负极活性材料用复合材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种负极活性材料用复合材料及其制备方法。更特别地，本发明专利技术提供一种负极活性材料用复合材料及其制备方法，所述复合材料包含：(半)金属氧化物；和在所述(半)金属氧化物表面上的无定形碳层，其中所述无定形碳层包含导电剂。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及。
技术介绍
随着近来电子装置的微型化和轻质化趋势，对于充当电源的电池也要求微型化且质轻。作为可以微型化、轻质化且充电至高容量的电池，锂基二次电池已经商业化，并已经将所述锂基二次电池用于便携式电子装置和通讯装置中，所述便携式电子装置为例如小型摄影机、移动电话和笔记本电脑。作为具有高能量和电力的能量存储装置，锂二次电池的优势在于，其容量或运行电压高于其他类型电池。然而，由于电池的安全性因为高能量而存在问题，所以存在爆炸或燃烧的危险。特别地，由于近期成为焦点的混合动力车辆需要高的能量和输出特性，所以认为安全性是更重要的。通常，锂二次电池由正极、负极和电解质构成，其中充电和放电是可能的，这是因为通过首次充电从正极活性材料排放的锂离子可以用于转移能量并同时在两个电极之间移动，例如，锂离子嵌入负极活性材料即碳粒子中并在放电期间脱嵌。同时，由于因便携式电子装置的开发而持续需要高容量电池，所以积极对高容量负极材料如锡(Sn)和硅(Si)进行了研究，所述高容量负极材料比用作典型负极材料的碳具有明显更高的每单位质量的容量。在将Si或Si合金用作负极活性材料的情况中，体积膨胀会增大且循环特性会劣化。为了解决上述问题，可以将Si或Si合金与石墨混合以用作负极活性材料。然而，由于石墨在混合期间会不均匀分布，所以循环特性和寿命会劣化。
技术实现思路
技术问题本专利技术提供一种具有更高导电性的。技术方案根据本专利技术的一个方面,提供一种负极活性材料用复合材料,所述复合材料包含:(半)金属氧化物((准)金属氧化物)；和在所述(半)金属氧化物的表面上的无定形碳层，其中所述无定形碳层包含导电剂。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备负极活性材料用复合材料的方法，所述方法包括:通过将导电剂、聚合物和(半)金属氧化物混合在溶剂中来制备混合溶液；以及在对所述混合溶液进行喷雾干燥之后实施热处理。有益效果根据本专利技术，因为(半)金属氧化物的表面涂布有包含导电剂的无定形碳层，所以可以提供具有更高导电性的负极活性材料用复合材料。此外，通过包含所述负极活性材料用复合材料可以提高二次电池的性能。【具体实施方式】本专利技术可以提供一种负极活性材料用复合材料，所述复合材料包含:(半)金属氧化物((准)金属氧化物)和在所述(半)金属氧化物的表面上的无定形碳层，其中所述无定形碳层包含导电剂。S卩，在根据本专利技术的一个实施方案的负极活性材料用复合材料中，通过热处理利用包含导电剂的无定形碳层对(半)金属氧化物的表面进行涂布可以提高导电性，由此可以提高二次电池的性能。首先，在根据本专利技术实施方案的负极活性材料用复合材料中，(半)金属氧化物的(半)金属的类型没有特别限制，只要所述(半)金属不会不利地影响电池的运行特性，同时根据(半)金属的选择而展示比导电剂和碳层的材料相对更高的亲水性和极性即可，且(半)金属可以为硅(Si)或锡(Sn)。具体地，所述(半)金属氧化物可以包括选自如下材料中的一种或多种:SiOx、AlOx、SnOx、SbOx、BiOx、AsOx、GeOx、PbOx、ZnOx、CdOx、InOx、TiOx 和GaOx(其中 0〈x〈2)。此外，导电剂可以选自:线型导电剂、点型导电剂及它们的混合物。所述线型导电剂可以包括选自如下材料中的一种或多种:碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯。由于碳纳米管和碳纳米纤维具有优异的强度和高抗断裂性，所以可以防止集电器由于重复充放电或外力造成的变形，并可以防止电池在异常环境如高温和过充电中集电器表面发生氧化。由此，电池的安全性可显著提高。此外，石墨烯具有约2600m2/g的表面积和15，OOOcmVVs?200，000cm2/Vs的电子迁移率，其中石墨烯比其他碳材料具有相对有用的性质。特别地，石墨烯的电子转移速率接近光速，且该问题的原因是电子如同石墨烯中无质量的粒子那样发生移动。通过如下方法可以制备石墨烯:典型的透明胶带法(Scotchtape method);使用碳化硅绝缘体的外延法；使用还原剂的化学法；以及使用金属催化剂的方法。所述点型导电剂可以包括选自如下材料中的一种或多种:炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑。所述线型导电剂和点型导电剂可以根据导电剂的形状进行划分。然而，在本专利技术中，线型导电剂和点型导电剂的分类可以根据长宽比(长轴长度/短轴长度)进行。例如，在长宽比为1.5以上的情况中，导电剂可以为线型导电剂。在长宽比小于1.5的情况中，导电剂可以为点型导电剂。导电剂可以选自结晶碳、无定形碳及它们的混合物。在导电剂为无定形碳的情况中，二次电池可以具有高的放电容量和优异的倍率特性。然而，不可逆容量会变高，充放电效率会下降，且能量密度因低的体积密度和导电性而下降。相反，在导电剂为结晶碳的情况中，二次电池的放电容量会下降。然而，由于结晶碳的导电性和能量密度优异且充放电过程的可逆性比无定形碳相对更优异，所以可以以与无定形碳混合以最大化各种碳的优势的方式使用结晶碳。基于(半)金属氧化物的总重量，导电剂的量可以为I重量％?20重量％。在导电剂的量小于I重量％的情况中，由导电剂造成的效果会不明显。在其中导电剂的量大于20重量％的情况中，二次电池的容量会下降。此外，在根据本专利技术实施方案的负极活性材料用复合材料中，无定形碳层可以得自有机聚合物组分。具体地，可以通过对有机聚合物组分进行热处理来形成无定形碳层。在此情况中，有机聚合物组分没有特别限制，只要其为充当基体的树脂即可。可用作典型二次电池用粘合剂材料的聚合物树脂的典型实例可以为包括选自如下物质中的一种或多种的聚合物:羧甲基纤维素(CMC)、蔗糖、聚丙烯腈(PAN)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和聚乙烯醇(PVA)。即，本专利技术的负极活性材料用复合材料可以以如下结构形成:无定形碳层形成基体，且以作为基体中的填料的方式包含导电剂。包含在无定形碳层中的导电剂为点型导电剂或线型导电剂，其中所述导电剂可以设置在(半)金属氧化物的表面上。导电剂可以具有如下形式:导电剂由于二次电池用粘合剂而设置在(半)金属氧化物的表面上，所述粘合剂在(半)金属氧化物的表面上被碳化。在不使用二次电池用粘合剂的情况中，导电剂会聚集或不被包括在(半)金属氧化物的表面上。可以利用无定形碳层涂布(半)金属氧化物的整个或部分表面。具体地，基于100重量份的(半)金属氧化物，无定形碳层的碳含量可以为2重量份?30重量份。在无定形碳层的碳含量小于2重量份的情况中，(半)金属氧化物粒子的表面可能不均匀涂布有碳。在无定形碳层的碳含量大于30重量份的情况中，会涂布过量的碳而降低二次电池的容量。在此情况中，当无定形碳层的碳含量基于100重量份的(半)金属氧化物大于15重量份时，(半)金属氧化物的整个表面可涂布有碳层。当无定形碳层的碳含量小于15重量份时，可以间断地涂布(半)金属氧化物的部分表面。无定形碳层的直径对(半)金属氧化物的粒径之比例如可以为11.5:10。无定形碳层的厚度可以为5nm?70nm。此外，本专利技术提供一种制备负极活性材料用复合材料的方法，所述方法包括:通过将导电剂、聚合物和(半)金属氧化物混合在溶剂中来制备混合溶液；以及在对所述混合溶液进行喷雾干燥之后实施热处理。所述聚合物可以为粘合剂材料，具体地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料用复合材料，所述复合材料包含：(半)金属氧化物；和在所述(半)金属氧化物的表面上的无定形碳层，其中所述无定形碳层包含导电剂。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.30 KR 10-2012-0138530;2013.11.26 KR 10-2011.一种负极活性材料用复合材料，所述复合材料包含: (半)金属氧化物；和 在所述(半)金属氧化物的表面上的无定形碳层， 其中所述无定形碳层包含导电剂。2.权利要求1的负极活性材料用复合材料，其中所述(半)金属氧化物包含选自如下材料中的一种或多种:SiOx、A10x、SnOx, SbOx, BiOx、AsOx、GeOx, PbOx, ZnOx, CdOx, InOx, TiOx 和GaOx， 其中0〈x〈2。3.权利要求1的负极活性材料用复合材料，其中所述导电剂选自:线型导电剂、点型导电剂及它们的混合物。4.权利要求3的负极活性材料用复合材料，其中所述线型导电剂包含选自如下材料中的一种或多种:碳纳米管、碳纳米纤维和石墨烯。5.权利要求3的负极活性材料用复合材料，其中所述点型导电剂包含选自如下材料中的一种或多种:炭黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑。6.权利要求1的负极活性材料用复合材料，其中所述导电剂选自结晶碳、无定形碳及它们的混合物。7.权利要求1的负极活性材料用复合材料，其中基于所述(半)金属氧化物的总重量，所述导电剂的量为I重量％~20重量％。8.权利要求1的负极活性材料用复合材料，其中所述负极活性材料用复合材料具有如下结构:所...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜允雅，李龙珠，赵来焕，金帝映，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR