多孔硅基复合材料、其制备方法以及包含其的负极活性材料技术

本发明专利技术涉及一种多孔硅基复合材料、其制备方法以及包含其的负极活性材料，更具体地，该多孔硅基复合材料包含硅颗粒和氟化物，因此可以获得具有优异选择性蚀刻效率的多孔硅基复合材料，并且包含该多孔硅基复合材料的负极活性材料可以在保持二次电池的优异初始效率的同时进一步改善放电容量和容量保持率。同时进一步改善放电容量和容量保持率。同时进一步改善放电容量和容量保持率。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔硅基复合材料、其制备方法以及包含其的负极活性材料


[0001]本专利技术涉及多孔硅基复合材料、制备该多孔硅基复合材料的方法以及包含该多孔硅基复合材料的负极活性材料。

技术介绍

[0002]近年来，随着在信息和通信行业的发展下电子设备变得同时更小、更轻、更薄且更便携，对用作这些电子设备的电源的高能量密度电池的需求与日俱增。锂二次电池是最能满足该需求的电池，并且正在积极进行使用锂二次电池的小型电池以及将其应用于诸如车辆和储能系统的大型电子设备的研究。
[0003]广泛使用碳材料作为这种锂二次电池的负极活性材料。为了进一步提高电池的容量，正在研究硅基负极活性材料。由于硅的理论容量(4199mAh/g)比石墨的理论容量(372mAh/g)大10倍或更多，因此预期电池容量有显著提高。
[0004]例如，在锂嵌入到硅中时的反应方案如下：
[0005][反应方案1][0006]22Li+5Si＝Li
22
Si5。
[0007]在根据上述反应方案的硅基负极活性材料中，形成了具有高容量的每个硅原子含有多达4.4个锂原子的合金。然而，在大多数硅基负极活性材料中，因锂的嵌入而导致高达300％的体积膨胀，这会破坏负极，使其难以表现出高循环特性。
[0008]此外，这种体积变化可能导致在负极活性材料的表面上有裂纹，并且在负极活性材料内可能形成有离子材料，从而导致负极活性材料与集电器电分离。这种电分离现象会显著降低电池的容量保持率。
[0009]为了解决这个问题，日本专利号4393610公开了一种负极活性材料，其中将硅和碳进行了机械处理而形成复合材料，并且使用化学气相沉积(CVD)方法将硅颗粒的表面涂覆有碳层。
[0010]此外，日本公开专利公开号2016
‑
502253公开了一种负极活性材料，其包含多孔硅基颗粒和碳颗粒，其中所述碳颗粒包括具有不同平均粒径的细碳颗粒和粗碳颗粒。
[0011]然而，尽管这些现有技术文献涉及包含硅和碳的负极活性材料，但是在充电和放电期间抑制体积膨胀和收缩是有限的。因此，仍然需要进行研究以解决这些问题。
[0012][现有技术文献][0013][专利文献][0014](专利文献1)日本专利号4393610
[0015](专利文献2)日本公开专利公开号2016
‑
502253
[0016](专利文献3)韩国公开专利公开号2015
‑
0113770
[0017](专利文献4)韩国公开专利公开号2015
‑
0113771
[0018](专利文献5)韩国公开专利公开号2018
‑
0106485。

技术实现思路

[0019]技术问题
[0020]本专利技术的目的是提供一种多孔硅基复合材料，其因包含硅颗粒和氟化物而具有优异的选择性蚀刻效率并能够进一步提高二次电池的性能。
[0021]本专利技术的另一个目的是提供一种用于制备多孔硅基复合材料的方法。
[0022]本专利技术的又一个目的是提供一种包含多孔硅基复合材料和碳的多孔硅基碳复合材料。
[0023]本专利技术的又一个目的是提供一种负极活性材料和包含该负极活性材料的锂二次电池，所述负极活性材料因包含多孔硅基复合材料和碳基负极材料而可进一步提高放电容量和容量保持率并同时保持二次电池的优异初始效率。
[0024]问题的解决方案
[0025]本专利技术提供了一种包含硅颗粒和氟化物的多孔硅基复合材料。
[0026]此外，本专利技术提供了一种用于制备多孔硅基复合材料的方法，其包括：使用硅基原材料和金属基原材料获得硅复合氧化物粉末的第一步骤；以及使用蚀刻溶液蚀刻硅复合氧化物粉末的第二步骤，所述蚀刻溶液包含含氟(F)原子的化合物。
[0027]此外，本专利技术提供了一种多孔硅基碳复合材料，其包含多孔硅基复合材料和碳。
[0028]此外，本专利技术提供了一种负极活性材料，其包含多孔硅基复合材料和碳基负极材料。
[0029]此外，本专利技术提供了一种包含负极活性材料的锂二次电池。
[0030]本专利技术的有利效果
[0031]由于根据实施方案的多孔硅基复合材料包含硅颗粒和氟化物，因此可以提供具有优异的选择性蚀刻效率的多孔硅基复合材料。当将多孔硅基复合材料施用于负极活性材料时，可以在保持二次电池的优异初始效率的同时进一步提高放电容量和容量保持率。
[0032]此外，根据实施方案的方法具有可以通过步骤最少化的连续方法进行大规模生产的优点。
附图说明
[0033]附属于本说明书的附图示出了本专利技术的优选实施方案，并用于进一步理解本专利技术的技术思想以及对本专利技术的描述。因此，本专利技术不应被解释为仅限于附图中所示的那些。
[0034]图1为使用扫描电子显微镜(FE
‑
SEM)照片(S
‑
4700，Hitachi)观察实施例1中所制备的多孔硅基复合材料(复合材料B1)的表面的结果。图1的(a)和图1的(b)分别以500倍和25000倍的不同放大倍数显示。
[0035]图2为使用扫描电子显微镜(FE
‑
SEM)照片(S
‑
4700，Hitachi)观察实施例4中所制备的多孔硅基复合材料(复合材料B4)的表面的结果。图2的(a)和图2的(b)分别以1000倍和250000倍的不同放大倍数显示。
[0036]图3为使用离子束扫描电子显微镜照片(FIB
‑
SEM，S
‑
4700；Hitachi，QUANTA 3D FEG；FEI)以200000倍的放大倍数观察实施例4中所制备的多孔硅基复合材料(复合材料B4)的内部的结果。
[0037]图4示出实施例1的硅复合氧化物(复合材料A1)(a)和多孔硅基复合材料(复合材
料B1)(b)的X射线衍射分析的测量结果。
[0038]图5示出实施例5的多孔硅基复合材料(复合材料B5)的X射线衍射分析的测量结果。
[0039]图6示出实施例8的多孔硅基复合材料(复合材料B8)的X射线衍射分析的测量结果。
[0040]图7示出实施例3的多孔硅基复合材料(复合材料B3)的比表面积(布鲁厄
‑
埃米特
‑
特勒法；BET)分析的测量结果。
具体实施方式
[0041]本专利技术不限于以下公开的内容。相反，只要不改变本专利技术的要旨，就可以以各种形式对其进行修改。
[0042]在本说明书中，除非另有说明，否则当某部分被称为“包含”某要素时，应理解为该部分也可以包括其他要素。
[0043]此外，除非另有说明，否则本文中使用的与组分、反应条件等的量相关的所有数字和表达均应理解为由术语“约”修饰。
[0044][多孔硅基复合材料][0045]根据本专利技术的实施方案的多孔硅基复合材料包含硅颗粒和氟化物。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种多孔硅基复合材料，所述多孔硅基复合材料包含硅颗粒和氟化物。2.根据权利要求1所述的多孔硅基复合材料，其中，所述氟化物包括金属氟化物。3.根据权利要求2所述的多孔硅基复合材料，其中，所述金属氟化物包括含氟镁化合物，所述含氟镁化合物包括氟化镁(MgF2)、氟硅酸镁(MgSiF6)或其混合物。4.根据权利要求1所述的多孔硅基复合材料，其中，所述多孔硅基复合材料在其表面、内部、或表面和内部包括孔，所述多孔硅基复合材料的孔隙率为基于多孔硅基复合材料的体积的10体积％至80体积％。5.根据权利要求4所述的多孔硅基复合材料，其中，所述多孔硅基复合材料的孔体积为0.1cc/g至0.9cc/g。6.根据权利要求4所述的多孔硅基复合材料，其中，当多孔硅基复合材料的表面通过气体吸附法(BET图法)进行测量时，所述多孔硅基复合材料包括：2nm或更小的微孔；大于2nm至50nm的中孔；以及大于50nm至250nm的大孔，中孔的总体积为基于全部孔的总体积的30体积％至80体积％。7.根据权利要求3所述的多孔硅基复合材料，其中，所述氟化镁(MgF2)的微晶尺寸为3nm至35nm。8.根据权利要求1所述的多孔硅基复合材料，其中，所述多孔硅基复合材料进一步包含金属硅酸盐。9.根据权利要求8所述的多孔硅基复合材料，其中，所述金属硅酸盐包括硅酸镁，所述硅酸镁包括MgSiO3晶体、Mg2SiO4晶体或其混合物。10.根据权利要求8所述的多孔硅基复合材料，其中，所述多孔硅基复合材料中金属的含量为基于多孔硅基复合材料的总重量的0.2重量％至20重量％。11.根据权利要求3所述的多孔硅基复合材料，其中，当对多孔硅基复合材料进行X射线衍射分析时，所述多孔硅基复合材料具有大于0至1.0的IB/IA，IB/IA为对应于氟化镁中MgF2(111)晶面的衍射峰强度(IB)与Si(220)晶面的衍射峰强度(IA)之比。...

【专利技术属性】
技术研发人员：李炫锡，朴正圭，全永珉，林贤喜，李欧朗，林钟赞，李廷贤，
申请(专利权)人：大洲电子材料株式会社，
类型：发明
国别省市：