负极活性材料和包含其的二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种负极活性材料和包含其的二次电池，且具体地，提供一种负极活性材料粒子，所述负极活性材料粒子包含：核，所述核包含碳基活性材料和氧官能团；以及壳，所述壳包围所述核并且包含硅基活性材料。根据本发明专利技术的负极活性材料粒子包含氧官能团，使得硅基活性材料可以粘附到碳基活性材料的表面。由于高电负性的氧而带负电的所述氧官能团通过静电引力吸引所述硅基活性材料的带正电的硅原子，并因此所述硅基活性材料可以强烈粘附至所述碳基活性材料。另外，由于氧官能团与所述碳基活性材料表面上的最外面的碳原子上可共价结合的位点的总数的2.0％～4.0％键合，所以可以使所述负极活性材料粒子的导电性能不因所述氧官能团而劣化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极活性材料和包含其的二次电池
相关申请的交叉参考本申请要求于2015年10月15日和2016年10月14日提交的韩国专利申请2015-0143861号和2016-0133663号的优先权和权益，通过参考将其公开内容以其完整形式并入本文中。本专利技术涉及负极活性材料及包含其的二次电池。
技术介绍
由于化石燃料的使用迅速增加，所以对替代能源或清洁能源的使用的需求正在增加，并且使用电化学反应的发电和蓄电领域作为其一部分是当前最活跃的研究领域。二次电池是使用电化学能的电化学装置的当前代表性实例。而且，其应用领域也一直在逐渐增加。近来，随着便携式装置如便携式计算机、移动电话、照相机等的技术发展和需求的不断增加，对作为能源的二次电池的需求正在迅速增加。对二次电池中提供高能量密度和工作电位并且具有长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经进行了大量研究，使得二次电池已经商业化并被广泛使用。通常，二次电池包含正极、负极和电解质。此处，由于来自于正极活性材料的锂离子在通过在第一次充电中嵌入诸如碳粒子的负极活性材料中并在放电的情况下从其脱嵌而在两电极之间穿梭的同时传递能量，所以二次电池可以充电和放电。例如，锂二次电池具有其中锂电解质浸渍在电极组件中的结构，所述电极组件含有包含锂过渡金属氧化物作为电极活性材料的正极、包含碳基活性材料的负极和多孔隔膜。通过以包含锂过渡金属氧化物的正极混合物涂布铝箔来制造正极，且通过以包含碳基活性材料的负极混合物涂布铜箔来制造负极。在近年来作为高容量材料而进行研究的硅基材料中，硅-碳复合活性材料是通过将硅基材料设置在碳基负极活性材料的表面上而形成的活性材料，并在比碳基负极活性材料的理论容量(372mAh/g)更高的容量下具有优异的放电效率(80％)，使其预期会作为高容量二次电池材料而得到普及。然而，由于碳与硅的界面之间的结合力弱，所以在电极制造过程期间出现其中最外面的硅层从碳上脱落的现象。由于所述现象降低了硅的导电性并增加了其不可逆容量，因此其容量和效率降低。因此，需要开发能够在提高碳与硅之间的结合力的同时提供优异导电性的负极活性材料。现有技术文献[专利文献](专利文献1)韩国专利公布10-2011-0100209号
技术实现思路
[技术问题]本专利技术的第一个技术方面是提供一种负极活性材料粒子，所述负极活性材料粒子通过用氧官能团改性碳基活性材料的表面并且通过利用氧官能团与硅基活性材料之间的静电引力将碳基活性材料附着至硅基活性材料而具有高导电性和低不可逆容量。本专利技术的第二个技术方面是提供包含所述负极活性材料粒子的二次电池、电池模块和电池组。[技术方案]根据本专利技术的一个方面，提供一种负极活性材料粒子，所述负极活性材料粒子包含：核，所述核包含碳基活性材料和氧官能团；以及壳，所述壳包围所述核并包含硅基活性材料。根据本专利技术的另一个实施方式，提供一种二次电池、电池模块和电池组，所述二次电池包含负极、正极和电解质，其中向所述负极施涂了包含所述负极活性材料粒子的负极混合物。有益效果根据本专利技术的实施方式，负极活性材料粒子包含氧官能团，使得硅基活性材料附着至碳基活性材料的表面。由于氧官能团因具有高电负性的氧而带负电，所以氧官能团通过利用静电引力吸引带正电的硅基活性材料的硅原子，使得硅基活性材料和碳基活性材料彼此牢固结合。此外，相对于所述氧官能团可以共价结合的、在所述碳基活性材料的表面上的最外面碳原子的所有位点，当氧官能团结合至所述所有位点的2.0％～4.0％时，可以防止由于氧官能团而导致的负极活性材料粒子导电性的下降。附图说明图1是显示本说明书的实施例1～3和比较例1的循环效率的图。具体实施方式下文中，为了理解本专利技术将对本专利技术进行详细描述。说明书和权利要求书中使用的术语不限于一般的或词汇的含义，并且应在专利技术人能够适当定义术语的含义而以最佳方式描述专利技术人的本专利技术的原则的基础上理解为具有适用于本专利技术的技术概念的含义和概念。本文中使用的术语仅用于描述示例性实施方式，且并不旨在限制本专利技术。除非上下文另外定义，否则单数形式包括复数形式。在整个说明书中，应当理解，术语“包含”、“具有”等在本文中用于指定所应用的特征、数字、步骤、要素或其组合的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、数字、步骤、要素或其组合。根据本专利技术的一个实施方式，提供一种负极活性材料粒子，所述负极活性材料粒子包含：核，所述核包含碳基活性材料和氧官能团；以及壳，所述壳包围所述核并包含硅基活性材料。碳基活性材料可以具有球形形状和5.0μm～20.0μm的平均直径D50。作为碳基活性材料，可以使用选自由如下构成的组中的一种或多种：天然石墨、人造石墨、硬碳和软碳。详细地，当使用球形天然石墨作为碳基活性材料时，可以提供将硅容易地分布到石墨表面的效果。氧官能团可以共价结合至碳基活性材料的最外面碳原子。由于氧官能团因具有高电负性的氧而具有负电荷并且与具有正电荷的硅基活性材料的硅原子具有静电引力，所以碳基活性材料和硅基活性材料可以由于氧官能团而具有优异的结合力。此处，相对于氧官能团可以共价结合的碳基活性材料的最外面碳原子的所有位点，氧官能团可以结合至所述所有位点的约2.0％～4.0％。当氧官能团以小于2.0％的比率结合时，由于对硅基活性材料提供静电引力的氧官能团的量较小，所以存在的问题是，碳基活性材料与硅基活性材料之间的结合力不足。当氧官能团以大于4.0％的比率结合时，活性材料的导电性降低。指示氧官能团与碳基活性材料表面之间的连接程度的比率可通过使用X射线光电子能谱法或元素分析仪来定量测量。详细地，碳基活性材料的表面的氧含量可以通过X射线光电子能谱法导出。在本说明书中，相对于氧官能团可共价结合的碳基活性材料的最外面碳原子的所有位点，氧官能团对所述所有位点的结合率对应于通过X射线光电子能谱法测量的氧含量。以上述比率将氧官能团结合至碳基活性材料的表面可以通过在常压臭氧条件下在距碳基活性材料表面5～130mm的距离下发射具有184.9～253.7nm波长和0.02～0.05W/cm2强度的紫外线2～7小时来执行。此处，常压是指与大气压力相似的1个大气压的压力。氧官能团可以是亲水基团和疏水基团中的一种或多种。特别地，当包含亲水基团和疏水基团两者时，提供了减少由于与电解质的反应而引起的产生HF的效果。亲水基团可以是羟基和羧基中的一种或多种，且疏水基团可以是醚基和羰基中的一种或多种。然而，氧官能团不限于此。包含硅基活性材料的壳可以具有包围核的至少一部分的形状，具体地包围核的整个表面的形状，并且可以具有均匀的厚度。壳的厚度可以是0.02μm～0.1μm。当壳的厚度小于0.02μm时，可能发生负极活性材料的容量不充分增加的问题。当壳的厚度大于0.1μm时，可能发生与硅基活性材料的粘附性降低的问题。作为硅基活性材料，可以使用选自由如下构成的组中的一种或多种：结晶硅基活性材料、无定形硅基活性材料、硅氧化物(SiOx，0<x<2)和涂布有氧化物层的硅基活性材料。详细地，当使用无定形硅时，可以提供与碳基活性材料的氧官能团更高的静电引力。然而，硅基活性材料不限于此。负极活性材料粒子可以进一步包含包围所述壳并包含碳基材料和聚合物中的一种或多种的涂层。所述碳基材料和聚本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料粒子，所述负极活性材料粒子包含：核，所述核包含碳基活性材料和氧官能团；以及壳，所述壳包围所述核并包含硅基活性材料。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.10.15 KR 10-2015-0143861;2016.10.14 KR 10-2011.一种负极活性材料粒子，所述负极活性材料粒子包含：核，所述核包含碳基活性材料和氧官能团；以及壳，所述壳包围所述核并包含硅基活性材料。2.根据权利要求1所述的负极活性材料粒子，其中所述氧官能团包含亲水基团和疏水基团中的一种或多种。3.根据权利要求2所述的负极活性材料粒子，其中所述亲水基团包含羟基和羧基中的一种或多种，且所述疏水基团包含醚基和羰基中的一种或多种。4.根据权利要求1所述的负极活性材料粒子，其中所述氧官能团共价结合至所述碳基活性材料的最外面碳原子。5.根据权利要求1所述的负极活性材料粒子，其中相对于所述氧官能团可以共价结合的所述碳基活性材料的最外面碳原子的所有位点，所述氧官能团结合至所述所有位点的约2.0％～4.0％。6.根据权利要求1所述的负极活性材料粒子，还包含涂层，所述涂层包围所述壳并包含碳基材料和聚合物中的一种或多种。7.根据权利要求6所述的负极活性材料粒子，其中所述碳基材料包含无定形碳，且所述聚合物包含导电聚合物。8.根据权利要求6所述的负极活性材料粒子，其中所述涂层为所述负极活性材料粒子的总重量的1～50重量％。9.根据权利要求1所述的负极活性材料粒子，其中所述碳基活性材料包含选自由如下构成的组中的一种或多种...

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