负极活性物质复合物和制备方法、负极、可再充电锂电池技术

提供了负极活性物质复合物、制备负极活性物质复合物的方法、包括负极活性物质复合物的负极和可再充电锂电池，具体地，在实施例中，用于可再充电锂电池的负极活性物质复合物包括：由SiO

【技术实现步骤摘要】
负极活性物质复合物和制备方法、负极、可再充电锂电池
[0001]本申请要求于2021年11月2日在韩国知识产权局提交的第10
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2021
‑
0148941号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。


[0002]本专利技术公开了负极活性物质复合物、制备该负极活性物质复合物的方法、包括该负极活性物质复合物的负极和可再充电锂电池。

技术介绍

[0003]可再充电锂电池作为用于驱动诸如混合动力车辆和电池车辆的中大型装置以及诸如移动电话、笔记本计算机和智能电话的小型装置的电源而受到关注。
[0004]作为用于可再充电锂电池的负极活性物质，广泛使用能够嵌入/脱嵌锂离子的各种类型的碳基负极活性物质(包括人造石墨、天然石墨、硬碳等)。最近，正在积极进行为了获得更高的容量而对非碳基负极活性物质(诸如硅和锡)的研究。
[0005]然而，非碳基负极活性物质由于充电和放电而具有大的体积变化，因此与碳基负极活性物质相比，可再充电锂电池的循环寿命缩短。

技术实现思路

[0006]本公开涉及能够同时确保包括负极活性物质复合物的可再充电锂电池的初始效率、循环寿命等的负极活性物质复合物、制备该负极活性物质复合物的方法、包括该负极活性物质复合物的负极以及可再充电锂电池。
[0007]在实施例中，用于可再充电锂电池的负极活性物质复合物包括：由SiO
x
(0<x≤2.0)表示的化合物颗粒；硅纳米颗粒，具有小于或等于约200nm(条件是其大于约0nm)的平均粒径(D50)；以及无定形碳，其中，负极活性物质复合物的内部孔隙体积小于或等于约5.0
×
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‑2cm3/g(条件是其大于约0cm3/g)。
[0008]在另一个实施例中，制备用于可再充电锂电池的负极活性物质复合物的方法包括：喷雾干燥包括溶剂、由SiO
x
(0<x≤2.0)表示的化合物颗粒和硅纳米颗粒的溶液；在大于约10MPa的压力范围内压缩模制包括喷雾干燥所获得的产物和无定形碳前体的混合物；以及热处理压缩模制所获得的产物。
[0009]在另一个实施例中，用于可再充电锂电池的负极包括集流体和在集流体上的负极活性物质层，其中，负极活性物质层包括所述实施例的负极活性物质复合物。
[0010]在另一实施例中，可再充电锂电池包括正极、负极和电解质，并且负极是所述实施例的负极。
[0011]实施例的负极活性物质复合物可以实现表现出优异的初始效率、循环寿命等的可再充电锂电池。
附图说明
[0012]图1是根据实施例的负极活性物质复合物的示意图。
具体实施方式
[0013]在下文中，将详细描述具体实施例，使得本领域普通技术人员可以容易地实现它们。然而，本公开可以以许多不同的形式体现，并且不解释为限于这里阐述的示例实施例。
[0014]这里使用的术语仅用于描述实施例，并且不旨在限制本公开。除非上下文另外清楚地指出，否则单数表述也包括复数表述。
[0015]如这里所使用的，“其组合”指组分的混合物、层叠体、复合物、共聚物、合金、共混物、反应产物等。
[0016]这里，应当理解的是，诸如“包含”、“包括”或“具有”的术语旨在表示存在所体现的特征、数量、步骤、元件或其组合，但是不排除存在或添加一个或更多个其他特征、数量、步骤、元件或其组合的可能性。
[0017]在附图中，为了清楚起见，夸大了层、膜、面板、区域等的厚度，并且贯穿说明书，同样的附图标记表示同样的元件。将理解的是，当诸如层、膜、区域或基底的元件被称为“在”另一元件“上”时，该元件可以直接在所述另一元件上，或者也可以存在居间元件。相反，当元件被称为“直接在”另一元件“上”时，不存在居间元件。
[0018]另外，这里的“层”不仅包括当从平面图观察时形成在整个表面上的形状，而且包括形成在部分表面上的形状。
[0019]另外，“粒径”或“平均粒径”可以通过本领域技术人员众所周知的方法测量，例如，可以通过粒度分析仪测量，或者可以通过透射电子显微摄影或扫描电子显微摄影测量。可选地，能够通过以下步骤来获得平均粒径值：使用动态光散射法测量，进行数据分析，对每个粒径范围的颗粒数进行计数并由此计算。除非另外定义，否则平均粒径可以是指在粒径分布中具有50体积％的累积体积的颗粒的直径(D50)。
[0020]“厚度”可以通过用光学显微镜(诸如扫描电子显微镜)拍摄的照片来测量。
[0021](负极活性物质)
[0022]在实施例中，用于可再充电锂电池的负极活性物质复合物包括：由SiO
x
(0<x≤2.0)表示的化合物颗粒；硅纳米颗粒，具有小于或等于约200nm(条件是其大于约0nm)的平均粒径(D50)；以及无定形碳，其中，负极活性物质复合物的内部孔隙体积小于或等于约5.0
×
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‑2cm3/g(条件是其大于约0cm3/g)。
[0023]在根据实施例的负极活性物质复合物之前，已经提出了SiO(一氧化硅)、SiC(碳化硅)等，以便抑制非碳基负极活性物质(硅、锡等)的体积变化以及改善碳基负极活性物质(人造石墨、天然石墨、硬碳等)的低容量，从而确保循环寿命特性。
[0024]与碳基负极活性物质相比，SiO和SiC都可以增大可再充电锂电池的容量。然而，SiO是具有高电阻并且需要通过使其尺寸变小来使用的负极活性物质，会稍微降低可再充电锂电池的初始效率，但是可以确保循环寿命特性；SiC是增大可再充电锂电池的初始效率的负极活性物质，但在确保循环寿命特性方面有些不利。因此，可再充电锂电池的容量与初始效率和循环寿命具有权衡(trade
‑
off，或称为“妥协”)关系：初始效率和循环寿命非常难以均匀地(或平衡地)增大。
[0025]如图1中所示，实施例的负极活性物质复合物是由SiO
x
(0<x≤2.0)表示的化合物颗粒1、硅纳米颗粒2和无定形碳3的复合物，其可以补偿SiO和SiC的每个缺点，同时利用它们的优点。此外，实施例的负极活性物质复合物可以通过将硅纳米颗粒的D50粒径限制在约200nm或更小(条件是其大于约0nm)内并且同时将复合物的内部孔隙体积限制在约5.0
×
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‑2cm3/g或更小(条件是其大于约0cm3/g)内而具有限制在适当范围内的比表面积，从而同时确保可再充电锂电池的初始效率和循环寿命。
[0026]在下文中，详细描述实施例的负极活性物质复合物。
[0027]硅纳米颗粒
[0028]在实施例的负极活性物质复合物中，硅纳米颗粒是有助于增大可再充电锂电池的容量的组分。
[0029]硅纳米颗粒的平均粒径(D50)可以小于或等于约200nm(条件是其大于约0nm)，并且最大粒径(D
max
)本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于可再充电锂电池的负极活性物质复合物，所述负极活性物质复合物包括：由SiO
x
表示的化合物颗粒，其中，0<x≤2.0；硅纳米颗粒，具有小于或等于200nm的平均粒径，条件是所述平均粒径大于0nm；以及无定形碳，其中，所述负极活性物质复合物的内部孔隙体积小于或等于5.0
×
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‑2cm3/g，条件是所述内部孔隙体积大于0cm3/g。2.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，所述硅纳米颗粒的平均粒径D50为50nm～200nm。3.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，所述硅纳米颗粒的纵横比为4～20。4.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，在所述硅纳米颗粒的(111)面处使用CuKα射线的X射线衍射角的半峰全宽为0.3
°
～1.5
°
。5.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，所述由SiO
x
表示的化合物颗粒的平均粒径为1μm～10μm。6.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，所述无定形碳是软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、煅烧焦炭或其组合。7.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，所述负极活性物质复合物以8:2～2:8的重量比包括由所述SiO
x
表示的化合物颗粒和所述硅纳米颗粒。8.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，基于所述负极活性物质复合物的总重量，以5wt％～90wt％的量包括所述由SiO
x
表示的化合物颗粒，以10wt％～95wt％的量包括所述硅纳米颗粒，并且以余量包括所述无定形碳。9.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，所述负极活性物质复合物的平均粒径为2μm～15μm。10.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，所述负极活性物质复合物...

【专利技术属性】
技术研发人员：金荣敏，姜恩智，金英旭，金洧庆，朴选一，申昌洙，吴杜莉，元钟民，李大赫，李重昊，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：