负极活性材料、锂电池和制备负极活性材料的方法技术

提供了一种负极活性材料、一种包括其的锂电池和一种制备该负极活性材料的方法。所述负极活性材料包括硅基材料核和位于硅基材料核的表面上的沥青涂覆层。沥青涂覆层包括中间相沥青。

Negative active materials, lithium batteries and methods for preparation of negative active materials

A negative active material, a lithium battery including it and a method for preparing the negative active material are provided. The negative active material includes the silicon base material core and the asphalt coating on the surface of the silicon base material core. The asphalt coating consists of mesophase bitumen.

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料、锂电池和制备负极活性材料的方法在2016年7月19日提交到韩国知识产权局的题为“NegativeActiveMaterial,LithiumBatteryIncludingtheSame,andMethodofPreparingtheNegativeActiveMaterial”(负极活性材料、包括其的锂电池和制备负极活性材料的方法)的第10-2016-0091440号韩国专利申请通过引用全部包含于此。
实施例涉及负极活性材料、包括其的锂电池和制备负极活性材料的方法。
技术介绍
锂电池，特别是锂二次电池，由于其高能量密度和简易设计已经用作便携式IT装置、电动车辆或电力存储应用的电源。这样的锂二次电池要求高的能量密度和/或长的寿命。
技术实现思路
实施例涉及包括硅基材料核和位于硅基材料核的表面上的沥青涂覆层的负极活性材料。沥青涂覆层包括中间相沥青。负极活性材料可以具有大约1.0或更小的比率(ID/IG)，其中，比率(ID/IG)为在大约1300cm-1至大约1400cm-1处出现的峰的强度(ID)与在大约1580cm-1至大约1620cm-1处出现的峰的强度(IG)的比率，峰的强度为通过拉曼光谱学光谱测量的。沥青涂覆层的量可以在从基于硅基材料核的总重的大约1wt％至大约40wt％的范围。中间相沥青的量可以在从基于沥青涂覆层的总重的大约30wt％至大约100wt％的范围。中间相沥青的量可以在从基于沥青涂覆层的总重的大约30wt％至大约90wt％的范围。中间相沥青的量可以在从基于沥青涂覆层的总重的大于大约70wt％至大约90wt％的范围。硅基材料核可以包括从硅、硅-碳复合物、氧化硅、硅合金和它们的组合中选取的一种。硅基材料核可以包括硅-碳复合物。负极活性材料可以具有大约1μm至大约20μm的中值粒径D50。实施例还涉及一种锂电池，该锂电池包括：负电极，包括如上所述的负极活性材料；正电极，包括正极活性材料；电解质，在负电极与正电极之间。实施例还涉及一种制备如上所述的负极活性材料的方法。该方法包括：将硅基材料核与包括中间相沥青的沥青混合；使混合物压缩成型，以获得压缩成型产物；对压缩成型产物进行热处理，以制备负极活性材料。可以在惰性气体气氛中以从大约400℃至大约1100℃的范围的温度执行热处理。惰性气体气氛可以包括从氮气气氛、氢气气氛和它们的组合中选择的一种。该方法还可以包括研磨已热处理的压缩成型产物。附图说明通过参照附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员来讲将变得明显，在附图中：图1示出根据实施例的负极活性材料的结构的示意图；图2示出根据实施例的锂二次电池的结构的示意图；图3示出了呈现根据示例1至示例4和对比示例1制备的负极活性材料的拉曼光谱学光谱的图；以及图4示出了呈现根据示例5至示例8和对比示例2制造的锂二次电池的寿命特性的图。具体实施方式现在将在下文中参照附图更充分地描述示例实施例；然而，示例实施例可以以不同的形式实施，且不应被解释为受限于这里阐述的实施例。相反，这些实施例被提供为使得本公开将是彻底的和完整的，且将把示例性的实施方式充分地传达给本领域技术人员。在绘制附图时，为了清楚示出，可以夸大层和区域的尺寸。现在将详细地参照实施例，实施例的示例在附图中示出，在附图中，同样的参考标号始终表示同样的元件。就这一点而言，给出的实施例可以具有不同的形式，且不应解释为受限于在此阐述的描述。因此，下面通过参照附图来仅描述实施例，以解释本描述的多个方面。如在这里使用的，术语“和/或”包括一个或更多个相关所列项的任何和所有组合。诸如“……中的至少一个(种)”的表述在一列元件(要素)之后时，修饰整列元件(要素)而不是修饰该列中的个别元件(要素)。如在这里使用的术语“硅基材料”表示包括至少5％的硅的材料。例如，硅基材料可以包括至少10％的硅、至少20％的硅、至少30％的硅、至少40％的硅、至少50％的硅、至少55％的硅、至少60％的硅、至少65％的硅、至少70％的硅、至少75％的硅、至少80％的硅、至少85％的硅、至少90％的硅或至少95％的硅。除非在这里另外说明，否则如在这里使用的术语“包括”和/或“包含”不排除存其它元件，并且表示附加有和/或介入有其它元件。如在这里使用的术语“其(它们的)组合”表示所描述的两个或更多个组件(组分)的混合或组合。诸如“……中的至少一个(种)”的表述在一列元件(要素)之后时，修饰整列元件(要素)而不是修饰该列中的个别元件(要素)。通常，当单独使用诸如硅基材料的负极活性材料时，一个硅原子可以与最多4.4个锂原子反应。由于此，在包括该负极活性材料的锂电池的充电和放电期间，该负极活性材料可能经历高达最大400％的体积膨胀，且可能在负极活性材料的颗粒中不规则地出现裂纹。可以通过在其中不规则地形成有裂纹的负极活性材料颗粒的表面上的电解质分解来形成SEI膜。然而，其中不规则地形成有裂纹的负极活性材料颗粒可能不能参与到电化学反应中，且包括该负极活性材料的锂电池可能呈现容量损失和减少的寿命。如图1示意性所示，根据实施例的负极活性材料10可以包括硅基材料核1和在硅基材料核的表面上的沥青涂覆层2。沥青涂覆层2包括中间相沥青。沥青涂覆层可以包括具有光学各向异性性质的中间相沥青，其中，构成沥青的分子在液态下取向。与构成其的分子随机取向的各向同性沥青不同，这样的中间相沥青即使在液态也是高度结晶的。负极活性材料可以具有大约1.0或更小的比率(ID/IG)，其中，比率(ID/IG)为在大约1300cm-1至大约1400cm-1处出现的峰的强度(ID)与在大约1580cm-1至大约1620cm-1处出现的峰的强度(IG)的比率，两个峰的强度为通过拉曼光谱学测量的。例如，负极活性材料的在大约1300cm-1至大约1400cm-1处出现的峰的强度(ID)与在大约1580cm-1至大约1620cm-1处出现的峰的强度(IG)的比率(ID/IG)可以在从大约0.6至大约1.0的范围。负极活性材料可以是具有高的结晶度和在大约1580cm-1至大约1620cm-1处出现的峰的高强度(IG)的碳材料，因此，强度比率(ID/IG)可以是大约1.0或更小。在这样的负极活性材料中，即使在低的热处理条件下也可以容易地在硅基材料核的表面上形成沥青涂覆层。在沥青涂覆层中，聚合物可以是低含量的，且其粘度在液态下是低的。因此，沥青可以渗透到硅基材料核的表面中细小的空的空间中，从而形成均匀的涂覆层。因此，可以使在包括负极活性材料的锂电池充电和放电期间硅基材料核中裂纹的出现最小化，因此增强其容量特性和寿命特性。沥青涂覆层的量可以在从基于硅基材料核的总重的大约1wt％至大约40wt％的范围。当沥青涂覆层的量在以上范围内时，硅基材料的体积膨胀可以减小，包括其的锂电池可以具有增强的寿命特性。在沥青涂覆层中的中间相沥青的量可以在从基于沥青涂覆层的总重的大约30wt％至大约100wt％的范围。例如，中间相沥青的量可以在从基于沥青涂覆层的总重的大约30wt％至大约90wt％的范围。例如，中间相沥青的量可以在从基于沥青涂覆层的总重的大于大约70wt％至大约90wt％的范围。在一些实施中，中间相沥青的量可以是基于沥青涂覆层的总重的10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料，所述负极活性材料包括：硅基材料核；以及沥青涂覆层，位于硅基材料核的表面上，其中，沥青涂覆层包括中间相沥青。

【技术特征摘要】
2016.07.19 KR 10-2016-00914401.一种负极活性材料，所述负极活性材料包括：硅基材料核；以及沥青涂覆层，位于硅基材料核的表面上，其中，沥青涂覆层包括中间相沥青。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，负极活性材料具有1.0或更小的比率ID/IG，其中，比率ID/IG是在1300cm-1至1400cm-1处出现的峰的强度ID与在1580cm-1至1620cm-1处出现的峰的强度IG的比率，峰的强度为通过拉曼光谱学光谱测量的。3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，沥青涂覆层的量在从基于硅基材料核的总重的1wt％至40wt％的范围。4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，中间相沥青的量在从基于沥青涂覆层的总重的30wt％至100wt％的范围。5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，中间相沥青的量在从基于沥青涂覆层的总重的30wt％至90wt％的范围。6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，中间相沥青的量在从基于沥青涂覆层的总重...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑昶义，郭枝砚，金然甲，金英旭，都义松，朴相垠，吴仑泽，刘容赞，车寅旿，崔希瑄，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR