负极活性材料、其制备方法、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技术

本发明专利技术涉及一种负极活性材料，其包含：包含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、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2018年1月30日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2018-0011185的权益，该韩国专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。
本专利技术涉及一种负极活性材料、制备所述负极活性材料的方法、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，更具体地，涉及一种负极活性材料，其包含含有SiOx(0≤x<2)和含锂化合物的核，和设置在所述核上并且含有SiOx(0≤x<2)和镁硅酸盐的壳。
技术介绍
由于化石燃料的使用迅速增加，因此对替代能源或清洁能源的使用的需求正在增加，并且作为这种趋势的一部分，最积极研究的领域是利用电化学反应的发电和蓄电的领域。目前，使用这样的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正越来越大。近年来，随着诸如便携式计算机、移动电话和照相机的便携式装置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，具有高能量密度的锂二次电池、即具有高容量的锂二次电池已经经过大量研究并且也已经被商业化和广泛使用。一般来说，二次电池由正极、负极、电解质和隔膜构成。所述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，并且作为所述负极活性材料，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，并且在充电和放电期间其体积过度变化。因此，出现了电池的寿命和安全性劣化的问题。特别是，随着充电和放电循环的重复，在硅类粒子中产生裂缝，从而寿命缩短并且机械稳定性劣化。通常，为了解决这样的问题，已经使用了用于在硅类粒子的表面上形成涂层的技术。具体地，存在一种用于在硅类粒子的表面上形成碳涂层的方法(韩国专利公开号10-2015-0112746)。然而，即使当形成碳涂层时，电池的初始效率和寿命也没有显著改善，并且降低电池电阻的效果不显著。因此，对如下负极活性材料存在需求，其具有高的初始效率、并且在二次电池充电和放电期间其体积变化可以得到有效控制，从而改善电池的寿命性能。[现有技术文献][专利文献](专利文献1)韩国专利公开号10-2015-0112746
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，其具有高的初始效率、并且在充电和放电期间其体积变化可以得到有效控制，从而改善电池的寿命性能；所述负极活性材料的制备方法；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。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，其包含：含有SiOx(0≤x<2)和含锂化合物的核，和设置在所述核上并且含有SiOx(0≤x<2)和镁硅酸盐的壳。根据本专利技术的另一个方面，提供了一种制备负极活性材料的方法，所述方法包括：通过混合SiOx(0<x<2)粒子和镁粉形成第一混合物；通过对所述第一混合物进行第一热处理来形成含有镁硅酸盐的硅类粒子；通过混合所述硅类粒子和锂粉形成第二混合物；和对所述第二混合物进行第二热处理。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种负极，其包含所述负极活性材料。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种二次电池，其包含所述负极。有益效果根据本专利技术的一个方面，负极活性材料包含含有含锂化合物的核和含有镁硅酸盐的壳。当制备这样的负极活性材料时，进行形成镁硅酸盐、和在其中未形成有镁硅酸盐的核部分中形成含锂化合物的工序，以使得含金属化合物可以均匀地分布在负极活性材料中。因此，在电池的工作期间，抑制了负极活性材料的不均匀的体积膨胀，从而可以减少裂缝。此外，镁硅酸盐具有高硬度，从而可以通过含有镁硅酸盐的壳进一步抑制负极活性材料的体积膨胀和裂缝的产生。因此，可以改善二次电池的初始效率，并且有效控制负极活性材料中所含的Si和/或SiO2的体积膨胀，从而可以改善电池的寿命性能。具体实施方式在下文中，将更详细地描述本专利技术以便于理解本专利技术。应当了解的是，说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应当被解释为具有常用词典中定义的含义。将进一步了解的是，词语或术语应当基于专利技术人可以适当地定义所述词语或术语的含义以最好地解释本专利技术的原则被解释为具有与它们在本专利技术的相关领域和技术构思的背景下的含义一致的含义。本文所用的术语仅用于描述特定示例性实施方式的目的而不意图限制本专利技术。除非上下文另外明确说明，否则单数形式的术语可以包括复数形式。将进一步了解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”、“包含”或“具有”表示所述特征、数字、步骤、要素或其组合的存在，但是不排除一个以上其它特征、数字、步骤、要素或其组合的存在或添加。根据本专利技术的一个实施方式的负极活性材料可以包含：含有SiOx(0≤x<2)和含锂化合物的核，以及设置在所述核上并且含有SiOx(0≤x<2)和镁硅酸盐的壳。所述核可以含有SiOx(0≤x<2)。所述SiOx(0≤x<2)可以包含Si和SiO2。也就是说，x对应于SiOx(0≤x<2)中所含的O对Si的数量比。当所述核含有SiOx(0≤x<2)时，可以改善二次电池的放电容量。更具体地，x可以是0.5至1.5。SiO2可以是结晶SiO2。所述结晶SiO2可以是石英、方石英或鳞石英。所述核的平均粒径(D50)可以是1μm至20μm，具体地是3μm至10μm。当满足所述平均粒径范围时，可以减少与电解质的副反应，并且在将负极浆料施涂至集电器上并且对其进行辊压的工序中可以降低缺陷率。此外，当对电池进行充电/放电时，可以减少负极活性材料中裂缝的产生。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50％的体积累积对应的粒径。平均粒径(D50)可以通过例如激光衍射法测定。激光衍射法一般能够测定从亚微米范围到几毫米的粒径，从而可以获得高再现性和高分辨率的结果。所述核可以含有含锂化合物。所述含锂化合物可以是在制备负极活性材料时通过在硅类粒子上掺杂锂金属而形成的化合物。所述含锂化合物可以改善二次电池的初始效率并且增加负极的能量密度。此外，当在负极活性材料中包含含锂化合物时，包括镁硅酸盐和含锂化合物的含金属化合物可以均匀分散并且存在于负极活性材料中，因此，在对电池进行充电/放电期间，抑制了不均匀的体积膨胀，从而可以减少裂缝的产生。因此，可以改善电池的寿命性能。所述含锂化合物可以含有锂硅酸盐和锂硅化物中的至少任一种。所述锂硅酸盐可以包含选自由Li2Si2O5、Li2SiO3和Li4SiO4组成的组中的至少任一种。由于所述核含有锂硅酸盐，因此可以改善二次电池的初始效率和负极的能量密度。所述锂硅化物可以包含LiySi(2<y<5)，具体地是选自由Li4.4Si、Li3.75Si、Li3.25Si和Li2.33Si组成本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性材料，包含：/n含有SiO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180130 KR 10-2018-00111851.一种负极活性材料，包含：
含有SiOx(0≤x<2)和含锂化合物的核；和
设置在所述核上并且含有SiOx(0≤x<2)和镁硅酸盐的壳。


2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述含锂化合物包含锂硅酸盐和锂硅化物中的至少任一种。


3.根据权利要求2所述的负极活性材料，其中所述锂硅酸盐包含选自由Li2Si2O5、Li2SiO3和Li4SiO4组成的组中的至少任一种。


4.根据权利要求2所述的负极活性材料，其中所述锂硅化物包含LiySi(2<y<5)。


5.根据权利要求2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，在所述核中含有的所述锂硅酸盐的含量为0.1重量％至50重量％。


6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述核的平均粒径(D50)是1μm至20μm。


7.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述镁硅酸盐包含Mg2SiO4和MgSiO3中的至少任一种。


8.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，在所述壳中含有的所述镁硅酸盐的含量为0.1重量％至50重量％。


9.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述壳的厚度是0.02μm至5μm。


10.根据权利要求1所述的负极活性材料，还包含设置在所述壳上并且含有碳类材料的碳涂层。


11.根据权利要求10所述的负极活性材料，其中所...

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