负极活性材料、其制备方法以及包含该负极活性材料的负极和锂二次电池技术

本发明专利技术涉及一种负极活性材料、其制备方法以及包含所述负极活性材料的负极和锂二次电池，所述负极活性材料包含硅类复合材料和碳类材料，其中所述硅类复合材料包含：具有孔的SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极活性材料、其制备方法以及包含该负极活性材料的负极和锂二次电池
相关申请的交叉引用本申请要求向韩国知识产权局于2018年3月2日提交的韩国专利申请10-2018-0025050号和于2019年2月26日提交的韩国专利申请10-2019-0022738号的权益，其公开内容通过引用被整体并入本文中。
本专利技术涉及一种负极活性材料、所述负极活性材料的制备方法、包括所述负极活性材料的负极和包括所述负极的锂二次电池。
技术介绍
由于化石燃料的使用迅速增加，因此对使用替代能源或清洁能源的需求已经增加，并且作为这种趋势的一部分，使用电化学反应的发电和电力储存是被最积极研究的领域。目前，使用电化学能的电化学装置的典型实例可以是二次电池，并且存在其使用范围正越来越扩大的趋势。近年来，随着便携式装置(诸如便携式计算机、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已经显著增加。在这些二次电池中，已经对具有高能量密度(即高容量)的锂二次电池进行了大量的研究，并且已经将其商业化和广泛使用。一般来说，二次电池由正极、负极、电解质和隔膜构成。负极包含负极活性材料，在负极活性材料中，从正极释放的锂离子被嵌入和脱嵌，并且可以使用具有高放电容量的硅类粒子作为负极活性材料。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膨胀，从而增大了引起与电解液发生副反应的面积。因此，存在电池寿命缩短的限制。通常，已经使用了用于在硅类粒子的表面上形成涂层的技术来解决这种限制。例如，正在使用在硅类粒子的表面上形成碳涂层的技术。然而，仅通过形成碳涂层不容易抑制硅类粒子的过度体积膨胀，并且可能无法提高硅类粒子的低的初始效率。因此，需要开发一种负极，在该负极中，可以在维持二次电池的高容量的同时提高初始效率，并且可以通过容易地抑制充电和放电期间的体积变化来改善寿命特性。
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面提供了一种负极活性材料，所述负极活性材料可以通过包含将聚合物设置在具有孔的SiOx(0≤x≤2)的孔中的硅类复合材料而具有高容量并且可以改善电池的初始效率和寿命特性。本专利技术的另一个方面提供了一种负极活性材料的制备方法。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锂二次电池。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供了一种负极活性材料，所述负极活性材料包含硅类复合材料和碳类材料，其中所述硅类复合材料包含：具有孔的SiOx(0≤x≤2)；聚合物，所述聚合物设置在所述孔中；和金属化合物，所述金属化合物设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上或设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上和内部，其中所述金属化合物是包含选自如下中的至少一种元素的化合物：锂(Li)、镁(Mg)、钙(Ca)和铝(Al)。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种负极活性材料的制备方法，所述方法包括如下步骤：将SiOx(0≤x≤2)与选自如下中的至少一种元素混合：Li、Mg、Ca和Al，并且进行第一热处理，以将金属化合物设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上或设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上和内部；将经过第一热处理的SiOx(0≤x≤2)浸入腐蚀溶液中，以在SiOx(0≤x≤2)中形成孔；将其中形成有孔的SiOx(0≤x≤2)与聚合物混合，并且进行第二热处理，以通过将聚合物设置在孔中而形成硅类复合材料；以及将硅类复合材料和碳类材料混合。根据本专利技术的另一个方面，提供了包含根据本专利技术的负极活性材料的负极和锂二次电池。有益效果根据本专利技术的负极活性材料可以通过包含硅类复合材料和碳类材料而改善电池的初始效率和寿命特性。此外，通过将金属化合物设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上或设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上和内部，所述负极活性材料可以表现出高容量特性并且可以改善电池的初始效率特性。此外，通过将聚合物设置在具有孔的SiOx(0≤x≤2)的孔中，即使硅类复合材料的体积在充电和放电期间膨胀，电极的厚度变化也可以是不显著的，并且通过设置在孔中的聚合物，可以防止硅类复合材料与电解液之间的副反应，使得可以进一步改善寿命特性。附图说明图1是示出了本专利技术的硅类复合材料的示意图；并且图2是在实施例1中制备的SiO粒子的横截面扫描电子显微镜(SEM)图像。[附图标记]100：硅类复合材料10：金属化合物，该金属化合物设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上或设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上和内部20：孔30：聚合物具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术。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常用字典中定义的含义。并且应进一步理解，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是为了描述特定的示例性实施方式，并不旨在限制本专利技术。在说明书中，除非相反地指出，否则单数形式的术语可以包括复数形式。应进一步理解，当被用在本说明书中时，术语“包括”、“包含”或“具有”表示所述特征、数量、步骤、要素或其组合的存在，但是并不排除一个或多个其它特征、数量、步骤、要素或其组合的存在或添加。负极活性材料根据本专利技术的负极活性材料包含硅类复合材料和碳类材料，其中所述硅类复合材料包含：具有孔的SiOx(0≤x≤2)；聚合物，该聚合物设置在所述孔中；和金属化合物，该金属化合物设置在所述SiOx(0≤x≤2)的表面上或设置在所述SiOx(0≤x≤2)的表面上和内部。负极活性材料包含硅类复合材料和碳类材料，其中可以1：99至50：50、优选1：99至40：60、更优选3：97至20：80、最优选3：97至10：90的比例包含所述硅类复合材料和所述碳类材料。由于负极活性材料包含在上述比例范围内的硅类复合材料和碳类材料，因此当在电池中使用该负极活性材料时，可以改善电池的寿命特性。例如，碳类材料可以包括选自如下中的至少一种：天然石墨、人造石墨、易石墨化碳、难石墨化碳、炭黑和氧化石墨。优选地，碳类材料可以包括石墨，在这种情况下，当在电池中使用该碳类材料时，可以改善寿命特性和高温储存性能。图1是示出了根据本专利技术的硅类复合材料的示意图。如图1中所示，硅类复合材料可以包含：具有孔的SiOx(0≤x≤2)；聚合物，该聚合物设置在所述孔中；和金属化合物，该金属化合物设置在所述SiOx(0≤x≤2)的表面上或设置在所述SiOx(0≤x≤2)的表面上和内部。当更详细地描述时，首先，硅类复合材料可以包括SiOx(0≤x≤2)，在这种情况下，可以增加二次电池的放电容量。此外，由于硅类复合材料包含设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上或设置在SiOx(0≤x≤2)的表面上和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性材料，所述负极活性材料包含硅类复合材料和碳类材料，/n其中所述硅类复合材料包含：/n具有孔的SiO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180302 KR 10-2018-0025050;20190226 KR 10-2019-001.一种负极活性材料，所述负极活性材料包含硅类复合材料和碳类材料，
其中所述硅类复合材料包含：
具有孔的SiOx(0≤x≤2)；
聚合物，所述聚合物设置在所述孔中；和
金属化合物，所述金属化合物设置在所述SiOx(0≤x≤2)的表面上或者设置在所述SiOx(0≤x≤2)的表面上和内部，
其中所述金属化合物是包含选自如下中的至少一种元素的化合物：锂(Li)、镁(Mg)、钙(Ca)和铝(Al)。


2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中以1：99至50：50的比例包含所述硅类复合材料和所述碳类材料。


3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述碳类材料包含选自如下中的至少一种：天然石墨、人造石墨、石墨、易石墨化碳、难石墨化碳、炭黑和石墨氧化物。


4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述SiOx(0≤x≤2)具有多个直径为50nm至1,000nm的孔。


5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述金属化合物包含金属硅酸盐，并且所述金属硅酸盐包括选自如下中的至少一种：Li2Si2O5、Li2SiO3、Li4SiO4、Mg2SiO4、CaSiO3、3Al2O3·2SiO2和MgSiO3。


6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中基于所述硅类复合材料的总重量，以1重量％至30重量％的量包含所述金属化合物。


7.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述聚合物包含选自如下中的至少一种：聚丙烯酸酯和聚丙烯酸。


8.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅类复合材料还包含碳涂层，所述碳涂层设置在所述硅类复合材料上。


9.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅类...

【专利技术属性】
技术研发人员：李秀民，金帝映，李龙珠，申善英，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR