用于锂二次电池的负极活性材料和包括其的锂二次电池制造技术

本公开内容涉及用于锂二次电池的负极活性材料和包括其的锂二次电池。所述用于锂二次电池的负极活性材料包括硅二次颗粒，所述硅二次颗粒为非晶硅一次颗粒和结晶硅一次颗粒的附聚物，其中所述硅二次颗粒包括开孔，所述开孔的尺寸在1nm-10μm的范围内，和所述开孔各自是在所述硅二次颗粒中的细孔连接时形成的。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用本申请要求在韩国知识产权局于2014年11月28日提交的韩国专利申请No.10-2014-0169201、于2014年11月28日提交的韩国专利申请No.10-2014-0169202、于2014年11月28日提交的韩国专利申请No.10-2014-0169203、和于2014年11月28日提交的韩国专利申请No.10-2014-0169204的权益，将其公开内容全部引入本文作为参考。
本公开内容涉及用于锂二次电池的负极活性材料和包括所述负极活性材料的锂二次电池。
技术介绍
电子、信息和通信行业已经通过制造便携式、小型化、轻质并且转变成显示出高性能的电子设备而快速发展，并且对于作为所述电子设备的电源的可实现高容量和高性能的锂二次电池的需求已经增加。此外，由于电动车(EV)或者混合动力电动车(HEV)已经被投入实际使用，因此已经促进了对具有高容量和输出以及优异的稳定性的锂二次电池的研究。锂二次电池包括能够嵌入和脱嵌锂离子的材料作为正极和负极并且通过用有机电解质溶液或者聚合物电解质填充所述负极和所述正极之间的空间而制造。由于在锂离子从所述正极和所述负极嵌入或脱嵌时发生的氧化和还原，从所述正极和负极产生电能。目前，主要使用碳质材料作为构成锂电池负极的电极活性材料。在碳质材料的实例中，石墨具有约372mAh/g的理论容量，同时常规石墨的实际容量已经实现至约350mAh/g-约360mAh/g的范围。然而，碳质材料例如石墨在提高锂二次电池的容量方面是有限的。因此，对于改善的锂二次电池材料仍存在需要。
技术实现思路
提供用于锂电池的负极活性材料，其中抑制根据所述电池的充电/放电的所述负极活性材料的体积变化。提供锂二次电池，其通过包括所述负极活性材料而具有改善的初始效率,充电/放电特性、和容量特性。另外的方面将部分地在以下描述中阐明，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的示例性实施方式的实践而获知。根据一个方面，用于锂二次电池的负极活性材料包括硅二次颗粒，所述硅二次颗粒为非晶硅一次颗粒和结晶硅一次颗粒的附聚物，其中所述硅二次颗粒包括开孔，所述开孔的尺寸在约1nm-约10μm的范围内，和所述开孔各自是在所述硅二次颗粒中的细孔连接时形成的。所述非晶硅一次颗粒的平均粒径(D50)和所述结晶硅一次颗粒的平均粒径(D50)可在约10nm-约10μm的范围内。所述硅二次颗粒可进一步包括选自闭孔和半闭孔的至少一种类型的孔。所述硅二次颗粒的比表面积可在约2m2/g-约100m2/g的范围内。所述非晶硅一次颗粒和所述结晶硅一次颗粒的附聚物是硅烷气体在惰性气体气氛中的分解产物。所述硅二次颗粒的平均粒径(D50)可在约0.1μm-约15μm的范围内。所述负极活性材料可进一步包括具有在约1μm-约10μm范围内的平均粒径(D50)的硅一次颗粒，所述硅二次颗粒为具有约50nm-约3μm的尺寸的硅一次颗粒的附聚物，所述负极活性材料包括硅二次颗粒，所述硅二次颗粒可包括：芯部分，其包括具有在约1μm-约10μm范围内的平均粒径(D50)的硅一次颗粒的附聚物；和附聚在所述芯部分的表面上的多孔壳部分，所述多孔壳部分包括具有在约50nm-约3μm范围内的平均粒径(D50)的硅一次颗粒的附聚物。所述芯部分可包括结晶硅一次颗粒的附聚物，或非晶硅一次颗粒和结晶硅一次颗粒的附聚物。所述壳部分可包括所述非晶硅一次颗粒和结晶硅一次颗粒的所述附聚物。所述芯部分可占据从所述硅二次颗粒的中心至所述硅二次颗粒的表面的距离的60％区域，和所述壳部分占据所述距离的剩余部分，并且所述壳部分的孔隙率可为所述芯部分的孔隙率的至少约1.7倍或更大，基于所述芯部分。所述芯部分的孔隙率可为大于约0％且小于或等于约10％，并且所述壳部分的孔隙率为约20％或更大到约90％或更小。所述芯部分的量可在约10重量％-约90重量％的范围内，基于所述硅二次颗粒的总重量。所述硅二次颗粒的平均粒径(D50)可在约1.5μm-约15μm的范围内。所述硅二次颗粒的比表面积可在约2m2/g-约100m2/g的范围内。所述结晶硅一次颗粒可包括具有在约1nm-约100nm的范围内的尺寸的晶粒。所述结晶一次颗粒可包括：具有在约1nm-约5nm的范围内的平均直径的第一微晶；和具有在约10nm-约30nm的范围内的平均直径的第二微晶。所述硅二次颗粒基于X-射线衍射(XRD)分析在约28.1°-约28.6°的衍射角(2θ)范围内可具有2-5个衍射峰。所述硅二次颗粒基于X-射线衍射(XRD)分析在约28.1°-约28.6°的衍射角(2θ)范围内可具有拥有在约3°-约5°范围内的半宽度(FWHM)的衍射峰。所述硅二次颗粒的平均粒径(D50)可在约50nm-约10μm的范围内。在所述硅二次颗粒中，硅(Si)原子数可大于氧(O)原子数。如通过对所述硅二次颗粒进行X-射线光电子能谱法测量的，从所述硅二次颗粒的表面至约10nm-约15nm的深度的硅原子与氧原子的原子比(Si/O)可在约1-约4的范围内。如通过对所述硅二次颗粒进行X-射线光电子能谱法(XPS)分析所测量的，具有在约98eV-约102eV范围内的结合能的Si峰(P1)与具有在约102eV-约105eV范围内的结合能的Si4+峰(P2)的面积比(P1/P2)可在约1-约19的范围内。所述硅二次颗粒的平均粒径(D50)可在约20nm-约20μm的范围内。所述硅二次颗粒可为硅烷气体在惰性气体气氛中的分解产物。在所述硅二次颗粒中，硅(Si)原子数可高于(O)原子数。根据另一示例性实施方式的方面，锂二次电池包括所述负极活性材料。附图说明由结合附图考虑的示例性实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易领会，其中：图1A为根据一种示例性实施方式的硅二次颗粒的示意图；图1B为根据另一示例性实施方式的硅二次颗粒的另一示意图；图1C为根据另一示例性实施方式的硅颗粒的又一示意图；图2A为实施例1中制备的硅二次颗粒的放大的扫描电子显微镜(SEM)图像(x2,500)；图2B为实施例2中制备的硅二次颗粒的放大的SEM图像(x2,000)；图3A为图2A中的部分I的放大的SEM图像(x8)；图3B为实施例2中制备的硅二次颗粒的横截面图的放大的SEM图像(x25,000)，和本文档来自技高网...

【技术保护点】
用于锂二次电池的负极活性材料，其包括硅二次颗粒，其中所述硅二次颗粒包括非晶硅一次颗粒和结晶硅一次颗粒的附聚物，其中所述硅二次颗粒包括开孔，所述开孔的尺寸在1nm‑10μm的范围内，和所述开孔各自是在所述硅二次颗粒中的细孔连接时形成的。

【技术特征摘要】
2014.11.28 KR 10-2014-0169201;2014.11.28 KR 10-2011.用于锂二次电池的负极活性材料，其包括硅二次颗粒，其中所述硅二
次颗粒包括非晶硅一次颗粒和结晶硅一次颗粒的附聚物，其中所述硅二次颗
粒包括开孔，所述开孔的尺寸在1nm-10μm的范围内，和所述开孔各自是
在所述硅二次颗粒中的细孔连接时形成的。
2.权利要求1的负极活性材料，其中所述非晶硅一次颗粒的平均粒径
(D50)和所述结晶硅一次颗粒的平均粒径(D50)在10nm-10μm的范围内。
3.权利要求1的负极活性材料，其中所述硅二次颗粒进一步包括选自闭
孔和半闭孔的至少一种类型的孔。
4.权利要求1的负极活性材料，其中所述硅二次颗粒的比表面积在2
m2/g-100m2/g的范围内。
5.权利要求1的负极活性材料，其中所述硅二次颗粒的孔隙率在
5％-80％的范围内。
6.权利要求1的负极活性材料，其中所述附聚物是硅烷气体在惰性气体
气氛中的分解产物。
7.权利要求1的负极活性材料，其中所述硅二次颗粒的平均粒径(D50)
在0.1μm-15μm的范围内。
8.权利要求1的负极活性材料，其中所述负极活性材料进一步包括具有
在1μm-10μm范围内的平均粒径(D50)的硅一次颗粒，
所述硅二次颗粒为具有50nm-3μm的尺寸的硅一次颗粒的附聚物，
所述负极活性材料包括包含如下的硅二次颗粒：
芯部分，其包括具有在1μm-10μm范围内的平均粒径(D50)的硅一次颗
粒的附聚物；和
附聚在所述芯部分的表面上的多孔壳部分，其包括具有在50nm-3μm
范围内的平均粒径(D50)的硅一次颗粒的附聚物。
9.权利要求8的负极活性材料，其中所述芯部分包括结晶硅一次颗粒的
附聚物。
10.权利要求8的负极活性材料，其中所述芯部分包括非晶硅一次颗粒
和结晶硅一次颗粒的附聚物。
11.权利要求8的负极活性材料，其中所述壳部分包括所述非晶硅一次

\t颗粒和结晶硅一次颗粒的所述附聚物。
12.权利要求8的负极活性材料，其中所述芯部分占据从所述硅二次颗
粒的中心到所述硅二次颗粒的表面的距离的60％区域，和所述壳部分占据所
述距离的剩余部分，和所述壳部分的孔隙率为所述芯部分的孔隙率的1.7倍
或者更大。
13.权利要求12的负极活性材料，其中所述芯部分的孔隙率为大于...

【专利技术属性】
技术研发人员：金世元，文钟硕，沈揆恩，赵偗任，庾太焕，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国;KR