包含硅系阴极活性物质的阴极及包括其的二次电池制造技术

本发明专利技术涉及包含硅系阴极活性物质的阴极及包括其的二次电池，根据本发明专利技术的一个实施例，可提供一种包括集流体及位于所述集流体上且包括多个硅系活性物质颗粒的阴极活性物质层，满足以下关系式1的二次电池用阴极，[关系式1]0.01≤A

【技术实现步骤摘要】
包含硅系阴极活性物质的阴极及包括其的二次电池


[0001]本专利技术涉及包含硅系阴极活性物质的阴极及包括其的二次电池。

技术介绍

[0002]最近，随着全球变暖话题的出现，作为其应对手段的环保技术的需求也在剧增。尤其，随着对电动汽车和ESS(能源储存系统)的技术需求增加，作为能源储存装置备受青睐的锂二次电池的需求也在爆发性增长。因此，正在进行提高锂二次电池能量密度的研究。
[0003]现有商用锂二次电池一般使用天然石墨、人造石墨等石墨活性物质。然而，由于石墨(372mAh/g)的理论容量较低，存在电池能量密度较低的局限性。由于这些局限性，为了提高能量密度，正在进行开发新阴极材料的研究。
[0004]硅系阴极具有高理论容量(3580mAh/g)，因此作为一种解决方案。然而，已知硅系阴极在制造过程中会形成晶质Si相和非晶质Si相，它们在电池充电放电时膨胀和收缩的程度不同。此外，制造电极时，如果晶质Si的尺寸分布不均匀，则在充放电循环中会从部分包含肥大晶质Si的颗粒开始劣化，这有可能引发电极整体上的不均匀劣化和局部电极劣化。因此，电池的寿命特性有可能降低。

技术实现思路

[0005]技术问题
[0006]本专利技术的目的在于提供一种制造采用硅系活性物质的电极时硅系活性物质颗粒具有均匀的结晶度的电极活性物质层及包括其的电极以改善电池的寿命特性。
[0007]技术方案
[0008]作为用于达成上述目的的一个技术方案，根据本专利技术的一个实现例，可提供一种二次电池用阴极，包括：集流体及位于所述集流体上且包含多个硅系活性物质颗粒的阴极活性物质层，并且满足以下关系式1，
[0009][关系式1]0.01≤A
‑
B≤0.81
[0010]所述关系式1中，A是对在所述阴极活性物质层内任意选择的50个硅系活性物质颗粒的拉曼光谱峰强度比Ia/Ib的平均值，B是对所述50个硅系活性物质颗粒的各拉曼光谱峰强度比Ia/Ib值中除前10个值及后10个值以外的其余值的平均值，所述Ia是515
±
15cm
‑1处的峰强度，所述Ib是470
±
30cm
‑1处的峰强度。
[0011]根据一个实现例，所述硅系活性物质可以是选自由硅、硅氧化物(SiO
x
，0<x≤2)、硅合金及硅/碳复合体构成的群组的至少一种。
[0012]根据一个实现例，所述硅系活性物质可包括经过金属预处理的硅氧化物。
[0013]根据一个实现例，所述经过金属预处理的硅氧化物可包含硅氧化物(SiO
x
，0<x≤2)；以及位于所述硅氧化物的至少一部分的金属硅酸盐(M
a
Si
b
O
c
，M为Li或Mg，1≤a≤6，1≤b<3，0<c≤7)。
[0014]根据一个实现例，所述经过金属预处理的硅氧化物可相对于总重量包含金属硅酸
盐40至95重量％。
[0015]根据一个实现例的二次电池用阴极还可以满足以下关系式2：
[0016][关系式2]0.01≤A
‑
C≤0.65
[0017]所述关系式2中，A是对在所述阴极活性物质层内任意选择的50个硅系活性物质颗粒的拉曼光谱峰强度比Ia/Ib的平均值，C是对所述50个硅系活性物质颗粒的各拉曼光谱峰强度比Ia/Ib值中除前5个值及后5个值以外的其余值的平均值，所述Ia是515
±
15cm
‑1处的峰强度，所述Ib是470
±
30cm
‑1处的峰强度。
[0018]根据一个实现例的二次电池用阴极可满足选自以下关系式3a、关系式3b及关系式3c中的至少一种：
[0019][关系式3a]0.3≤A≤8.50
[0020][关系式3b]0.3≤B≤7.71
[0021][关系式3c]0.3≤C≤7.91
[0022]所述关系式3a、3b及3c中，A是对在所述阴极活性物质层内任意选择的50个硅系活性物质颗粒的拉曼光谱峰强度比Ia/Ib的平均值，B是对所述50个硅系活性物质颗粒的各拉曼光谱峰强度比Ia/Ib值中除前10个值及后10个值以外的其余值的平均值，C是对所述50个硅系活性物质颗粒的各拉曼光谱峰强度比Ia/Ib值中除前5个值及后5个值以外的其余值的平均值。
[0023]根据一个实现例，所述阴极活性物质层可相对于阴极活性物质总重量包含所述硅系活性物质颗粒10重量％以上。
[0024]并且，作为用于达到上述目的的另一技术方案，根据本专利技术的一个实现例，可提供一种二次电池用阴极的制造方法，其中，准备阴极活性物质的工序包括：a)以200至800rpm混合(mixing)硅化合物颗粒和金属前驱体的工序、b)对所述a)工序的产物在大于等于100℃且小于500℃的温度进行预备热处理的工序及c)对所述b)工序的产物在500至800℃进行热处理的工序。
[0025]根据一个实现例，在所述a)步骤之前还可以包括以下工序以准备所述硅化合物颗粒：p1)混合Si粉末和SiO2粉末并以小于900℃的温度进行热处理的工序。
[0026]根据一个实现例，在所述a)步骤之前还可以包括以下工序以准备所述硅化合物颗粒：p1)混合Si粉末和SiO2粉末并以小于900℃的温度进行热处理的工序及p2)对所述p1)步骤的产物在碳化氢气体氛围并以小于800℃的温度进行热处理的工序。
[0027]并且，作为用于达到上述目的的另一技术方案，可提供一种包括上述实现例的阴极的二次电池。
[0028]技术效果
[0029]根据本专利技术，通过将制造硅系阴极活性物质时的制造条件控制在特定条件，在高温的金属预处理工序之前执行预备热处理工序，可确保晶质Si(c
‑
Si)的均匀的尺寸分布。
[0030]根据本专利技术，通过将对在阴极活性物质层内任意选择的50个硅系活性物质颗粒的拉曼光谱峰强度比控制在特定条件，能够确保阴极活性物质层内硅系活性物质颗粒的均匀的结晶性、尺寸分布。
具体实施方式
[0031]参见具体说明的下述实现例可明确本专利技术的优点及特征、其达成方法。但是本专利技术并不局限于以下公开的实现例，而是可以以不同的多种方式实现，本实现例只是使本专利技术完整，向本专利技术所属
的普通技术人员完整地告知专利技术的范畴，本专利技术由技术方案的范畴定义。以下对用于实施本专利技术的具体内容进行具体说明。“及/或”包括提到的各项及一个以上的所有组合。
[0032]在没有其他定义的情况下，本说明书中使用的所有术语(包括技术及科学术语)可按照本专利技术所属
的普通技术人员共同理解的意思使用。说明书全文中提到某部分“包括”某构成要素的情况下，在没有特别相反记载的情况下并非表示排除其他构成要素，而是表示还可以包括其他构成要素。并且，单数型语句在没有特别提及本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种二次电池用阴极，包括：集流体；以及阴极活性物质层，位于所述集流体上，包括多个硅系活性物质颗粒，并且，满足以下关系式1，[关系式1]0.01≤A
‑
B≤0.81所述关系式1中，A是对在所述阴极活性物质层内任意选择的50个硅系活性物质颗粒的拉曼光谱峰强度比Ia/Ib的平均值，B是对所述50个硅系活性物质颗粒的各拉曼光谱峰强度比Ia/Ib值中除前10个值及后10个值以外的其余值的平均值，所述Ia是515
±
15cm
‑1处的峰强度，所述Ib是470
±
30cm
‑1处的峰强度。2.根据权利要求1所述的二次电池用阴极，其中：所述硅系活性物质为选自由硅、硅氧化物SiO
x
、硅合金及硅/碳复合体构成的群组的至少一种，其中0<x≤2。3.根据权利要求1所述的二次电池用阴极，其中：所述硅系活性物质包含经过金属预处理的硅氧化物。4.根据权利要求3所述的二次电池用阴极，其中：经过所述金属预处理的硅氧化物包含硅氧化物SiO
x
，0<x≤2；以及位于所述硅氧化物的至少一部分的金属硅酸盐M
a
Si
b
O
c
，M为Li或Mg，1≤a≤6，1≤b<3，0<c≤7。5.根据权利要求3所述的二次电池用阴极，其中：所述经过金属预处理的硅氧化物相对于总重量包含金属硅酸盐40至95重量％。6.根据权利要求1所述的二次电池用阴极，还满足以下关系式2，[关系式2]0.01≤A
‑
C≤0.65所述关系式2中，A是对在所述阴极活性物质层内任意选择的50个硅系活性物质颗粒的拉曼光谱峰强度比Ia/Ib的平均值，C是对所述50个硅系活性物质颗粒的各拉曼光谱峰强度比Ia/Ib中前5个值及后5个值以外的...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴恩俊，文俊亨，尹晶铉，
申请(专利权)人：SK新能源株式会社，
类型：发明
国别省市：