二级粒子和包括二级粒子的锂电池制造技术

本发明专利技术提供一种二级粒子和包括该二级粒子的锂电池，其中所述二级粒子包括多个初级粒子，且每个所述初级粒子包含一个布置在另一个上的n个多环纳米片。所述多环纳米片包括六个碳原子相互连接的六边形环，其中第一碳和第二碳在它们之间具有距离L1。L2为第三碳和第四碳之间的距离，且排列多环纳米片使L1≥L2。所述二级粒子在锂电池中用作负极活性材料，且所述二级粒子包含孔，从而使锂离子有效地嵌入二级粒子和从二级粒子解嵌以提供改善的容量和循环寿命。

Two stage particles and lithium cells including two particles

The invention provides a two level of particles and lithium battery including the two particles, wherein the two particle comprises a plurality of primary particles, and each of the primary particles contained in a layout in another n on polycyclic nanosheets. The polycyclic nanosheets consist of six carbon atoms connected hexagonal ring, wherein the first and second carbon carbon distance between them is L1. L2 is between third and fourth carbon distance, and the arrangement of the L1 nanosheets polycyclic over L2. The two stage particles as anode materials in lithium batteries, and the two stage particles contain holes, so that the lithium ion embedded effectively two particles and block to provide the capacity and cycle life improved from grade two particle solution.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的一个或多个实施方式涉及一种用于锂电池的材料和包括该材料的锂电 池。
技术介绍
锂电池因为用作小型便携式电子设备的电源而引人关注。因为锂二次电池包含有 机电解液，所以它们具有的放电电压为包括含水碱性电解液的普通电池的至少两倍，由此 具有更高的能量密度。具有允许锂离子嵌入结构的锂-过渡金属氧化物可用作锂二次电池的正极活性 材料。另一方面，已研究将允许锂离子嵌入和解嵌的多种含碳材料如人造石墨、天然石 墨和硬碳以及非含碳材料如硅(Si)用作负极活性材料。这种非含碳材料展现出为石墨容 量密度的至少十倍的非常高的容量密度。然而，其循环寿命特性会因锂充放电过程中的体 积膨胀和收缩而恶化。因此，仍需要开发具有高性能的负极活性材料。
技术实现思路
本专利技术一个或多个实施方式的一方面涉及用于锂电池的二级粒子，所述二级粒子 为锂电池提供优异的容量特性和循环寿命。本专利技术一个实施方式的一方面涉及具有优异的容量特性和循环寿命的锂电池。将在以下说明书中部分阐述其他方面，其部分内容在说明书中是显然的，或者可 通过所提供的实施方式的实施而了解。根据本专利技术一个或多个实施方式，一种二级粒子包括多个初级粒子，所述多个初 级粒子中的每一个具有η个多环纳米片沿着与第一平面垂直的方向彼此堆叠的结构，其中 所述多环纳米片中的每一个包括六个碳原子相互连接的六边形环，所述六边形环彼此稠合 并排列在所述第一平面上，η为2至100的整数；第一碳和第二碳选自所述η个多环纳米片 中以满足条件L1 ^ L2, L1表示所述第一碳和所述第二碳之间的距离，L2表示由所述η个多 环纳米片中任选的第三碳和第四碳之间的距离，所述第三碳和所述第四碳彼此不相同，也 不与所述第一碳和第二碳相同，在三维(3D)x、y和ζ坐标系中，相对于位于原点Α(0，0，0) 的所述第一碳，所述第二碳位于B (a，b，c)，a和b各自独立地为约10 μ m或更小，且c为约 IOOnm或更小。在一个实施方式中，所述多个初级粒子相互聚集。在一个实施方式中，在各初级粒子的所述多环纳米片中相邻的碳原子通过Sp2键连接。在一个实施方式中，各初级粒子的所述多环纳米片中的每一个的厚度在所述碳原 子直径加或减约1纳米(士约Inm)的范围内。在一个实施方式中，所述多环纳米片的η为2至10的整数。在一个实施方式中，各初级粒子的c在所述碳原子直径X 50士约IOnm的范围内。在一个实施方式中，各初级粒子的c在约0. Inm至约50nm的范围内。在一个实施方式中，各初级粒子的c在约0. Inm至约20nm的范围内。在一个实施方式中，所述二级粒子具有平滑表面。在一个实施方式中，所述二级粒子为球形或蛋形。在一个实施方式中，所述二级粒子中具有孔。在一个实施方式中，所述二级粒子具有在约至约40%范围内的孔隙率。在一个实施方式中，所述二级粒子具有在约Iym至约50 μπι范围内的长粒径的d50。在一个实施方式中，所述二级粒子具有在约lm2/g至50m2/g范围内的BET比表面 积。在一个实施方式中，所述二级粒子包括在其表面上的碳涂层。在一个实施方式中，所述碳涂层包括碳的化学沉积产物，和/或煤-焦油浙青、人 造纤维和/或聚丙烯腈类树脂的热解物。根据本专利技术的一个或多个实施方式，一种锂电池包括具有正极活性材料的正极； 包括上述二级粒子的负极；和电解液。在一个实施方式中，提供一种锂电池，其中所述正极和/或负极进一步包括导电 剂，其中所述导电剂包括碳黑、科琴黑(Ketjen black)、乙炔黑、人造石墨、天然石墨、铜粉、 镍粉、铝粉、银粉、聚苯撑和它们的组合。在一个实施方式中，提供一种锂电池，其中所述正极活性材料从由 LidNieCofMngGhO2, LiMn2O4、钛酸锂和它们的组合组成的组中选择，其中0. 90彡d彡1. 1， 0彡 e 彡 0. 9，0 彡 f 彡0. 5，0彡 g 彡 0. 5，h = 0，G 选自由铝(Al)、铬(Cr)、锰(Mn)、铁(Fe)、 镁(Mg)、镧(La)、铺(Ce)、锶(Sr)、银(V)和它们的组合组成的组中。附图说明从以下结合附图对实施方式的说明中，这些和/或其他方面将变得显然且更容易 理解，其中图1是说明根据本专利技术实施方式构成二级粒子的多个初级粒子之一的示意图；图2是根据本专利技术实施方式的图1中由虚线圆划定的区域Tl的分子水平放大示 意图；图3是根据本专利技术实施方式的图1中由虚线圆划定的区域T2的放大示意图；图4是位于图1的位置A1处的第一碳和位于图1的位置Bl处的第二碳的示意图， 其中相对于位于原点A(0，0，0)的第一碳，第二碳位于B (a，b，c)，且第一碳和第二碳布置在 虚拟六面体的顶点上以显示它们之间的最大距离；图5是根据本专利技术实施方式的锂电池的分解透视图6A是根据合成例1制得的初级粒子的扫描电子显微镜(SEM)图片；图6B是合成例1的初级粒子的透射电子显微镜(TEM)图片；图7是表示合成例1的初级粒子的粒径分布结果曲线图；图8是根据合成例1制得的二级粒子的SEM图片；图9是合成例1的二级粒子的TEM图片；图10是表示合成例1制得的二级粒子的粒径分布结果曲线图；图11是根据对比例A制得的硬碳横截面的TEM图片；图12是表示合成例1的初级粒子、合成例1的二级粒子、根据合成例2制得的二 级粒子和对比例A的硬碳的X射线衍射(XRD)分析结果曲线图；图13是表示根据实施例1制造的锂电池的充放电曲线图；图14是表示根据实施例1以及对比例1和2制造的锂电池的电压-容量特性曲 线图；和图15是表示实施例1和对比例1的锂电池的循环寿命特性曲线图。 具体实施例方式现将对各实施方式进行详细说明，其实施例在附图中说明，其中相似的附图标记 在全文中指代相似的元件。在这点上，本专利技术的实施方式可具有不同形式，并不应解释为受 文中所作说明的限制。因此，以下仅仅是参照附图说明各实施方式以解释本专利技术的各方面。根据本专利技术实施方式的二级粒子由多个初级粒子组成。例如，多个初级粒子可相 互聚集，因而二级粒子可为多个初级粒子的聚集体。初级粒子具有η个多环纳米片沿着与第一平面垂直的方向彼此堆叠的结构，其中 各多环纳米片包括六个碳原子相互连接的六边形环，所述六边形环彼此稠合并排列在第一 平面上。在这点上，多环纳米片的η可为2至100的整数。此外，假定L1表示第一碳和第二 碳之间的距离，且L2表示由η个多环纳米片中任意选择的第三碳和第四碳之间的距离，使 得第三碳和第四碳彼此不相同，也不与第一碳和第二碳相同，且第一碳和第二碳选自η个 多环纳米片中以满足条件L1 ，并以使第二碳相对于位于原点Α(0，0，0)的第一碳位于 B(a，b，c)的方式位于三维(3D)x、y和ζ坐标系中，a和b可各自独立地为约IOym或更小， 且c为约IOOnm或更小。图1是说明根据本专利技术实施方式构成二级粒子的多个初级粒子中一个初级粒子 10的示意图。初级粒子10可具有不规则形状，但基本上具有“平面”形状。然而，初级粒子10可 具有多种形状，例如它可弯曲或具有卷曲端。基于以下参照图1至4以及图6A和6B对初 级粒子10的说明，将更清楚地理解初级粒子10的“平面”形状。初级粒子10具有η个多环纳米片沿着与第一平面垂直的方向彼此堆叠的结构，其 中每个本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种二级粒子，所述二级粒子包括多个初级粒子，所述多个初级粒子中的每一个具有ｎ个多环纳米片沿着与第一平面垂直的方向彼此堆叠的结构，其中：所述多环纳米片中的每一个包括六个碳原子相互连接的六边形环，所述六边形环彼此稠合并排列在所述第一平面上，ｎ为２至１００的整数，第一碳和第二碳选自所述ｎ个多环纳米片中以满足条件Ｌ１≥Ｌ２，Ｌ１表示所述第一碳和所述第二碳之间的距离，Ｌ２表示由所述ｎ个多环纳米片中任意选择的第三碳和第四碳之间的距离，所述第三碳和所述第四碳彼此不相同，也不与所述第一碳和第二碳相同，在三维ｘ、ｙ和ｚ坐标系中，相对于位于原点Ａ（０，０，０）的所述第一碳，所述第二碳位于Ｂ（ａ，ｂ，ｃ），ａ和ｂ各自独立地为１０μｍ或更小，且ｃ为１００ｎｍ或更小。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李邵罗，金载明，主圭楠，金泰植，李琮熙，都义松，金荣洙，金汎权，金德炫，郑求现，申昌洙，刘容美，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR