负极活性材料、其制法、含其的负极及含负极的锂电池制造技术

本发明专利技术涉及负极活性材料、含其的负极、含负极的锂电池及负极活性材料的制法，所述负极活性材料包括有序的多孔锰氧化物，其中所述有序的多孔锰氧化物的孔具有双峰尺寸分布。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料、其制法、含其的负极及含负极的锂电池
本公开内容涉及负极活性材料、包括其的负极、包括所述负极的锂电池、以及所述负极活性材料的制备方法。
技术介绍
在包括电池例如锂电池的电化学元件中，广泛使用碳质材料例如石墨作为负极活性材料。石墨具有优异的容量保持特性和电势特性，并且在与锂形成合金期间体积变化小，并且因此包括包含石墨的电极的电池是高度稳定的。然而，对于使用这样的负极活性材料作为用于高容量电池的材料而言存在限制。此外，作为负极活性材料，可使用能够与锂形成合金的金属。所述能够与锂形成合金的金属的实例包括硅(Si)、锡(Sn)、铝(Al)等。这些能够与锂形成合金的金属具有非常高的电容量，但是在充电和放电期间发生体积膨胀，从而在电极中产生电断开的活性材料并且因此使电池的容量保持特性恶化。因此，对开发用于高容量电池的具有增强性能的负极活性材料的需要逐渐增加。
技术实现思路
提供包括新型多孔锰氧化物的负极活性材料。提供包括所述负极活性材料的负极。提供包括所述负极的锂电池。提供包括所述负极的电容器。提供所述负极活性材料的制备方法.另外的方面将在以下描述中部分地阐明并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现实施方式的实践而获知。根据本专利技术的一个方面，负极活性材料包括由下式1表示的有序的多孔锰氧化物：<式1>MnxOy其中1≤x≤3，1≤y≤4，2≤x+y≤7，并且0<y/x<2根据本专利技术的另一方面，负极包括所述负极活性材料。根据本专利技术的另一方面，锂电池包括所述负极。根据本专利技术的另一方面，电容器包括所述负极。根据本专利技术的另一方面，负极活性材料的制备方法包括：将多孔化合物用含有锰前体的液体浸渍；将用所述液体浸渍的所述多孔化合物烧结；和通过使用蚀刻剂蚀刻该经烧结的多孔化合物。附图说明由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：图1A和1B为显示根据实施例1制备的多孔Mn2O3的X射线衍射谱图的图；图1C为显示对比例1中使用的块体(无孔)Mn2O3的小角度X射线谱图的图；图2A和2B为显示根据实施例5制备的多孔Mn3O4的X射线衍射谱图的图；图2C为显示对比例2中使用的块体(无孔)Mn3O4的小角度X射线衍射谱图的图；图3A和3B为显示根据实施例6制备的多孔MnO的X射线衍射谱图的图；图3C为显示对比例3中使用的块体(无孔)MnO的小角度X射线衍射谱图的图；图4为显示实施例1的多孔Mn2O3的孔分布的图；图5为显示实施例5的多孔Mn3O4的孔分布的图；图6为显示实施例6的多孔MnO的孔分布的图；图7A和7B为实施例1的多孔Mn2O3的透射电子显微镜(TEM)图像；图8为显示根据实施例7和对比例5制造的锂电池的充电和放电试验结果的图；图9为显示根据实施例11和对比例6制造的锂电池的充电和放电试验结果的图；图10为显示根据实施例12和对比例7制造的锂电池的充电和放电试验结果的图；图11为显示根据实施例7和对比例5制造的锂电池在充电/放电试验之后的微分容量(dQ)相对于电压(V)的曲线的图；图12为显示根据实施例11和对比例6制造的锂电池在充电/放电试验之后的微分容量(dQ)相对于电压(V)的曲线的图；图13为显示根据实施例12和对比例7制造的锂电池在充电/放电试验之后的微分容量(dQ)相对于电压(V)的曲线的图；和图14为根据实施方式的锂电池的示意图。具体实施方式现在将详细介绍实施方式，其实例示于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中所阐述的描述。因此，以下仅通过参照附图描述实施方式以解释本说明书的各方面。现在将更详细地描述负极活性材料、包括其的负极、包括所述负极的锂电池和电容器、以及所述负极活性材料的制备方法的示例性实施方式。根据本专利技术的一个实施方式，负极活性材料包括由下式1表示的有序的多孔锰氧化物：<式1>MnxOy其中1≤x≤3，1≤y≤4，2≤x+y≤7，并且0<y/x<2所述有序的多孔锰氧化物包括多个有序的纳米尺寸的孔，并且因此在充电和放电过程期间可容易地忍受所述有序的多孔锰氧化物的体积变化。所述有序的多孔锰氧化物具有多个纳米尺寸的孔，并且因此其比表面积非常大，这使与电解质的接触面积增加。此外，所述有序的多孔锰氧化物的骨架具有几纳米的厚度，并且因此在其骨架中的锂离子扩散路径缩短并且所述有序的多孔锰氧化物可具有增强的高倍率特性。在具有与所述有序的多孔锰氧化物的骨架的厚度相同的直径的纳米颗粒中，出现所述纳米颗粒之间的电阻。然而，所述有序的多孔锰氧化物的骨架具有网络状结构，并且因此不出现所述纳米颗粒之间的电阻，这可降低功率损失。所述多个纳米尺寸的孔以有序形式排列，并且因此所述负极活性材料可经历均匀的电化学反应。因此，可防止所述负极活性材料的局部破坏或恶化。此外，所述有序的多孔锰氧化物的所述有序的纳米尺寸的孔可具有双峰尺寸分布。由于所述有序的多孔锰氧化物的所述孔具有双峰尺寸分布，在充电和放电过程期间可容易地忍受由由于所述有序的多孔锰氧化物的内部结构的差异引起的膨胀系数差异造成的应力。所述有序的多孔锰氧化物的所述孔的双峰尺寸分布由氮气吸附实验的结果确认。即，确认在作为所述氮气吸附实验的结果获得的Barrett-Joyner-Halenda(BJH)孔尺寸分布中出现两个孔径峰。在所述孔的双峰尺寸分布中，所述孔可具有在约1nm～约5nm范围内的第一峰和在约10nm～约20nm范围内的第二峰。例如，所述孔可具有在约2nm～约5nm范围内的第一峰和在约16nm～约20nm范围内的第二峰。换而言之，所述有序的多孔锰氧化物可包括各自具有小于10nm的尺寸的第一纳米孔和各自具有大于或等于10nm的尺寸的第二纳米孔。所述有序的多孔锰氧化物可为有序的介孔锰氧化物。所述有序的介孔锰氧化物的孔的规则性可由得自小角度X射线衍射谱图的峰确认。在所述有序的多孔锰氧化物的小角度X射线衍射谱图中，在0.6±0.2°的布拉格(2θ)角处可观察到关于(110)面的峰。例如，所述多孔锰氧化物在所述小角度X射线衍射谱图中呈现典型的四面体I41/a空间群(或者其子群)介观结构。这表明所述多孔锰氧化物具有高度有序的三维(3D)孔和骨架结构。特别地，关于(110)面的衍射峰与对应于所述多孔锰氧化物的孔的双峰尺寸分布中的第二峰的孔有关。即，当在所述多孔锰氧化物的孔的双峰尺寸分布中存在对应于所述第二峰的孔时，在所述小角度X射线衍射谱图中必然存在所述关于(110)面的峰。此外，在所述多孔锰氧化物的小角度X射线衍射谱图中，关于(110)面的峰对关于(221)面的峰的强度比(I(110)/I(221))可为0.1:1或更大。例如，所述关于(110)面的峰对关于(221)面的峰的强度比可为约0.1:1～约10:1。关于(221)面的衍射峰与对应于所述多孔锰氧化物的孔的双峰尺寸分布中的第一峰的孔有关。形成为纳米孔之间的壁的所述多孔锰氧化物的骨架可具有5nm或更大的厚度，例如约5nm～约20nm的厚度，例如约5nm～约10nm的厚度。例如，所述多孔锰氧化物的骨架的厚度可为约10nm～约20nm，例如约10nm～约1本文档来自技高网...

【技术保护点】
负极活性材料，其包括有序的多孔锰氧化物，其中所述有序的多孔锰氧化物由下式1表示：MnxOy其中1≤x≤3，1≤y≤4，2≤x+y≤7，且0

【技术特征摘要】
2011.06.30 KR 10-2011-00651351.有序的多孔锰氧化物作为负极活性材料的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物由下式1表示：<式1>MnxOy其中1≤x≤3，1≤y≤4，2≤x+y≤7，且0<y/x<2，其中所述有序的多孔锰氧化物的孔具有双峰尺寸分布，其中所述有序的多孔锰氧化物的孔具有在1nm～5nm范围内的第一峰和在10nm～20nm范围内的第二峰。2.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物的孔具有在2nm～5nm范围内的第一峰和在16nm～20nm范围内的第二峰。3.权利要求1的用途，其中在所述有序的多孔锰氧化物的小角度X射线衍射谱图中，关于(110)面的峰出现在0.6±0.2°布拉格(2θ)角处。4.权利要求1的用途，其中在所述有序的多孔锰氧化物的小角度X射线衍射谱图中，关于(110)面的峰对关于(221)面的峰的强度比(I(110)/I(221))为0.1或更大。5.权利要求1的用途，其中在所述有序的多孔锰氧化物的小角度X射线衍射谱图中，关于(110)面的峰对关于(221)面的峰的强度比(I(110)/I(221))为0.1～10。6.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物的骨架具有5nm或更大的厚度。7.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物的骨架具有5nm～20nm的厚度。8.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物具有5nm或更大的晶体尺寸。9.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物具有5nm～30nm的晶体尺寸。10.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物具有0.1cm3/g～2cm3/g的孔体积。11.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物具有0.5cm3/g～1cm3/g的孔体积。12.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物的孔彼此连接形成通道。13.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物的孔各自具有1nm～20nm的直径，并且形成为所述孔之间的壁的骨架具有5nm～20nm的厚度。14.权利要求1的用途，其中所述有序的多孔锰氧化物包括选自MnO、Mn2O3和Mn3O4的至少一种。15.负极，包括负极活性材料，所述负极活性材料包括有序的多孔锰氧化物，其中所述有序的多孔锰氧化物由下式1表示：<式1>MnxOy其中1≤x...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙精国，崔在万，权问奭，宋旼相，黄胜湜，金翰秀，金知晚，朴贵玉，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：