氧化硅的制备方法技术

本发明专利技术提供一种氧化硅的制备方法，通过该方法可以控制氧化硅中氧的量。所述氧化硅的制备方法可以包括：将硅和二氧化硅混合并放入反应室内、降低反应室的压力以获得高真空度同时将反应室内的温度升高到反应温度、以及在还原气氛下使硅和二氧化硅的混合物反应。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种，通过该法可以控制氧化硅中氧的量。
技术介绍
锂二次电池是一种能量储存装置，其中，电能储存在电池中，同时，在放电过程中，锂离子从阳极向阴 极移动，而在充电过程中，锂离子从阴极向阳极移动。当与其他电池相比时，锂二次电池具有更高的能量密度和更低的自放电率，因此，锂二次电池广泛地用于各种行业。锂二次电池的部件可以分为阴极、阳极、电解质和隔膜。在早期的锂二次电池中，锂金属用作阳极活性材料。然而，由于当重复充放电时可能发生安全问题，所以，锂金属已经被碳基材料(例如，石墨)取代。由于碳基阳极活性材料具有类似于锂金属的与锂离子的电化学反应电位，并且在锂离子连续的嵌入和脱嵌过程中晶体结构的变化较小，因此，连续充放电成为可能。因此，能够提供优异的充放电寿命。然而，由于锂二次电池市场最近从移动设备中使用的小型锂二次电池扩展到车辆中使用的大型二次电池，故需要开发高容量和高功率的阳极活性材料的技术。因此，基于比碳基阳极活性材料具有更高理论容量的材料，例如，硅、锡、锗、锌、铅，开发了非碳基阳极活性材料。上述阳极活性材料可以通过提高充放电容量来提高能量密度。然而，由于反复充放电时电极上会产生枝晶或非导电化合物，因此，充放电特性会变差，或者在锂离子的嵌入和脱嵌过程中膨胀和收缩会增加。因此，就使用上述阳极活性材料的二次电池而言，根据反复的充放电，放电容量的保持(下文中称为“寿命特性”)会不足，并且制备后的首次放电容量与首次充电容量之比(放电容量/充电容量，后文称作“首次效率”)也会不足。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供一种，通过该法可以控制氧化硅中氧的量。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种，该方法包括:将硅和二氧化硅混合并放入在反应室内、降低反应室的压力以获得高真空度同时将反应室内的温度升高到反应温度、以及在还原气氛下使硅和二氧化硅的混合物反应。根据本专利技术的另一个方面，提供一种阳极活性材料，其包括由上述方法制备的氧化硅。根据本专利技术的另一个方面，提供一种阳极，其包括上述阳极活性材料。根据本专利技术的另一个方面，提供一种锂二次电池，其包括上述阳极。有益效果根据本专利技术，由于在还原气氛中可以控制氧化硅中氧的量，所以，二次电池的首次效率可以提高，并且由于SiOJP锂原子之间可以进行反应同时维持SiOx结构，所以，寿命特性可以改善。【附图说明】图1是示意图，示出了本专利技术的一个实施例所述的氧化硅的制备装置。【具体实施方式】本专利技术提供一种，该方法包括将硅和二氧化硅混合并放入反应室内、降低反应室的压力以获得高真空度同时将反应室内的温度升高到反应温度、以及在还原气氛下使硅和二氧化硅的混合物反应。图1是示意图，示出了本专利技术的一个实施例所述的氧化硅的制备装置。参照图1，本专利技术的该实施例所述的氧化硅的制备装置包括反应室1、反应器2、电炉4、真空泵5和收集器6。反应器2设置在反应室I内，而硅和二氧化硅的混合物则放在反应器2内。利用电炉4可以将反应室I内的温度升高到反应温度，而利用真空泵5 (例如，旋转泵、涡轮分子泵等)可以提闻反应室I的真空度以获得闻真空度。可以在反应室I内的压力达到闻真空度后经气嘴7向反应室I内通入能够产生还原气氛的气体来产生或形成反应室I内的还原气氛(见图1(a))，也可以通过在反应室I内的单独容器3内放入从活性炭、镁(Mg)、招(Al)、钽(Ta)、钥(Mo)、钙(Ca)和锌(Zn)所构成的组里选择的一种或多种来产生或形成还原气氛(见图1(b))。反应室I内制备的氧化硅为SiOx(其中，0<x< I)，该氧化硅收集在反应室I内所包含的收集器6中。在本专利技术的一个实施例所述的中，可以利用机械搅拌设备(例如，涂料振动装置)来进行硅和二氧化硅的混合。但是，本专利技术不限于此，只要可以将硅和二氧化硅均匀混合，可以使用任何方法。可以将硅和二氧化硅以0.5:2到2:0.5的摩尔比进行混合。在硅和二氧化硅以超出上述范围的摩尔比进行混合的情况下，未反应的硅或者未反应的二氧化硅的数量会增加，因此，产率会降低。按上述制备的硅和二氧化硅的混合物可以放入反应室内。另外，本专利技术实施例所述的可以包括:降低反应室的压力来获得高真空度，同时将反应室内的温度升高到反应温度。反应温度可以在1300°C到1500°C的范围内。在反应温度低于1300°C的情况下，硅和二氧化硅的反应会减少，因此，氧化硅的产率会降低。在反应温度高于1500°C的情况下，硅和二氧化硅会熔化。另外，反应温度可以维持2小时到4小时。限制反应温度维持时间的原因与限制反应温度的原因相同。在本专利技术的实施例所述的中，高真空度可以在10_4托到KT1托的范围内。可以使用旋转泵和涡轮分子泵形成高真空度。但是，本专利技术不限于此。由于在高真空度下反应活性在热力学上较高并且可以发生低温反应，因此，维持高真空度是有益的。在高真空度高于ΙΟ—1托的情况下，硅和二氧化硅的反应会降低，因此，氧化硅的产率会降低且氧化硅中氧的量会增加。就设备和工艺而言，不便于获得低于10_4托的真空度。根据本专利技术的一个实施例，可以维持高真空度，直到硅和二氧化硅的反应完成，并且可以使能够产生还原气氛的气体从反应室的一侧连续注入并从反应室的另一侧去除。可以以I标准立方厘米每分钟(sccm)到1000sccm的流速将能够产生还原气氛的气体通入反应室内。在流速低于Isccm的情况下，不会产生还原气氛，因此，氧化硅中氧的量会增加。在流速高于lOOOsccm的情况下，会提供过量的气体，因此，制备过程效率低。 另外，能够产生还原气氛的气体可以包括从H2、册13、和CO构成的组里选择的一种或多种、以及惰性气体和112、順3、或CO的混合气体。混合气体可以包括Ivol %到5vol %的H2、NH3、或 CO。希望在反应完成前一直维持能够产生还原气氛的气体，以减少氧的量。能够产生还原气氛的气体可以是包括2vol%到5vol% H2的含H2气体。特别地，根据本专利技术的一个实施例，反应完成前一直维持10_4托到10—1托的高真空度，同时向反应室内注入并流入能够产生还原气氛的气体，因此，可以有效控制氧化硅中氧的量。在本专利技术的实施例所述的中，还原气氛可以通过向反应室内通入能够产生还原气氛的气体来产生或形成，以及可以通过在反应室内的单独容器内加入例如活性炭等材料来产生或形成。可以通过在反应室内的单独容器内加入从活性炭、镁、铝、钽、钥、钙和锌所构成的组里选择的一种或多种来形成还原气氛。在硅和二氧化硅反应过程中，能够产生还原气氛的气体或者加在反应室内的单独容器内的例如活性炭等材料会与氧反应，从而降低所制备的氧化硅中所包括的氧的量。另外，本专利技术可以提供一种包括氧化硅的阳极活性材料，所述氧化硅通过下述来制备，该方法包括:将硅和二氧化硅混合并放入反应室内、降低反应室的压力以获得高真空度同时将反应室内的温度升高到反应温度、以及在还原气氛下使硅和二氧化硅的混合物反应。本专利技术的一个实施例所述的氧化硅可以是SiOx,在这种情况下，X可满足O ^ X ^ 2，例如，O < X < I。另外，氧化硅中的硅可以是晶态的或非晶态的。在氧化硅中包括的硅是晶态的情况下，娃的晶体尺寸为300nm或更小，可以是IOOnm或更小，例如，可以在0.05nm到5本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化硅的制备方法，该方法包括：将硅和二氧化硅混合并放入反应室内；降低所述反应室的压力以获得高真空度，同时将所述反应室的温度升高到反应温度；以及在还原气氛下使硅和二氧化硅的混合物反应。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.10.16 KR 10-2012-0114839;2013.10.14 KR 10-2011.一种氧化娃的制备方法，该方法包括: 将硅和二氧化硅混合并放入反应室内； 降低所述反应室的压力以获得高真空度，同时将所述反应室的温度升高到反应温度；以及 在还原气氛下使硅和二氧化硅的混合物反应。2.如权利要求1 所述的方法，其中，所述还原气氛通过能够产生还原气氛的气体形成，并且在所述反应室内的压力达到高真空度后向所述反应室内通入所述能够产生还原气氛的气体。3.如权利要求2所述的方法，其中，以I标准立方厘米每分钟(sccm)到1000sccm的流速向所述反应室内通入所述能够产生还原气氛的气体。4.如权利要求2所述的方法，其中，所述能够产生还原气氛的气体包括从H2、NH3和CO所构成的组里选择的一种或多种，或者惰性气体与H2、NH3或CO的混合气体。5.如权利要求1所述的方法，其中，所述还原气氛通过在所述反应室中的独立容器内放入从活性炭、镁、铝...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑相允，郑汉纳，朴哲凞，金贤撤，林炳圭，
申请(专利权)人：LG化学株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR