锂二次电池用负极活性物质及制备该负极活性物质的方法技术

本发明专利技术提供一种锂二次电池用负极活性物质及制备该负极活性物质的方法，所述负极活性物质包括：硅

【技术实现步骤摘要】
锂二次电池用负极活性物质及制备该负极活性物质的方法


[0001]本专利技术涉及一种锂二次电池用负极活性物质及制备该负极活性物质的方法，详细地，涉及一种具有优异的寿命稳定性的锂二次电池用负极活性物质及制备该负极活性物质的方法。

技术介绍

[0002]锂二次电池的性能的提升可以说是对容量和寿命等各种特性产生决定性影响的电极材料的开发，为了满足这种市场需求，需要开发克服诸如石墨的碳材料的容量极限且可以实现高能量密度和高稳定性的负极材料。
[0003]诸如硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)或锑(Sb)等无机物基负极材料氧化物是为了克服诸如石墨的碳材料的容量极限并实现高能量密度和高稳定性而正在开发的负极替代材料。
[0004]这种无机物基负极材料中，硅基负极材料具有非常大的锂结合量的优点，但是具有诸如低导电率及在电池的充放电时体积变化大的缺点。因此，包含硅基负极材料的锂二次电池尽管具有优异的电荷容量，但具有显示出低的循环寿命特性以及容量保持率的缺点，因此难以实用化。
[0005]为了克服上述问题，如韩国公开专利第10
‑
2017
‑
0006164号，进行了通过在硅表面涂覆碳涂层而提高电池的容量和负极的导电率的研究，但是仍然存在具有低寿命稳定性的问题。
[0006][现有技术文献][0007][专利文献][0008]韩国公开专利第10
‑
2017
‑
0006164号(2017年01月17日)

技术实现思路

[0009]要解决的技术问题
[0010]本专利技术提供一种锂二次电池用负极活性物质，其作为现有的负极的替代材料，表现出高容量，并且寿命稳定性优异。
[0011]技术方案
[0012]本专利技术提供一种锂二次电池用负极活性物质，所述负极活性物质包括：硅
‑
碳材料复合物，其包括多孔性碳材料、位于所述多孔性碳材料上的硅涂层；金属化合物层，其位于所述硅
‑
碳材料复合物上，并且包含金属氧化物、金属氮化物或作为它们的混合物的金属化合物；以及碳涂层，其包覆所述硅
‑
碳材料复合物和位于硅
‑
碳材料复合物上的金属化合物层。
[0013]本专利技术的一个实施方案的锂二次电池用负极活性物质中，所述多孔性碳材料可以是在内部、表面或者在内部和表面均具有孔隙的大孔性(Macroporosity)材料。
[0014]本专利技术的一个实施方案的锂二次电池用负极活性物质中，所述孔隙的形状可以为球状、被切割的球状或它们的组合，所述孔隙的平均尺寸可以为100
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300nm。
[0015]本专利技术的一个实施方案的锂二次电池用负极活性物质中，所述负极活性物质可以具有10
‑
100m2/g的BET比表面积和0.01
‑
0.1cm3/g的孔隙体积。
[0016]本专利技术的一个实施方案的锂二次电池用负极活性物质中，所述硅涂层可以具有1
‑
30nm的厚度。
[0017]本专利技术的一个实施方案的锂二次电池用负极活性物质中，所述硅涂层的硅可以是非晶质的。
[0018]本专利技术的一个实施方案的锂二次电池用负极活性物质中，所述金属化合物层的金属可以是选自钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、锰(Mn)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和钒(V)中的一种以上的金属。
[0019]本专利技术的一个实施方案的锂二次电池用负极活性物质中，所述金属化合物层的纳米颗粒可以具有5
‑
15nm的尺寸。
[0020]本专利技术的一个实施方案的锂二次电池用负极活性物质中，所述碳涂层可以具有1
‑
30nm的厚度。
[0021]本专利技术包括制备所述锂二次电池用负极活性物质的方法。
[0022]本专利技术的制备锂二次电池用负极活性物质的方法包括以下步骤：(a)混合碳源和造孔剂并进行碳化处理，从而制备碳材料；(b)从所述碳材料去除造孔剂，从而制备在碳材料的内部、表面或者在内部和表面均包含多个孔隙的大孔性碳材料；(c)通过化学气相沉积而在所述大孔性碳材料上形成硅涂层，从而制备硅
‑
碳材料复合物；(d)所述硅
‑
碳材料复合物上供应液态的金属前体并进行烧结，从而制备在所述硅
‑
碳材料复合物表面形成有金属化合物层的金属
‑
硅
‑
碳材料复合物，所述金属化合物层包含金属氧化物、金属氮化物或作为它们的混合物的金属化合物；(e)向所述金属
‑
硅
‑
碳材料复合物供应碳前体并进行热处理，从而制备包含碳
‑
金属
‑
硅
‑
碳材料复合物的负极活性物质，所述碳
‑
金属
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硅
‑
碳材料复合物为在所述金属
‑
硅
‑
碳材料复合物上形成有碳涂层的。
[0023]本专利技术的一个实施方案的制备锂二次电池用负极活性物质的方法中，所述步骤(d)的烧结可以在氮气气氛下在300
‑
600℃下进行。
[0024]本专利技术的一个实施方案的制备锂二次电池用负极活性物质的方法中，所述步骤(d)的金属前体可以是选自钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、锰(Mn)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和钒(V)中的一种以上的金属的氯化物、硫酸盐、硝酸盐、醋酸盐、氢氧化物、氧化物或它们的混合物。
[0025]本专利技术的一个实施方案的制备锂二次电池用负极活性物质的方法中，所述步骤(a)的碳源和所述步骤(e)的碳前体分别可以是选自聚合物、煤焦油沥青、石油沥青、中间相沥青、各向同性沥青、焦炭、低分子量重油(small molecule heavy oil)、煤基沥青、酚醛树脂、萘醛树脂、环氧树脂、氯乙烯树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、聚丙烯腈、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氯乙烯、糠醇、呋喃、纤维素、葡萄糖、蔗糖、乙酸、苹果酸、柠檬酸、有机酸和它们的衍生物中的一种以上的化合物。
[0026]本专利技术包括一种包含所述锂二次电池用负极活性物质的锂二次电池。
[0027]有益效果
[0028]本专利技术的锂二次电池用负极活性物质依次层叠有多孔性碳材料
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硅涂层
‑
金属化合物层
‑
碳涂层，从而在包含高含量的硅的情况下也可以抑制电池的充放电时的硅的体积
膨胀。
[0029]因此，包含本专利技术的锂二次电池用负极活性物质的锂二次电池具有如下优点，即具有高容量的情况下也具有优异的寿命稳定性。
附图说明
[0030]图1是制备例1的多孔性碳材料的SEM分析结果，
[0031]图2是实施例1的SEM和EDS分析结果，
[0032]图3是实施例1的X本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种锂二次电池用负极活性物质，其包括：硅
‑
碳材料复合物，其包括多孔性碳材料、位于所述多孔性碳材料上的硅涂层；金属化合物层，其位于所述硅
‑
碳材料复合物上，并且包含金属氧化物、金属氮化物或作为它们的混合物的金属化合物；以及碳涂层，其包覆所述硅
‑
碳材料复合物和位于所述硅
‑
碳材料复合物上的金属化合物层。2.根据权利要求1所述的锂二次电池用负极活性物质，其中，所述多孔性碳材料是在内部、表面或者在内部和表面均具有孔隙的大孔材料。3.根据权利要求2所述的锂二次电池用负极活性物质，其中，所述孔隙的形状为球状、被切割的球状或它们的组合，所述孔隙的平均尺寸为100
‑
300nm。4.根据权利要求1所述的锂二次电池用负极活性物质，其中，所述负极活性物质具有10
‑
100m2/g的BET比表面积和0.01
‑
0.1cm3/g的孔隙体积。5.根据权利要求1所述的锂二次电池用负极活性物质，其中，所述硅涂层具有1
‑
30nm的厚度。6.根据权利要求1所述的锂二次电池用负极活性物质，其中，所述硅涂层的硅是非晶质的。7.根据权利要求1所述的锂二次电池用负极活性物质，其中，所述金属化合物的金属是选自钴(Co)、镍(Ni)、钛(Ti)、锰(Mn)、铬(Cr)、铁(Fe)、铜(Cu)、锌(Zn)和钒(V)中的一种以上的金属。8.根据权利要求1所述的锂二次电池用负极活性物质，其中，所述金属化合物层的纳米颗粒具有5
‑
15nm的尺寸。9.根据权利要求1所述的锂二次电池用负极活性物质，其中，所述碳涂层具有1
‑
30nm的厚度。10.一种制备锂二次电池用负极活性物质的方法，其包括以下步骤：(a)混合碳源和造孔剂并进行碳化处理，从而制备碳材料；(b)从所述碳材料去除造孔剂，从而制备在碳材料的内部、表面或者在内部和表面均包含多个孔隙的大孔性碳材料；(c)通过化学气相沉积而在所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴贵玉，金俊燮，朴恩俊，李智喜，曺在弼，
申请(专利权)人：蔚山科学技术院，
类型：发明
国别省市：