本发明专利技术提供一种负极活性材料及其制备方法，所述负极活性材料包含硅氧化物粒子(SiOx，其中x满足0<x<2)、生长在所述硅氧化物粒子上的纤维型碳、以及在所述硅氧化物粒子和所述纤维型碳的表面上形成的碳涂层。因为将本发明专利技术的负极活性材料用于锂二次电池的负极中，所以不仅可以提高导电性，而且还可以增大所述硅氧化物粒子和所述纤维型碳之间的物理结合力。因此，可以通过解决与可能因硅氧化物的体积变化而发生的纤维型碳的脱落相关的限制提高电池性能。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用负极活性材料、其制备方法和包含所述负极活性材料的锂二次电池
本专利技术涉及锂二次电池用负极活性材料、其制备方法和包含所述负极活性材料的锂二次电池，并且更特别地涉及包含在硅氧化物粒子和生长在所述硅氧化物粒子上的纤维型碳的表面上的碳涂层的负极活性材料、其制备方法和包含所述负极活性材料的锂二次电池。
技术介绍
近来处于公众注意的中心的作为便携式小型电子装置的电源的锂二次电池通过使用有机电解液可显示比使用典型碱性水溶液的电池的放电电压大两倍以上的高放电电压。因此，锂二次电池显示高的能量密度。主要将石墨用作锂二次电池的负极活性材料。然而，石墨具有372mAh/g的低的单位质量的容量并且高容量锂二次电池可能难以通过使用石墨制备。作为显示高于石墨的容量的负极活性材料，与锂形成金属间化合物的材料如硅、锡和它们的氧化物可能有前途。然而，上述材料的体积会膨胀，因为当吸收和存储锂时其晶体结构会发生变化。当硅吸收和存储最大量的锂时，硅会转化成Li44Si并且Li44Si的体积会因充电而膨胀。关于由充电造成的体积的增长率，体积可能膨胀直到体积膨胀之前的硅体积的约4.12倍。因此，已对提高负极活性材料如硅的容量，即通过硅的合金化降低体积膨胀系数进行了大量研究。然而，因为在充放电期间使金属如硅(Si)、锡(Sn)和铝(Al)与锂合金化，所以会发生体积膨胀和收缩。因此，电池的循环特性会劣化。虽然已知硅为最可能提供高容量的元素，但是其单独本身可能极难使硅非晶化并且其可能还难以使包含硅作为主要组分的合金非晶化。然而，近来已通过使用机械合金化而开发了将硅基材料容易地非晶化的方法。例如，作为使用硅合金制备锂二次电池用负极活性材料的方法，已开发了制备负极活性材料的方法，其中通过机械合金化将硅元素和元素M(其中M为镍(Ni)、钴(Co)、硼(B)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、锰(Mn)、钛(Ti)或钇(Y))的粉末合金化以形成SiM合金，对SiM合金进行热处理，然后通过机械合金化将经过热处理的SiM合金与元素X (其中X为银(Ag)、铜(Cu)和金(Au))的粉末合金化以获得SiMX合金。然而，关于通过上述方法制备的锂二次电池用负极活性材料，随着充放电循环的进行，其充放电容量可能因硅的劣化而减小。关于机械合金化，因为可能因锂的嵌入和脱嵌而发生合金结构的破坏，所以循环特性会劣化。因此，需要开发一种可替代典型的负极活性材料并且当用于锂二次电池中时可提高放电容量、效率和寿命特性的负极活性材料。
技术实现思路
抟术问是页本专利技术提供一种锂二次电池用负极活性材料及其制备方法，所述锂二次电池用负极活性材料可通过如下而提高电池性能:增大硅氧化物粒子和纤维型碳之间的物理结合力以及提高导电性以解决与可能因硅氧化物的体积变化而发生的纤维型碳的脱落相关的限制。_2] 技术方案根据本专利技术的一方面，提供一种负极活性材料，其包含硅氧化物粒子(SiOx，其中X满足0〈x〈2);生长在所述硅氧化物粒子上的纤维型碳；以及在所述硅氧化物粒子和所述纤维型碳的表面上形成的碳涂层。根据本专利技术的另一方面，提供一种制备负极活性材料的方法，包括以下步骤:(i)通过将催化金属分散在硅氧化物粒子(SiOx，其中X满足0〈x〈2)上并在碳源的存在下进行热处理以生长纤维型碳而形成复合物；和(ii)通过用碳涂布所述复合物并进行热处理而形成碳涂层。根据本专利技术的另一方面，提供一种负极，其包含集电器和在所述集电器的至少一个表面上形成的所述负极活性材料。根据本专利技术的另一方面，提供一种锂二次电池，其包含正极、所述负极与设置在所述正极和所述负极之间的隔膜。有利效果因为将其中在硅氧化物粒子和生长在硅氧化物粒子上的纤维型碳的表面上形成碳涂层的本专利技术的负极活性材料用于锂二次电池中，所以不仅可提高导电性，而且还可以进一步增加硅氧化物粒子和纤维型碳之间的物理接触。因此，可以进一步提高电池性能。【附图说明】说明书所附的以下图通过实例示出本专利技术的优选实例，并且与下述专利技术的详细说明一起用于使本专利技术的技术理念能够得到进一步理解，并因此不应仅用这些图中的内容解释本专利技术。图1是示出根据本专利技术的一个实施方式的制备负极活性材料的方法的示意图；图2是比较例2中制备的负极的表面的扫描电子显微镜(SEM)图像；并且图3是根据本专利技术的一个实施方式的在实施例2中制备的负极的表面的SM图像。【具体实施方式】在下文中，将更详细地描述本专利技术以允许更清楚地理解本专利技术。应了解，本说明书和权利要求书中使用的措词或术语不应被解释为常用词典中定义的含义。应进一步理解，基于专利技术人可合适地限定措词或术语的含义以最好地解释本专利技术的原则，所述措词或术语应被解释为具有与它们在本专利技术的相关技术和技术思想的背景中的含义一致的含义。本专利技术的锂二次电池用负极活性材料可包含硅氧化物粒子(SiOx，其中X满足0<x<2);生长在所述硅氧化物粒子上的纤维型碳；以及在所述硅氧化物粒子和所述纤维型碳的表面上形成的碳涂层。根据本专利技术的一个实施方式，因为纤维型碳直接生长在硅氧化物粒子上，所以即使在使用少量导电剂的情况下仍可保证足够的导电性。结果，可提高二次电池的初始效率和循环特性。另外，因为在硅氧化物粒子和纤维型碳的表面上形成碳涂层，所以硅氧化物粒子和纤维型碳的表面之间的结合力可进一步增大以解决与可能因硅氧化物的体积变化而发生的纤维型碳的硅氧化物脱落相关的限制。因此，可以进一步提高电池性能。根据本专利技术的一个实施方式，可形成碳涂层以覆盖硅氧化物粒子和纤维型碳的表面的一部分或全部。然而，就二次电池的性能来说，可以形成碳涂层以覆盖硅氧化物粒子和纤维型碳的表面的全部。根据本专利技术的一个实施方式使用的硅氧化物粒子的平均粒径可以在4 μ m至45 μ m的范围内。在这种情况下，如下会是有利的:尽可能小地制备硅氧化物粒子的粒径以最大化各粒子的膨胀方向上的无序，从而防止由锂离子充电造成的粒子膨胀。当最大粒径大于45 μ m时，随着充放电的重复，膨胀可能增大而减小粒子之间的结合特性以及粒子和集电器之间的结合特性。因此，循环特性会显著劣化。在本专利技术中，可以将硅氧化物粒子的平均粒径(D5tl)定义为在累积粒径分布中处于50%的粒径。例如，根据本专利技术的一个实施方式的硅氧化物粒子的平均粒径(D5tl)可以通过使用激光衍射法测量。激光衍射法通常可以测量亚微米水平至几毫米的粒径，并且可以获得高度可重复和高分辨率的结果。通常，与碳基材料相比，硅(Si)可以显示高容量特性。然而，Si可能因低分散性而相互凝聚且可能不能保证均匀的导电性。因此，可能需要大量导电剂以解决上述问题，结果，可能发生电池的容量和初始效率减小。另外，在与锂反应前后，即在充放电期间可能发生300%以上的体积变化。根据本专利技术的一个实施方式，因为使用体积变化小于硅的硅氧化物粒子以解决上述限制，所以可以使体积变化的限制最小化。另外，因为纤维型碳直接生长在硅氧化物粒子上，所以高容量锂二次电池用硅氧化物粒子的低初始效率和循环特性的限制可以在不使用大量导电剂的情况下解决。然而，因为根据硅氧化物粒子的使用的体积变化仍可能发生并且纤维型碳和硅氧化物粒子并未相互化学和物理结合，所以在制备浆料或运行电池期间，纤维型碳可能从硅氧化物粒子分本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种负极活性材料，包含：硅氧化物粒子(SiOx，其中x满足0<x<2)；生长在所述硅氧化物粒子上的纤维型碳；以及在所述硅氧化物粒子和所述纤维型碳的表面上形成的碳涂层。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.12.21 KR 10-2012-0150766;2013.12.11 KR 10-2011.一种负极活性材料，包含: 硅氧化物粒子(SiOx，其中X满足0〈x〈2)； 生长在所述硅氧化物粒子上的纤维型碳；以及 在所述硅氧化物粒子和所述纤维型碳的表面上形成的碳涂层。2.如权利要求1所述的负极活性材料，其中所述纤维型碳包含碳纳米管、碳纳米纤维或其混合物。3.如权利要求1所述的负极活性材料，其中所述纤维型碳的直径为Inm至500nm并且长度为IOOnm至5 μ m。4.如权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅氧化物粒子的平均粒径在4μπι至45 μ m的范围内。5.如权利要求1所述的负极活性材料，其中基于100重量份的所述硅氧化物粒子，所述负极活性材料以0.1重量份至20重量份的量包含所述纤维型碳。6.如权利要求1所述的负极活性材料，其中基于100重量份的所述负极活性材料，所述碳涂层中的碳的涂布量在5重量份至20重量份的范围内。7.如权利要求1所述的负极活性材料，其中所述碳涂层覆盖所述硅氧化物粒子和所述纤维型碳的整个表面。8.一种制备负极活性材料的方法，所述方法包括以下步骤: (i)通过将催化金属分散在硅氧化物粒子(SiOx，其中X满足0〈x〈2)上并在碳源的存在下进行热处理以生长纤维型碳，从而形成复合物；和 (?)通过用碳涂布所述复合物并进行热处理从而形成碳涂...
【专利技术属性】
技术研发人员：金贤撤，李龙珠，金帝映，姜允雅，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。