用于锂二次电池的负极活性物质、其制备方法以及包括其的锂二次电池技术

本发明专利技术涉及用于锂二次电池的负极活性物质、其制备方法以及包括该负极活性物质的锂二次电池。该负极活性物质是用于二次电池的负极活性物质，该负极活性物质包括硅‑碳复合物，该硅‑碳复合物包括：包括结晶碳和硅颗粒的芯；以及设置在芯的表面上的含有无定形碳的涂层，其中负极活性物质包括：形成在硅颗粒的表面上的氧化硅；以及形成在结晶碳的表面上的结晶碳的氧化物，硅颗粒的平均粒径(D50)具有纳米尺寸，氧化硅中O相对于Si的比率为30％‑50％，并且在结晶碳的氧化物中，O相对于C的比率为4％‑10％。

Negative active substance for lithium secondary battery, preparation method and lithium secondary battery

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于锂二次电池的负极活性物质、其制备方法以及包括其的锂二次电池
公开了一种用于锂二次电池的负极活性物质、其制备方法以及包括该负极活性物质的锂二次电池。
技术介绍
锂二次电池工作时间长，以及具有高驱动电压和高能量密度，因此可以根据装置的多样化和组合满足复杂的要求。近来，已经积极地进行努力以大力发展常规的锂二次电池技术，并因此将其应用扩展到蓄电装置等以及电动车辆中。另外，对高容量锂二次电池的需求很高，并且对此正进行积极的研究。但是，增加锂二次电池的容量存在限制。近来，已经进行了各种研究以通过经由快速充电减少充电时间来克服容量增加的限制。
技术实现思路
技术问题一个实施方式提供了一种用于锂二次电池的负极活性物质，该负极活性物质表现出改善的循环寿命特性和改善的溶胀特性。另一实施方式提供了一种制备负极活性物质的方法。另一实施方式提供了一种包括负极活性物质的锂二次电池。技术方案本专利技术的实施方式提供了一种用于锂二次电池的负极活性物质，该负极活性物质包括硅-碳复合物，该硅-碳复合物包括：包括结晶碳和硅颗粒的芯以及设置在芯的表面上的含有无定形碳的涂层，其中该负极活性物质包括形成在硅颗粒的表面上的氧化硅和形成在结晶碳的表面上的结晶碳的氧化物，硅颗粒的平均粒径(D50)具有纳米尺寸，氧化硅中O相对于Si的比率为30wt％至50wt％，并且结晶碳的氧化物中O相对于C的比率为4wt％至10wt％。硅颗粒的平均直径(D50)可以为5nm至500nm。基于100wt％的硅-碳复合物的总重量，氧化硅的含量可以为1wt％至20wt％。基于100wt％的硅-碳复合物的总重量，结晶碳的氧化物的含量可以为2wt％至10wt％。结晶碳可以为人造石墨、天然石墨或其组合。另一实施方式提供一种制备用于锂二次电池的负极活性物质的方法，该方法包括将表面上具有结晶碳的氧化物的结晶碳颗粒和表面上具有硅颗粒的氧化物的硅颗粒混合以制备第一混合物；向第一混合物添加无定形碳前体以制备第二混合物；以及热处理第二混合物。表面上具有结晶碳的氧化物的结晶碳颗粒可以通过在氮气氛、氧气氛、空气气氛或组合气氛下热处理结晶碳颗粒来制备。表面上具有硅颗粒的氧化物的硅颗粒可以通过在氮气氛、氧气氛、空气气氛或组合气氛下热处理硅颗粒来制备。混合可以在500℃至1000℃下进行。表面上具有结晶碳的氧化物的结晶碳颗粒与表面上具有硅颗粒的氧化物的硅颗粒的混合比率可以为10wt％:90wt％至90wt％:10wt％。第一混合物与无定形碳前体的混合比率可以为5wt％:95wt％至30wt％:70wt％。另一实施方式提供了一种锂二次电池，该锂二次电池包括：包括负极活性物质的负极；包括正极活性物质的正极；以及电解质。本专利技术的其他实施方式包括在下面的详细描述中。有益效果根据实施方式的用于锂二次电池的负极活性物质可以表现出改善的循环寿命特性和改善的溶胀特性。附图说明图1为示出根据实施方式的正极活性物质的结构的示意图。图2为示出使用实施例1和比较例1至5的负极活性物质的半电池的容量保持率的图。具体实施方式在下文中详细描述本专利技术的实施方式。然而，这些实施方式是示例性的，本专利技术不限于此，并且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方式的用于锂二次电池的负极活性物质包括硅-碳复合物，该硅-碳复合物包括：包括结晶碳和硅颗粒的芯以及设置在芯的表面上的含有无定形碳的涂层。此处，包括了形成在硅颗粒的表面上的氧化硅和形成在结晶碳的表面上的结晶碳的氧化物。硅颗粒的平均直径(D50)可以为纳米尺寸，并且硅颗粒的平均直径(D50)可以为5nm至500nm。当硅颗粒的平均直径(D50)大于纳米尺寸时，例如，在微米水平上时，可增加膨胀的缺陷。特别地，当硅颗粒的平均直径(D50)在50nm至150nm的范围内时，可以获得改善的循环寿命特性和改善的抑制膨胀的效果。除非本文另有定义，否则平均粒径(D50)是指在粒径分布中具有累积体积为50体积％的颗粒的直径。以这种方式，当根据实施方式的负极活性物质包括通过硅颗粒的表面的氧化而形成的并因此存在于硅颗粒的表面上的氧化硅时，可以增加表面稳定性，并且可以改善循环寿命特性。另外，当根据实施方式的负极活性物质包括通过结晶碳的表面的氧化而形成的并因此存在于结晶碳的表面上的结晶碳的氧化物时，可以去除结晶碳的表面上的杂质，可以改善硅-碳复合物的循环寿命特性，并且可以增强粘合剂的结合特性，因此，获得了活性物质本身和活性物质与集流体的优异的结合强度，并且可以改善溶胀特性。通常，硅-碳复合物由于硅自身的高膨胀率和低循环寿命特性而表现出高容量、高膨胀率和低循环寿命特性，但是如上所述，根据实施方式的负极活性物质具有存在于硅颗粒的表面上的氧化硅和存在于结晶碳的表面上的结晶碳的氧化物，因此可以保持优异的容量并表现出改善的膨胀率(即，改善的溶胀特性)，以及改善的循环寿命特性。另外，当在硅颗粒和结晶碳的两个表面上都形成氧化物时获得这种效果，但是当在硅颗粒和结晶碳的任一表面上形成氧化物时，例如当仅在硅颗粒的表面上形成氧化物时，膨胀改善效果可能不显著，而当仅在结晶碳的表面上形成氧化物时，循环寿命改善效果可能不显著。在氧化硅中，O相对于Si的比率可以在30wt％至50wt％或35wt％至45wt％的范围内。另外，在结晶碳的氧化物中O相对于C的比率可以在4wt％至10wt％或5wt％至7wt％的范围内。当氧化硅中O相对于Si的比率小于30wt％或大于50wt％时，可能几乎不能获得循环寿命改善效果，或者由于过度氧化，循环寿命特性可能反而劣化，并且当结晶碳的氧化物中O相对于C的比率小于4wt％时，与粘合剂的亲和性劣化，结果，与集流体的粘附性劣化，并且当结晶碳的氧化物中O相对于C的比率大于10wt％时，容量可能劣化。基于100wt％的硅-碳复合物的总重量，氧化硅的含量可以为1wt％至10wt％或2wt％至5wt％。当氧化硅的含量包括在该范围内时，可以使初始效率最小化，并且可以改善循环寿命特性。基于100wt％的硅-碳复合物的总重量，结晶碳的氧化物的含量可以在1wt％至10wt％的范围内。当结晶碳的氧化物在该范围内时，可以最小化容量劣化，并且可以改善膨胀。结晶碳可以为人造石墨、天然石墨或其组合。负极活性物质可以通过以下方法制备。硅颗粒和结晶碳分别被氧化。当通过混合硅颗粒和结晶碳来进行该氧化过程时，硅颗粒和结晶碳在不同的温度下被氧化，硅颗粒可能不会在结晶碳的氧化温度下被氧化，而结晶碳可以在硅颗粒的氧化温度下被烧掉以去除。可以通过在氮气氛、氧气氛、空气气氛或其组合气氛下热处理硅颗粒来进行氧化处理。可以在700℃至1000℃下进行热处理0.5小时至10小时。当进行氧化时，硅颗粒的表面被氧化，并且氧化硅可以形成在该表面上。当在该气氛、温度和时间条件下本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂二次电池的负极活性物质，包括：/n硅-碳复合物，所述硅-碳复合物包括：包括结晶碳和硅颗粒的芯以及设置在所述芯的表面上的含有无定形碳的涂层，/n其中所述负极活性物质包括：/n在所述硅颗粒的表面上形成的氧化硅，以及/n在所述结晶碳的表面上形成的结晶碳的氧化物，/n所述硅颗粒的平均粒径(D50)具有纳米尺寸，/n所述氧化硅中O相对于Si的比率为30wt％至50wt％，并且/n所述结晶碳的氧化物中O相对于C的比率为4wt％至10wt％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170712 KR 10-2017-00884331.一种用于锂二次电池的负极活性物质，包括：
硅-碳复合物，所述硅-碳复合物包括：包括结晶碳和硅颗粒的芯以及设置在所述芯的表面上的含有无定形碳的涂层，
其中所述负极活性物质包括：
在所述硅颗粒的表面上形成的氧化硅，以及
在所述结晶碳的表面上形成的结晶碳的氧化物，
所述硅颗粒的平均粒径(D50)具有纳米尺寸，
所述氧化硅中O相对于Si的比率为30wt％至50wt％，并且
所述结晶碳的氧化物中O相对于C的比率为4wt％至10wt％。


2.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述硅颗粒的平均直径(D50)为5nm至500nm。


3.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，基于100wt％的所述硅-碳复合物的总重量，所述氧化硅的含量为1wt％至20wt％。


4.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，基于100wt％的所述硅-碳复合物的总重量，所述结晶碳的含量为2wt％至10wt％。


5.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述结晶碳为人造石墨、天然石墨或其组合。


6.一种制备用于锂二次电池的负极活性物质的方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴相垠，郭枝砚，金然甲，金英旭，都义松，吴仑泽，刘容赞，郑昶义，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