负极活性材料以及包含其的负极和二次电池制造技术

一种负极活性材料包含：包含SiO

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】负极活性材料以及包含其的负极和二次电池


[0001]本申请要求于2021年8月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2021
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0107524号和于2022年5月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10
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2022
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0055522号的优先权和权益，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文中。
[0002]本专利技术涉及一种负极活性材料以及包含其的负极和二次电池。

技术介绍

[0003]近来，随着使用电池的电子装置如移动电话、笔记本电脑和电动车辆的快速普及，对小且质轻的具有相对高容量的二次电池的需求一直在急剧增加。特别地，锂二次电池质轻且能量密度高，由此作为移动装置的驱动电源引起了人们的关注。因此，已经为改善锂二次电池的性能积极进行了研究和开发的努力。
[0004]通常，锂二次电池包含正极、负极、插置在所述正极与所述负极之间的隔膜、以及电解质。此外，对于正极和负极，可以在集电器上分别形成各自包含正极活性材料和负极活性材料的活性材料层。通常，将含锂的金属氧化物如LiCoO2和LiMn2O4用作正极的正极活性材料，并将不含锂的含碳活性材料和含硅活性材料用作所述负极的负极活性材料。
[0005]在负极活性材料中，因为含硅活性材料比含碳活性材料具有高的容量和优异的高速充电特性，所以含硅活性材料引起了人们的关注。然而，含硅活性材料的缺点在于，由充电/放电引起的体积膨胀/收缩的程度可能大，并且不可逆容量可能大，因此初始效率可能低。
[0006]另一方面，在含硅活性材料之中，含硅氧化物、具体地由SiO
x
(0<x<2)表示的含硅氧化物的优点在于，由于充电/放电引起的体积膨胀/收缩的程度可以比诸如硅(Si)的其它含硅活性材料更低。然而，含硅氧化物仍然具有因不可逆容量的存在而致初始效率可能降低的缺点。
[0007]在这方面，已经持续进行了研究以通过将诸如Li、Al和Mg的金属掺杂或嵌入到含硅氧化物中来降低不可逆容量并改善初始效率。然而，在包含掺杂有金属的含硅氧化物作为负极活性材料的负极浆料的情况下，可能存在通过掺杂金属而形成的金属氧化物与水分反应而提高负极浆料的pH值并改变其粘度的问题。即，可能存在制备的负极的状态可能变差并且负极的充电/放电效率可能降低的问题。
[0008]因此，需要开发一种能够改善包含含硅氧化物的负极浆料的相稳定性并改善由其制备的负极的充电/放电效率的负极活性材料。
[0009]韩国专利第10
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0794192号涉及一种制造用于锂二次电池的碳涂覆的硅
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石墨复合负极活性材料的方法以及制备包含所述负极活性材料的二次电池的方法，但是在解决上述问题方面存在局限。
[0010]相关技术文献
[0011][专利文献][0012](专利文献1)韩国专利第10
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0794192号

技术实现思路

[0013]技术问题
[0014]本专利技术致力于提供一种负极活性材料以及包含其的负极和二次电池。
[0015]技术方案
[0016]本专利技术的示例性实施方式提供一种负极活性材料，所述负极活性材料包含：包含SiO
x
(0<x<2)和Li化合物的含硅复合粒子；在所述含硅复合粒子表面的至少一部分上的碳层；在所述含硅复合粒子表面的至少一部分上的包含无定形相的表面层；以及至少一种第13族元素和至少一种第15族元素。
[0017]本专利技术的另一个示例性实施方式提供一种包含所述负极活性材料的负极。
[0018]本专利技术的又一示例性实施方式提供一种包含所述负极的二次电池。
[0019]专利技术的有益效果
[0020]根据本专利技术示例性实施方式的负极活性材料包含在含硅复合粒子上的表面层，其中所述表面层包含无定形相，其能够有效地除去含硅复合粒子中包含的锂副产物。这通过在含硅复合粒子的表面上设置如上所述的表面层来实现，所述表面层通过有效地涂覆未反应的锂副产物而能够防止锂副产物或含硅复合粒子中的锂化合物与浆料的水分反应而使浆料的物理性质劣化的现象。此外，因为表面层具有促进Li离子进出的无定形相，所以可以具有能够在有效地减少浆料上的副反应的同时稳定地实现电池的容量、效率、电阻性能和/或寿命的效果。
[0021]根据本专利技术示例性实施方式的负极活性材料可以具有如下效果：因为表面层包含Li以降低负极活性材料表面的Li扩散阻力，所以放电速率限制特性(倍率性能)变得优异。
附图说明
[0022]由下面给出的详细描述和附图，将更全面地了解本专利技术，其仅以示例的方式给出并由此不限制本专利技术。
[0023]图1显示了本专利技术的实施方式，其中含硅复合粒子具有涂覆有碳层的表面并且在碳层上涂覆有表面层(例如表面层是薄膜)。
[0024]图2显示了本专利技术的实施方式，其中含硅复合粒子具有涂覆有碳层的表面并且在碳层的一部分上涂覆有表面层(例如表面层为岛状层)。
[0025]图3显示了本专利技术的实施方式，其中含硅复合粒子具有碳层和表面层的部分重叠层和非重叠层。
具体实施方式
[0026]在下文中，将更详细地描述本说明书。
[0027]在本说明书中，当一个部分“包含”一个构成要素时，除非另有具体说明，否则这并不意味着排除其它构成要素，而是意味着还可以包含其它构成要素。
[0028]在本说明书中，当一个构件布置在其它构件之“上”时，这不仅包括一个构件与其它构件接触的情况，还包括在两个构件之间存在其它构件的情况。
[0029]说明书中使用的术语或词语不应被解释为限于典型或词典的含义，而应基于专利技术人能够适当地定义术语的概念从而以最佳方式描述他/她自己的专利技术的原则用与本专利技术的
技术主旨相一致的含义和概念来解释。
[0030]在本说明书中使用的术语的单数表述包括复数表述，除非它们在上下文中具有明确相反的含义。
[0031]在本说明书中，负极活性材料中包含的结构的结晶性可以通过X射线衍射分析来确认，X射线衍射分析可以使用X射线衍射(XRD)分析仪(商品名：D4
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endavor，制造商：Bruker公司)来进行，并且除了所述设备之外，还可适当采用本领域中使用的设备。
[0032]在本说明书中，负极活性材料中的元素的有无和元素的含量能够通过ICP分析来确认，并且ICP分析可以使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICPAES，Perkin Elmer 7300)来进行。
[0033]在本说明书中，平均粒径(D
50
)可以定义为在粒子的粒度分布曲线(粒度分布图的图曲线)中对应于累积体积的50％的粒径。平均粒径(D
50
)例如可以使用激光衍射法来测定。激光衍射法通常能够测量从亚微米到约几毫米的粒度，并且可以获得高重现性和高分本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种负极活性材料，所述负极活性材料包含：包含SiO
x
和Li化合物的含硅复合粒子，其中0<x<2；在所述含硅复合粒子表面的至少一部分上的碳层；在所述含硅复合粒子的至少一部分上的包含无定形相的表面层；以及至少一种第13族元素和至少一种第15族元素。2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述表面层包含Al、P和O元素。3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述表面层包含Li、Al、P和O元素。4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述表面层包含Li
y
Al
z
P
w
O
v
相，其中0<y≤10，0<z≤10，0<w≤10且0<v≤10，并且所述Li
y
Al
z
P
w
O
v
相是无定形相。5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中在所述负极活性材料的X射线衍射分析时，不出现源自所述表面层的结晶峰。6.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中在所述负极活性材料的X射线衍射分析时，出现源自Si的峰，并且出现源自L...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔静贤，朴世美，朴熙娟，申善英，吴一根，李龙珠，
申请(专利权)人：株式会社LG新能源，
类型：发明
国别省市：