锂二次电池用负极活性材料、包含其的负极以及包含所述负极的锂离子二次电池制造技术

本发明专利技术涉及一种可以用作负极活性材料的负极材料。所述负极材料包含含有金属(M)‑硅酸盐的硅氧化物材料和碳质材料。根据本发明专利技术的实施方案，所述负极材料可以包含含有以预定比例彼此混合的金属(M)‑硅酸盐的硅氧化物材料和碳质材料。根据本发明专利技术的负极活性材料包含具有宽的粒度分布的碳质材料与金属‑硅酸盐的复合材料，由此提供了改善的导电性和寿命特性。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】锂二次电池用负极活性材料、包含其的负极以及包含所述负极的锂离子二次电池
本专利技术涉及一种锂二次电池用负极活性材料、包含其的负极以及包含所述负极的锂离子二次电池。本申请要求于2018年1月30日在韩国提交的韩国专利申请10-2018-0011650号的优先权。
技术介绍
近来，随着移动设备、个人计算机、电动机和现代电容器装置的开发和普及，对高容量能源的需求已经日益增长。这种能源的典型实例包括锂二次电池。硅作为用于下一代类型的非水电解质二次电池的负极材料已经备受关注，因为其容量(约4200mAh/g)相当于常规用作负极材料的石墨类材料的容量(理论容量：372mAh/g)的约10倍以上。因此，已经提出了将与锂形成合金且显示出高理论容量的硅作为替代碳质材料的新型负极活性材料。然而，硅在充电期间经历体积膨胀并且在放电期间经历体积收缩。为此，当对二次电池重复充电/放电时，用作负极活性材料的硅被微粉化并且显示出增加了在电极中失去导电路径的隔离粒子，从而导致二次电池的容量降低。作为改善循环特性的方法，已经研究并提出了如下方法：1)硅的微粉化；2)使用硅氧化物(SiOx)；3)使用硅合金等。1)在硅的微粉化的情况下，能够预期，随着微粉化的进行可以改善循环特性。然而，在减小结晶硅的微晶尺寸方面存在限制。由此，难以解决充电/放电期间的硅的微粉化的问题。2)当使用硅氧化物(SiOx)时，能够通过在无定形SiOy中形成硅的微晶体来抑制微粉化。然而，因为氧化物消耗Li，所以初始充电/放电效率低，使得硅氧化物的使用不适合用于提供具有高能量的二次电池。3)硅合金通过改变与硅结合的金属元素来允许各种材料设计。因此，容易形成改善循环特性的纳米结构，并且能够抑制硅微晶的生长。另外，能够预期，充电/放电效率高于通过使用氧化物获得的效率。即使在根据相关技术提出的结构的情况下，也可以抑制具有能够通过X射线衍射法来确定的尺寸(约5nm以上)的硅微晶的微粉化。由此，能够略微避免充电/放电之后的容量下降。然而，在这种情况下，膨胀率仍然很高。当实际将硅合金应用于二次电池时，不能克服二次电池的厚度变化(特别是增加)的成因。在这些情况下，持续需要研究新型的负极活性材料。
技术实现思路
技术问题本专利技术旨在提供一种具有优异的导电性和寿命特性的负极活性材料、包含其的负极以及包含所述负极的二次电池。本专利技术的这些和其它目的以及优点可以根据以下详细描述来理解，并且根据本专利技术的示例性实施方案将变得更加显而易见。此外，将容易理解，本专利技术的目的和优点可以通过所附权利要求书中所示的手段以及其组合来实现。技术方案在本专利技术的一个方面，提供了一种用作电化学装置用负极活性材料的负极材料。根据本专利技术的第一实施方案，存在一种包含第一活性材料粒子和第二活性材料粒子的负极材料，其中第一活性材料粒子包含含有金属(M)-硅酸盐和硅氧化物的硅氧化物材料(M-SiOx(0<x≤2))，并且第二活性材料粒子包含碳质材料；当第一活性材料粒子的粒径(D50)为r且第二活性材料粒子的粒径(D50)为R时，负极材料满足下式1；并且根据通过对由对第二活性材料粒子的粒度分布进行高斯拟合而得到的实验的中心值和FWMH分布进行绘图所确定的，第二活性材料粒子具有9μm以上的半峰全宽(FWHM)值，[式1]1μm≤r≤0.4R根据本专利技术的第二实施方案，提供了如第一实施方案中所限定的负极材料，其中金属(M)为锂(Li)、镁(Mg)、钙(Ca)或以上金属中的至少两种，并且硅氧化物材料可以由M-SiOx(其中0＜x≤2)表示。根据本专利技术的第三实施方案，提供了如第一或第二实施方案中所限定的负极材料，其中金属(M)是镁(Mg)。根据本专利技术的第四实施方案，提供了如第一至第三实施方案中任一个实施方案中所限定的负极材料，其中金属(M)-硅酸盐是Mg-硅酸盐，并且Mg-硅酸盐包括MgSiO3、Mg2SiO4或者MgSiO3和Mg2SiO4。根据本专利技术的第五实施方案，提供了如第一至第四实施方案中的任一个实施方案中所限定的负极材料，其中第一活性材料粒子包含多个含有结晶硅的硅相，并且所述硅相嵌入/埋入硅氧化物材料中并以点状形状分散/分布。根据本专利技术的第六实施方案，提供了如第一至第五实施方案中任一个实施方案中所限定的负极材料，其中第一活性材料粒子在其主体内部和其外表面上具有多个孔，并且基于最大孔径，所述孔具有2nm至1μm的直径。根据本专利技术的第七实施方案，提供了如第一至第六实施方案中任一个实施方案中所限定的负极材料，其中第一活性材料粒子具有覆盖其至少一部分表面的碳涂层，并且所述涂层包含炭黑、乙炔黑或科琴黑，或者所述涂层通过使用诸如甲烷气体的气态成分的气相沉积工艺而形成。根据本专利技术的第八实施方案，提供了如第一至第七实施方案中任一个实施方案中所限定的负极材料，其中在负极材料中将第一活性材料粒子和第二活性材料粒子以1：99至30：70的重量比混合。在本专利技术的另一个方面，还提供了一种电化学装置用负极。根据本专利技术的第九实施方案，提供了一种负极，所述负极包含如第一至第八实施方案中任一个实施方案中所限定的负极材料。在本专利技术的又一个方面，还提供了一种包含所述负极的电极组件。根据本专利技术的第十实施方案，提供了一种电极组件，所述电极组件包含负极、正极和设置在负极与正极之间的隔膜，其中所述负极是如第九实施方案中所限定的负极。有益效果根据本专利技术的负极活性材料包含具有宽粒度分布的碳质材料与金属硅酸盐的复合材料，由此提供改善的导电性和寿命特性。附图说明附图示出了本专利技术的优选实施方案，并且与前述公开内容一起用来提供对本专利技术的技术特征的进一步理解，由此，本专利技术不应被解释为限于附图。同时，为了更清楚地描述，可以放大附图中的要素的形状、尺寸、尺度或比例。图1是示出根据实施例的电池与根据比较例的电池相比的循环特性的图。具体实施方式下文中，将参考附图来详细描述本专利技术的优选实施方案。在描述之前，应理解，说明书和所附权利要求书中所使用的术语不应被解释为限于普通和词典的含义，而是应当基于允许本专利技术人适当地定义术语以进行最佳解释的原则，基于对应于本专利技术的技术方面的含义和概念来解释所使用的术语。因此，本文中提出的描述仅是只出于说明目的的优选实例，而不旨在限制本专利技术的范围，因此应理解，在不背离本专利技术的范围的条件下，可以对其做出其它等效方案和修改。如本文中所使用的，表述“一个部分连接到另一个部分”不仅涵盖“一个部分直接连接到另一个部分”，而且还涵盖通过设置在其间的其它要素使得“一个部分间接连接到另一个部分”。在整个说明书中，表述“一个部分‘包含’要素”并不排除任何其它要素的存在，而是意指所述部分还可以包含其它要素。如本文中所使用的，当提到专属于所声称含义的可接受的制备误差和材料误差时，术语“约”、“大致”等作为与所述数值接近的含义而使用，并且用于防止无良的侵权者肆无忌惮地使用包含为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用作电化学装置用负极活性材料的负极材料，所述负极材料包含第一活性材料粒子和第二活性材料粒子，/n其中所述第一活性材料粒子包含含有金属(M)-硅酸盐和硅氧化物的硅氧化物材料(M-SiO

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180130 KR 10-2018-00116501.一种用作电化学装置用负极活性材料的负极材料，所述负极材料包含第一活性材料粒子和第二活性材料粒子，
其中所述第一活性材料粒子包含含有金属(M)-硅酸盐和硅氧化物的硅氧化物材料(M-SiOx(0<x≤2))，并且所述第二活性材料粒子包含碳质材料；
当所述第一活性材料粒子的粒径(D50)为r且所述第二活性材料粒子的粒径(D50)为R时，所述负极材料满足下式1；并且
根据通过对由对所述第二活性材料粒子的粒度分布进行高斯拟合而得到的实验的中心值和半峰全宽(FWMH)分布进行绘图所确定的，所述第二活性材料粒子具有9μm以上的半峰全宽(FWHM)值，
[式1]
1μm≤r≤0.4R


2.根据权利要求1所述的负极材料，其中所述金属(M)为锂(Li)、镁(Mg)、钙(Ca)或以上金属中的至少两种，并且所述硅氧化物材料由M-SiOx(其中0＜x≤2)表示。


3.根据权利要求2所述的负极材料，其中所述金属(M)是镁(Mg)。


4.根据权利要求1所述的负极材料，其中所述金属(M)-硅酸盐是Mg-硅酸盐，并且Mg-硅酸盐包括MgSiO3、Mg2SiO4...

【专利技术属性】
技术研发人员：申善英，金帝映，李龙珠，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