[发明专利]复合负极活性材料、其制备方法、包含其的负极和二次电池

说明书

本发明涉及一种复合负极活性材料，所述复合负极活性材料包含：硅基核粒子；外碳涂层，所述外碳涂层形成在所述硅基核粒子上；和单壁碳纳米管，其中所述单壁碳纳米管与所述外碳涂层接触并且包含与所述外碳涂层部分间隔开的主体，并且所述外碳涂层在其中包含35重量％～55重量％的氧。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年7月26日提交的韩国专利申请10-2019-0091148号的优先权和权益，通过参考将其内容以其完整的形式并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种复合负极活性材料、其制备方法、包含其的负极和二次电池。

背景技术

近来，随着使用电池的电子装置如移动电话、笔记本计算机和电动车辆等的快速普及，对尺寸小且重量轻但容量相对高的二次电池的需求一直在急剧增加。特别地，锂二次电池重量轻并且能量密度高，因此作为便携式装置的驱动电源而成为了焦点。因此，已经对改善锂二次电池的性能积极地进行了研究和开发的尝试。

锂二次电池通常包含正极、负极、设置在正极与负极之间的隔膜、电解质、有机溶剂等。另外，在正极和负极中，可以在集电器上形成包含正极活性材料或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、LiMn₂O₄等用作正极中的正极活性材料，由此将不含锂的碳基活性材料或硅基负极活性材料用作负极中的负极活性材料。

特别地，在负极活性材料中，硅基负极活性材料由于其容量为碳基负极活性材料的容量的约10倍而引起了极大关注，并且由于其容量高而具有即使薄的电极也能够实现高能量密度的优点。然而，硅基负极活性材料由于存在如下问题而未普遍使用：由于充电和放电而发生体积膨胀，活性材料粒子由于体积膨胀而破裂/损坏，因此，寿命特性劣化。

特别地，硅基负极活性材料的问题在于，由于充电和放电会引起体积膨胀/收缩，所以活性材料之间的距离可能增加并且活性材料之间可能发生电短路，因此，电荷移动路径可能会丢失并且锂离子可能会被隔离，从而降低容量并加速寿命劣化。

因此，需要开发一种在实现硅基负极活性材料的高容量和高能量密度的同时具有改善的寿命特性的二次电池。

韩国未审查的专利公布10-2017-0074030号涉及一种锂二次电池用负极活性材料、其制备方法和包含其的锂二次电池，并且公开了包含多孔硅-碳复合材料的负极活性材料，但是在解决上述问题方面仍存在局限性。

现有技术文献

[专利文献]

韩国未审查的专利公布10-2017-0074030号

发明内容

[技术问题]

本发明旨在提供一种复合负极活性材料，所述复合负极活性材料在使用硅基活性材料时能够有效地防止由充电和放电所引起的活性材料之间的电短路，并改善了寿命特性。

本发明还旨在提供一种制备上述复合负极活性材料的方法。

本发明还旨在提供包含上述复合负极活性材料的负极和二次电池。

[技术方案]

本发明的一个方面提供一种复合负极活性材料，所述复合负极活性材料包含硅基核粒子、形成在所述硅基核粒子上的外碳涂层和单壁碳纳米管，其中所述单壁碳纳米管与所述外碳涂层接触并包含与所述外碳涂层部分间隔开的主体，并且所述外碳涂层在其中包含35重量％～55重量％的氧。

本发明的另一个方面提供一种制备复合负极活性材料的方法，所述方法包括如下步骤：将硅基核粒子、用于形成外碳涂层的前体和单壁碳纳米管混合；以及在250℃～650℃下对所述混合物进行热处理。