负极活性物质复合物、其制备方法、负电极和锂电池与流程

本公开的示例实施例的一个或更多个方面涉及一种负极活性物质复合物、制备该负极活性物质复合物的方法、包括该负极活性物质复合物的负电极以及包括该负极活性物质复合物的可再充电锂电池。

背景技术：

1、可再充电锂电池作为小型便携式电子装置的电源近来已经引起关注。可再充电锂电池使用有机电解质溶液，从而具有使用碱水溶液的常规电池的放电电压的两倍高的放电电压，以及相应地高的能量密度。

2、已经使用具有能够嵌入/脱嵌锂离子的结构的锂-过渡金属氧化物(诸如licoo2、limn2o4、lini1-xcoxo2(0<x<1)等)作为可再充电锂电池中的正极活性物质。

3、已经使用能够嵌入/脱嵌锂离子的各种碳基材料(诸如人造石墨、天然石墨、硬碳等)作为负极活性物质。近来，为了获得高容量，已经研究了诸如硅和锡的非碳基负极活性物质。

技术实现思路

1、本公开的实施例的一个或更多个方面涉及一种负极活性物质复合物，该负极活性物质复合物由于抑制了与电解质的(多种)副反应而具有减小的膨胀。

2、本公开的实施例的一个或更多个方面涉及一种制备该负极活性物质复合物的方法。

3、本公开的实施例的一个或更多个方面涉及一种包括该负极活性物质复合物的负电极。

4、本公开的实施例的一个或更多个方面涉及一种可再充电锂电池，该可再充电锂电池通过包括该负电极而具有改善的初始效率和循环寿命特性。

5、本公开的一个或更多个示例实施例提供一种负极活性物质复合物，所述负极活性物质复合物包括核和位于核周围(例如，围绕核)的包覆层，核包括结晶碳、非晶碳和硅纳米颗粒，包覆层包括非晶碳，并且硅纳米颗粒之间的相邻距离(例如，相邻硅纳米颗粒之间的距离)小于或等于约100nm。

6、结晶碳可以包括颗粒(例如，以颗粒的形式被包括)，每个颗粒的尺寸大于每个硅纳米颗粒的尺寸。

7、硅纳米颗粒可以具有约50nm至约150nm的平均粒径(d50)。

8、与硅纳米颗粒的(111)面对应的x射线衍射(xrd)峰可以具有约0.3°至约7°的半峰全宽(fwhm)测量值。

9、硅纳米颗粒可以具有约2至约8的长径比。

10、基于负极活性物质复合物的总重量，可以以约20wt％至约80wt％的量包括硅纳米颗粒。

11、非晶碳可以为软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、煅烧焦或它们的任何组合。

12、基于负极活性物质复合物的总重量，可以以(例如总共)约20wt％至约80wt％的量包括非晶碳。

13、结晶碳可以为天然石墨、人造石墨和它们的组合中的至少一种。

14、基于负极活性物质复合物的总重量，可以以约20wt％至约80wt％的量包括结晶碳。

15、负极活性物质复合物可以具有约2μm至约15μm的平均粒径(d50)。

16、包覆层可以具有约1nm至约900nm的厚度。

17、负极活性物质复合物的平均孔尺寸可以小于或等于约200nm。

18、负极活性物质复合物的总孔体积可以小于或等于约3.0×10-2cm3/g。

19、负极活性物质复合物可以具有小于或等于约10m2/g的brunauer–emmett–teller(bet)比表面积。

20、可以以约20:80至约80:20的重量比包括硅纳米颗粒和非晶碳。

21、本公开的一个或更多个示例实施例提供一种制备负极活性物质复合物的方法，所述方法包括：将结晶碳、硅纳米颗粒和非晶碳混合；使结晶碳、硅纳米颗粒和非晶碳分散，以制备混合物；对混合物进行喷雾、干燥和压制，以提供成型体；以及对成型体进行热处理。

22、可以在约50mpa至约150mpa的压力下执行压制。

23、可以在约700℃至约1100℃的温度下执行热处理。

24、本公开的一个或更多个示例实施例提供一种负电极，所述负电极包括：集流体；以及负极活性物质层，位于集流体上，并且包括负极活性物质，其中，负极活性物质包括所述负极活性物质复合物。

25、基于负极活性物质层的总重量，可以以约1wt％至约30wt％的量包括负极活性物质复合物中的硅纳米颗粒。

26、本公开的一个或更多个示例实施例提供一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括：正电极，包括正极活性物质；所述负电极；以及电解质，与正电极和负电极在一起。

27、控制或选择负极活性物质复合物内部形成的孔体积，以抑制或减少电解质与硅纳米颗粒之间的(多种)副反应，从而提供具有改善的初始效率和循环寿命特性的可再充电锂电池。

技术特征：

1.一种负极活性物质复合物，所述负极活性物质复合物包括核和位于核周围的包覆层，

2.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，硅纳米颗粒的(111)面的x射线衍射峰具有0.3°至7°的半峰全宽。

3.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，结晶碳包括颗粒，每个颗粒的尺寸大于每个硅纳米颗粒的尺寸。

4.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，硅纳米颗粒具有50nm至150nm的平均粒径d50。

5.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，硅纳米颗粒具有2至8的长径比。

6.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，基于负极活性物质复合物的总重量，以20wt％至80wt％的量包括硅纳米颗粒。

7.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，非晶碳选自于软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、煅烧焦和它们的组合。

8.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，基于负极活性物质复合物的总重量，以20wt％至80wt％的量包括非晶碳。

9.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，结晶碳选自于天然石墨、人造石墨和它们的组合。

10.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，基于负极活性物质复合物的总重量，以20wt％至80wt％的量包括结晶碳。

11.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，负极活性物质复合物具有2μm至15μm的平均粒径d50。

12.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，包覆层具有1nm至900nm的厚度。

13.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，负极活性物质复合物的平均孔尺寸小于或等于200nm。

14.根据权利要求1所述的负极活性物质复合物，其中，核还包括非晶碳。

15.一种负电极，所述负电极包括：

16.根据权利要求15所述的负电极，其中，基于负极活性物质层的总重量，以1wt％至30wt％的量包括负极活性物质复合物中的硅纳米颗粒。

技术总结
公开了一种负极活性物质复合物、其制备方法、负电极和锂电池。所述负极活性物质复合物包括核和围绕核的包覆层。核包括结晶碳、非晶碳和硅纳米颗粒，包覆层包括非晶碳，并且硅纳米颗粒之间的相邻距离小于或等于约100nm。

技术研发人员：金荣敏,申昌洙,安谆昊,罗载澔,金载明
受保护的技术使用者：三星SDI株式会社
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15