负极活性材料及其制备方法、负电极及锂电池技术

本发明专利技术提供了负极活性材料、制备该负极活性材料的方法、包括该负极活性材料的负电极及包括该电极的锂电池，该负极活性材料包括：复合物，包括基质和硅颗粒，基质包括氧化硅、碳化硅和碳，硅颗粒分散在基质中；以及碳包覆膜，形成在复合物的表面上，其中，在X射线衍射图谱中，SiC峰与Si峰的强度比为1或更大。

【技术实现步骤摘要】
负极活性材料及其制备方法、负电极及锂电池本申请要求于2011年11月8日提交到韩国知识产权局的第10-2011-0115915号韩国专利申请的权益，该申请的公开通过引用全部包含于此。
一个或多个实施例涉及负极活性材料、制备该负极活性材料的方法、包括该负极活性材料的电极以及锂电池。
技术介绍
便携式电子装置、通信装置等的发展已使对具有高能量密度的锂电池的需求增加。使用诸如钒、硅、铋、锆等的金属的氧化物作为锂电池的负极活性材料。如果使用氧化硅作为负极活性材料，则形成的电极的容量高。然而，电极的寿命特性和导电特性可能不会令人满意。因此，已尝试在氧化硅的表面上形成碳包覆层的方法。然而，通过使用这些方法形成的负极活性材料的导电特性和寿命特性不令人满意。
技术实现思路
一个或多个实施例包括具有优异的容量和寿命特性的负极活性材料。一个或多个实施例包括制备该负极活性材料的方法。一个或多个实施例包括负电极，该负电极包括该负极活性材料。一个或多个实施例包括锂电池，该锂电池包括该负电极。附加方面将在下面的描述中部分地阐述，部分地通过该描述将是明显的，或者可以通过给出的实施例的实践而获知。根据一个或多个实施例，负极活性材料包括：复合物，包括基质和硅颗粒，基质包括氧化硅、碳化硅和碳，硅颗粒分散在基质中；以及碳包覆膜，形成在复合物的表面上，其中，在X射线衍射图谱中，SiC峰与Si峰的强度比为1或更大。根据一个或多个实施例，提供了一种制备负极活性材料的方法，该负极活性材料包括：复合物，包括基质和硅颗粒，基质包括氧化硅、碳化硅和碳，硅颗粒分散在基质中；以及碳包覆膜，形成在复合物的表面上，其中，在X射线衍射图谱中，SiC峰与Si峰的强度比为1或更大，该方法包括：将硅颗粒和氧化硅提供至碳棒以制备用于电弧放电的负电极；以及使该负电极和用于电弧放电的正电极电弧放电。根据一个或多个实施例，提供了一种包括该负极活性材料的负电极。根据一个或多个实施例，提供了一种锂电池，该锂电池包括负电极，该负电极包括该负极活性材料。附图说明通过下面结合附图对实施例进行的描述，这些和/或其他方面将变得明显和更容易理解，在附图中：图1是根据实施例的负极活性材料的示意图；图2A是根据实施例的碳棒的侧剖视图；图2B是根据实施例的碳棒的顶视图；图3是根据实施例的放电装置的示意图；图4是根据实施例的锂电池的示意图；图5示出了根据示例1-4制备的负极活性材料的X射线衍射分析图谱；图6A和图6B示出了根据示例1-4制备的负极活性材料的X射线荧光分析图谱；图7A和图7B示出了根据示例1和示例4制备的负极活性材料的扫描电子显微镜照片；图8是根据示例4制备的负极活性材料的能量色散光谱仪(EDS)分析图；图9示出了根据制造示例1-4制造的锂电池的充电和放电测试结果；以及图10示出了在对锂电池充电和放电50次之后包括在根据制造示例1制造的锂电池中的负极活性材料的X射线衍射分析图谱。具体实施方式现在将参照实施例，实施例的示例在附图中被示出，其中，同样的标记始终代表同样的元件。在这点上，给出的实施例可以具有不同的形式，并且不应该被解释为局限于这里阐述的描述。因此，下面通过参照附图仅描述了实施例来解释本描述的多个方面。如这里所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关所列项的任意和全部组合。在下文中，将详细地描述负极活性材料、制备该负极活性材料的方法和包括该负极活性材料的电极以及包括该电极的锂电池的实施例。根据实施例的负极活性材料包括复合物和形成在复合物的表面上的碳包覆膜，其中，复合物包括：基质，包括氧化硅、碳化硅和碳；以及硅颗粒，分散在基质中。图1是根据实施例的负极活性材料10的示意图，参照图1，现在将详细地描述根据实施例的负极活性材料。负极活性材料10可以包括：复合物，包括例如SiOxCy(其中，x为0.1至1.2，y为0.01至0.2)的基质11和分散在基质11中的硅颗粒12，基质11包括碳化硅、氧化硅和碳；以及碳包覆膜13，形成在复合物的基质11的表面上。在负极活性材料的复合物中，硅颗粒12均匀地设置在包括碳化硅、氧化硅和碳的基质11中。基质11的示例是SiOxCy(x为0.1至1.2，y为0.01至0.2)基质。当使用上述结构时，可以防止：因在充电和放电过程中大量吸附和解吸锂时发生的大的体积变化而导致的颗粒破坏；以及因吸附锂时发生的、导电率相对低的硅和氧化硅的体积膨胀而导致的电极中的锂离子流动受阻。此外，SiC的存在可以有助于减小由氧化锂(Li2O)导致的负极活性材料的初始不可逆容量并提高负极活性材料的导电率。此外，在复合物的表面上形成碳包覆膜可以有助于导电率。在吸附和解吸锂时，负极活性材料的硅颗粒可以极大地膨胀或收缩。为了减小因这样的体积改变而导致的应力，硅颗粒可以均匀地分散在包括碳化硅、氧化硅和碳的基质中。基于100重量份的硅颗粒，包括在基质中的碳化硅的量可以为大约50重量份至大约90重量份。碳化硅可以是非晶的或结晶的，碳化硅可以与氧化硅和碳一起形成基质，并可以以基质围绕或容纳硅颗粒的方式均匀地分散硅活性颗粒。如果碳化硅的量在上述范围内，则形成的负极活性材料可以具有优异的导电率。基于100重量份的硅颗粒，氧化硅的量可以为大约10重量份至大约30重量份。如果氧化硅的量在该范围内，则形成的负极活性材料可以具有优异的容量特性，而不降低导电率和寿命。基于100重量份的硅颗粒，复合物中碳的总量可以为大约0.5重量份至大约50重量份。如果碳的量在该范围内，则形成的负极活性材料可以具有优异的容量，而不降低导电率。硅颗粒的平均颗粒尺寸可以为大约1nm至大约300nm，例如，大约2nm至大约50nm。如果硅颗粒的平均颗粒尺寸在该范围内，则可以得到具有优异循环效率的电池，而包括硅颗粒的负极活性材料的充电和放电容量不降低。可以通过X射线衍射分析(XRD)测量硅颗粒的平均颗粒尺寸。可以通过使用Si主峰的半峰全宽(FWHM)测量Si的晶粒尺寸，下面给出了Scherrer公式。式1复合物中的氧化硅可以是非晶的或结晶的。例如，氧化硅可以与碳化硅一起与硅结合，并可以以氧化硅围绕或容纳硅的方式均匀地分散在基质中。复合物中的碳可以包括从由石墨、硬碳、软碳、非晶碳和乙炔黑组成的组中选择的至少一种。例如，碳可以是炭黑。基于100重量份的复合物，碳包覆膜中碳的量可以为大约0.1重量份至大约20重量份，例如，大约1重量份至大约5重量份。如果碳包覆膜中碳的量在这些范围内，则制备的负极活性材料可以具有优异的导电率，而不降低循环特性以及充电和放电容量。可以使用X射线衍射图谱的峰来确定其中硅颗粒分散在包括SiC的基质中的负极活性材料的结构。例如，在X射线衍射图谱中，负极活性材料可以具有在大约34°至大约37°的Bragg2θ角处的SiC峰，例如，大约35.5°至大约36.5°的Bragg2θ角处的SiC峰。SiC峰可以具有大约0.1至大约1的FWHM，例如，大约0.3至大约0.5的FWHM。如果SiC峰的FWHM在该范围内，则可以确定SiC是结晶的并且具有良好的容量和导电率。在X射线衍射图谱中，与Si(111)面对应的峰可以存在于大约27°至大约29°的Bragg2θ角处，例如，大约27.5°至大约28.5°的Bragg2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负极活性材料，所述负极活性材料包括：复合物，包括基质和硅颗粒，基质包括氧化硅、碳化硅和碳，硅颗粒分散在基质中；以及碳包覆膜，形成在复合物的表面上，其中，在X射线衍射图谱中，SiC峰与Si峰的强度比为1或更大。

【技术特征摘要】
2011.11.08 KR 10-2011-01159151.一种负极活性材料，所述负极活性材料包括：复合物，包括基质和硅颗粒，基质是SiOxCy并包括氧化硅、碳化硅和碳，x为0.1至1.2，y为0.01至0.2，硅颗粒分散在基质中；以及碳包覆膜，形成在复合物的表面上，其中，在X射线衍射图谱中，SiC峰与Si峰的强度比为1或更大。2.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，在负极活性材料的X射线衍射图谱中，SiC峰的半峰全宽为0.1°至1°。3.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，在负极活性材料的X射线衍射图谱中，SiC峰存在于34°至37°的Bragg2θ角处。4.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，在负极活性材料的X射线衍射图谱中，SiC峰与Si峰的强度比为1至10。5.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，基于从负极活性材料的X射线荧光分析得出的测量结果，硅的量为45wt％至65wt％，氧的量为10wt％至23wt％，碳的量为12wt％至45wt％。6.如权利要求1所述的负极活性材料，其中，基于100重量份的硅颗粒，负极活性材料中的氧化硅的量为10重量份至30重量份。7.如权利要求1所述的负...

【专利技术属性】
技术研发人员：金德炫，金载明，朱圭湳，金泰植，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：