负极活性材料、包含该负极活性材料的负极、包含该负极的二次电池及负极活性材料制造方法与流程

本申请要求2021年8月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2021-0107517的优先权和利益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。本发明涉及一种负极活性材料、包含所述负极活性材料的负极、包含所述负极的二次电池以及负极活性材料的制备方法。

背景技术：

1、由于化石燃料的使用迅速增加，对可替代能源或清洁能源的使用需求日益增加，作为这一趋势的一部分，最活跃的研究领域是使用电化学反应的发电和储电领域。

2、目前，使用此类电化学能的电化学装置的代表性示例包括二次电池，并且其使用领域越来越大。近来，随着对诸如便携式计算机、便携式电话和照相机等便携式装置的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加，并且已经对在此类二次电池之中具有高能量密度(即，高容量)的锂二次电池进行了大量研究，并且具有高容量的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。

3、通常，二次电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。所述负极包含用于使来自正极的锂离子嵌入和脱嵌的负极活性材料，并且可以使用具有高放电容量的硅系粒子作为负极活性材料。然而，硅系粒子例如siox(0≤x<2)中的sio2与从正极递送的锂离子部分反应生成锂硅酸盐，并且该锂硅酸盐不可逆地起作用，因此是电池初始效率降低的原因。此外，硅系粒子的体积在充电/放电过程中变化太大，导致与电解液的副反应。因此，存在电池的使用寿命降低的问题。

4、为了解决现有技术中的问题，已经使用了一种通过有意地用诸如mg的金属掺杂硅系粒子以阻挡可能不可逆地形成的反应位点来改善初始效率的技术。然而，尽管能够改善初始效率，但在不考虑合适组成的情况下，难以仅通过用金属掺杂硅系粒子来改善电池的使用寿命特性，并且存在如下问题：通过金属掺杂显著降低了每重量的容量。

5、另一方面，在制备掺杂有金属的硅系粒子期间，粒子可能容易被氧化，从而出现电池的初始效率降低的问题。因此，需要一种用于防止电池的初始效率降低的方法。

6、此外，为了改善负极活性材料的导电性，可以通过在掺杂有金属的硅系粒子上形成碳涂层来制备负极活性材料。然而，由于仅形成碳涂层会限制导电性的改善，因此在电池的使用寿命特性的改善方面存在局限。因此，需要一种能够进一步改善负极活性材料的导电性的方法。

7、[现有技术文献]

8、(专利文献1)韩国专利申请公开号10-2019-0101767

技术实现思路

1、技术问题

2、本发明要解决的问题是提供一种能够改善电池的初始效率和使用寿命特性的负极活性材料。

3、本发明要解决的另一个问题是提供一种包含所述负极活性材料的负极。

4、本发明要解决的又一个问题是提供一种包含所述负极的二次电池。

5、本发明要解决的又一个问题是提供一种负极活性材料的制备方法。

6、技术方案

7、本说明书的示例性实施方式提供了一种负极活性材料，所述负极活性材料包含：硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含siox(0<x<2)、以及mg化合物或li化合物；和碳层，所述碳层设置在所述硅系复合粒子上，其中所述硅系复合粒子具有5m2/g至60m2/g的bet比表面积，并且所述负极活性材料具有2m2/g至15m2/g的bet比表面积，并且所述负极活性材料在粉末密度为1.4g/cc时具有0.05s/cm至1s/cm的粉末电导率。

8、本说明书的示例性实施方式提供了一种负极活性材料的制备方法，所述方法包括：制备硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含siox(0<x<2)、以及mg化合物或li化合物；和在所述硅系复合粒子的表面上设置碳层。

9、本说明书的示例性实施方式提供了一种包含所述负极活性材料的负极。

10、本说明书的示例性实施方式提供了一种包含所述负极的二次电池。

11、有益效果

12、由于根据本说明书的一个示例性实施方式的负极活性材料包含具有低水平的bet比表面积的硅系复合粒子并且所述负极活性材料具有低水平的bet比表面积和高的粉末电导率，因此能够改善电池的初始效率和使用寿命特性。

技术特征：

1.一种负极活性材料，包含：

2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅系复合粒子具有20m2/g至60m2/g的bet比表面积。

3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料具有2m2/g至12m2/g的bet比表面积。

4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料具有0.05s/cm至0.8s/cm的粉末电导率。

5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅系复合粒子还包含孔。

6.根据权利要求5所述的负极活性材料，其中所述孔具有2nm至45nm的尺寸。

7.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，基于所述负极活性材料的总计100重量％，所述mg元素或li元素的含量为0.1重量％至20重量％。

8.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述mg化合物包含选自由mg硅酸盐、mg硅化物和mg氧化物组成的组中的至少任一种。

9.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述li化合物包含选自由li硅酸盐、li硅化物和li氧化物组成的组中的至少任一种。

10.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，基于所述负极活性材料的总计100重量％，所述碳层的含量为1重量％至50重量％。

11.一种制备根据权利要求1至10中任一项所述的负极活性材料的方法，所述方法包括：

12.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述制备硅系复合粒子之后，以2℃/分钟至60℃/分钟的速率将所述硅系复合粒子冷却至室温。

13.一种负极，包含根据权利要求1至10中任一项所述的负极活性材料。

14.根据权利要求13所述的负极，还包含碳系负极活性材料。

15.一种二次电池，包含根据权利要求13所述的负极。

技术总结
本发明涉及一种负极活性材料、包含该负极活性材料的负极、包含该负极的二次电池以及负极活性材料的制备方法，所述负极活性材料包含：硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含SiOx(0<x<2)以及Mg化合物或Li化合物；和碳层，所述碳层布置在所述硅系复合粒子上，其中所述硅系复合粒子具有5m2/g至60m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料具有2m2/g至15m2/g的BET比表面积和在粉末密度为1.4g/cc时0.05S/cm至1S/cm的粉末电导率。

技术研发人员：朴世美,申善英,吴一根,李秀民,李龙珠
受保护的技术使用者：株式会社LG新能源
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15