负极活性材料、包含它的负极和包含该负极的锂二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种负极活性材料、其制备方法、包含其的电极以及包含该电极的锂二次电池，该负极正极活性材料包含二次粒子，该二次粒子包含作为一次粒子的第一粒子，其中所述第一粒子包含第一核和布置在所述第一核的表面上且包含碳的第一表面层，其中所述第一核包含硅和/或硅化合物和金属化合物，其中所述金属化合物包含金属氧化物和/或金属硅酸盐。

Negative electrode active material, negative electrode containing it and lithium secondary battery containing the negative electrode.

The invention relates to a negative active material, a preparation method, an electrode containing it and a lithium two battery containing the electrode containing two particles, which contain the first particle as the first particle of a single particle, in which the first particle includes a first core and a table arranged on the first core. The first surface layer containing carbon, in which the first core contains silicon and / or silicon compounds and metal compounds, in which the metal compounds contain metal oxides and / or metallic silicates.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极活性材料、包含它的负极和包含该负极的锂二次电池对相关申请的交叉参考本申请要求于2016年6月2日提交的韩国专利申请第10-2016-0068956号、于2016年6月2日提交的韩国专利申请第10-2016-0068940号以及于2017年6月2日提交的韩国专利申请第10-2017-0068856号的优先权和权益，所述韩国专利申请的公开内容通过参考以其整体并入本文。
本专利技术涉及负极活性材料、包含其的负极和包含所述负极的锂二次电池。
技术介绍
随着近来电子装置小型化和轻量化的趋势，在其中用作电源的电池也需要小型化和轻量化。锂二次电池作为小型、轻量、可高容量充放电的电池被商业化，并被用于便携式电子装置，例如小型摄像机、移动电话和膝上型电脑、通信装置等。锂二次电池一般由正极、负极、隔膜和电解质形成，并且由于锂离子在两个电极之间来回穿行时执行传递能量的作用而可进行充电和放电，例如通过第一次充电，锂离子从正极活性材料出来并嵌入到负极活性材料即碳粒子中，并在放电期间再次脱嵌。此外，随着便携式电子装置的发展，持续需要高容量电池，并且已经对与目前用作负极材料的碳相比单位重量的容量明显更高的高容量负极材料例如锡、硅等进行了积极的研究。在它们当中，使用硅的负极材料的容量为使用碳的负极材料的约10倍以上高。于是，已经对即使锂反复嵌入和脱嵌也不会损害电极的使用硅的高容量负极材料进行了研究。[现有技术文献][专利文献](专利文献1)KR2005-0090218A
技术实现思路
【技术问题】本专利技术提供了一种负极活性材料，其能够防止由于在锂二次电池的充电和放电期间从正极放出的锂离子与负极中包含的硅之间的电化学反应引起的负极膨胀和收缩。本专利技术提供了具有锂离子可通行的许多通路的负极活性材料。本专利技术提供了一种具有高容量和高输出特性的锂二次电池。本专利技术提供了一种能够提高初始效率并具有改善的倍率性能的锂二次电池。【技术方案】根据本专利技术的一个实施方式，提供了一种负极活性材料，其包含二次粒子，所述二次粒子包含作为一次粒子的第一粒子，其中所述第一粒子包含第一核和布置在所述第一核的表面上且含有碳的第一表面层，并且所述第一核包含：硅和硅化合物中的一种以上；以及金属化合物，所述金属化合物包含金属氧化物和金属硅酸盐中的一种以上。根据本专利技术的另一个实施方式，提供了包含所述负极活性材料的负极。根据本专利技术的又一个实施方式，提供了包含所述负极的锂二次电池。【有益效果】根据本专利技术的负极活性材料包含二次粒子，所述二次粒子包含作为一次粒子的第一粒子，由此使得增加锂离子能够移动的通路，使得可改善锂二次电池的输出特性，所述锂二次电池的初始效率高，并可改善倍率性能(充电和放电特性)。此外，根据本专利技术，由于所述一次粒子之间的孔，即使锂离子反复嵌入和脱嵌并且核反复收缩和膨胀，也可最小化对电极的损害。此外，根据本专利技术，因为所述第一核掺杂有金属化合物，所以可进一步提高所述电池的初始效率。而且，包含掺杂有所述金属化合物的所述第一核的第一粒子和包含未掺杂所述金属化合物的第二核的第二粒子以适当的重量比混合，由此可提供具有高容量和优异初始效率的电池。附图说明图1是显示根据本专利技术一个实施方式的负极活性材料的横截面的示意图。图2是显示根据本专利技术另一个实施方式的负极活性材料的横截面的示意图。图3是显示根据本专利技术又一个实施方式的负极活性材料的横截面的示意图。图4是显示根据本专利技术再一个实施方式的负极活性材料的横截面的示意图。图5是显示根据本专利技术再一个实施方式的负极活性材料的横截面的示意图。图6是显示根据本专利技术再一个实施方式的负极活性材料的横截面的示意图。图7是显示本专利技术实施例和比较例的归一化容量的图。具体实施方式本说明书和权利要求书中使用的术语和词汇不应被解释为限于通常使用的含义或词典中的含义，而应该基于专利技术人为了以最佳方式描述专利技术而适当定义术语概念的原则，按符合本专利技术的技术范围的含义和概念来解释。虽然已经参照附图中示出的示例性实施方式描述了本专利技术，但是这些应该被认为只是描述性意义的，并且本领域技术人员将会理解，可以做出各种变化以及等效的其他实施方式。因此，本专利技术的范围由所附权利书要求限定。根据本专利技术一个实施方式的负极活性材料可以包含二次粒子，所述二次粒子包含作为一次粒子的第一粒子，其中所述第一粒子可以包含第一核和布置在所述第一核的表面上且含有碳的第一表面层，并且所述第一核可以包含：硅和硅化合物中的一种以上；以及金属化合物，所述金属化合物包含金属氧化物和金属硅酸盐中的一种以上。图1是显示根据本专利技术一个实施方式的负极活性材料的横截面的示意图。参照图1，所述负极活性材料包含二次粒子200，所述二级粒子包含作为一次粒子的第一粒子110。在此，术语“二次粒子”是指由一次粒子聚集而形成的粒子。第一粒子110可以包含第一核111和第一表面层112。第一核111可以包含：硅和硅化合物中的一种以上；以及金属化合物113。由于硅具有约3,600mAh/g的理论容量，所以与现有的负极活性材料包括石墨相比，硅具有很高的容量，由此可改善包含硅的锂二次电池的容量。所述硅化合物是指含有硅的化合物，并且可以是其中硅分散在二氧化硅(SiO2)中而得的硅氧化物(SiOx，0<x<2)、与碳类材料物理或化学结合的Si-C、或与金属结合的硅合金(Si合金)，并且具体地可以是硅氧化物(SiOx，0<x<2)，更具体地可以是SiOx(0<x≤1)，例如，SiO。当第一核111中包含所述硅氧化物(SiOx，0<x<2)时，由于与硅相比，所述硅氧化物(SiOx，0<x<2)在由于锂二次电池的充电和放电引起锂离子的嵌入和脱嵌期间的体积膨胀更小，所以可减少对负极活性材料的损害，并实现作为硅效果的高容量和高初始效率。所述硅氧化物(SiOx，0<x≤1)中的硅可以是无定形的或结晶的。当所述硅氧化物(SiOx，0<x≤1)中的硅是结晶的时，晶体粒度可以为大于0至等于或小于30nm。当满足上述范围时，作为最终产品的锂二次电池可具有比包含石墨的现有锂二次电池更高的容量，并具有改善的初始效率。第一核111各自可以是包含许多孔的多孔核。所述多孔核增加了电解质和电极之间的接触面积，使得锂离子可迅速扩散。当第一核111是多孔核时，基于第一核111的总体积，第一核111的内部孔隙率可以在5至90％的范围内。在此，所述孔隙率是指“每单位质量的孔体积/比体积+每单位质量的孔体积”，并可以通过压汞法或布鲁诺尔-艾米特-特勒(Brunauer-Emmett-Teller，BET)测量法来测量。当满足上述范围时，可抑制第一核111在充电和放电期间的体积膨胀，机械强度优异，并可实现能够承受诸如辊压等的电池制造工序的耐久性。第一核111的平均粒度D50可以在0.5至20μm的范围内，并特别地可以在0.5至5μm的范围内。当第一核111的平均粒度D50在0.5至20μm的范围时，在形成所述二次粒子中容易聚集，即使当反复充电和放电时也不会发生熔结，由此可防止负极破裂。此外，可有效防止充电和放电期间的体积变化。而且，可顺利形本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性材料，包含二次粒子，所述二次粒子包含作为一次粒子的第一粒子，其中所述第一粒子包含第一核、和布置在所述第一核的表面上且含有碳的第一表面层，并且所述第一核包含：硅和硅化合物中的一种以上；以及金属化合物，所述金属化合物包含金属氧化物和金属硅酸盐中的一种以上。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.06.02 KR 10-2016-0068940;2016.06.02 KR 10-2011.一种负极活性材料，包含二次粒子，所述二次粒子包含作为一次粒子的第一粒子，其中所述第一粒子包含第一核、和布置在所述第一核的表面上且含有碳的第一表面层，并且所述第一核包含：硅和硅化合物中的一种以上；以及金属化合物，所述金属化合物包含金属氧化物和金属硅酸盐中的一种以上。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中基于所述第一粒子的总重量，以1至50重量％的量掺杂所述金属化合物。3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述二次粒子还包含作为一次粒子的第二粒子，所述第二粒子包含第二核和布置在所述第二核的表面上且含有碳的第二表面层，并且所述第二核包含硅和硅化合物中的一种以上。4.根据权利要求3所述的负极活性材料，其中所述第一粒子和所述第二粒子的重量比在1:0.25至1:4的范围内。5.根据权利要求3所述的负极活性材料，其中所述第一核和所述第二核各自的平均粒度D50在0.5至20μm的范围内。6.根据权利要求3所述的负极活性材料，其中所述第一核和所述第二核各自中包含的硅包含如下中的一种以上：非晶硅，和晶体粒度为大于0至等于或小于30nm的结晶硅。7.根据权利要求3所述的负极活性材料，其中所述第一核和所述第二核各自中包含的硅化合物是其中硅分散在二氧化硅(SiO2)基质中而得...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔静贤，李龙珠，金银卿，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国,KR