阴极活性物质、其制备方法以及具有包括所述阴极活性物质的阴极的锂二次电池技术

本发明专利技术涉及一种用于锂二次电池的阴极活性物质及其制备方法，该阴极活性物质包括：碳基材料；以及位于所述碳基材料上并以SiCx(0.07＜x＜0.7)表示的含硅非晶涂层，其中所述含硅非晶涂层包括粒径为5nm或更小的硅颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阴极活性物质、其制备方法以及具有包括所述阴极活性物质的阴极的锂二次电池
本专利技术为在韩国产业通商资源部的资金支持下完成的研究开发结果，其课题号为1415156147，课题名称为“用于超长寿命EES的锂二次电池(>450Wh/L)材料和单元电池工艺技术的开发”。本专利技术涉及一种阴极活性物质、其制备方法以及具有包括所述阴极活性物质的阴极的锂电池。
技术介绍
锂二次电池具有优异的充放电效率和容量，并且没有记忆效应，并且即使在不使用时自然放电程度也很少，因此自商业化以来，已被用作便携式电子设备的核心部分。近来，锂二次电池的用途已经从使用诸如吸尘器、电动工具等中小型电池的领域扩展至使用诸如电动车、储能装置和各种机器人等中型电池的领域。其中，主要使用采用碳基阴极材料的锂二次电池，因为其具有较高的价格竞争力和优异的能量寿命特性。但是，其仍然具有低密度和低放电容量的局限性。因此，已经尝试了提供改善的能量密度和容量的用于锂二次电池的阴极。从提高能量密度和容量的观点出发，已经尝试了使用理论能量密度为3600mAh/g的硅作为阴极活性物质的研究，并且正在研究SiOx、Si-金属合金和Si-碳复合体作为候选组。在这些候选组中，从效率和寿命特性的观点出发，Si-碳复合体备受关注，但在充放电时，由于Si的体积膨胀，因此存在阴极活性物质的寿命特性劣化的局限性。因此，与现有的基于Si-碳复合体的阴极活性物质相比，需要以稳定的形式开发具有改善的寿命特性的基于Si-碳复合体的阴极活性物质。>
技术实现思路
技术问题本专利技术的一方面提供一种新型阴极活性物质。本专利技术的另一方面提供一种所述阴极活性物质的制备方法。本专利技术的另一方面还提供一种锂二次电池，其包括采用所述阴极活性物质的阴极。技术方案本专利技术的一方面提供一种用于锂二次电池的阴极活性物质，其包括：碳基材料；以及含硅非晶涂层，其位于所述碳基材料上并以SiCx表示，在所述SiCx中，x为0<x<0.5，所述含硅非晶涂层包括粒径为5nm或更小的硅颗粒。本专利技术的另一方面提供一种用于锂二次电池的阴极活性物质的制备方法，其包括：准备碳基材料；以及在碳基材料的表面提供以SiCx(0＜x＜0.5)表示的含硅非晶涂层。本专利技术的另一方面还提供一种锂二次电池，其包括：阴极，其包括所述阴极活性物质；阳极；以及电解质。有益效果由于根据本专利技术一方面的阴极活性物质包括在碳基材料上以SiCx表示的含硅非晶涂层，因此抑制在充放电时Si颗粒的体积变化以缓解阴极活性物质的破裂，从而可以改善采用包括所述阴极活性物质的阴极的锂二次电池的寿命特性。附图说明图1为根据一实施例的阴极活性物质的X射线衍射(XRD)图表。图2为根据一实施例的用(SEM)和透射电子显微镜(TEM)拍摄的阴极活性物质的表面和截面的照片。图3为根据一实施例的阴极活性物质的电子能量损失能谱(EELS)线扫描结果。图4为根据一实施例的阴极活性物质的元素含量分析结果。图5为根据实施例1和比较例1的半电池的电化学评价数据图表。图6为根据实施例2和实施例1的半电池的电化学评价数据图表。图7为在实施例3至实施例6以及比较例2和比较例3中制备的半电池的微分容量图表。图8为在制备例4、制备例8和制备例10中得到的阴极活性物质中的含硅非晶涂层的XRD分析结果图表。图9为根据实施例7和比较例4的全电池的电化学评价数据图表。图10为显示在对根据实施例7和比较例4的全电池进行充电和放电50次后的阴极活性物质截面的照片。图11为在实施例8至实施例10中制备的全电池的电化学评价数据图表。图12为根据一实施例的锂二次电池的示意图。【符号说明】1：锂电池2：阴极3：阳极4：隔膜5：电池盒6：盖组件具体实施方式下面将描述的本专利技术构思(presentinventiveconcept)可以应用各种修改并可以具有各种实施例，特定的实施例在附图中示出并在此详细描述。然而，这并不旨在将本专利技术构思限于特定的实施例，并且应理解为包括本专利技术构思的技术范围中包括的所有修改、等效物或替代物。下面使用的术语仅用于描述特定的实施例，而无意于限制本专利技术构思。除非上下文另外明确指出，否则单数表达包括复数表达。在下文中，应理解“包括”或“具有”等的术语旨在指示说明书中记载的特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在，而不预先排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组件、部件或其组合的存在或添加的可能性。根据情况，下面使用的“/”可以解释为“和”或“或”。在附图中，将直径、长度和厚度放大或缩小，以便清楚地表示各种组件、层和区域。在整个说明书中，相似的部分具有相同的附图标记。在整个说明书中，当诸如层、膜、区域或板之类的部件被称为在另一部件“上”或“上方”时，这不仅包括其直接位于另一部件上的情况，还包括其中间存在其他部件的情况。在整个说明书中，诸如第一、第二等的术语可以用于描述各种组件，但是组件不应受到术语的限制。这些术语仅用于将一组件与另一组件区分开。在附图中，可以省略一些组件，但这是为了帮助理解本专利技术的特征，而不是要排除已省略的组件。在下文中，将更详细地描述根据示例性实施例的阴极活性物质、阴极活性物质的制备方法以及采用包括该阴极活性物质的阴极的锂二次电池。根据一实施例的阴极活性物质包括：碳基材料；以及含硅非晶涂层，其位于所述碳基材料上并以SiCx表示，在所述SiCx中，x为0.07<x<0.7，所述含硅非晶涂层包括粒径为5nm或更小的硅颗粒。根据一实施例，所述SiCx为硅和碳的复合物，并且可以包括但不限于硅颗粒、碳颗粒，碳化硅(SiC)或其组合。根据一实施例，在SiCx中，x可以为0.2＜x＜0.5。例如，x可以为0.2＜x＜0.3。例如，x可以为0.25。如后所述，所述含硅非晶涂层通过硅原料和碳原料的气相共沉积而形成。因此，x值的增加意味着在所获得的含硅非晶涂层中碳所占的体积增加，其结果，与x值小的情况相比，硅所占的体积和硅颗粒的尺寸相对较小。这种现象是由硅原料和碳原料的气相共沉积引起的独特结果，并且在使用其他薄膜形成工艺，例如溅射方法等的情况下，难以在薄膜化过程中调整硅颗粒的尺寸。根据一实施例，所述硅颗粒可以包括结晶硅颗粒。根据一实施例，所述含硅非晶涂层在微分容量分析(dQ/dV)中0.43V处没有峰。通常，已知当包括微硅颗粒时在微分容量分析中0.43V处有峰。然而，由于所述含硅非晶涂层没有这样的峰，因此其不包括具有微粒径的硅颗粒。根据一实施例，所述硅纳米颗粒的粒径可以为3nm至5nm。例如，所述硅纳米颗粒的粒径可以为4nm至5nm。所述硅纳米颗粒的粒径越小，由体积膨胀引起本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于锂二次电池的阴极活性物质，其包括：碳基材料；以及/n含硅非晶涂层，其位于所述碳基材料上并以SiC

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180814 KR 10-2018-00948651.一种用于锂二次电池的阴极活性物质，其包括：碳基材料；以及
含硅非晶涂层，其位于所述碳基材料上并以SiCx表示，
在所述SiCx中，x为0.07＜x＜0.7，
所述含硅非晶涂层包括粒径为5nm或更小的硅颗粒。


2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
在SiCx中，x为0.2＜x＜0.5。


3.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
所述硅颗粒包括结晶硅颗粒。


4.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
所述含硅非晶涂层在微分容量分析(dQ/dV)中0.43V处没有峰。


5.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
所述硅纳米颗粒的粒径为3nm至5nm。


6.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
所述含硅非晶涂层包括硅纳米颗粒和碳基质，
基于100重量份的所述含硅非晶涂层，所述碳基质占10重量份至60重量份。


7.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
所述含硅非晶涂层的厚度为5nm至4000nm。


8.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
所述含硅非晶涂层设置于所述碳基材料的部分或全部表面。


9.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
所述碳基材料包括天然石墨、人造石墨、硬碳、软碳或其组合。


10.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阴极活性物质，其中，
在所述含硅非晶涂层上设置包括非...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹在弼，成宰庆，马知荣，
申请(专利权)人：SJ新材料有限公司，
类型：发明
国别省市：韩国;KR