[发明专利]无定形硅-碳复合物、其制备方法和包含其的锂二次电池

说明书

本发明涉及无定形硅‑碳复合物、通过使用热解法制备无定形硅‑碳复合物的方法以及锂二次电池负极和锂二次电池，所述锂二次电池负极和所述锂二次电池都包含所述无定形硅‑碳复合物。

技术领域

本申请要求于2018年3月14日提交的韩国专利申请号10-2018-0029924和于2019年3月8日提交的韩国专利申请号10-2019-0026971的优先权和权益，其全部公开内容通过引用整体并入本文。

本发明涉及一种无定形硅-碳复合物、其制造方法、包含所述无定形硅-碳复合物的锂二次电池用负极和锂二次电池。

背景技术

锂二次电池(例如，锂离子电池)、镍金属氢化物电池和其它二次电池作为用于车辆或便携式远程终端如笔记本电脑的电源正变得日益重要。特别地，能够实现高能量密度且重量轻的锂二次电池能够用作车载用高能量电源，从而预期未来需求持续增加。

锂二次电池通过使用能够嵌入/脱嵌锂离子的材料作为负极的活性材料，在正极与负极之间安装多孔隔膜，并注入液体电解质而制造，其中通过在负极和正极处的锂离子的嵌入和脱嵌所产生的氧化还原反应产生或消耗电力。

具体地，在锂二次电池中，已经应用了能够嵌入和脱嵌锂的各种碳类材料作为负极活性材料，所述碳类材料包括人造石墨、天然石墨、硬碳和软碳。使用碳类材料中的石墨作为负极活性材料的电池不仅表现出3.6V的高放电电压，而且在锂二次电池的能量密度方面提供了优势，并且由于其优异的可逆性而保证了锂二次电池的长寿命，因此被最广泛地使用。然而，在石墨活性材料的情况下，当制造电极板时，石墨的密度(理论密度2.2g/cc)低，使得就电极板的每单位体积的能量密度而言，容量低，并且在高电压下容易产生与所使用的有机电解液的副反应，由此存在产生气体、结果降低容量的问题。

为了解决这种碳类负极活性材料的问题，已经开发并研究了与石墨相比具有非常高容量的Si类负极活性材料。但是，高容量的Si类负极材料在充电/放电期间伴随有剧烈的体积变化，因此存在产生粒子分裂、结果寿命特性差的缺点。具体地，能够与锂离子合金化和脱合金化的基于硅或硅氧化物(SiO_x，0x2)的负极活性材料具有最大300％的体积膨胀。在这样的体积膨胀和收缩期间，SiO_x负极活性材料物理地受到严重的应力并被粉碎。结果，破坏了现有的SEI层，并且形成了新的界面，同时形成了新的SEI层。这导致连续的电解液分解和锂离子消耗，从而使电池的循环特性劣化。此外，在连续充电/放电期间，因SiO_x类负极活性材料的体积膨胀和收缩致导电结构被破坏，并且电极的耐久性劣化，从而使电池的寿命劣化。

为了解决这些问题，已经提出了能够缓冲体积膨胀的含有空隙的复合物。然而，在包含空隙结构的复合物的情况下，存在在电极制造期间伴随的压延过程中复合物趋于破裂，并且由于其密度低而难以制造具有高负载量的电极的问题。

此外，作为解决这些问题的方法，已经开发了纳米管型SiO_x，但是存在制造工序困难并且由于单位成本高而商业化困难的问题。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利号10-1612603，碳-硅复合物、包含其的二次电池用负极活性材料及其制备方法(CARBON-SILICON COMPLEX,NEGATIVE ACTIVE MATERIAL FOR SECONDARY BATTERYINCLUDING THE SAME AND METHOD FOR PREPARING THE SAME)。

发明内容

【技术问题】

本发明的一个目的在于提供一种无定形硅-碳复合物，其在锂二次电池的充电/放电期间体积变化小且不会导致破碎。

本发明的另一目的在于提供一种制备无定形硅-碳复合物的方法，其中通过使用热解法使制造工序简单。