负极活性物质及其制备方法_3

文档序号:8436025阅读:来源:国知局
的离屯、力的离屯、 雾化法(centrifugalatomization)等。并且,作为带状(ribbon)及丝状(filaments) 的制备方法,可有向旋转漉(roll)喷射烙融合金并进行冷却的使用一个漉的单漉烙体纺 丝法(singlerollmeltspinning)和使用双漉的双漉溶体纺丝法(Twinrollermelt spinning),而且,可有在相向的金属板之间对烙融金属进行冷却的冷底板泽火(splat quenching)法等。
[0069] 本发明的一实施例,能够Wl〇3K/sec至10化/sec的急冷速度来执行上述合金烙液 的急冷。若上述急冷速度小于103K/sec,则可存在Si相及MySiy相的大小粗大化的问题,若 急冷速度大于l〇9K/sec,则在工序方面并不容易。
[0070] 根据本发明的一实施例,具有在上述步骤(i)中可借助急冷方法来得到Si相及 MySiy相均匀分布的Si-MySiy合金粉末的优点。借助上述急冷方法形成的巧部,通过使MySiy 相和Si相均匀分布于Si-MySiy合金粉末内,从而可对提高电极的循环特性方面产生重要的 影响。
[0071] 借助上述急冷方法来能够使相的分布均匀的原因为,根据作为晶体生长的原理的 核生成-晶体生长(Nucleation-Growth)理论,冷却速度越快,核生成的驱动力(化iving 化rce)越大,小的晶核均匀地形成于相整体,并可相对抑制晶体生长。
[0072] 并且,根据本发明的一实施例,上述步骤(i)在使已制备的Si-MxSiy合金粉末急 冷之后,在急冷步骤和蚀刻步骤之间还可包括进行机械研磨的步骤。
[0073] 即,即使借助急冷方法来制备Si-MySiy合金粉末,但由于使各晶相的大小变小方 面存在局限性,因而为了得到相的分布更加微细、均匀的Si-MySiy合金粉末,可借助常规的 研磨方法来执行机械研磨。作为机械研磨方法,例如可使用高能量球磨机(SPEXmill)、 行星式磨机(Planetarymill)、对转圆盘式破碎机(Attritionmill)、磁球磨机(Ma即eto ballmill)、振动式磨机(vibrationmill)等的方法,但并不限定于此。
[0074] 上述Si-MxSiy合金粉末的第二制备方法可W为通过对金属M和Si进行机械研磨 来制备Si-MxSiy合金粉末的方法。
[0075] 在上述步骤(i)中得到的Si-M,Siy合金粉末可W为Si-M,Siy合金粉末的整体组织 为非晶质相的合金粉末,或一部分为非晶质相,残余部分为微结晶性的结晶相合金粉末,或 者Si-MySiy合金粉末的整体组织为微结晶性粒子形成的结晶相的合金粉末。
[0076] 上述步骤扣)可^为将上述Si-MxSiy合金粉末与蚀刻溶液进行混合及揽拌来进 行蚀刻,从而去除MySiy,来制备多孔性娃类粒子的步骤。
[0077] 在本发明的一实施例的制备方法中,还可包括在上述步骤(ii)中借助蚀刻溶液 来对上述Si-MySiy合金粉末进行蚀刻之前进行热处理的步骤。尤其,在上述步骤(i)中执 行机械研磨的情况下,优选地,在机械研磨步骤和蚀刻步骤之间执行热处理。
[007引为了使上述Si-M,Siy合金粉末的组织更加粗大化,可追加执行上述热处理。若追 加性地执行热处理,则可在约500°C至800°C的温度范围内执行上述热处理。根据本发明的 一实施例,在越高的温度下进行热处理,则Si及MySiy的合金粉末的组织可越粗大。若上述 组织变得粗大,则可借助蚀刻工序来形成大的气孔。
[0079] 上述蚀刻溶液可W为选自由氣化氨(HF)、氣娃酸化SiFe)、氣化锭(饥巧)、盐酸、 硫酸、磯酸及硝酸组成的组中的一种W上的溶液。
[0080] 随着借助上述蚀刻来去除MySiy,可在去除MySiy的部分形成气孔。
[0081] 根据本发明的一实施例,可根据蚀刻时间及上述蚀刻溶液的浓度来控制上述M,Siy 的去除,即气孔的形成程度。
[0082] 根据本发明的一实施例,可从负极活性物质的表面去除上述M,Siy。
[0083] 根据本发明的一实施例,在借助上述蚀刻溶液来去除MySiy的部分形成气孔,从而 可形成包含Si及多个气孔的壳部,由于MySiy未被去除而未形成气孔的部分,可形成包含Si 及MySiy的巧部。
[0084] 为了根据本发明的一实施例来制备上述巧部与壳部的体积比为1:1至1:20的负 极活性物质,上述蚀刻溶液的浓度可W为1M至20M,蚀刻时间可W为30分钟至1000分钟。
[0085] 并且,作为更为优选的一例,为了制备上述巧部与壳部的体积比为1:2至1:10的 负极活性物质,上述蚀刻溶液的浓度可W为1M至5M,蚀刻时间可W为60分钟至600分钟。
[0086] 上述蚀刻时间越长,本发明的负极活性物质的壳部的体积可相对越大,上述蚀刻 时间越短,壳部的体积可相对越小。
[0087] 由于所形成的上述气孔的平均粒径非常细微,并且气孔能够与Si-同整体上均 匀分布,因此当Si与裡合金化而导致体积膨胀时,能够一边压缩气孔的容积,一边膨胀,从 而可制备外观上几乎没有较大变化的多孔性粒子。
[008引上述步骤(iii)可W为在上述多孔性娃类粒子的表面形成碳涂敷层的步骤。
[0089] 可通过将多孔性娃类粒子与碳前体混合后进行热处理,来形成上述碳涂敷层。
[0090] 只要是可借助热处理来生成碳,则上述碳前体的使用不受任何限制,例如,优选地 使用含有碳的气体、非晶质碳或低结晶性碳。具体地,上述碳前体可包含选自由葡萄糖、果 糖、半乳糖、麦芽糖、乳糖或庶糖等的糖类,苯酪类树脂、蒙树脂、聚己締醇树脂、聚氨醋树 月旨、聚酷亚胺树脂、快喃树脂、纤维素树脂、环氧树脂、聚苯己締树脂、间苯二酪类树脂或间 苯=酪类树脂等的树脂类,W及煤炭类渐青、石油类渐青、焦油(tar)、或低分子量的重油等 组成的组中的一种或其中的两种W上的混合物
[0091] 在本发明中,例如,可借助利用上述非晶质碳前体进行碳化的方法来形成上述碳 涂敷层。干式涂敷方法或湿式涂敷方法均可用作上述涂敷方法。并且,可借助利用甲烧、己 烧、丙烷、己締、己诀等的含碳的气体的化学蒸锻(CVD)方法等的蒸锻法,来形成上述碳涂 敷层。
[0092] 在本发明的一实施例的负极活性物质的制备方法中,用于形成上述碳涂敷层的热 处理温度可W为160°C至1300°C,可优选为300°C至1100°C,热处理时间可W为约20分钟 至20个小时,可优选为30分钟至10个小时。
[0093] 若上述热处理温度小于160°C,则由于温度过低,因此很难形成碳涂敷层,若上述 热处理温度大于130(TC,则由于过度过高,将导致所需的化合物的结晶结构发生变化或有 可能生成碳化娃等,因而并不优选。并且,优选地,在存在例如氮气、氣气、氮气、氯气或氣气 等的非活性氛围下执行上述热处理。
[0094] 并且,本发明提供包含上述负极活性物质的负极。
[0095] 本发明的一实施例的上述负极能够W与通常使用的负极活性物质混合上述负极 活性物质的方式包含上述负极活性物质。例如,通常可使用能够包藏及放出裡离子的炭类 物质或裡金属氧化物等。优选地,可使用碳类物质,而作为碳类物质,低结晶性碳及高结晶 性碳等均可使用。上述碳类物质可W为选自由天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、中间相炭微 球(MCMB)、碳纤维W及炭黑组成的组中的一种W上。
[0096] 进而,本发明提供一种包含负极活性物质的裡二次电池,其包括正极(cathode)、 负极(anode)、介于上述正极和负极之间的隔膜及溶解有裡盐的电解质的裡二次电池,其 中,上述负极包含负极活性物质。
[0097] 在上述制备的负极活性物质可W通过通常所使用的制备方法来制备负极。例如, 可在本发明一实施例的负极活性物质中混合及揽拌粘合剂和溶剂,并根据需要,混合及揽 拌导电剂和分散剂来制备浆料后,将上述浆料涂敷于集电体并进行压缩来制备负极。
[009引作为上述粘合剂,能够使用聚偏氣己締-六氣丙締共聚合物(PVDF-CO-HEP)、聚偏 氣己締(p0lyvin}didenefluo;ride)、聚丙締膳(polyac巧lonitrile)、聚甲基丙締酸甲醋 (polymethylmethac巧late)、聚己締醇、駿甲基纤维素(CMC)、淀粉、哲丙基纤维素、再生纤 维素、聚己締化咯烧酬、四氣己締、聚己締、聚丙締、聚丙締酸、S元己丙橡胶巧PDM)、横化S 元己丙橡胶、了苯橡胶(SBR)、氣橡胶、聚丙締酸(polyacirlicacid)及利用Li、化或化 等来取代上述物质的氨的聚合物,或者多种共聚物等多种粘合剂聚合物。作为上述溶剂,能 够使用N-甲基化咯烧
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