quecksilberporosimeter, beträgt 0,27 ml/g oder mehr.
In einigen Ausführungsformen kann eine Menge des zweiten Anodenaktivmaterials größer sein als eine Menge des ersten Anodenaktivmaterials in der unteren Anodenaktivmaterialschicht, und eine Menge des ersten Anodenaktivmaterials kann größer sein als eine Menge des zweiten Anodenaktivmaterials in der oberen Anodenaktivmaterialschicht.
In einigen Ausführungsformen kann ein Gewichtsverhältnis des ersten Anodenaktivmaterials relativ zum zweiten Anodenaktivmaterial in der unteren Anodenaktivmaterialschicht 0,1 bis 0,85 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Gewichtsverhältnis des zweiten Anodenaktivmaterials relativ zum ersten Anodenaktivmaterial in der oberen Anodenaktivmaterialschicht von 0,1 bis 0,85 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann das erste Anodenaktivmaterial eine Einzelpartikelform aufweisen.
In einigen Ausführungsformen kann das zweite Anodenaktivmaterial eine Sekundärpartikelstruktur aufweisen, in der Primärpartikel angeordnet sind.
In einigen Ausführungsformen beträgt ein Härteverhältnis des ersten negativen Aktivmaterials relativ zum zweiten negativen Aktivmaterial 1,1 bis 1,5.
In einigen Ausführungsformen kann ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser (D50) des ersten Anodenaktivmaterials von 5 µm bis 10 µm betragen und ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser (D50) des zweiten Anodenaktivmaterials kann von 12 µm bis 20 µm betragen.
In einigen Ausführungsformen kann ein Dickenverhältnis der oberen Anodenaktivmaterialschicht relativ zu der unteren Anodenaktivmaterialschicht 0,66 bis 1,5 betragen.
In einigen Ausführungsformen kann eine Mikroporosität der durch die Gleichung 1 dargestellten Anodenaktivmaterialschicht 25 % oder weniger betragen: $Mikroporosit \ddot{a} t = B / A \times 100 (%)$
In Gleichung 1 ist A eine Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 10 µm, gemessen mit einem Quecksilberporosimeter, und B ist eine Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 100 nm gemessen mit dem Quecksilberporosimeter.
In einigen Ausführungsformen enthält jede der unteren Anodenaktivmaterialschicht und der oberen Anodenaktivmaterialschicht ferner 1 Gewichtsteil bis 5 Gewichtsteile eines plattenförmigen leitfähigen Materials basierend auf 100 Gewichtsteilen des ersten negativen Aktivmaterials und des zweiten negativen Aktivmaterials.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen umfasst eine Lithium-Sekundärbatterie eine Elektrodenanordnung, die die Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie der hier beschriebenen Ausführungsformen und eine der Anode zugewandte Kathode umfasst, und einen Elektrolyten, der die Elektrodenanordnung imprägniert.
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen kann eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie eine Anodenaktivmaterialschicht mit einer Doppelschichtstruktur aus einer unteren Anodenaktivmaterialschicht und einer oberen Anodenaktivmaterialschicht umfassen, und jede der unteren Anodenaktivmaterialschicht und die obere Anodenaktivmaterialschicht können zwei Arten von Anodenaktivmaterialien mit unterschiedlicher Härte umfassen. Dementsprechend kann eine Dichte des Anodenaktivmaterials erhöht werden.
Ferner können Beschädigungen einer porösen Struktur in Anodenaktivmaterialpartikeln während eines Pressvorgangs verhindert werden, und ein Verhältnis von isolierten Poren und Mikroporen kann verringert werden.
Die Lithium-Sekundärbatterie, die die oben beschriebene umfasst, kann eine hohe Kapazität und verbesserte Lebensdauer- und Geschwindigkeitseigenschaften bereitstellen.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellt.
2 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Herstellen einer Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Gemäß beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie eine mehrschichtige Anodenaktivmaterialschicht und eine Vielzahl von Typen eines Anodenaktivmaterials und mit verbesserter Kapazität und Leistungsfähigkeit. Ferner wird eine Lithium-Sekundärbatterie umfassend der Anode bereitgestellt.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung im Detail unter Bezugnahme auf Beispiele und die begleitenden Zeichnungen beschrieben. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass solche Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf die Beispiele und die Zeichnungen beschrieben wurden, bereitgestellt werden, um den Geist der vorliegenden Erfindung weiter zu verstehen und die zu schützenden Gegenstände, wie in der detaillierten Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offenbart, nicht einschränken.
Unter Bezugnahme auf 1 kann eine Anode 10 für eine Lithium-Sekundärbatterie einen Anodenstromkollektor 100 und eine Anodenaktivmaterialschicht 130 umfassen, die auf dem Anodenstromkollektor gebildet ist.
In einer Ausführungsform kann die Anodenaktivmaterialschicht 130 auf einer Oberfläche oder beiden Oberflächen (einer Oberfläche und der anderen Oberfläche) des Anodenstromkollektors 100 gebildet sein.
Die Anodenaktivmaterialschicht 130 kann eine untere Anodenaktivmaterialschicht 110, die auf dem Anodenstromkollektor 100 gebildet ist, und eine obere Anodenaktivmaterialschicht 120, die auf der unteren Anodenaktivmaterialschicht 110 gebildet ist, umfassen.
In einer Ausführungsform kann eine weitere Schicht, die ein allgemein bekanntes Material enthält, das für eine Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie verwendet werden kann, zusätzlich an Grenzflächen des Anodenstromkollektors 100 und der unteren Anodenaktivmaterialschicht 110 und der oberen Anodenaktivmaterialschicht 120 gebildet werden.
In einigen Ausführungsformen können die untere Schicht aus Kathodenaktivmaterial 110 und die obere Schicht aus Kathodenaktivmaterial 120 miteinander in Kontakt stehen.
Die Anodenaktivmaterialschicht 130 kann ein erstes Anodenaktivmaterial und ein zweites Anodenaktivmaterial mit einer geringeren Härte als der des ersten Anodenaktivmaterials umfassen.
Zum Beispiel kann die untere Anodenaktivmaterialschicht 110 das erste Anodenaktivmaterial und das zweite Anodenaktivmaterial umfassen. Die obere Anodenaktivmaterialschicht 120 kann das erste Anodenaktivmaterial und das zweite Anodenaktivmaterial umfassen.
In einer Ausführungsform kann in der unteren Anodenaktivmaterialschicht 110 eine Menge des zweiten Anodenaktivmaterials größer sein als die des ersten Anodenaktivmaterials. In der oberen Anodenaktivmaterialschicht 120 kann eine Menge der ersten Anode größer sein als die des zweiten Anodenaktivmaterials.
In diesem Fall kann eine Dichte des Anodenaktivmaterials erhöht werden. Ferner kann eine effektive Porosität der Anodenaktivmaterialschicht verbessert werden, und ein Verhältnis von Mikroporen in der Anodenaktivmaterialschicht kann verringert werden. Dementsprechend kann eine Batterie mit hoher Kapazität, verbesserter Lebensdauer und Leistungsfähigkeit geschaffen werden.
In einer Ausführungsform kann ein Gewichtsverhältnis des ersten Anodenaktivmaterials relativ zum zweiten Anodenaktivmaterial in der unteren Anodenaktivmaterialschicht 110 von 0,1 bis 0,85 betragen. Innerhalb des obigen Bereichs des Gewichtsverhältnisses kann das Anodenaktivmaterial mit hoher Dichte effizient erhalten werden, und der Anteil der Mikroporen kann weiter verringert werden.
Dementsprechend kann eine Batterie mit hoher Kapazität, verbesserter Lebensdauer und Leistungsfähigkeit erreicht werden. Vorzugsweise kann das Gewichtsverhältnis 0,15 bis 0,7 betragen, stärker bevorzugt 0,3 bis 0,6.
In einer Ausführungsform kann ein Gewichtsverhältnis des zweiten Anodenaktivmaterials relativ zum ersten Anodenaktivmaterial in der oberen Anodenaktivmaterialschicht 120 von 0,1 bis 0,85 betragen. Innerhalb des obigen Bereichs des Gewichtsverhältnisses kann eine übermäßige Übertragung von Schäden auf die untere Anodenaktivmaterialschicht 110 während eines Pressvorgangs verhindert werden.
Außerdem kann die effektive Porosität leichter erhalten werden und der Anteil der Mikroporen kann weiter verringert werden. Dementsprechend kann eine Batterie mit hoher Kapazität, verbesserter Lebensdauer und Leistungsfähigkeit erreicht werden. Vorzugsweise kann das Gewichtsverhältnis 0,15 bis 0,7 betragen, stärker bevorzugt 0,3 bis 0,6.
In einer Ausführungsform kann ein Härteverhältnis des ersten Anodenaktivmaterials relativ zum zweiten Anodenaktivmaterial größer als 1 und kleiner oder gleich 2 sein. Noch bevorzugter kann das Härteverhältnis größer als 1 und kleiner oder gleich als 1,5, stärker bevorzugt von 1,1 bis 1,5, sein. In diesem Fall kann das Anodenaktivmaterial mit hoher Dichte erhalten werden, während ein Kollabieren von Poren in dem Anodenaktivmaterial verhindert wird.
In einigen Ausführungsformen kann das Härteverhältnis unter Verwendung von Änderungswerten der Pelletdichten berechnet werden, die bei unterschiedlichen Druckintensitäten p1 und p2 gemessen wurden (d.h. |Pelletsdichte bei p1 - Pelletdichte bei p2|). Zum Beispiel ist die Härte umgekehrt proportional zum Änderungswert der Pelletdichten, und somit kann das Härteverhältnis des ersten Anodenaktivmaterials relativ zum zweiten Anodenaktivmaterial unter Verwendung eines Verhältnisses von a 1/Änderungswert von Pelletdichte des ersten Anodenaktivmaterials relativ zu 1/der Änderungswert der Pelletdichte des zweiten Anodenaktivmaterials berechnet werden.
Das erste Anodenaktivmaterial und das zweite Anodenaktivmaterial können Materialien umfassen, die in der Lage sind, Lithiumionen, die im Stand der Technik allgemein bekannt sind, zu interkalieren und zu deinterkalieren. Zum Beispiel kann das Anodenaktivmaterial ein kohlenstoffbasiertes Material wie etwa kristalliner Kohlenstoff, amorpher Kohlenstoff, einen Kohlenstoffverbundstoff, eine Kohlefaser oder dergleichen, ein Si-basiertes Material wie etwa Si, SiOx (0 < x < 2), Si/C, SiO/C, eine Si-Metalllegierung oder dergleichen, eine Lithiumlegierung usw., enthalten.
Das erste Anodenaktivmaterial und das zweite Anodenaktivmaterial können Materialien des gleichen Typs (z.B. die Materialien auf Graphitbasis) oder Materialien unterschiedlicher Art umfassen.
In einer Ausführungsform kann das erste Kathodenaktivmaterial eine Einzelpartikelform aufweisen (z.B. eine Monolith-Struktur). Zum Beispiel kann das erste Kathodenaktivmaterial aus dem einzelnen Partikel bestehen. Vorzugsweise kann das erste Anodenaktivmaterial künstlicher Graphit mit Einzelpartikelform sein. In diesem Fall kann das Anodenaktivmaterial hoher Dichte effektiv erhalten werden, und die effektive Porosität der Anodenaktivmaterialschicht kann leicht erreicht werden.
In einer Ausführungsform kann das zweite Kathodenaktivmaterial eine Sekundärpartikelstruktur aufweisen, in der eine Vielzahl von Primärpartikeln zusammengesetzt oder aggregiert sind. Vorzugsweise kann das zweite Anodenaktivmaterial künstlicher Graphit mit einer Sekundärpartikelstruktur, in der Primärpartikel zusammengesetzt oder aggregiert sind, sein. In diesem Fall kann das Anodenaktivmaterial hoher Dichte effektiv erhalten werden, und die effektive Porosität der Anodenaktivmaterialschicht kann leicht erreicht werden.
In einer Ausführungsform kann ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser (D₅₀) des ersten Kathoden-Aktivmaterials von 5 µm bis 10 µm, vorzugsweise von 6 µm bis 9 µm betragen.
In einer Ausführungsform kann ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser (D₅₀) des zweiten aktiven Kathodenmaterials von 12 µm bis 20 µm, vorzugsweise von 15 µm bis 19 µm betragen.
Zum Beispiel kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser (D₅₀) als ein Partikeldurchmesser basierend auf 50% einer volumenkumulativen Partikeldurchmesserverteilung definiert werden und kann unter Verwendung eines Laserbeugungsverfahrens gemessen werden. Zum Beispiel kann der durchschnittliche Partikeldurchmesser (D₅₀) unter Verwendung einer Laserbeugungs-Partikelgrößenmessvorrichtung berechnet werden.
In einer Ausführungsform kann die effektive Porosität der Anodenaktivmaterialschicht 130 0,27 ml/g oder mehr, vorzugsweise 0,3 ml/g oder mehr, stärker bevorzugt 0,35 ml/g oder mehr, oder 0,38 ml/g oder mehr betragen. Innerhalb des obigen Bereichs der effektiven Porosität kann eine Batterie mit hoher Kapazität, verbesserter Lebensdauer und Leistungsfähigkeit effizient erreicht werden.
Der hier verwendete Begriff „effektive Porosität“ kann sich auf ein Intrusionsvolumen von Quecksilber in Bezug auf Poren mit einer Porengröße von 3 nm bis 10 µm, gemessen mit einem Quecksilberporosimeter, beziehen.
Das Quecksilberporosimeter ist eine Vorrichtung, mit der eine in die Poren eindringende Quecksilbermenge gemessen wird, indem Quecksilber zwangsweise in die Poren injiziert wird, indem eine poröse Probe so gepresst wird, dass eine Porengröße (z.B. die durch die Washburn-Gleichung berechnet werden kann) ein Volumen, eine Porosität der porösen Probe gemessen wird. Beispielsweise kann AutoPore VI 9500, hergestellt von Micromertics USA, verwendet werden. Ein spezifischer Mechanismus und eine Messung unter Verwendung des Quecksilberporosimeters sind im Stand der Technik allgemein bekannt, und daher werden detaillierte Beschreibungen davon hier weggelassen.
In einer Ausführungsform kann eine Mikroporosität der Anodenaktivmaterialschicht 130, die durch die nachstehende Gleichung 1 dargestellt wird, 25 % oder weniger betragen. $Mikroporosit \ddot{a} t = B / A \times 100 (%)$
In Gleichung 1 ist A die gesamte Quecksilbereindringmenge in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 10 µm, gemessen mit einem Quecksilberporosimeter, und B ist die gesamte Quecksilbereindringmenge in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 100 nm, gemessen mit dem Quecksilberporosimeter.
In einigen Ausführungsformen kann die Mikroporosität der Anodenaktivmaterialschicht 130 23% oder weniger, bevorzugter 21% oder weniger, betragen. Innerhalb des oben beschriebenen Bereichs der Mikroporosität kann eine Batterie mit hoher Kapazität, verbesserter Lebensdauer und Leistungsfähigkeit effizient erreicht werden.
In einer Ausführungsform kann ein Dickenverhältnis der oberen Kathodenaktivmaterialschicht 120 relativ zu der unteren Kathodenaktivmaterialschicht 110 von 0,66 bis 1,5 betragen. In diesem Fall kann das Anodenaktivmaterial mit hoher Dichte leichter erhalten werden.
In einer Ausführungsform kann der Anodenstromkollektor 100 Kupfer, Edelstahl, Nickel, Aluminium, Titan, eine Legierung davon usw. umfassen, kann vorzugsweise Kupfer oder eine Kupferlegierung umfassen.
In einer Ausführungsform kann die Anodenaktivmaterialschicht 130 ferner ein Anodenbindemittel umfassen. Beispielsweise können die untere Kathodenaktivmaterialschicht 110 und die obere Kathodenaktivmaterialschicht 120 jeweils ferner das Anodenbindemittel umfassen.
Das Anodenbindemittel kann die Haftung zwischen den Anodenaktivmaterialpartikeln und zwischen dem Anodenaktivmaterial und dem Anodenstromkollektor fördern. Zum Beispiel kann das Anodenbindemittel ein Bindemittel auf organischer Basis umfassen, wie etwa ein Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (PVDF-co-HFP), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat usw., oder ein Bindemittel auf Wasserbasis, wie etwa Styrol-Butadien Gummi (SBR), der mit einem Verdickungsmittel wie Carboxymethylcellulose (CMC) verwendet werden kann.
Beispielsweise kann das Bindemittel auf Wasserbasis wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) zusammen mit dem Verdickungsmittel wie Carboxymethylcellulose (CMC) verwendet werden, um die Kompatibilität mit dem Aktivmaterial auf Kohlenstoffbasis zu verbessern.
In einer Ausführungsform kann die Anodenaktivmaterialschicht 130 ferner ein leitfähiges Material umfassen. Zum Beispiel können die untere Schicht aus Kathodenaktivmaterial 110 und die obere Schicht aus Kathodenaktivmaterial 120 jeweils ferner das leitfähige Material umfassen.
Das leitfähige Material kann hinzugefügt werden, um eine Elektronenmobilität zwischen den Anodenaktivmaterialpartikeln zu erleichtern. Zum Beispiel kann das leitfähige Material ein kohlenstoffbasiertes Material wie Graphit, Ruß, Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhrchen usw., und/oder ein metallbasiertes Material wie etwa Zinn, Zinnoxid, Titanoxid, ein Perowskitmaterial wie z.B. LaSrCoO₃ oder LaSrMnO₃ umfassen.
In einer Ausführungsform kann die Anodenaktivmaterialschicht 130 1 Gewichtsteil bis 5 Gewichtsteile eines plattenförmigen leitfähigen Materials basierend auf 100 Gewichtsteilen des Anodenaktivmaterials umfassen. Beispielsweise kann jede der unteren Anodenaktivmaterialschicht 110 und der oberen Anodenaktivmaterialschicht 120 1 Gewichtsteil bis 5 Gewichtsteile des plattenförmigen leitfähigen Materials basierend auf 100 Gewichtsteilen des ersten Anodenaktivmaterials bzw. das zweite Anodenaktivmaterial enthalten.
In diesem Fall können Beschädigungen des Anodenaktivmaterials während eines Pressvorgangs durch einen Gleiteffekt des plattenförmigen leitfähigen Materials verhindert werden. Dementsprechend kann die effektive Porosität der Anode weiter erhöht werden, und die Batterie mit hoher Kapazität, verbesserter Lebensdauer und Leistungsfähigkeit kann effizient erreicht werden.
In einigen Ausführungsformen kann das plattenförmige leitfähige Material ein plattenförmiger künstlicher Graphit sein und ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser (D₅₀) kann von 3 µm bis 5 µm betragen.
2 ist ein Flussdiagramm zum Beschreiben eines Verfahrens zum Herstellen einer Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen.
Unter Bezugnahme auf 2 kann bei dem Verfahren zum Herstellen einer Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen eine erste Anodenaufschlämmung auf einen Anodenstromkollektor aufgetragen werden, um eine erste Anodenaufschlämmungsschicht zu bilden (z.B. in einem Schritt S10). Eine zweite Anodenaufschlämmung kann auf die erste Anodenaufschlämmungsschicht aufgetragen werden, um eine zweite Anodenaufschlämmungsschicht zu bilden (z.B. in einem Schritt S20).
Die erste Anodenaufschlämmung und die zweite Anodenaufschlämmung können ein erstes Anodenaktivmaterial bzw. ein zweites Anodenaktivmaterial mit einer geringeren Härte als der des ersten Anodenaktivmaterials umfassen.
Sowohl die erste Anodenaufschlämmung als auch die zweite Anodenaufschlämmung können ferner das Anodenbindemittel, das Lösungsmittel optional mit dem leitfähigen Material, wie oben beschrieben, umfassen.
In einer Ausführungsform können sowohl die erste Anodenaufschlämmung als auch die zweite Anodenaufschlämmung das erste Anodenaktivmaterial und das zweite Anodenaktivmaterial umfassen. In der ersten Anodenaufschlämmung kann eine Menge des ersten Anodenaktivmaterials größer sein als eine Menge des zweiten Anodenaktivmaterials. In der zweiten Anodenaufschlämmung kann eine Menge des zweiten Anodenaktivmaterials größer sein als eine Menge des ersten Anodenaktivmaterials.
In einer Ausführungsform können die erste Anodenaufschlämmungsschicht und die zweite Anodenaufschlämmungsschicht getrocknet und gepresst werden (z.B. in einem Schritt S30). Zum Beispiel können die erste Anodenaufschlämmungsschicht und die zweite Anodenaufschlämmungsschicht zusammengetrocknet und dann gepresst werden, um eine untere Anodenaktivmaterialschicht und eine obere Anodenaktivmaterialschicht zu bilden. In diesem Fall können die erste Anodenaufschlämmungsschicht und die zweite Anodenaufschlämmungsschicht durch einen einzigen Trocknungsprozess getrocknet werden, und der Anodenherstellungsprozess kann vereinfacht werden.
Alternativ kann die erste Anodenaufschlämmung auf den Anodenstromkollektor aufgetragen und getrocknet werden, um die erste Anodenaufschlämmung zu bilden, und die zweite Anodenaufschlämmung kann auf die erste Anodenaufschlämmung aufgetragen und dann getrocknet werden, um die zweite Anodenaufschlämmungsschicht zu bilden. Danach können die getrockneten ersten und zweiten Anodenaufschlämmungsschichten gepresst werden, um die untere Anodenaktivmaterialschicht und die obere Anodenaktivmaterialschicht zu bilden.
3 ist eine schematische Querschnittsansicht, die eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen darstellt.
Unter Bezugnahme auf 3 kann eine Lithium-Sekundärbatterie gemäß beispielhaften Ausführungsformen eine Anode 10, eine Kathode 20 und eine Trennschicht 30, die zwischen der Kathode 20 und der Anode 10 angeordnet ist, umfassen.
Die Kathode 20 kann einen Kathodenstromkollektor 200 und eine Kathodenaktivmaterialschicht 230 umfassen, die auf dem Kathodenstromkollektor gebildet ist.
Die Kathodenaktivmaterialschicht 230 kann ein Kathodenaktivmaterial optional mit einem Kathodenbindemittel und einem leitfähigen Material umfassen.
Zum Beispiel können das Kathodenaktivmaterial, das Kathodenbindemittel, das leitfähige Material usw. gemischt und in einem Lösungsmittel gerührt werden, um eine Kathodenaufschlämmung herzustellen. Die Kathodenaufschlämmung kann auf den Kathodenstromkollektor 200 aufgetragen und dann getrocknet und gepresst werden, um die Kathode 20 zu bilden.
Der Kathodenstromkollektor 200 kann beispielsweise Edelstahl, Nickel, Aluminium, Titan, Kupfer oder eine Legierung davon umfassen und kann vorzugsweise Aluminium oder eine Aluminiumlegierung umfassen.
Das Kathodenaktivmaterial kann ein Material umfassen, das in der Lage ist, Lithiumionen reversibel zu interkalieren und zu deinterkalieren. Das Kathodenaktivmaterial kann beispielsweise ein Lithiummetalloxid, das ein Metallelement wie Nickel, Kobalt, Mangan, Aluminium oder dergleichen enthält, umfassen.
Beispielsweise kann das Lithiummetalloxid durch die chemische Formel 1 dargestellt werden. Li_xNi_aCO_bM_cO_y [Chemische Formel 1]
In der chemischen Formel 1 kann M mindestens eines von Al, Zr, Ti, B, Mg, Mn, Ba, Si, W und Sr sein, wobei 0,9≤x≤1,2, 1,9≤y≤2,1, 0,8≤a≤1, 0≤c/(a+b)≤0,13, and 0≤c≤0,11 sind.
In einigen Ausführungsformen kann das Lithiummetalloxid ferner ein Beschichtungselement oder ein Dotierungselement umfassen. Beispielsweise kann das Beschichtungselement oder das Dotierungselement Al, Ti, Ba, Zr, Si, B, Mg, P, Sr, W, La, eine Legierung davon oder ein Oxid davon umfassen. Diese können allein oder in Kombination davon verwendet werden. Die Kathodenaktivmaterialpartikel können durch die Beschichtung oder das Dotierelement passiviert werden, so dass Stabilitäts- und Lebensdauereigenschaften gegenüber einem Eindringen eines externen Objekts weiter verbessert werden können.
Das Kathodenbindemittel kann ein Bindemittel auf organischer Basis umfassen, wie beispielsweise ein Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (PVDF-co-HFP), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyacrylnitril, Polymethylmethacrylat usw., oder ein Bindemittel auf Wasserbasis, wie beispielsweise Styrol-Butadien Gummi (SBR), der mit einem Verdickungsmittel wie Carboxymethylcellulose (CMC) verwendet werden kann. Vorzugsweise kann das Kathodenbindemittel ein auf PVDF basierendes Bindemittel umfassen.
Zum Beispiel kann das leitfähige Material ein kohlenstoffbasiertes Material wie etwa Graphit, Ruß, Graphen, Kohlenstoff-Nanoröhrchen usw. und/oder ein metallbasiertes Material wie etwa Zinn, Zinnoxid, Titanoxid, ein Perowskitmaterial wie LaSrCoO₃ oder LaSrMnO₃, umfassen.
Die Trennschicht 30 kann zwischen der Kathode 20 und der Anode 10 eingefügt sein.
Die Trennschicht 30 kann einen porösen Polymerfilm umfassen, der z.B. aus einem Polymer auf Polyolefinbasis hergestellt ist, wie einem Ethylenhomopolymer, einem Propylenhomopolymer, einem Ethylen/Buten-Copolymer, einem Ethylen/Hexen-Copolymer, einem Ethylen/Methacrylat-Copolymer, oder dergleichen. Die Trennschicht 30 kann auch aus einem Vliesstoff, der eine Glasfaser mit einem hohen Schmelzpunkt, eine Polyethylenterephthalatfaser oder dergleichen enthält, gebildet sein.
In beispielhaften Ausführungsformen kann eine Elektrodenzelle durch die Kathode 20, die Anode 10 und die Trennschicht 30 definiert sein, und mehrere der Elektrodenzellen können gestapelt sein, um eine Elektrodenanordnung zu bilden, die beispielsweise eine Geleerollenform hat. Zum Beispiel kann die Elektrodenbaugruppe durch Wickeln, Laminieren oder Falten der Trennschicht 30 gebildet werden.
Die Elektrodenanordnung kann zusammen mit einem Elektrolyten in einem äußeren Gehäuse 40 untergebracht sein, um die Lithium-Sekundärbatterie zu bilden. In beispielhaften Ausführungsformen kann der Elektrolyt ein Lithiumsalz umfassen und kann in Form einer nichtwässrigen Elektrolytlösung enthalten sein, die ein organisches Lösungsmittel enthält.
Das Lithiumsalz kann durch Li⁺X^- dargestellt werden und ein Anion des Lithiumsalzes X kann z.B., F^-, Cl^-, Br-, I^-, NO₃ ^-, N(CN)₂ ^-, BF₄ ^-, ClO₄ ^-, PF₆ ^-, (CF₃)₂PF₄ ^-, (CF₃)₃PF₃ ^-, (CF₃)₄PF₂ ^-, (CF₃)₅PF^-, (CF₃)₆P^-, CF₃SO₃ ^-, CF₃CF₂SO₃ ^-, (CF₃SO₂)₂N^-, (FSO₂)₂N^- CF₃CF₂(CF₃)₂CO^-, (CF₃SO₂)₂CH^-, (SF₅)₃C^-, (CF₃SO₂)₃C^-, CF₃(CF₂)₇SO₃ ^-, CF₃CO₂ ^-, CH₃CO₂ ^-, SCN^-, (CF₃CF₂SO₂)₂N^-, usw., enthalten.
Das organische Lösungsmittel kann Propylencarbonat (PC), Ethylencarbonat (EC), Diethylcarbonat (DEC), Dimethylcarbonat (DMC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Methylpropylcarbonat, Dipropylcarbonat, Dimethylsulfoxid, Acetonitril, Dimethoxyethan, Diethoxyethan, Vinylencarbonat, Sulfolan, Gamma-Butyrolacton, Propylensulfit, Tetrahydrofuran usw., enthalten. Diese können allein oder in Kombination verwendet werden.
Die Lithium-Sekundärbatterie kann unter Verwendung einer Dose, einer prismatischen Form, einer Beutelform, einer Münzform usw. in eine zylindrische Form hergestellt werden.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen vorgeschlagen, um die vorliegende Erfindung konkreter zu beschreiben. Die folgenden Beispiele werden jedoch nur zur Veranschaulichung der vorliegenden Erfindung angegeben, und der Fachmann wird offensichtlich verstehen, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb des Umfangs und Geistes der vorliegenden Erfindung möglich sind. Solche Änderungen und Modifikationen sind ordnungsgemäß in den beigefügten Ansprüchen enthalten.
[Messung von Eigenschaften]
1. Durchschnittlicher Durchmesser (D₅₀)
Der durchschnittliche Partikeldurchmesser (D₅₀), definiert als Partikeldurchmesser basierend auf 50 % einer volumetrischen kumulativen Partikelgrößenverteilung, wurde unter Verwendung eines Laserbeugungsverfahrens (microtrac MT 3000) gemessen.
2. Pelletdichte
Die Pelletdichte wurde gemäß dem folgenden Verfahren unter Verwendung von MCP-PD51, hergestellt von Nittoseiko Analytech, gemessen.
(1) Eine Höhe (H1, mm) einer leeren Pelletiervorrichtung mit einem Durchmesser von 20 mm wurde gemessen.
(2) 2 g einer Probe des Anodenaktivmaterials wurden in die Pelletiervorrichtung gegeben und während des Pressens 10 Sekunden gehalten, und die Höhe (Hp, mm) der Pelletiervorrichtung wurde gemessen.
Der Druck wurde während der Messung von 2 kN auf 8 kN geändert.
(3) Die Pelletdichte wurde aus der nachstehenden Gleichung 2 berechnet. $Pelletdichte = 2 / [π \times {(20 / 2)}^{2} \times (Hp - H 1) / 1000]$
3. Härteverhältnis
Ein Härteverhältnis zwischen dem ersten Anodenaktivmaterial und dem zweiten Anodenaktivmaterial wurde unter Verwendung von Änderungswerten der Pelletdichten, gemessen bei einem Druck von 2 kN und 8 kN, (d.h. I Pelletdichte bei 8 kN - Pelletdichte bei 2 kN |, im Folgenden als Änderungswert der Pelletdichte bezeichnet), erhalten.
Das heißt, die Härte ist umgekehrt proportional zum Änderungswert der Pelletdichte, und somit wurde das Härteverhältnis des ersten negativen Aktivmaterials relativ zum zweiten negativen Aktivmaterial als ein Verhältnis eines 1/a-Änderungswerts der Pelletdichte des ersten Anodenaktivmaterials relativ zu einem 1/a-Änderungswert der Pelletdichte des zweiten Anodenaktivmaterials berechnet.
Beispiel 1
<Herstellung von Anodenaktivmaterial>
Ein künstlicher Graphit mit einer Einzelpartikelform und mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser (D₅₀) von 8 µm, einer Pelletdichte bei 2 kN von 1,49, einer Pelletdichte bei 8 kN von 1,85 und einem 1/Pelletdichteänderungswert von 2,78 (nachstehend als HH-C bezeichnet) wurde als erstes Anodenaktivmaterial hergestellt.
Künstlicher Graphit mit einer Sekundärpartikelstruktur, in der Primärpartikel angeordnet sind, und mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser (D₅₀) von 16 µm, einer Pelletdichte bei 2 kN von 1,52, einer Pelletdichte bei 8 kN von 1,97 und einem 1/Pelletdichteänderungswert von 2,22 (nachstehend LH-C) wurde als zweites Anodenaktivmaterial hergestellt.
Ein Härteverhältnis von HH-C relativ zu LH-C wurde gemäß dem obigen Berechnungsverfahren zu 1,25 berechnet.
<Herstellung der Anodenaufschlämmung>
Das HH-C, das LH-C, SBR als Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel wurden gemischt und gerührt, um eine erste Anodenaufschlämmung zu bilden. Das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C, LH-C und SBR betrug 3:7:0,3.
Das HH-C, das LH-C, SBR als Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel wurden gemischt und gerührt, um eine zweite Anodenaufschlämmung herzustellen. Das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C, LH-C und SBR betrug 7:3:0,3.
<Herstellung der Anode>
Die erste Anodenaufschlämmung wurde auf eine Kupferfolie mit einer Dicke von 10 µm aufgetragen und getrocknet, um eine untere Anodenaktivmaterialschicht zu bilden (eine Gesamtdicke der Kupferfolie und der unteren Anodenaktivmaterialschicht betrug 49 µm).
Die zweite Anodenaufschlämmung wurde auf die untere Anodenaktivmaterialschicht aufgetragen und getrocknet, um eine obere Anodenaktivmaterialschicht zu bilden (eine Gesamtdicke der Kupferfolie, der unteren Anodenaktivmaterialschicht und der oberen Anodenaktivmaterialschicht betrug 88 µm) und dann von einer Anode von Beispiel 1 gepresst.
Beispiel 2
Eine Anode wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C 4:6 bei der Herstellung der ersten Anodenaufschlämmung betrug und das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C bei der Herstellung der zweiten Anodenaufschlämmung 6:4 betrug.
Beispiel 3
Eine Anode wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C bei der Herstellung der ersten Anodenaufschlämmung 2:8 betrug und das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C bei der Herstellung der zweiten Anodenaufschlämmung 8:2 betrug.
Beispiel 4
Eine Anode wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C bei der Herstellung der ersten Anodenaufschlämmung 1,5:8,5 betrug und das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C bei der Herstellung der zweiten Anodenaufschlämmung 8,5:1,5 betrug.
Beispiel 5
Eine Anode wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C 4,5:5,5 bei der Herstellung der ersten Anodenaufschlämmung betrug und das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C bei der Herstellung der zweiten Anodenaufschlämmung 5,5:4,5 betrug.
Beispiel 6
Eine Anode wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C 1:9 bei der Herstellung der ersten Anodenaufschlämmung betrug und das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C und LH-C bei der Herstellung der zweiten Anodenaufschlämmung 9:1 betrug.
Beispiel 7
Eine Anode wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass 3 Gewichtsteile eines plattenförmigen künstlichen Graphits (KS6L, hergestellt von TIMCAL), bezogen auf 100 Gewichtsteile HH-C und die LH-C bei der Herstellung der ersten und zweiten Anodenaufschlämmung, zugegeben wurden.
Vergleichsbeispiel 1
Eine Anode wurde nach dem gleichen Verfahren wie in Beispiel 1 hergestellt, außer dass bei der Herstellung der ersten Anodenaufschlämmung nur LH-C als Anodenaktivmaterial verwendet wurde und bei der Herstellung der zweiten Anodenaufschlämmung nur HH-C als Anodenaktivmaterial verwendet wurde.
Vergleichsbeispiel 2
Das HH-C, das LH-C, SBR als Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel wurden gemischt und gerührt, um eine Anodenaufschlämmung herzustellen. Das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C, LH-C und SBR betrug 5:5:0,3.
Die Anodenaufschlämmung wurde auf eine Kupferfolie mit einer Dicke von 10 µm aufgetragen, getrocknet, um eine Anodenaktivmaterialschicht zu bilden (eine Gesamtdicke der Kupferfolie und der Anodenaktivmaterialschicht betrug 88 µm) und gepresst, um eine Anode zu bilden.
Vergleichsbeispiel 3
Das HH-C, das LH-C, SBR als Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel wurden gemischt und gerührt, um eine Anodenaufschlämmung herzustellen. Das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C, LH-C und SBR betrug 3:7:0,3.
Die Anodenaufschlämmung wurde auf eine Kupferfolie mit einer Dicke von 10 µm aufgetragen, getrocknet, um eine Anodenaktivmaterialschicht zu bilden (eine Gesamtdicke der Kupferfolie und der Anodenaktivmaterialschicht betrug 88 µm) und gepresst, um eine Anode zu bilden.
Vergleichsbeispiel 4
Das HH-C, das LH-C, SBR als Bindemittel und Wasser als Lösungsmittel wurden gemischt und gerührt, um eine Anodenaufschlämmung herzustellen. Das Mischungsgewichtsverhältnis von HH-C, LH-C und SBR betrug 7:3:0,3.
Die Anodenaufschlämmung wurde auf eine Kupferfolie mit einer Dicke von 10 µm aufgetragen, getrocknet, um eine Anodenaktivmaterialschicht zu bilden (eine Gesamtdicke der Kupferfolie und der Anodenaktivmaterialschicht betrug 88 µm) und gepresst, um eine Anode zu bilden.
Experimentelles Beispiel 1: Bewertung der Poreneigenschaft
1. Effektive Porosität
Effektive Porositäten der Anodenaktivmaterialschichten gemäß den Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden unter Verwendung eines Quecksilberporosimeters (AutoPore VI9500, Micromeritics USA) durch die nachstehenden Verfahren gemessen.
(1) Messen einer Gesamteindringmenge (ml/g) von Quecksilber in eine Anodenprobe
Die Anodenproben (einschließlich der Anodenaktivmaterialschicht und der Kupferfolie) wurden in das Quecksilberporosimeter eingeführt. Es wurde ein Druck von 0,5 psia bis 60.000 psia angelegt und die Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 10 µm gemessen.
(2) Messen einer Gesamteindringmenge (ml/g) von Quecksilber basierend auf der Anodenaktivmaterialschicht.
Die nachstehende Gleichung 3 wurde mit der Gesamteindringmenge, die durch das obige (1) gemessen wurde, multipliziert, um eine Massenumwandlung durchzuführen, so dass eine Gesamteindringmenge von Quecksilber in die Anodenaktivmaterialschicht, die als effektive Porosität definiert wurde, berechnet wurde. $\frac{Masse pro Fl \ddot{a} che der Anodenaktivmaterialschicht ({mg/cm}^{2})}{\begin{matrix} \begin{array}{l} Masse pro Fl \ddot{a} che \\ der Anodenaktivmaterialschicht ({mg/cm}^{2}) + \end{array} & \begin{array}{l} Masse pro Fl \ddot{a} che der \\ Kupferfolie ({mg/cm}^{2}) \end{array} \end{matrix}}$
2. Messung der Mikroporosität
Mikroporositäten wurden unter Verwendung eines Quecksilberporosimeters (AutoPore VI9500, Micromeritics USA) gemessen. Die Mikroporosität wird durch die nachstehende Gleichung 1 definiert, und die Gesamteindringmenge von Quecksilber wurde nach dem gleichen Verfahren wie bei der Messung der effektiven Porosität gemessen. $Mikroporosit \ddot{a} t = B / A \times 100 (%)$
In der Gleichung 1 ist A eine Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 10 µm, gemessen mit dem Quecksilberporosimeter, und B ist eine Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 100 nm, gemessen mit dem Quecksilberporosimeter.
Experimentelles Beispiel 2: Bewertung der Leistungsfähigkeit
Eine Elektrodenanordnung wurde unter Verwendung der Anode der Beispiele und Vergleichsbeispiele, einer Lithiumfolie (eine Gegenelektrode) und eines porösen Polyethylenseparators (Dicke: 21 µm) hergestellt.
LiPF₆ wurde einem Lösungsmittel zugesetzt, in dem Ethylencarbonat (EC) und Ethylmethylcarbonat (EMC) in einem Volumenverhältnis von 3:7 vermischt wurden, um eine 1,0 M LiPF₆ -Elektrolytlösung herzustellen.
Eine Knopfzellenbatterie wurde gemäß einem allgemein bekannten Herstellungsverfahren unter Verwendung der Elektrodenanordnung und des Elektrolyten hergestellt.
Für die Knopfzellenbatterien der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde die Bewertung der Leistungsfähigkeit wie folgt durchgeführt:
Für die Knopfzellenbatterien der Beispiele und Vergleichsbeispiele wurde das Laden und Entladen bei 0,1 C durchgeführt, um eine Ladekapazität X zu messen.
Als nächstes wurden 2,0C Laden und 0,1C Entladen durchgeführt, und eine Ladekapazität Y wurde gemessen.
Ein Prozentsatz der Ladekapazität Y zu der Ladekapazität X (Y/X × 100%) wurde berechnet, um die Leistungsfähigkeit zu bewerten.

Die Ergebnisse sind in den Tabellen 1 und 2 unten gezeigt. [Tabelle 1]

	Beispiel 1	Beispiel 2	Beispiel 3	Beispiel 4	Beispiel 5	Beispiel 6	Beispiel 7
Unteres HH-C:LH-C	3:7	4:6	2:8	1.5:8.5	4.5:5.5	1:9	3:7
Oberes HH-C:LH-C	7:3	6:4	8:2	8.5:1.5	5.5:4.5	9:1	7:3
Effektive Porosität (ml/g)	0.38	0.32	0.35	0.32	0.27	0.27	0.40
Mikroporosität (%)	19	21	22	23	25	24	20
Leistungsfähigkeit	92.5	89.0	90.4	88.5	83.2	85.2	92.4

[Tabelle 2]

	Vergleichsbeispiel 1	Vergleichsbeispiel 2	Vergleichsbeispiel 3	Vergleichsbeispiel 4
Unteres HH-C:LH-C	0:10	5:5	3:7	7:3
Oberes HH-C:LH-C	10:0	-	-	-
Effektive Porosität (ml/g)	0.21	0.245	0.26	0.24
Mikroporosität (%)	29	24	25	22
Leistungsfähigkeit	81.2	82.5	80.4	85.5

Unter Bezugnahme auf die Tabellen 1 und 2 stellten die Anoden der Beispiele eine verbesserte effektive Porosität und Mikroporosität im Vergleich zu denen der Anoden der Vergleichsbeispiele bereit.
Weiterhin stellten die Sekundärbatterien, die die Anoden der Beispiele umfassen, größere Leistungsfähigkeiten bereit als die der Vergleichsbeispiele.
In den Beispielen 1 bis 3 wurden innerhalb des vorbestimmten Bereichs von HH-C:LH-C stärker verbesserte effektive Porositäten, Mikroporositäten und Leistungsfähigkeiten erreicht.

Claims

Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie, umfassend: einen Anodenstromkollektor; und eine Anodenaktivmaterialschicht, die auf dem Anodenstromkollektor gebildet ist, wobei die Anodenaktivmaterialschicht eine untere Anodenaktivmaterialschicht, die auf dem Anodenstromkollektor gebildet ist, und eine obere Anodenaktivmaterialschicht, die auf der unteren Anodenaktivmaterialschicht gebildet ist, umfasst, wobei jede der unteren Anodenaktivmaterialschicht und der oberen Anodenaktivmaterialschicht ein erstes Anodenaktivmaterial und ein zweites Anodenaktivmaterial mit einer Härte von weniger als der des ersten Anodenaktivmaterials enthält, wobei eine Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 10 µm in der Anodenaktivmaterialschicht, gemessen durch ein Quecksilberporosimeter, 0,27 ml/g oder mehr, beträgt.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei eine Menge des zweiten Anodenaktivmaterials größer als eine Menge des ersten Anodenaktivmaterials in der unteren Anodenaktivmaterialschicht ist, und eine Menge des ersten Anodenaktivmaterials größer als eine Menge des zweiten Anodenaktivmaterials in der oberen Anodenaktivmaterialschicht ist.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 2, wobei ein Gewichtsverhältnis des ersten Anodenaktivmaterials relativ zum zweiten Anodenaktivmaterial in der unteren Anodenaktivmaterialschicht 0,1 bis 0,85 beträgt.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 2, wobei ein Gewichtsverhältnis des zweiten Anodenaktivmaterials relativ zum ersten Anodenaktivmaterial in der oberen Anodenaktivmaterialschicht 0,1 bis 0,85 beträgt.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das erste Anodenaktivmaterial eine Einzelpartikelform hat.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei das zweite Anodenaktivmaterial eine Sekundärpartikelstruktur aufweist, in der Primärpartikel angeordnet sind.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei ein Härteverhältnis des ersten negativen Aktivmaterials relativ zum zweiten negativen Aktivmaterial 1,1 bis 1,5 beträgt.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser (D50) des ersten Anodenaktivmaterials von 5 µm bis 10 µm beträgt und ein durchschnittlicher Partikeldurchmesser (D50) des zweiten Anodenaktivmaterials von 12 µm bis 20 µm beträgt.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei ein Dickenverhältnis der oberen Anodenaktivmaterialschicht relativ zu der unteren Anodenaktivmaterialschicht 0,66 bis 1,5 beträgt.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei eine Mikroporosität der durch Gleichung 1 dargestellten Anodenaktivmaterialschicht 25 % oder weniger beträgt: $Mikroporosit \ddot{a} t = B / A \times 100 (%)$
wobei in der Gleichung 1, A eine Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 10 µm, gemessen mit einem Quecksilberporosimeter, ist, und B eine Gesamteindringmenge von Quecksilber in Poren mit einem Durchmesser von 3 nm bis 100 nm, gemessen mit dem Quecksilberporosimeter, ist.
Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1, wobei jede der unteren Anodenaktivmaterialschicht und der oberen Anodenaktivmaterialschicht ferner 1 Gewichtsteil bis 5 Gewichtsteile eines plattenförmigen leitfähigen Materials basierend auf 100 Gewichtsteile des ersten negativen Aktivmaterials und des zweiten negativen Aktivmaterials umfasst.
Lithium-Sekundärbatterie, umfassend: eine Elektrodenanordnung, umfassend die Anode für eine Lithium-Sekundärbatterie nach Anspruch 1 und eine der Anode zugewandte Kathode; und einen Elektrolyten, der die Elektrodenanordnung imprägniert.