碳基混合负极的定量分析方法技术

披露了一种碳基混合负极的定量分析方法，包括：制备包括含有碳基负极活性材料和非碳基负极活性材料的碳基混合负极的二次电池；使用X射线衍射仪(X

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】碳基混合负极的定量分析方法


[0001]本公开内容涉及一种碳基混合负极的定量分析方法。
[0002]本申请要求于2019年11月4日在韩国知识产权局递交的韩国专利申请第10
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2019
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0139764号的权益，通过引用将上述专利申请的公开内容整体并入本文中。

技术介绍

[0003]近来，随着电动汽车、机器人、和能量存储系统的市场快速增长，存在着对于具有高的能量密度、稳定性、紧凑性、轻重量、和长的使用寿命的二次电池的需求。对于大规模应用，重要的是在比当前水平的能量密度更高的单位重量或体积的能量密度的方面改善二次电池的性能。
[0004]石墨是当前可获得的用于锂离子电池的负极活性材料，它具有372mAh/g(大约160Wh/kg)的有限的理论容量。作为非水电解质二次电池的下一代负极材料，注意力集中在具有比石墨的容量高至少10倍容量(4200mAh/g)的硅(Si)上。此外，已提出使用在与锂形成合金时呈现高的理论容量的各种含硅的非碳基材料来代替诸如石墨之类的碳基材料作为用于负极活性材料的新材料。
[0005]然而，由于在与锂进行合金化期间高的体积膨胀率，Si基材料会导致电极中和电极表面上的裂纹以及活性材料的分裂故障，造成电接触减少和二次电池的循环容量锐减。为了解决Si基材料的问题，已做出许多尝试来应用包括诸如Si基材料之类的非碳基材料和碳基材料的混合物在内的混合负极。
[0006]为了通过提高包括混合负极的二次电池的能量密度来改善电池性能，需要在二次电池的充电/放电期间锂离子的锂化和脱锂化((de)lithiation)行为中对混合负极中的碳基材料和非碳基材料的每一者进行分析和劣化诊断。

技术实现思路

[0007]技术问题
[0008]本公开内容有关提供一种碳基混合负极的定量分析方法。
[0009]本公开内容的这些和其他目的和优点将通过下述描述而得以理解。同时，要易于理解的是，本公开内容的这些目的和优点可通过随附的权利要求书中阐述的手段和方法及其组合而得以实现。
[0010]技术方案
[0011]为了解决本公开内容的上述问题，根据本公开内容的一个方面，提供了根据下述实施方式的碳基混合负极的定量分析方法。
[0012]根据第一实施方式，
[0013]提供了一种碳基混合负极的定量分析方法，包括：制备包括含有碳基负极活性材料和非碳基负极活性材料的碳基混合负极的二次电池；
[0014]使用X射线衍射仪(X
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ray diffractometer)测量在二次电池的充电/放电期间碳
基混合负极中的碳基负极活性材料的晶格d
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间距(d
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spacing)，并绘制作为充电/放电容量(X轴)的函数的晶格d
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间距值的变化的曲线图；以及,
[0015]通过检测在所绘制的曲线图中放电期间所述曲线图的斜率的拐点，量化碳基负极活性材料和非碳基负极活性材料在二次电池总放电容量中的容量贡献。
[0016]根据第二实施方式，在第一实施方式中，
[0017]拐点之后的放电容量可对应于非碳基负极活性材料的容量贡献，并且拐点之前的放电容量可对应于碳基负极活性材料的容量贡献。
[0018]根据第三实施方式，在第一或第二实施方式中，
[0019]可以通过计算拐点之后的放电容量值与曲线图的最大容量的比率来量化非碳基负极活性材料在碳基混合负极中的容量贡献。
[0020]根据第四实施方式，在第一至第三实施方式的任一项中，
[0021]当容量特性随着所述二次电池的多次充电/放电而劣化时，
[0022]通过在多次充电/放电导致的劣化后充电/放电期间所述曲线图的斜率的拐点位置相对于初始充电/放电期间所述曲线图的斜率的拐点位置的变化，可确定所述二次电池的劣化原因是所述碳基负极活性材料还是所述非碳基负极活性材料。
[0023]根据第五实施方式，在第一至第四实施方式的任一项中，
[0024]作为确定了在劣化后充电/放电期间所述曲线图的斜率的拐点位置相对于初始充电/放电期间所述曲线图的斜率的拐点位置的变化的结果，从所述拐点到所述最大容量的容量减少可被确定为所述碳基负极活性材料的劣化，并且从所述拐点到容量0的容量减少可被确定为所述非碳基负极活性材料的劣化。
[0025]根据第六实施方式，在第一至第五实施方式的任一项中，
[0026]所述碳基负极活性材料可包括天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、沥青碳化物、烧结的焦炭、石墨烯、碳纳米管、或它们中的至少两种。
[0027]根据第七实施方式，在第一至第六实施方式的任一项中，
[0028]所述非碳基负极活性材料可包括能够与锂形成合金的金属或准金属。
[0029]根据第八实施方式，在第一至第七实施方式的任一项中，
[0030]所述非碳基负极活性材料可包括选自Si、Sn、In、Pb、Ga、Ge、Al、Bi、Sb、Ag、Mg、Zn、Pt、或Ti的金属或准金属；所述金属或所述准金属的氧化物；所述金属或所述准金属的碳复合物；所述金属或所述准金属的氧化物的碳复合物；或它们的混合物。
[0031]根据第九实施方式，在第一至第八实施方式的任一项中，
[0032]所述非碳基负极活性材料可包括Si、SiO
x
(0＜x＜2)、或它们的混合物。
[0033]有益效果
[0034]根据本公开内容的实施方式，通过利用非破坏性分析方法观察在包含包括碳基材料和非碳基材料的碳基混合负极的全电池二次电池的充电和放电期间碳基材料的晶格d
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间距变化，可以量化非碳基材料在与碳基材料和非碳基材料的组合行为分离的非碳基材料的单一行为中的主要反应范围和容量贡献。
[0035]此外，当包含碳基混合负极的二次电池劣化时，与难以找到劣化原因的传统技术相反，根据本公开内容的实施方式，可以单独分析碳基材料或非碳基材料中哪个是负极劣化的原因。
附图说明
[0036]随附的附图图解了本公开内容的优选实施方式，并与下述详细公开内容一起用以辅助理解本公开内容的技术方面，并因此本公开内容不应被解读为受限于此。同时，附图中的元件的形状、尺寸、规模、或比例可进行夸大以加强更清楚的描述。
[0037]图1是示出包括在碳基混合负极中的碳基负极活性材料的晶格d
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间距随着包括该负极的二次电池的充电和放电期间容量的变化而变化的曲线图。
[0038]图2a是示出在制备例7中制备的三电极二次电池(全电池(full cell))在0.1C充电/放电期间容量vs电压变化的曲线图。
[0039]图2b和图2c是分别示出图2a的负极和正极的分布的曲线图。
[0040]图3a是示出对在制备例7中制备的三电极二次电池(全电池(full cell))在0.1C充电/放电期间容量vs电压的变化本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种碳基混合负极的定量分析方法，包括：制备包括含有碳基负极活性材料和非碳基负极活性材料的碳基混合负极的二次电池；使用X射线衍射仪(X
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ray diffractometer)测量在所述二次电池的充电/放电期间所述碳基混合负极中的所述碳基负极活性材料的晶格d
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间距(d
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spacing)，并绘制作为充电/放电容量(X轴)的函数的晶格d
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间距值的变化的曲线图；以及通过检测在所绘制的曲线图中放电期间所述曲线图的斜率的拐点，量化所述碳基负极活性材料和所述非碳基负极活性材料在所述二次电池的总放电容量中的容量贡献。2.根据权利要求1所述的碳基混合负极的定量分析方法，其中所述拐点之后的放电容量对应于所述非碳基负极活性材料的容量贡献，并且所述拐点之前的放电容量对应于所述碳基负极活性材料的容量贡献。3.根据权利要求1所述的碳基混合负极的定量分析方法，其中通过计算所述拐点之后的放电容量值与所述曲线图的最大容量的比率来量化所述非碳基负极活性材料在所述碳基混合负极中的容量贡献。4.根据权利要求1所述的碳基混合负极的定量分析方法，其中当容量特性随着所述二次电池的多次充电/放电而劣化时，通过在多次充电/放电导致的劣化后充电/放电期间所述曲线图的斜率的拐点位置相对于初始充电/放电期间所述曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹孝贞，金素英，李恩周，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：