多孔性硅类负极活性物质及包含它的锂二次电池的制作方法_2

文档序号:8386100阅读:来源:国知局
0重量百 分比至99重量百分比的上述粗粒碳粒子,优选地,包含80重量百分比至90重量百分比的 上述粗粒碳粒子。若上述粗粒碳粒子的含量在上述范围内,则可充分提高多孔性娃类负极 活性物质的传导性。
[0036] 若上述粗粒碳粒子的含量小于70重量百分比,则由于微粒碳粒子过多,导致比表 面积增加,由此可能造成副反应增加W及二次电池的寿命特性变差等。另一方面,若上述粗 粒碳粒子的含量大于99重量百分比,则由于所混合的微粒碳的量过少,有可能导致本发明 所要达到的多孔性娃类粒子及碳粒子的防短路效果和提高二次电池的寿命特性的效果并 不明显。
[0037] 根据本发明的一实施例,可相互混合上述多孔性娃类粒子及碳粒子,或使上述多 孔性娃类粒子及碳粒子复合化,更为具体地,可均匀地混合多孔性娃类粒子、微粒碳粒子及 粗粒碳粒子,或借助机械研磨来使多孔性娃类粒子、微粒碳粒子及粗粒碳粒子复合化。可利 用如高能球磨机化i曲energyballmill)、行星式球磨机(planetarymill)、揽拌式球磨 机(stirredballmill)或振动球磨机(vibratingmill)等的通常的研磨装置或研磨方 法来执行上述机械研磨,从而均匀地进行混合或复合化。
[003引根据本发明的一实施例,优选地,按重量比,上述微粒碳粒子与粗粒碳粒子的混合 比为1:4至1:9。
[0039] 另一方面,优选地,按重量比,上述多孔性娃类粒子与包含微粒碳粒子及粗粒碳粒 子的碳粒子的混合比为1:1至1:20。
[0040] 若上述碳粒子的含量小于上述混合比,则有可能导致负极活性物质的电传导度的 改善效果并不明显,若上述碳粒子的含量大于上述混合比,则由于娃的含量减少,有可能导 致难W实现高容量化。
[0041] 根据本发明的一实施例,上述多孔性娃类粒子为多孔性Si化(在该里,0《X< 2) 或由下述化学式1表示的多孔性娃类化合物,优选地,上述多孔性娃类粒子为多孔性Si粒 子,
[0042] 化学式1;
[0043] MySi
[0044]在上述化学式 1 中,M包含选自Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Y、Zr、Nb、Mo、 Ru、化、Pd、La、Hf、化、W、Re、Os、Mg、Ca、B、P、A1、Ge、Sn、訊、Bi及Li中的一种元素或其中 的两种W上的元素,
[0045]y为 0.001 至 0.4。
[0046] 根据本发明的一实施例,为了体现负极的优选的性能,当在表面测定时,上述多孔 性娃类粒子的气孔的平均直径优选为30nm至500nm。上述气孔的平均直径可通过电子显微 镜(SEM)照片来测定。
[0047] 若上述气孔的平均直径小于30nm,则充放电时,有可能抑制负极活性物质的体积 膨胀的效果并不明显,若上述气孔的平均直径大于500nm,则由于负极活性物质内存在大量 的气孔,导致机械强度下降,因而在电池的制备工序中,即在执行浆料的混合、涂敷后压延 等的制备工序时有可能破坏负极活性物质。
[0048] 优选地,上述多孔性娃类粒子的比表面积(BET-SSA)为5mVg至50mVg。若上述 多孔性娃类粒子的比表面积小于5mVg,则由于未形成充分的气孔,有可能导致提高上述多 孔性娃类粒子与碳粒子的接触性的效果并不明显,若上述多孔性娃类粒子的比表面积大于 50m2/g,则由于比表面积宽,有可能导致难W减少与电解液产生的副反应。
[0049] 根据本发明的一实施例,上述多孔性娃类粒子的比表面积可通过 邸T炬runauer-Emmett-Te11er;比表面积检测法)测定。例如,可使用孔隙度分析仪 (PorosimetiTanalyzer;日本拜尔有限公司BellJapanInc,Belso;rp-IImini)并借助氮 气吸附流通法通过BET6点法测定。
[0化0] 并且,根据本发明的一实施例,上述碳粒子可W为选自人造石墨、天然石墨、中 间相碳、非晶质硬碳、低结晶软碳、炭黑、己诀黑、科琴黑、超导炭黑(SUP邸P)、石墨締 (graphene)、纤维状碳及表面被覆盖的石墨中的一种或其中的两种W上的混合物。
[0化1 ] 根据本发明的一实施例,上述微粒碳粒子与粗粒碳粒子可互相相同或互相不同。
[0052] 并且,优选地,上述碳粒子的形状为无定形、鱗片状、方形、板状、球形、纤维状、点 状或它们的混合形态。具体地,上述微粒碳粒子的形状例如可W为球形、方形、鱗片状、板 状、点状或它们的混合形态,更优选为球形、点状、鱗片状或它们的混合形态。并且,上述粗 粒碳的形状例如可W为无定形、鱗片状、板状、纤维状、球形或它们的混合形态,更优选为球 形、鱗片状、板状或它们的混合形态。
[0053]本发明的一实施例的负极活性物质的制备方法,可包括;步骤(i),制备多孔性娃 类粒子的步骤;W及步骤(ii),向上述多孔性娃类粒子混合包含平均粒径互不相同的微粒 碳粒子及粗粒碳粒子的碳粒子的步骤。
[0化4]上述多孔性娃类粒子的制备方法可使用本领域公知的通常所使用的多孔性娃类 粒子的制备方法。
[0化5]具体地,上述多孔性娃类粒子的制备方法,例如可包括:步骤i),在混合氣类溶液 和金属前体溶液来形成混合溶液后,向上述混合溶液投入娃类粒子,使得金属粒子沉积于 上述娃类粒子的表面;步骤ii),使沉积有上述金属粒子的娃类粒子与蚀刻溶液相接触,进 行蚀刻;W及步骤iii),使得被蚀刻的上述娃类粒子与金属去除溶液相接触,来去除金属 粒子。
[0056] 根据本发明的一实施例,在上述步骤(i)中,在混合氣类溶液和金属前体溶液来 形成混合溶液后,向上述混合溶液投入娃类粒子,可使得金属粒子沉积于娃类粒子的表面。
[0057] 此时,上述娃类粒子借助氣类溶液来放出电子,而溶液内的金属离子接收所放出 的电子,从而使金属离子还原并沉积于娃类粒子的表面。一旦金属粒子沉积于娃类粒子的 表面,则金属粒子本身就成为催化剂位点,从而引起连续的沉积。
[005引上述氣类溶液可使用选自由氣化氨(HF)、氣娃酸及氣化锭(畑4巧组成的组中的一 种W上,上述金属前体溶液可包含选自由银(Ag)、金(Au)、销(Pt)及铜(化)组成的组中的 一种W上。
[0化9]根据本发明的一实施例,上述氣类溶液和金属前体溶液能够W10至90:90至10 的重量比混合。在上述氣类溶液W小于10重量份的方式混合的情况下,沉积于娃类粒子的 表面的金属粒子的量少,且反应速度非常慢,因而存在制备时间变长的问题。并且,在上述 氣类溶液W大于90重量份的方式混合的情况下,由于金属粒子沉积于娃类粒子的表面的 速度过快,因而存在无法在娃类粒子上沉积均匀且小的金属粒子的问题。
[0060] 并且,可根据氣类溶液的浓度及娃类粒子与金属前体溶液的相接触时间,调节沉 积于娃类粒子的金属粒子的量。相对于100重量份的上述氣类溶液及金属前体溶液的混合 溶液,能够投入0. 001重量份至50重量份的上述娃类粒子。
[0061] 根据本发明的一实施例,上述步骤(ii)为使沉积有上述金属粒子的娃类粒子 与蚀刻溶液相接触,来蚀刻娃类粒子,从而在娃类粒子的表面形成气孔或在娃类粒子的 表面及内部形成气孔的步骤。通过该种蚀刻工序,可形成纳米孔隙(nanopore)、中空隙 (mesopore)及微孔隙(macropore)。
[0062] 对上述娃类粒子的蚀刻工序如下。例如,通过过氧化氨化2〇2),金属粒子被氧化成 金属离子,在娃类粒子和金属粒子的界面,娃类粒子向金属粒子传递电子并持续被溶解,而 在沉积于上述娃类粒子的表面的金属粒子中发生被氧化的金属离子的还原。通过该种方 法,与金属粒子相接触的娃类粒子连续
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