负极活性物质、制备其的方法和包括其的可再充电锂电池技术

提供一种用于可再充电锂电池的负极活性物质、制备其的方法和包括其的可再充电锂电池，所述负极活性物质包括包含核的硅‑碳复合物以及位于核的表面上的含非晶碳的涂覆层，所述核包括结晶碳材料、氧化硅和硅颗粒，其中，当使用X射线光电子能谱测量负极活性物质时，Si峰相对于SiO2峰的强度比(Si/SiO2)在从大约2.0至大约3.0的范围。

Negative active material, method of preparation and rechargeable lithium battery including its rechargeable battery

To provide a method for rechargeable lithium battery anode active material, its preparation method and its rechargeable lithium battery including the anode active material including silicon containing nuclear carbon composite and located on the surface of the nucleus containing amorphous carbon coating layer, the core includes crystal carbon material, silicon oxide and silicon particles, which, when using X ray photoelectron spectroscopy measurements of the anode active material, the peak of Si relative to SiO2 peak intensity ratio (Si/SiO2) in the range from about 2 to about 3.

【技术实现步骤摘要】
负极活性物质、制备其的方法和包括其的可再充电锂电池本申请要求于2016年7月21日在韩国知识产权局提交的第10-2016-0092787号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。
公开了一种用于可再充电锂电池的负极活性物质、制备其的方法和包括其的可再充电锂电池。
技术介绍
可再充电锂电池可长久使用并具有高驱动电压和高能量密度，因此满足根据装置的多样化和复杂化的复杂的需求。近来，已经在全世界积极地做出努力进一步开发可再充电锂电池的常规技术并将其更广泛地应用于电力储存和电动车辆等。另外，高容量的可再充电锂电池已经被高度地需要，因此被积极地研究。然而，存在对增大可再充电锂电池的容量的限制。近来，已经做出了关于通过快速充电减少充电时间来克服增大可再充电锂电池的容量的限制的各种研究。
技术实现思路
实施例提供了一种用于具有改善的放电容量和效率的可再充电锂电池的负极活性物质。另一实施例提供一种制备负极活性物质的方法。又一实施例提供一种包括负极活性物质的可再充电锂电池。实施例提供了一种用于可再充电锂电池的负极活性物质，所述负极活性物质包括包含核的硅-碳复合物以及位于核的表面上的含非晶碳的涂覆层，所述核包括结晶碳材料、氧化硅和硅颗粒，其中，当使用X射线光电子能谱测量负极活性物质时，Si峰相对于SiO2峰的强度比(Si/SiO2)在从大约2.0至大约3.0的范围。当使用能量色散谱测量时，负极活性物质可包括大约70原子％至大约80原子％的硅以及大约30原子％至大约20原子％的氧。基于100wt％的负极活性物质的总重量，氧化硅的含量可在从大约8wt％至大约13wt％的范围。硅的最大颗粒直径(Dmax)可以小于或等于大约250nm，例如，大约30nm至大约250nm。另一实施例提供一种制备用于可再充电锂电池的负极活性物质的方法，所述方法包括在溶剂中以抗氧化剂相对于100wt％的硅的大约9wt％至大约11wt％的混合比混合硅和抗氧化剂，以制备混合物；球磨混合物以制备氧化硅和涂覆有抗氧化剂的硅颗粒的硅混合物；将硅混合物与结晶碳基材料混合，以制备硅-结晶碳基材料混合物；向硅-结晶碳基材料混合物加入非晶碳前驱体；以及热处理所得物。抗氧化剂可以是硬脂酸、聚乙烯吡咯烷酮或它们的组合。溶剂可以是醇。硅颗粒的最大颗粒直径(Dmax)可小于或等于大约250nm，例如，大约30nm至大约250nm。又一实施例提供了一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括：负电极，包括负极活性物质；正电极，包括正极活性物质；以及电解质。本专利技术的其它实施例包括在下面的详细描述中。用于根据实施例的可再充电锂电池的负极活性物质展现出改善的放电容量和效率。附图说明图1是示出根据实施例的正极活性物质的结构的示意图。图2是示出根据示例1的负极活性物质中的硅颗粒的尺寸的视图。图3是根据示例1和对比示例1的负极活性物质的X射线光电子能谱(XPS)结果的视图。图4是示出分别使用根据示例1和对比示例1的负极活性物质的半电池的dQ/dV的视图。图5是示出分别使用示例1和对比示例1的负极活性物质的半电池的根据放电深度的电位的视图。图6是示出分别使用示例1以及对比示例1和对比示例2的负极活性物质的半电池的充电特性和放电特性的视图。具体实施方式在下文中，详细描述了本专利技术的实施例。然而，这些实施例是示例性的，本专利技术不限于此，本专利技术由权利要求的范围限定。根据本专利技术的实施例的用于可再充电锂电池的负极活性物质包括包含核的硅-碳复合物以及位于核的表面上的含非晶碳的涂覆层，所述核包括结晶碳材料、氧化硅和硅颗粒。当使用X射线光电子能谱(XPS)测量负极活性物质时，Si峰相对于SiO2峰的强度比(Si/SiO2)在从大约2.0至大约3.0的范围。Si峰相对于SiO2峰的这个峰强度比表示它们的高度比。当Si峰相对于SiO2峰的强度比(Si/SiO2)小于大约2.0或者大于大约3.0时，负电极会根据充电和放电而膨胀，并且还会使负极活性物质的容量以及充电和放电效率劣化。当使用能量色散谱测量时，负极活性物质可包括大约70原子％至大约80原子％的硅和大约30原子％至大约20原子％的氧。当包括在负极活性物质中的硅和氧包括在所述原子％范围内时，可改善效率和容量特性。这里，基于100wt％的负极活性物质的总重量，可包括大约8wt％至大约13wt％的量的氧化硅。当氧化硅包括在所述范围内时，可进一步改善循环-寿命特性和效率。硅颗粒的最大颗粒直径(Dmax)可小于或等于大约250nm，例如，大约30nm至大约250nm。最大颗粒直径(Dmax)表示硅颗粒分布中最大的颗粒直径。另外，在本说明书中，可通过使用激光衍射型颗粒分布测量装置来测量颗粒直径。当硅颗粒具有大于大约250nm的最大颗粒直径(Dmax)时，会使负极活性物质的容量以及充电和放电效率劣化。硅颗粒可具有大约30nm至大约250nm的最大颗粒直径(Dmax)，根据另一实施例，硅颗粒可具有大约50nm至大约100nm的平均颗粒直径(D50)，但是如果最大颗粒直径(Dmax)小于或等于大约250nm，那么不需要局限于此。从体积参照颗粒分布获得平均颗粒直径(D50)。换言之，D50表示当颗粒体积％对应于整个颗粒的50％时的颗粒尺寸。可以以下面的方法制备具有此组成的负极活性物质。首先，在溶剂中混合硅和抗氧化剂以制备混合物。这里，基于100wt％的硅，可以以大约9wt％至大约11wt％或者大约9.9wt％至大约10.1wt％的量混合抗氧化剂。当在所述范围内使用抗氧化剂时，混合物可在随后的球磨工艺期间有效地抑制硅的氧化，因此减小最终的负极活性物质中的氧化硅的量。以此方式，可减小具有小的容量的氧化硅的量，因此可增大最终的负极活性物质的容量。当包括小于所述范围的抗氧化剂时，则不能够充分地抑制硅的氧化。另外，基于100wt％的硅，通过使用最多大约11wt％的抗氧化剂，可以充分地获得氧化抑制效果，但是即使使用大于所述量的抗氧化剂也不会增大氧化抑制效果。混合工艺可需要调节硅和抗氧化剂的混合比，但是只要硅颗粒和抗氧化剂分散在其中，则可以不特定地调节溶剂的量。抗氧化剂可以是硬脂酸、聚乙烯吡咯烷酮或它们的组合。溶剂可以是醇，例如，乙醇、甲醇、丙醇或它们的组合。随后，球磨混合物。该球磨工艺可使硅颗粒的一部分氧化并形成氧化硅。换言之，部分氧化的氧化硅存在于硅颗粒内部。另外，硅颗粒可在表面上涂覆有抗氧化剂。可执行球磨工艺直至涂覆有抗氧化剂的硅颗粒具有小于或等于大约250nm的最大颗粒直径(Dmax)，在另一实施例中，在从大约30nm至大约250nm的范围的最大颗粒直径(Dmax)。可通过使用诸如氧化锆球、氧化铝球等的普通球来执行球磨工艺。由于最大颗粒直径(Dmax)在随后工艺中不改变，因此硅颗粒可在最终的负极活性物质中保持小于或等于大约250nm的最大颗粒直径(Dmax)。获得的涂覆有抗氧化剂的氧化硅和硅颗粒的硅混合物与结晶碳基材料混合，以制备硅-结晶碳基材料混合物。结晶碳基材料可以是天然石墨、人造石墨或它们的组合。硅混合物和结晶碳基材料可以以根据期望的产品而适当地调节的比来混合，在实施例中，可以以大约1:4至大约1.5:3.5的重量比来混合。随后，向硅-结晶碳本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于可再充电锂电池的负极活性物质，所述负极活性物质包括包含核的硅‑碳复合物以及位于核的表面上的含非晶碳的涂覆层，所述核包括结晶碳材料、氧化硅和硅颗粒，其中，当使用X射线光电子能谱测量负极活性物质时，Si峰相对于SiO2峰的强度比在从2.0至3.0的范围。

【技术特征摘要】
2016.07.21 KR 10-2016-00927871.一种用于可再充电锂电池的负极活性物质，所述负极活性物质包括包含核的硅-碳复合物以及位于核的表面上的含非晶碳的涂覆层，所述核包括结晶碳材料、氧化硅和硅颗粒，其中，当使用X射线光电子能谱测量负极活性物质时，Si峰相对于SiO2峰的强度比在从2.0至3.0的范围。2.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，当使用能量色散谱测量时，负极活性物质包括70原子％至80原子％的硅以及30原子％至20原子％的氧。3.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，基于100wt％的负极活性物质的总重量，氧化硅的含量在从8wt％至13wt％的范围。4.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，硅的最大颗粒直径小于或等于250nm。5.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，硅的最大颗...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴杜莉，廉哲，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR