负极活性材料、包含所述负极活性材料的负极和包含所述负极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，所述负极活性材料包含含有第一粒子和第二粒子的碳质基质，其中：所述第一粒子包含硅核、设置在所述硅核上并且包含SiO

A negative active material, a negative electrode containing the negative active material, and a secondary battery containing the negative electrode

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极活性材料、包含所述负极活性材料的负极和包含所述负极的二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求于2017年11月9日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2017-0148838号的权益，其公开内容通过引用被整体并入本文中。
本专利技术涉及负极活性材料、包含所述负极活性材料的负极和包含所述负极的二次电池。具体地，所述负极活性材料包含含有第一粒子和第二粒子的碳质基质，其中所述第一粒子包含：硅核；氧化物层，所述氧化物层设置在硅核上并且包含SiOx(0<x≤2)；和涂层，所述涂层覆盖氧化物层的表面的至少一部分并且包含LiF，并且所述第二粒子包含石墨烯。
技术介绍
由于化石燃料的使用的快速增加，对使用替代能源或清洁能源的需求正在增加，并且作为这种趋势的一部分，最积极研究的领域是使用电化学反应的发电和蓄电的领域。目前，使用这种电化学能的电化学装置的典型实例是二次电池，并且其使用领域越来越大。近年来，随着便携式装置(如便携式计算机、移动电话和照相机)的技术发展和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求显著增加。通常，二次电池由正极、负极、电解质和隔膜构成。负极包含用于嵌入和脱嵌来自正极的锂离子的负极活性材料，并且作为负极活性材料，可以使用具有高放电容量的硅类粒子。然而，诸如SiOx(0≤x<2)的硅类粒子具有低的初始效率，并且其体积在充电和放电期间过度变化，从而引起与电解质的副反应。因此，出现了电池的寿命和安全性劣化的问题。通常，为了解决这样的问题，已经使用了在硅类粒子的表面上形成涂层的技术。例如，使用了在硅类粒子的表面上形成碳涂层的技术(韩国专利特开10-2015-0112746号)。然而，仅通过碳涂层不容易控制硅类粒子的过度体积膨胀，并且没有有效地控制电解质与硅类粒子的副反应。因此，需要一种能够有效地控制二次电池的充电和放电期间的体积变化以及与电解质的副反应的负极活性材料。[现有技术文献][专利文献](专利文献1)韩国专利特开10-2015-0112746号
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面提供了负极活性材料、包含所述负极活性材料的负极和包含所述负极的二次电池，所述负极活性材料能够有效地控制在二次电池的充电和放电期间的体积变化以及与电解质的副反应。技术方案根据本专利技术的实施方案，提供了一种负极活性材料，所述负极活性材料包含具有第一粒子和第二粒子的碳质基质，其中所述第一粒子包含：硅核；氧化物层，所述氧化物层设置在硅核上并且包含SiOx(0<x≤2)；和涂层，所述涂层覆盖氧化物层的表面的至少一部分并且包含LiF，并且所述第二粒子包含石墨烯。根据本专利技术的另一个方面，提供了包含所述负极活性材料的负极和包含所述负极的二次电池。有益效果根据按照本专利技术的实施方案的负极活性材料，可以通过包含LiF的涂层来提高电池的初始效率和放电容量，并且电极厚度变化率可以是小的。另外，可以通过石墨烯有助于第一粒子和第二粒子的结合，使得容量保持率提高，并且电极厚度变化率还可以更小。附图说明图1是本专利技术的负极活性材料的示意图。图2是根据本专利技术的负极活性材料中所包含的第一粒子的示意图；并且图3是实施例1和比较例1的ToF-SIMS结果的图。具体实施方式下文中，将更详细地描述本专利技术，以有助于理解本专利技术。应理解，说明书和权利要求中所使用的词语或术语不应被解释为具有常用词典中所定义的含义。应将进一步理解，基于专利技术人可以适当定义词语或术语的含义以对本专利技术进行最佳解释的原则，所述词语或术语应被解释为具有与其在本专利技术的相关领域背景和技术理念中的含义一致的含义。本文中所使用的术语仅用于描述特定示例性实施方案的目的，而并不旨在限制本专利技术。在说明书中，除非有相反指示，否则单数形式的术语可以包括复数形式。应进一步理解，当用在本说明书中时，术语“包括”、“包含”或“具有”表明所述特征、数字、步骤、元素或其组合的存在，但不排除一个或多个其它特征、数字、步骤、元素或其组合的存在或添加。参考图1和图2，根据本专利技术的实施方案的负极活性材料(100)包含具有第一粒子(110)和第二粒子(120)的碳质基质(130)，其中第一粒子(110)可以包含：硅核(111)；氧化物层(112)，所述氧化物层(112)设置在硅核(111)上并且包含SiOx(0<x≤2)；和涂层(113)，所述涂层(113)覆盖氧化物层(112)的表面的至少一部分并且包含LiF，并且第二粒子(120)可以包含石墨烯。硅核(111)可以包含Si，并且特别地，可以由Si制成。因此，可以增加二次电池的容量。硅核(111)的平均粒径(D50)可以是40nm至400nm，特别是60nm至200nm，更特别是80nm至150nm。当满足上述范围时，纳米尺寸的硅核不容易在电池的充电和放电期间破裂，并且可以有效地进行锂的嵌入和脱嵌。在本说明书中，平均粒径(D50)可以被定义为与粒子的粒径分布曲线中的50％体积累积对应的粒径。可以通过使用例如激光衍射法来测量平均粒径(D50)。激光衍射法通常能够测量从亚微米级别到几毫米的粒径，从而可以获得高再现性和高分辨率的结果。氧化物层(112)可以设置在硅核(111)上。特别地，氧化物层(112)可以覆盖至少一部分硅核(111)。氧化物层(112)可以包含SiOx(0<x≤2)，并且特别地，可以包含SiO2。因此，在二次电池的充电和放电期间，可以控制硅核(111)的过度体积变化。氧化物层(112)的厚度可以是0.01nm至20nm，特别是0.05nm至15nm，更特别是0.1nm至10nm。当满足上述范围时，二次电池的容量得以保持，并且可以有效地控制硅核(111)的过度体积变化。涂层(113)可以覆盖氧化物层(112)的表面的至少一部分。特别地，涂层(113)可以被设置成覆盖氧化物层(112)的全部表面，或者被设置成覆盖所述表面的一部分。涂层(113)可以包含LiF，并且特别地，可以由LiF制成。涂层(113)的LiF可以充当一种SEI膜，使得可以防止硅核(111)与电解质之间的副反应，并且可以改善锂离子传导性。此外，可以控制硅核(111)的过度体积膨胀。因此，可以提高负极的初始效率。特别地，尽管不限于此，但涂层(113)中所包含的LiF可以通过在负极活性材料的制备期间施加的热处理而由结晶相和非晶相制成。此时，可以通过结晶相与非晶相之间的界面来改善锂离子传导性。基于负极活性材料(100)的总重量，可以以0.05重量％至25重量％、特别是0.1重量％至20重量％、更特别是0.5重量％至15重量％的量包含LiF。当满足上述范围时，可以有效地防止硅核(111)与电解质之间的副反应，并且可以有效地改善锂离子传导性。此外，可以有效地控制硅核(111)的过度体积膨胀。结果是，可以有效地提本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性材料，所述负极活性材料包含含有第一粒子和第二粒子的碳质基质，其中/n所述第一粒子具有：/n硅核；/n氧化物层，所述氧化物层设置在所述硅核上并且包含SiO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171109 KR 10-2017-01488381.一种负极活性材料，所述负极活性材料包含含有第一粒子和第二粒子的碳质基质，其中
所述第一粒子具有：
硅核；
氧化物层，所述氧化物层设置在所述硅核上并且包含SiOx(0<x≤2)；和
涂层，所述涂层覆盖所述氧化物层的表面的至少一部分并且包含LiF，并且
所述第二粒子包含石墨烯。


2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
所述硅核的平均粒径(D50)为40nm至400nm。


3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
所述氧化物层的厚度为0.01nm至20nm。


4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
基于所述负极活性材料的总重量，所述LiF的含量为0.05重量％至25重量％。


5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
所述涂层的厚度为0.01nm至50nm。


6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
所述石墨烯的BET比表面积值为50m2/g至3000m2/g。


7.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔静贤，李龙珠，金银卿，赵来焕，李秀民，金东赫，朴世美，吴一根，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR