负极活性材料制造技术

本发明专利技术涉及一种负极活性材料

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】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


[0001]本申请要求
2021
年
11
月
19
日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第
10
‑
2021
‑
0159927
号的优先权和权益，其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
、
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
。

技术介绍

[0003]最近，随着使用电池的电子装置
(
如移动电话
、
笔记本电脑和电动车辆
)
的迅速普及，对具有相对高容量的小型轻量二次电池的需求迅速增加
。
特别地，锂二次电池重量轻并且能量密度高，因而作为移动装置的驱动电源备受关注
。
因此，人们积极进行了改善锂二次电池性能的研发工作
。
[0004]一般来说，锂二次电池包含正极
、
负极
、
插置在所述正极与所述负极之间的隔膜
、
电解液
、
有机溶剂等
。
此外，对于所述正极和所述负极，可以在集电器上形成各自包含正极活性材料和负极活性材料的活性材料层
。
一般来说，含锂金属氧化物如
LiCoO2和r/>LiMn2O4已经被用作正极的正极活性材料，并且不含锂的碳系活性材料和硅系活性材料已经被用作负极的负极活性材料
。
[0005]在负极活性材料中，硅系活性材料备受关注，因为与碳系活性材料相比，所述硅系活性材料具有高容量和优异的高速充电特性
。
然而，所述硅系活性材料也有缺点，即由于充电
/
放电引起的体积膨胀
/
收缩程度大并且不可逆容量大，因此初始效率较低
。
[0006]为了克服这一缺点，通常已知通过在硅粒子中掺杂第
13
族或第
15
族元素从而将包含硅系活性材料的二次电池的性能最大化的方法
。
然而，当在硅粒子中掺杂上述元素时，是将掺杂源直接引入原料中
、
或者是使用化学合成方法，因而尽管所述硅粒子中掺杂元素的总含量可以自由调节，但所述掺杂元素是均匀分布在所述硅粒子中的
。
当所述掺杂元素的总含量增加时，存在改善电池循环的效果，但存在放电容量相应降低的问题
。
[0007]因此，需要开发一种能够改善所述硅系活性材料的放电容量
、
效率和使用寿命等的方法
。
[0008][
相关技术文献
][0009](
专利文献
1)
韩国专利第
10
‑
1308948
号

技术实现思路

[0010][
技术问题
][0011]本专利技术涉及一种负极活性材料
、
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
。
[0012][
技术方案
][0013]本专利技术的一个示例性实施方式提供了一种具有硅系复合物的负极活性材料，所述
硅系复合物包含：硅系粒子；以及分布在所述硅系粒子中的选自由
B
和
P
组成的组中的一种以上元素，其中以所述硅系粒子的总量
100
重量份为基准，所述硅系粒子包含
95
重量份以上的量的
Si
，并且所述元素具有从硅系复合物的中心到表面增加的浓度梯度
。
[0014]本专利技术的一个示例性实施方式提供了一种制备负极活性材料的方法，所述方法包括：准备金属硅；准备掺杂源，所述掺杂源包含选自由包含
B
的化合物和包含
P
的化合物组成的组中的一种以上化合物；以及将所述金属硅与所述掺杂源混合，然后在等于或高于所述掺杂源的沸点的温度下对所得混合物进行热处理
。
[0015]本专利技术的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
。
[0016]本专利技术的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
。
[0017][
有益效果
][0018]根据本专利技术的负极活性材料包含其中硅粒子掺杂有
B
或
P
的硅系复合物，所述掺杂元素具有从所述硅系复合物的中心到表面增加的浓度梯度，由于在使所述复合物表面处的
Li
离子扩散最大化的同时
、
容量的降低能够最小化，因此初始放电容量优于使用均匀掺杂的活性材料的情况
。
[0019]此外，根据本专利技术制备负极活性材料的方法将由掺杂源提供的原子扩散入相邻的具有微米单位的硅粒子中，能够使掺杂元素从表面到内部具有从高浓度到低浓度的浓度梯度，由于所述制备方法不是化学合成方法，因此具有便于大规模生产的效果
。
具体实施方式
[0020]在下文中，将更详细地描述本说明书
。
[0021]在本说明书中，当一个部分“包含”一个构成要素时，除非另有特别说明，否则并不意味着排除其它构成要素，而是意味着还可以包含其它构成要素
。
[0022]在本说明书中，当一个构件布置在另一个构件“上”时，这不仅包括一个构件与另一个构件接触的情况，还包括其它构件存在于该两个构件之间的情况
。
[0023]本说明书中使用的术语或词语不应被解释为限于典型含义或词典含义，而应基于专利技术人可以适当定义术语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技术主旨的含义和概念
。
[0024]本说明书中使用的术语的单数表达包括复数表达，除非它们在上下文中具有明确相反的含义
。
[0025]在本说明书中，可以通过
X
射线衍射分析来确认负极活性材料中包含的结构的结晶性，所述
X
射线衍射分析可以使用
X
射线衍射
(XRD)
分析仪
(
商品名：
D4
‑
endavor
，制造商：
Bruker
公司
)
进行，除该设备外，还可以适当采用本领域中使用的设备
。
[0026]在本说明书中，可以通过
ICP
分析确认负极活性材料中元素的是否存在以及该元素的含量，并且所述
ICP
分析可以使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪
(ICPAES
，
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
一种具有硅系复合物的负极活性材料，所述硅系复合物包含：硅系粒子；和分布在所述硅系粒子中的选自由
B
和
P
组成的组中的一种以上元素，其中以所述硅系粒子的总量
100
重量份为基准，所述硅系粒子包含
95
重量份以上的量的
Si
，并且所述元素具有从所述硅系复合物的中心到表面增加的浓度梯度
。2.
如权利要求1所述的负极活性材料，其中以所述硅系复合物的总量
100
重量份为基准，
O
的含量为3重量份以下
。3.
如权利要求1所述的负极活性材料，其中以所述硅系复合物的总量
100
重量份为基准，所述选自由
B
和
P
组成的组中的一种以上元素的含量为
0.1
重量份至
50
重量份
。4.
如权利要求1所述的负极活性材料，其中当所述硅系复合物的从中心到表面的距离定义为
Ra
时，所述硅系复合物的从中心起在朝表面的方向上成为
0.75Ra
的点到表面的区域中包含的所述元素的浓度值高于其余区域中包含的所述元素的浓度值
。5.
如权利要求1所述的负极活性材料，其中当所述硅系复合物的从中心到表面的距离定义为
Ra
时，所述硅系复合物的从中心起在朝表面的方向上成为
0.75Ra
的点到表面的区域中包含的所述元素的浓度值比所述硅系复合物的从中心起在朝表面的方向上成为
0.5Ra
的点到所述硅系复合物的从中心起在朝表面的方向上成为
0.75Ra
的点的区域中包含的所述元素的浓度值...

【专利技术属性】
技术研发人员：全贤敏，金东赫，李龙珠，
申请(专利权)人：株式会社，
类型：发明
国别省市：