[发明专利]二次电池用电极活性材料、包括其的电极和二次电池以及该电极活性材料的制备方法在审

专利信息
申请号: 201980002868.6 申请日: 2019-12-06
公开(公告)号: CN113302764A 公开(公告)日: 2021-08-24
发明(设计)人: 秦洪秀 申请(专利权)人: 力弗能源有限公司
主分类号: H01M4/36 分类号: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M4/134;H01M10/052
代理公司: 北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙) 11201 代理人: 宋融冰
地址: 韩国*** 国省代码: 暂无信息
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摘要:
搜索关键词: 二次 电池 用电 活性 材料 包括 电极 以及 制备 方法
【说明书】:

根据本发明的一实施例,提供一种用于二次电池的电极活性材料。根据本发明的一实施例的电极活性材料可以通过将在碳基材料上形成有硅层的复合物用作单位粉末来形成。根据本发明的一实施例,上述复合物可以被配置成使得硅层位于碳基材料内部且硅不暴露于碳基材料的外表面或局部暴露于碳基材料的外表面的一部分,且硅层中可以同时包括硅和碳。

技术领域

本发明涉及一种二次电池用电极活性材料、包括其的电极和二次电池以及上述电极活性材料的制备方法,更详细地,涉及通过混合碳基材料和硅来可以提供高容量、高效率的充放电特性的电极活性材料、包括其的电极和二次电池以及上述电极活性材料的制备方法。

背景技术

最近,锂二次电池作为用于驱动电子设备的电源受到关注,这种锂二次电池在从如手机等的IT设备到电动车辆和能量存储设备的各种领域的使用呈大增趋势。

目前,随着锂二次电池的应用领域和需求的增加,己经开发了多种锂二次电池结构,且为了提高电池的容量、寿命、性能及安全性等而积极进行各种研究开发。

作为一例,以往,石墨基材料主要用作锂二次电池的电极活性材料(负极活性材料),但由于石墨的每单位质量的容量仅为372mAh/g,因此高容量化有局限性,由此难以充分改善二次电池的性能,因此,最近进行通过用如硅(Si)、锡(Sn)、锑(Sb)及铝(Al)等与锂形成电化学合金的材料替代石墨基材料的研究。

然而,这些材料具有在与锂形成电化学合金来充放电的过程中体积膨胀和收缩的特性,并且由于这种充放电引起的体积变化导致电极的体积膨胀,从而二次电池的循环特性劣化,因此,使用这些材料制备的电极活性材料尚未实质上商业化。

例如,硅作为可替代石墨基材料的二次电池用电极活性材料备受关注,且由于每个硅能够吸收最大4.4个锂而可以提供高容量,然而,在吸收锂离子的过程中硅的体积膨胀约四倍(作为参考,以往通常用作电极活性材料的石墨在充放电时表现出约1.2倍的膨胀率),因此,若二次电池继续充放电,则电极的膨胀加剧,导致二次电池的循环特性迅速恶化。

作为解决这种问题的方法,最近提出了通过将硅与如石墨等碳基材料混合来形成电极活性材料的技术。例如,参照专利文献1和专利文献2,其公开了通过在如石墨等的碳基材料上形成硅层来改善二次电池的性能的技术。

具体而言,专利文献1公开了在如石墨等的碳基材料的表面上形成硅涂层,以确保比由石墨材料形成的现有电极活性材料更高的容量,同时,减少由于硅的膨胀和收缩引起的二次电池的循环性能劣化的方案。然而,由于专利文献1中公开的电极活性材料具有碳基材料的外表面上包括硅层的结构,因此,外部的硅层在充放电过程中极大地膨胀和收缩,从而,电极活性材料与电极电短路或电极活性材料的表面微粉化以加速与电解液的副反应等,仍然无法避免二次电池性能劣化的问题。

另一方面,专利文献2公开了在如石墨等的碳基材料内部形成硅涂层来改善电极活性材料的性能的技术。具体而言,专利文献2公开了在使碳基材料球形化来其内部形成空腔之后,通过化学气相沉积(Chemical Vapor Deposition;CVD)沉积硅涂层,从而在碳基材料内部的空腔形成硅涂层的技术。然而,在专利文献2中公开的技术也由于将经过球形化处理而在其内部形成空腔的碳基材料放入反应室中并注入原料气体来沉积硅涂层的过程中,硅涂层不仅形成在碳基材料内部的空腔,还自然形成在碳基材料外部,如此形成在碳基材料外部的硅涂层在充放电过程中反复膨胀和收缩,从而与专利文献1类似地成为降低二次电池的循环特性的原因。

因此,在二次电池领域中仍然需要开发一种能够提高电池容量并确保良好的循环特性的电极活性材料及其制备方法。

(现有技术文献)

专利文献1:韩国授权专利第10-1628873号(授权日:2016.06.02.)

专利文献2:韩国授权专利第10-1866004号(授权日:2018.06.01.)

发明内容

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