负极活性材料、包含负极活性材料的负极、包含负极的二次电池以及制备负极活性材料的方法技术

提供了一种负极活性材料、包含所述负极活性材料的负极、包含所述负极的二次电池、以及制备所述负极活性材料的方法，所述负极活性材料包含：包含SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极活性材料、包含负极活性材料的负极、包含负极的二次电池以及制备负极活性材料的方法


[0001]本申请要求于2021年8月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2021
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0107518号和于2022年1月20日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2022
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0008538号的优先权和权益，它们的全部内容通过引用并入本文。
[0002]本专利技术涉及一种负极活性材料、一种包含所述负极活性材料的负极、一种包含所述负极的二次电池以及一种制备所述负极活性材料的方法。

技术介绍

[0003]由于化石燃料的使用迅速增加，对替代能源或清洁能源的使用的需求增加，并且作为这种趋势的一部分，使用电化学反应的发电和储电领域是最活跃的研究领域。
[0004]目前，使用这种电化学能的电化学装置的代表性示例包括二次电池，其使用领域越来越广泛。近年来，随着对便携式装置如便携式计算机、移动电话和照相机的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加，人们已经对此类二次电池中具有高能量密度、即高容量的锂二次电池进行了大量的研究，并且具有高容量的锂二次电池已经商业化并得到了广泛应用。
[0005]通常，二次电池包含正极、负极、电解质和隔膜。所述负极包含用于嵌入和脱嵌来自正极的锂离子的负极活性材料，作为所述负极活性材料，可以使用具有高放电容量的含硅粒子。然而，含硅粒子如SiO
x
(0≤x<2)中的SiO2部分地与由正极递送的锂离子反应而产生锂硅酸盐，锂硅酸盐不可逆地作用，因此成为降低电池初始效率的原因。此外，在充电/放电过程期间，所述含硅粒子的体积发生显著变化，从而导致与电解液的副反应。因此，引起电池使用寿命降低的问题。
[0006]为了解决相关技术中的问题，已经使用了通过有意地用金属如Mg掺杂含硅粒子来阻挡可能不可逆地形成的反应位点从而改善初始效率的技术。然而，在应用所述技术时，存在由于金属掺杂导致负极活性材料的单位重量放电容量过度降低的缺点。
[0007]因此，还使用了除去由掺杂的金属带来的一些金属化合物的技术。然而，在使用上述技术时，由于多个大孔，负极活性材料与电解液之间会发生副反应，从而存在电池使用寿命性能降低的问题。
[0008]另一方面，为了改善负极活性材料的导电性，使用了形成碳层的技术。然而，使用一般的碳层制备方法存在难以将碳层均匀布置在负极活性材料上和内部的问题，从而电池使用寿命性能的改善程度不大。
[0009]因此，需要具有小尺寸的孔和均匀分散的碳层的负极活性材料、以及制备所述负极活性材料的方法。
[0010][相关技术文献][0011][专利文献][0012](专利文献1)韩国专利申请公开第10
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2019
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0030676号

技术实现思路

[0013]技术问题
[0014]本专利技术试图提供一种负极活性材料，其中与电解液的副反应少，可以抑制电池充电和放电期间的体积变化，并且可以改善导电性。
[0015]本专利技术还试图提供一种包含所述负极活性材料的负极。
[0016]本专利技术还试图提供一种包含所述负极并且具有改善的放电容量、初始效率和使用寿命特性中的至少一者的二次电池。
[0017]本专利技术还试图提供一种制备所述负极活性材料的方法。
[0018]技术方案
[0019]本专利技术的一个示例性实施方式提供了一种负极活性材料，所述负极活性材料包含：包含SiO
x
(0<x<2)和孔的含硅复合粒子；在所述含硅复合粒子的表面上和孔中的碳层，其中所述碳层包含碳和金属，所述金属包含选自由Li、Na和K组成的组的至少一种，所述孔的平均直径在2nm至45nm的范围内。
[0020]另一个示例性实施方式提供了一种包含所述负极活性材料的负极。
[0021]另一个示例性实施方式提供了一种包含所述负极的二次电池。
[0022]另一个示例性实施方式提供了一种制备上述负极活性材料的方法，所述方法包括：由包含SiO
x
(0<x<2)的预备含硅复合粒子形成包含孔的含硅复合粒子；通过将聚合物布置在所述含硅复合粒子的表面上和孔中来形成预备粒子；通过对所述预备粒子进行第一热处理来形成碳层；以及对形成有所述碳层的所述预备粒子进行第二热处理，其中所述聚合物包含碳以及选自由Li、Na和K组成的组的至少一种金属。
[0023]有益效果
[0024]由于本专利技术的负极活性材料具有少量孔并且孔具有小尺寸，因此在驱动电池时，减少了电解液与负极活性材料之间的副反应数量，从而能够改善电池的使用寿命特性。
[0025]由于所述负极活性材料包含金属化合物相和至少部分地除去了SiO2的含硅复合粒子，因此能够改善电池的放电容量和初始效率。
[0026]由于碳层是通过将聚合物布置在含硅复合粒子的表面上和孔的内部并对所述聚合物进行热处理来形成，因此在电池充电/放电过程期间能够容易地抑制负极活性材料的体积变化，从而能够改善电池的使用寿命特性。
[0027]在制备所述负极活性材料的过程中，由于含硅复合粒子的孔尺寸(平均直径)在形成碳层之前处于低水平，因此通过热处理能够容易地控制孔的尺寸(减小孔的尺寸并且减少孔的数量)。
[0028]在制备负极活性材料的过程中，由于所述聚合物包含选自由Li、Na和K组成的组的至少一种金属，因此所述碳层能够均匀地布置在所述含硅复合粒子的表面上和孔的内部，并改善所制备的碳层的导电性，从而能够改善所述电池的使用寿命特性。
附图说明
[0029]从下面给出的详细描述和仅以示例方式给出的附图，将更充分地理解本专利技术，并因此不限制本专利技术。
[0030]图1是示出了制备负极活性材料的方法的流程图。
具体实施方式
[0031]下文将更详细地描述本专利技术以有助于理解本专利技术。
[0032]本说明书和权利要求书所用的术语和词语不应当解释为限于典型含义或词典含义，而是应当基于专利技术人能够适当地定义术语的概念以便以最佳方式描述其专利技术的原则解释为符合本专利技术的技术主旨的含义和概念。
[0033]本说明书所用的术语仅用于描述具体实施方式，而不是旨在限制本专利技术。除非上下文另有明确指示，否则单数表达包括复数表达。
[0034]在本专利技术中，术语“包含”、“包括”或“具有”意在表示所实施的特性、数量、步骤、操作、组成要素或其任何组合的存在，并且应理解为意指一个以上其它特性或数量、步骤、操作、组成要素或其任何组合的存在或添加的可能性不被排除。
[0035]在本说明书中，孔的尺寸可以意指负极活性材料中所含的孔的直径的平均值。因此，所述尺寸可以表示孔的平均直径。
[0036]在本说明书中，负极活性材料中包含的结构的结晶性可以通过X射线衍射分析来确本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极活性材料，所述负极活性材料包含：包含SiO
x
和孔的含硅复合粒子，其中0<x<2；以及在所述含硅复合粒子的表面上和孔中的碳层，其中所述碳层包含碳和金属，所述金属包含选自由Li、Na和K组成的组的至少一种，所述孔的平均直径在2nm至45nm的范围内。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述含硅复合粒子还包含Mg元素和Li元素中的一种以上。3.根据权利要求2所述的负极活性材料，其中以总计100重量％的所述负极活性材料计，所述Mg元素和所述Li元素中的一种以上的存在量是0.01重量％至20重量％。4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中以总计100重量％的所述负极活性材料计，所述碳层的所述金属的存在量是0.1重量％至30重量％。5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料的平均粒径(D
50
)是1μm至30μm。6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料的BET比表面积是0.5m2/g至10m2/g。7.一种制备根据权利要求1所述的负极活性材料的方法，所述方法包括：由预备...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴世美，申善英，吴一根，李秀民，李龙珠，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：