氧化硅及其制备方法技术

本发明专利技术涉及一种氧化硅的制备方法、由该法制备的氧化硅以及包括该氧化硅的二次电池，在所述制备方法中，通过从含有较大量氧的氧化硅中减少氧的量来适当地控制硅和氧的量。根据所述氧化硅的制备方法，在还原性气氛下对含较大量氧的氧化硅(第一氧化硅)进行热处理来减少氧化硅(第一氧化硅)中氧的量，并制备包含合适量的硅和氧的氧化硅(第二氧化硅)(Si：SiO2＝1:0.7～0.98)，从而提高所述二次电池的容量特性和初始效率并确保其稳定性和循环特性(寿命特征)。

【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氧化硅的制备方法、由该法制备的氧化硅和包括该氧化硅的二次电池，其中，在所述制备方法中，通过从含有相对较大量氧的氧化硅中减少氧的量来适当地控制硅和氧的量，所述二次电池使用包含所述氧化硅的阳极活性材料，该二次电池的稳定性可以得到保证，且容量和循环特性(寿命特征)可以提高。
技术介绍
锂二次电池是一种用于储存电能的能量储存装置，其中，在放电过程中锂离子从阳极向阴极移动，而在充电过程中锂电子从阴极向阳极移动。与其他电池相比，锂二次电池具有高的能量密度和较小的自放电程度，通常广泛用于多种领域。锂二次电池的组成包括阴极、阳极、电解液和隔膜。早前，在锂二次电池中，锂金属已经被用作阳极活性材料，但是，由于重复充放电导致的安全问题的出现，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与作为锂金属的锂离子相似的电化学反应电位，并且在锂离子连续的插入和脱出过程中呈现出较小的晶体结构的变化，可以连续充放电而且可能实现好的充放电寿命。但是，随着市场从用于手机中的小型锂二次电池向用于汽车中的大型二次电池的扩展，增大阳极活性材料的容量和功率的技术非常有必要。因此，开发非碳基阳极活性材料的研究在积极进行，主要采用比碳基阳极活性材料具有更高理论容量的硅、锡、镉、锌或铅坐寸ο这些阳极活性材料可以提高充放电容量并可以提高能量密度，但是，由于重复充放电在电极上可能产生树枝状晶体或非导电物质，充放电可能变差，或者在锂离子的插入和脱出过程中可能出现较大范围的膨胀和收缩。这种情况下，由于重复充放电(后文中被称为循环特性)，使用阳极活性材料的二次电池可能不足以维持放电容量，并且可能具有不足的初始放电容量和初始充电容量的比例(放电容量/充电容量，后文称作初始效率)。基于上述背景，本专利技术人研究了能够提高电池容量以及电池稳定性和循环特性(寿命特征)的硅基阳极活性材料，在确保可以通过在还原性气氛中对含有较大量氧的氧化硅(第一氧化硅)进行热处理来制备氧化硅(第二氧化硅)，以及确保使用所述氧化硅作阳极活性材料的二次电池具有好的电池稳定性和循环特性(寿命特征)的同时也提高电池容量之后，完成了本专利技术。
技术实现思路
技术问题本专利技术的目的是提供一种制备氧化硅的方法，其中，通过从含有相对较大量氧的氧化硅中减少氧的量来适当地控制硅和氧的量，从而确保使用包含所述氧化硅的阳极活性材料的二次电 池的稳定性，并提高所述二次电池的容量和寿命。本专利技术的另一个目的是提供由上述方法制备的并包括合适比例的硅和氧(S1:SiO2 = 1:0.7 ~0.98)的氧化娃。本专利技术的另一个目的是提供一种包含含有所述氧化硅的阳极活性材料的二次电池。技术手段为了达到这些以及其他的优点并秉承本专利技术的目的，正如体现和大体描述的，提供了一种氧化硅的制备方法，该方法包括在反应室的反应器中提供第一氧化硅，并在还原性气氛下对其热处理来制备第二氧化硅。所述第一氧化硅是SiOx(O < X < 2)而所述第二氧化硅是SiOy，其中y < X。本专利技术还提供了由上述方法制备的氧化硅，该氧化硅经后处理减小氧的量包括可控量的硅和氧。另外，本专利技术中提供了一种二次电池，该二次电池包括:阳极、阴极、设置在所述阳极和阴极之间的隔板以及电解液，所述阳极包含含有所述氧化硅的阳极活性材料。有益效果 在本专利技术所述氧化硅的制备方法中，在还原性气氛下对具有相对较大量氧的氧化硅(第一氧化硅)进行热处理，来减小所述氧化硅(第一氧化硅)中氧的量，从而可以制备硅和氧以合适的量的比例(Si =SiO2 = 1:0.7~0.98)存在的氧化硅(第二氧化硅)。因此，由于硅的存在，电池的容量特征，特别是，可以提高初始效率，并且由于氧的存在，可以降低在电池充电过程中的膨胀，从而提高电池稳定性和电池循环特性(寿命特征)。因此，由本专利技术制备的氧化硅作为二次电池的阳极活性材料可以表现出好的电池特性，可以维持或提高电池稳定性和循环特性(寿命特征)，并因此可以容易地用于需要它的工业领域。【附图说明】图1a示出了根据本专利技术的实施方案的利用还原性气体或混合气体制备氧化硅的装置的示意图。图1b示出了根据本专利技术的实施方案的利用还原性气体或混合气体以及还原性物质的制备氧化硅的装置的示意图。图2示出了根据本专利技术的实施方案的氧化硅的X射线衍射(XRD)分析结果的图。【具体实施方式】在后文中，将会更详细地描述本专利技术以帮助理解本专利技术。应该理解，在本说明书和权利要求书中使用的词语和术语不能理解为常用的字典里定义的含义。还应该理解，基于专利技术人可能对词语和术语的含义进行合适的定义以最好的解释本专利技术的原则，所述词语和术语应该理解为具有与相关技术和本专利技术技术观点的上下文的含义相一致的含义。根据本专利技术，提供了一种制备氧化硅(第二氧化硅)的方法，其中，通过从含有相对较大量氧的氧化硅(第一氧化硅)中减少氧的量来适当地控制硅和氧的量，从而确保使用包含所述氧化硅的阳极活性材料的二次电池的稳定性，并提高该二次电池的容量和循环特性(寿命特征)。通常，锂二次电池包括阴极、阳极、设置在所述阳极和阴极之间的隔板和电解液，且阴极和阳极分别包括阴极活性材料和阳极活性材料。碳基材料主要用作阳极活性材料。但是，随着市场从小型电子装置到大型汽车的扩展，关于增大阳极活性材料的容量和功率的技术非常有必要。因此，开发非碳基阳极活性材料的研究在积极进行，主要采用比碳基阳极活性材料具有更高理论容量的硅。但是，由于包括硅的硅基阳极活性材料比碳基阳极活性材料具有更大的充放电容量，所以可以提高能量密度。但是，由于充放电在电极上可能产生树枝状晶体或非导电物质，充放电可能变差，或者在锂离子的插入和脱出过程中可能大尺度地膨胀和收缩，从而降低电池稳定性，且由于重复充放电(循环特性)不足以维持放电容量，而达不到初始效率。因此，提供了一种制备氧化硅的方法，其中，通过从含有相对较大量氧的氧化硅中减少氧的量来适当地控制硅和氧的量，从而确保使用包含所述氧化硅的阳极活性材料的二次电池的稳定性，并提高该二次电池的容量和寿命。本专利技术的实施方案所述的氧化硅的制备方法包括，在反应室的反应器中提供第一氧化硅，在还原性气氛下对该第一氧化硅进行热处理来制备第二氧化硅；所述第一氧化硅是SiOx (O < X < 2),所述第二氧化娃是SiOy (0<7<1),其中7<叉。本专利技术中，所述氧化硅和所述第二氧化硅可以指相同的物质。也就是，制备所述氧化硅的方法可以是指制备所述第二氧化硅的方法。在本专利技术的氧化硅中，硅(Si)和二氧化硅(SiO2)可以形成复合物和共存物。也就是，在氧化硅中，可以存在具有悬键的硅原子和与其最近的原子的结合，例如，Si = Si3、Si=Si20、Si = SiO2 和 Si = O3 四种结合。通常来讲，如果氧化硅中硅-硅(S1-Si)键合物质的数目较大，那么，通过提高包含所述氧化硅作为阳极活性材料的二次电池的充放电容量可以提高能量密度。但是，在二次电池的充电过程中，锂离子可能会插入而过度膨胀，并且这个问题在放电过程中不能解决。特别地，在进行插入和脱出锂原子的电化学反应过程中，二次电池中的硅-硅(S1-Si)键合物质(硅颗粒)会伴随着复杂的晶型变化。随着插入和脱出本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氧化硅的制备方法，包括：在反应室的反应器中提供第一氧化硅，并在还原性气氛下对该第一氧化硅进行热处理来制备第二氧化硅，其中，所述第一氧化硅是SiOx(0＜x＜2)，所述第二氧化硅是SiOy(0＜y＜1)，其中y＜x。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.11.30 KR 10-2012-0138531;2013.11.29 KR 10-2011.一种氧化硅的制备方法，包括: 在反应室的反应器中提供第一氧化硅，并在还原性气氛下对该第一氧化硅进行热处理来制备第二氧化硅， 其中，所述第一氧化娃是SiOx (O < X < 2), 所述第二氧化娃是SiOy (O < y < I)，其中y < X。2.如权利要求1所述的氧化娃的制备方法，其中，所述第一氧化娃中S1:SiO2= l:x,其中 0.9 < X < 1.5。3.如权利要求1所述的氧化硅的制备方法，其中，所述第二氧化硅中Si= SiO2 = l:y，其中 0.7 < y < 0.98。4.如权利要求1所述的氧化硅的制备方法，其中，所述还原性气氛通过供应选自H2、NH3和CO中的至少一种还原性气体或者该还原性气体和惰性气体的混合气体来产生。5.如权利要求4所述的氧化硅的制备方法，其中，所述还原性...

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