多孔性硅类负极活性物质及包含它的锂二次电池制造技术

本发明专利技术提供负极活性物质，其特征在于，包含多孔性硅类粒子及碳粒子；上述碳粒子包含平均粒径互不相同的微粒碳粒子及粗粒碳粒子。本发明专利技术的一实施例的负极活性物质，通过一同包含多孔性硅类粒子以及平均粒径互不相同的微粒碳粒子及粗粒碳粒子，从而可增加多孔性硅类粒子与碳粒子之间的接触性，由此可进一步提高锂二次电池的寿命特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔性硅类负极活性物质及包含它的锂二次电池
本专利技术涉及多孔性硅类负极活性物质，更为具体地，涉及一同包含多孔性硅类粒子和平均粒径互不相同的微粒碳粒子及粗粒碳粒子的多孔性硅类负极活性物质及包含它的锂二次电池。
技术介绍
近期，随着信息通信产业的发展，电子设备逐渐变得小型化、轻量化、薄型化以及便携化，而电池作为这些电子设备的电源，对电池的高能量密度化的要求越来越高。锂二次电池作为最能够满足这种要求的电池，目前对它的研究非常活跃。作为锂二次电池的负极活性物质，一直适用了能够使锂嵌入/脱嵌的包括人造石墨、天然石墨或者硬碳在内的多种形态的碳类物质。在上述碳类中，石墨在锂电池的能量密度方面具有优点，并且以出色的可逆性保障锂二次电池的长寿命，因而使用范围最广。但是，石墨在每单位体积的电极能量密度方面具有容量小的问题，在高放电电压下，容易与所使用的有机电解液产生副反应，存在因电池的错误工作或过充电导致起火或爆炸的危险。因此，正在研究硅(Si)等的金属类负极活性物质。众所周知，Si金属类负极活性物质表现出约4200Ah/g的高锂容量。但是，在与锂产生反应的前后，即在充放电时会引起最大300％以上的体积变化。因此，存在由于电极内的导电性网络受损，粒子之间的接触电阻增加，导致电池性能下降的现象。因此，曾研究由石墨类粒子包围硅负极活性物质的周围，来提高硅类负极活性物质的传导性的电极。但是，如上所述的负极活性物质，具有由于充放电时硅类负极活性物质的体积变化最大能够达到300％，因而石墨类粒子与硅类粒子之间的接触性变差，导致电池的性能下降的缺点。尤其，如多孔性硅类负极活性物质，由于多孔性硅类负极活性物质的表面的多孔结构，导致充放电时多孔性硅类粒子与石墨粒子之间的短路更严重，因而可产生电池的性能下降的问题。
技术实现思路
要解决的技术问题本专利技术是为了解决上述的现有技术问题而提出的。本专利技术要解决的第一技术问题在于，提供一种使用多孔性硅类粒子和碳粒子的混合负极活性物质，并解决以往的充放电时负极活性物质之间的接触性变差及短路的问题，从而可提高二次电池的寿命特性的负极活性物质。本专利技术要解决的第二技术问题在于，提供包含上述负极活性物质的负极及锂二次电池。解决技术问题的方法为了解决上述问题，本专利技术提供一种负极活性物质，其特征在于，包含多孔性硅类粒子及碳粒子；上述碳粒子包含平均粒径互不相同的微粒碳粒子及粗粒碳粒子。并且，本专利技术提供包含上述负极活性物质的负极。进而，本专利技术提供包含上述负极的锂二次电池。专利技术的效果本专利技术的一实施例的负极活性物质。通过一同包含多孔性硅类粒子以及平均粒径互不相同的微粒及粗粒的碳粒子，从而可增加多孔性硅类粒子与碳粒子之间的接触性，由此可进一步提高锂二次电池的寿命特性。附图说明本说明书所附的以下附图用于例示本专利技术的优选实施例，与上述的
技术实现思路
一同起到能够进一步理解本专利技术的技术思想的作用，因而本专利技术不应限定于附图中所记载的事项来解释。图1a及图1b为示出以往的负极(图1a)及充放电时的以往的负极(图1b)的简图。图2a及图2b为示出本专利技术的一实施例的负极(图2a)及充放电时的负极(图2b)的简图。具体实施方式以下，对本专利技术进行更加详细的说明，以有助于理解本专利技术。在本说明书及请求保护范围中所使用的术语或单词不应局限于常规的意义或词典上的意义来解释。为了以最优的方法说明自己的专利技术，专利技术人可适当定义术语的概念，从这种原则出发，在本说明书及请求保护范围中所使用的术语或单词应以符合本专利技术技术思想的意义和概念来解释。本专利技术的一实施例的负极活性物质，其特征在于，包含多孔性硅类粒子及碳粒子；上述碳粒子包含平均粒径互不相同的微粒碳粒子及粗粒碳粒子。图1a及图1b为示出以往的负极(图1a)及充放电时的以往的负极(图1b)的形状的简图。通常，包含多孔性硅类粒子的负极活性物质具有传导性低的缺点。因此，如图1a及图1b所示，研究出了通过混合硅类粒子110和碳粒子120来提高传导性的方法。但是，如图1b所示，由于充放电时的硅类粒子的体积变化，导致硅类粒子与碳粒子的接触性变差，因此可产生短路更严重的问题。因此，如图2a及图2b所示，本专利技术中通过一同包含多孔性硅类粒子210以及平均粒径互不相同的微粒碳粒子230及粗粒碳粒子220，以此增加多孔性硅类粒子与碳粒子之间的接触性，来防止短路，从而可进一步提高锂二次电池的寿命特性。根据本专利技术的一实施例，上述微粒碳粒子的平均粒径D50可以为1μm至10μm，优选为1μm至5μm。根据本专利技术的一实施例，若微粒碳粒子的平均粒径具有上述范围内的平均粒径，则上述微粒碳粒子在多孔性硅类粒子及粗粒碳粒子之间均匀地形成，由此在充放电过程中提高上述微粒碳粒子与多孔性硅类粒子及碳粒子之间的接触性，从而可解决因充放电时的体积膨胀所造成的短路的问题。并且，上述粗粒碳粒子的平均粒径D50可以为10μm至30μm，优选为10μm至20μm。若上述粗粒碳粒子的平均粒径小于10μm，则由于与微粒碳粒子的大小的差异少，因而基于混合两种碳粒子的传导性的提高效果有可能不明显，若上述粗粒碳粒子的平均粒径大于30μm，则可存在由于粗粒碳粒子的粒径的大小过大而导致的倍率特性下降的问题，以及在最佳密度下，使电极的容量下降的问题。另一方面，本专利技术的一实施例的上述多孔性硅类粒子的平均粒径D50可以为1μm至20μm，优选为3μm至12μm，更优选为5μm至10μm。若上述多孔性硅类粒子的平均粒径小于1μm，则有可能难以分散于负极活性物质浆料内，若上述多孔性硅类粒子的平均粒径大于20μm，则由于锂离子充电导致的粒子膨胀加重，随着反复充放电，粒子之间的粘结性和粒子与集电体之间的粘结性下降，从而有可能大大减少寿命特性。在本专利技术中，可将粒子的平均粒径定义为粒子的粒径分布的50％基准下的粒径。本专利技术的一实施例的上述粒子的平均粒径D50可利用如激光衍射法(laserdiffractionmethod)等方法测定。上述激光衍射法通常可测定亚微米(submicron)范围到数mm程度的粒径，并且可获得高再现性及高分解性结果。在本专利技术的一实施例的负极活性物质中，相对于碳粒子的总重量，包含1重量百分比至30重量百分比的上述微粒碳粒子，优选地，包含10重量百分比至20重量百分比的上述微粒碳粒子。若上述微粒碳粒子的含量小于1重量百分比，则有可能导致本专利技术所要达到的多孔性硅类粒子及碳粒子的防短路效果和提高二次电池的寿命特性的效果并不明显。另一方面，若上述微粒碳粒子的含量大于30重量百分比，则由于微粒碳粒子过多，导致比表面积增加，由此可能造成副反应增加以及二次电池的寿命特性变差等。在本专利技术的一实施例的负极活性物质中，相对于碳粒子的总重量，包含70重量百分比至99重量百分比的上述粗粒碳粒子，优选地，包含80重量百分比至90重量百分比的上述粗粒碳粒子。若上述粗粒碳粒子的含量在上述范围内，则可充分提高多孔性硅类负极活性物质的传导性。若上述粗粒碳粒子的含量小于70重量百分比，则由于微粒碳粒子过多，导致比表面积增加，由此可能造成副反应增加以及二次电池的寿命特性变差等。另一方面，若上述粗粒碳粒子的含量大于99重量百分比，则由于所混合的微粒碳的量过少，有可能导致本专利技术所要达到的多孔性硅类粒子及碳粒子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性物质，其特征在于，包含多孔性硅类粒子及碳粒子；所述碳粒子包含平均粒径互不相同的微粒碳粒子及粗粒碳粒子。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.09.17 KR 10-2013-01119811.一种负极活性物质，其特征在于，包含多孔性硅类粒子及碳粒子；所述碳粒子包含平均粒径互不相同的微粒碳粒子及粗粒碳粒子，相对于碳粒子的总重量，包含1重量百分比至30重量百分比的所述微粒碳粒子，按重量比，所述微粒碳粒子与粗粒碳粒子的混合比为1:4至1:9，所述微粒碳粒子的平均粒径(D50)为1μm至10μm，且所述粗粒碳粒子的平均粒径(D50)为10μm至30μm。2.根据权利要求1所述的负极活性物质，其特征在于，按重量比，所述多孔性硅类粒子与碳粒子的混合比为1:1至1:20。3.根据权利要求1所述的负极活性物质，其特征在于，所述多孔性硅类粒子的平均粒径(D50)为1μm至20μm。4.根据权利要求1所述的负极活性物质，其特征在于，所述多孔性硅类粒子的气孔的平均直径为30nm至500nm。5.根据权利要求1所述的负极活性物质，其特征在于，所述多孔性硅类粒子的比表面积为5m2/g至50m2/g。6.根据权利要求1所述的负极活性物质，其特征在于，所述多孔性硅类粒子为多孔性SiOx其中0≤x＜2，或者所述多孔性硅类粒子为由下述化学式1表示的多孔性硅类化合物，化学式1：MySi在所述化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：李美林，金贤撤，金银卿，李龙珠，柳正宇，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR