二次电池用负极活性物质及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二次电池用负极活性物质及其制备方法。本发明专利技术一实施例的硅类活性物质复合物包含硅及上述硅的至少一部分氧化而成的硅氧化物，相对于上述硅及上述硅氧化物的总重量，氧的含量限制在9％至20％重量百分比之间。

Negative electrode active material for two cell and preparation method thereof

The invention discloses a negative electrode active material for a two cell and a preparation method thereof. At least a portion of the silicon oxide silicon oxide type active compound an embodiment of the present invention comprises silicon and the silicon and the silicon and the relative to the total weight of silicon oxide, oxygen content between 9% to 20% weight percent.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及二次电池技术，特别涉及二次电池用负极活性物质及其制备方法。
技术介绍
二次电池作为可通过使用可逆性优秀的电极材料来进行充电及放电的电池，代表性地，普遍使用锂二次电池。上述锂二次电池不仅可作为智能手机、便携式计算机及电子纸等IT设备的小型电源来使用，还期待作为通过装载于汽车等移动工具来使用或者用于智能电网等供电网络的电力储存场的中大型电源的应用。将锂金属作为锂二次电池的负极材料来使用时，因枝晶的形成，会产生电池短路或者存在引发爆炸的危险性，因此，替代上述锂金属，作为负极，多使用可对锂实施嵌入(intercalation)及脱嵌(deintercalation)，且具有372mAh/g的理论容量的石墨及人造石墨等的结晶质类碳或软碳、硬碳和碳类活性物质。但是，随着扩大对二次电池的应用，进一步需要二次电池的高容量化及高输出化，由此，可替代碳类负极材料的理论容量，且具有500mAh/g以上容量的硅(Si)、锡(Sn)或铝(Al)等可与锂形成合金的非碳类负极材料正备受瞩目。在上述非碳类负极材料中，硅的理论容量达到约4200mAh/g，由此理论容量最大，因此在容量方面，其应用非常重要。但是，由于硅在充电时，体积会膨胀到4倍左右，因此，在充电、放电的过程中，进行因体积变化而破坏活性物质之间的电连接或者从集电体分离活性物质，而且因电解质而产生的活性物质的侵蚀而导致形成固体电解质界面层(SolidElectrolyteInterface，SEI)等不可逆反应，由此使电池寿命劣化，因而在将硅实用化方面存在障碍。因此，为了适用硅材料，既要抑制在充电、放电时的体积变化，又要改善电池的不可逆容量。并且，随着对二次电池需求的爆发性增长，需要确保既可大量生产又经济的硅负极活性物质的制备技术。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术所要解决的技术问题在于，提供如下的负极活性物质，即，通过利用硅来改善不可逆容量，而且缓解随着充电、放电发生的体积变化，从而既提高能量密度，又具有高容量、长寿命。并且，本专利技术所要解决的另一技术问题在于，提供可经济、迅速地大量形成具有前述优点的硅负极活性物质的制备方法。解决问题的方案用于解决上述问题的本专利技术一实施方式的硅类活性物质复合物包含硅及上述硅的至少一部分氧化而成的硅氧化物。相对于上述硅及上述硅氧化物的总重量，氧的含量限制在9％至20％重量百分比之间。在一实施例中，上述硅类活性物质复合物包含上述硅的芯部以及包围上述芯部的硅氧化物壳。上述硅氧化物壳的厚度可以在2nm至30nm的范围内。优选地，上述硅氧化物壳的厚度可以在3nm至15nm的范围内。在另一实施例中，上述硅类活性物质复合物可包含硅基质以及分散在上述硅基质内的上述硅氧化物。上述硅活性物质复合物的平均直径在30nm至300nm的范围内，优选地，上述硅活性物质复合物的平均直径可以在30nm至200nm的范围内。在一实施例中，在上述硅类活性物质复合物的外围还可形成有导电层。上述导电层可包含非晶质碳膜或导电性金属氧化物粒子。用于解决上述另一问题的本专利技术另一实施方式的硅类活性物质复合物的制备方法包括：提供硅的粒子的步骤；以及通过对上述硅的粒子进行氧化，来形成包含硅及上述硅的至少一部分氧化而成的硅氧化物的硅类活性物质复合物的步骤。在此情况下，相对于上述硅及上述硅氧化物的总重量，氧的含量限制在9％至20％重量百分比之间。在一实施例中，在对上述硅的粒子进行氧化的步骤中，在含氧液相溶剂内，能够以化学氧化的方式对上述硅的粒子进行氧化。在此情况下，上述含氧液相溶剂包含甲醇、异丙醇(IPA)、过氧化氢(H2O2)、水或它们中的2种以上的混合溶剂。在另一实施例中，在对上述硅的粒子进行氧化的步骤中，还能够向上述硅的粒子注入氧离子。在此情况下，为了既抑制因硅的热氧化而引起的致密化又使硅基质与注入的氧相结合，可在50℃至200℃以下的低温下额外地进行热处理。专利技术的效果本专利技术的实施例可提供硅类活性物质复合物，上述硅类活性物质复合物包含硅和硅的至少一部分氧化而成的硅氧化物，相对于上述硅及上述硅氧化物的总重量，氧的含量限制在9％至20％重量百分比之间，由此使纯硅复合化，从而相对于硅的理论容量，维持80％以上的容量，并提高寿命和可靠性。并且，根据本专利技术的实施例，在含氧液相溶剂内使硅的粒子氧化或者通过注入氧离子来使硅氧化，从而提供既可大量生产又经济的具有前述优点的硅类活性物质复合物的制备方法。附图说明图1a及图1b为分别表示本专利技术多种实施例的硅类活性物质复合物的剖视图。图2为示出本专利技术一实施例的硅类活性物质复合物的制备方法的流程图。具体实施方式以下，参照附图详细说明本专利技术的优选实施例。本专利技术的多个实施例用于使本专利技术所属
的普通技术人员更加完整地理解本专利技术，以下实施例能够以多种不同的方式变形，本专利技术的范围不局限于以下实施例。反而，这些实施例使本公开内容更充实、完整，用于向本专利技术所属
的普通技术人员完整地传递本专利技术的思想。并且，在以下附图中，为了便于说明及说明的明确性，以夸张的方式示出了各层的厚度或大小，在附图中，相同的附图标记表示相同的要素。如在本说明书中所使用，术语“和/或”包括相应列举的项目中的一种及一种以上的所有组合。在本说明书中使用的术语用于说明特定实施例，而并非用于限制本专利技术。如在本说明书中所使用，只要在文脉上未明确指出其它情况，则单个形态可包括多个形态。并且，在本说明书中所使用的情况下，“包含(comprise)”和/或“包含的(comprising)”用于特定所提及的多个形状、数字、步骤、动作、部件、要素和/或它们的组合，而并非排除一种以上的其它形状、数字、动作、部件、要素和/或多个组合的存在或附加。图1a及图1b为分别示出本专利技术多种实施例的硅类活性物质复合物100A、100B的剖视图。参照图1a及图1b，硅活性物质复合物100A、100B具有粒子结构。图1a的硅活性物质复合物100A可包含硅的芯部10以及包围芯部10的硅氧化物壳20A。如图1b所示，硅活性物质复合物100B还可包含硅基质10以及分散在基质10的硅氧化物20B。在部分实施例中，还可在硅活性物质复合物100A的最外围包括导电层30。导电层30还可包括石墨、软碳或石墨烯等碳类导电层。导电层30用于使相接触的硅活性物质复合物100A之间电连接，并减少集电体(未图示)为止的内部电阻。在部分实施例中，上述碳类导电层可以为结晶质或至少局部为非晶质碳膜。当碳类导电层具有高结晶度时，可以为石墨，但在这种情况下，可在表面与电解液发生反应。但是，低结晶度或非晶质碳膜对上述电解质具有化学耐蚀性，因此在充电、放电时会抑制上述电解液的分解，从而具有可提高负极的寿命的优点。并且，在上述碳类导电层中，具有导电性的SP2石墨结构和具有绝缘性的SP3的钻石结构可以并存，为了使碳类导电层具有导电性，还可使上述SP2的摩尔分数大于SP3的摩尔份数，上述摩尔份数可通过热处理工序进行调节。前述的碳类导电层为例示性的，本专利技术并不局限于此。例如，硅复合物活性物质100A的最外围还可以是锑锌氧化物或锑锡氧化物等导电性金属氧化物的纳米级粒子或者粒子层等的其它导电层。虽然未在图1b中示出，但在硅活性物质复合物100B上可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种硅类活性物质复合物，其特征在于，包含：硅及所述硅的至少一部分氧化而成的硅氧化物，相对于所述硅及所述硅氧化物的总重量，氧的含量限制在9％至20％重量百分比之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.09 KR 10-2014-00422261.一种硅类活性物质复合物，其特征在于，包含：硅及所述硅的至少一部分氧化而成的硅氧化物，相对于所述硅及所述硅氧化物的总重量，氧的含量限制在9％至20％重量百分比之间。2.根据权利要求1所述的硅类活性物质复合物，其特征在于，上述硅类活性物质复合物还包含所述硅的芯部以及包围所述芯部的硅氧化物壳。3.根据权利要求2所述的硅类活性物质复合物，其特征在于，所述硅氧化物壳的厚度在2nm至30nm的范围内。4.根据权利要求2所述的硅类活性物质复合物，其特征在于，所述硅氧化物壳的厚度在3nm至15nm的范围内。5.根据权利要求1所述的硅类活性物质复合物，其特征在于，上述硅类活性物质复合物还包含硅基质以及分散在所述硅基质内的所述硅氧化物。6.根据权利要求1所述的硅类活性物质复合物，其特征在于，所述硅活性物质复合物的平均直径在30nm至300nm的范围内。7.根据权利要求1所述的硅类活性物质复合物，其特征在于，所述硅活性物质复合物的平均直径在30nm至200nm的范围内。8.根据权利要求1所述的硅类活性物质复合物，其特征在于，在所述硅类活性物质复合物的外围形成有导电层。9.根据权利要求1所述的硅类活性物质复合物，其特征在于，所述导电层包含非晶质碳膜或导电性金属氧化物粒子。10.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹永太，朴胜哲，朴禅，徐僖英，朴智惠，李庸懿，金哲焕，
申请(专利权)人：橙力电池株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR