负极活性材料、包含其的负极、包含所述负极的二次电池以及所述负极活性材料的制备方法技术

本发明专利技术涉及一种负极活性材料，其包含硅‑碳类粒子，所述材料包含：SiC

The negative active material, the negative electrode containing the negative electrode, the secondary battery containing the negative electrode and the preparation method of the negative active material

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极活性材料、包含其的负极、包含所述负极的二次电池以及所述负极活性材料的制备方法
相关申请的交叉引用本申请要求2017年11月6日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2017-0146923的权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
本专利技术涉及负极活性材料、包含其的负极、包含所述负极的二次电池以及所述负极活性材料的制备方法。具体地，所述负极活性材料可以包含具有SiCx基质和掺杂在所述SiCx基质中的硼的硅-碳类粒子，其中所述SiCx基质的x为0.3以上且小于0.6。
技术介绍
由于化石燃料的使用迅速增加，使用替代能源或清洁能源的需求日益增加，并且作为该趋势的一部分，最活跃的研究领域是使用电化学反应的发电和蓄电领域。目前，使用这类电化学能的电化学装置的典型实例是二次电池，并且其使用领域越来越大。近年来，随着例如便携式计算机、移动电话和照相机的便携式装置的技术开发和需求增加，对作为能源的二次电池的需求显著增加。在这类二次电池之中，具有高能量密度的锂二次电池，即具有高容量的锂二次电池，已经经过大量研究并且也已经被商业化并广泛使用。通常，二次电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。负极包含用于使来自正极的锂离子嵌入和脱嵌的负极活性材料，并且作为所述负极活性材料，可以使用具有大放电容量的硅类粒子。然而，例如SiOx(0≤x<2)的硅类粒子的SiO2在充电期间与从正极产生的Li离子反应并形成不可逆的锂硅酸盐。因此，电池的初始效率低。此外，例如SiOx(0≤x<2)的硅类粒子在充放电期间体积改变过大并且具有低导电性，从而存在电池寿命劣化的问题。通常，为了解决这样的问题，已经使用了在硅类粒子的表面上形成涂层的技术。具体地，存在一种在硅类粒子的表面上形成碳涂层的方法(韩国专利公开号10-2015-0112746)。然而，即使形成了碳涂层，也难以控制不可逆相的形成，并且即使形成了碳涂层，降低电池电阻的效果也不会很大。因此，需要一种负极活性材料，其在改善电池的初始效率、容量和寿命特性的同时，能够代替SiOx(0≤x<2)。[现有技术文献][专利文献](专利文献1)韩国专利公开号10-2015-0112746
技术实现思路
技术问题本专利技术的一个方面提供一种负极活性材料，其能够抑制电池反应期间的不可逆反应，从而改善初始效率，并且具有优异的导电性、机械强度和化学稳定性，从而改善电池的容量和寿命特性。技术方案根据本专利技术的一个方面，提供一种负极活性材料，其包含硅-碳类粒子，所述硅-碳类粒子具有SiCx基质和掺杂在所述SiCx基质中的硼，其中所述SiCx基质的x为0.3以上且小于0.6。根据本专利技术的另一方面，提供一种负极，其包含所述负极活性材料；以及提供一种二次电池，其包含所述负极。根据本专利技术的另一方面，提供一种制备负极活性材料的方法，所述方法包括：将气化的硅源、碳源和载气引入第一反应炉中，通过第一热处理形成基质流体；和通过使所述基质流体与气态硼反应形成掺杂有硼的SiCx基质，其中所述SiCx基质的x为0.3以上且小于0.6。有益效果根据本专利技术，通过包含在负极活性材料中的SiCx基质，使电池充放电期间不可逆相的产生最少化，从而能够改善电池的初始效率。此外，由于通过SiCx基质改善了导电性、物理强度和化学稳定性，因此能够改善电池的容量和寿命特性。同时，由于硼掺杂在SiCx基质中，因此能够进一步改善导电性，从而进一步改善电池的容量和寿命特性。具体实施方式在下文中，为了促进对本专利技术的理解，将更详细地描述本专利技术。应该理解的是，在本说明书和权利要求书中使用的词语或术语不应被解释为具有常用词典中定义的含义。应该进一步理解的是，基于专利技术人可以适当地定义词语或术语的含义以最好地解释本专利技术的原则，这些词语或术语应该被解释为具有与其在本专利技术的相关领域和技术思想的上下文中的含义一致的含义。本文中使用的术语仅用于描述特定示例性实施方式的目的，并非旨在限制本专利技术。在说明书中，除非相反地指出，否则单数形式的术语可以包括复数形式。还应当理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包含”、“包括”或“具有”指明所述的特征、数量、步骤、元件或其组合的存在，但并不排除一个或多个其它特征、数量、步骤、元件或其组合的存在或增加。根据本专利技术的一个实施方式的负极活性材料包含硅-碳类粒子，所述硅-碳类粒子具有SiCx基质和掺杂在所述SiCx基质中的硼，其中所述SiCx基质的x可以为0.3以上且小于0.6。所述硅-碳类粒子可以包含SiCx基质和硼。所述SiCx基质可以包含SiC和Si。通常，作为负极活性材料使用的硅类粒子SiOx(0≤x<2)，在由SiOx(0≤x<2)中包含的SiO2驱动电池时会产生不可逆相。因此，电池的初始效率低。此外，SiOx(0≤x<2)的物理强度和化学稳定性低，因此在电池的充放电期间负极的体积过度变化。此外，所述SiOx(0≤x<2)的导电性低。因此，在使用SiOx(0≤x<2)的电池的情况下，其容量和寿命劣化。然而，由于所述SiCx基质不包含SiO2，因此可以使不可逆相的产生最小化，并且当使用包含所述SiCx基质的负极活性材料时，可以改善电池的初始效率。此外，所述SiCx基质的物理强度和化学稳定性优异，与使用SiOx(0≤x<2)的电池相比，充放电期间电池的体积膨胀程度更小。此外，与SiOx(0≤x<2)相比，SiCx基质的导电性优异，从而当使用包含所述SiCx基质的负极活性材料时，可以改善电池的容量和寿命特性。所述SiCx基质的x对应于SiCx基质中包含的C对Si的数量比。所述SiCx基质的x可以是0.3以上且小于0.6，具体地，0.3以上且小于0.55，更具体地，0.4以上且小于0.5。当x小于0.3时，出现的问题是由于过量的Si含量导致导电性降低，由于不与碳保持键合关系的Si而发生与电解质的副反应，并且由于所述Si而使电极的体积在电池的充放电期间过度增加。另一方面，当x为0.6以上时，Si含量太小，因此电池容量过度降低。考虑到x的范围，本专利技术的负极活性材料的SiCx基质区别于典型的硅-碳类(SiC)。在SiC的情况下，Si和C的数量比为1:1，而SiCx基质可以包含数量比C多的Si。因此，当使用所述SiCx基质代替化学稳定的SiC时，可以改善容量。所述SiCx基质可以呈粒子的形式。所述硼可以以掺杂状态存在于所述SiCx基质中，具体地，可以置于所述SiCx基质内部，更具体地，可以均匀地置于所述SiCx基质内部。所述硼在所述SiCx基质中的掺杂对应于p型掺杂。因此，可以通过所述硼改善负极活性材料的导电性。基于所述硅-碳类粒子的总重量，所述硼的含量可以为0.5重量％至1重量％，具体地，0.5重量％至0.9重量％，更具体地，0.5重量％至0.8重量％。当满足上述范围时，可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负极活性材料，包含硅-碳类粒子，所述硅-碳类粒子具有：/nSiC

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171106 KR 10-2017-01469231.一种负极活性材料，包含硅-碳类粒子，所述硅-碳类粒子具有：
SiCx基质；和
掺杂在所述SiCx基质中的硼，其中
所述SiCx基质的x为0.3以上且小于0.6。


2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
基于所述硅-碳类粒子的总重量，所述硼的含量为0.5重量％至1重量％。


3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
所述硅-碳类粒子的平均粒径(D50)为1μm至10μm。


4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
所述SiCx基质包含SiC和Si。


5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中
所述硼布置在所述SiCx基质内部。


6.一种制备负极活性材料的方法，所述方法包括：
将气化的硅源、碳源和载气引入第一反应炉中，通过第一热处理形成基质流体；和
通过使所述基质流体与气态硼反应形成掺杂有硼的SiCx基质，其中
所述SiCx基质的x为0.3以上且小于0.6。


7.根据权利要求6所述的方法，其中

【专利技术属性】
技术研发人员：吴一根，金银卿，李龙珠，赵来焕，李秀民，崔静贤，
申请(专利权)人：株式会社LG化学，
类型：发明
国别省市：韩国;KR