负极活性物质及其制备方法_2

文档序号:8436025阅读:来源:国知局
成少量的气孔的情况 下,则可存在上述MxSiy的容量变小的问题。
[0039] 另一方面,在本发明的一实施例的负极活性物质中,上述壳部可形成于上述巧部 上,并可包含Si及多个气孔。在上述壳部中,当在表面进行测定时,上述气孔的平均直径为 10皿至2ym,优选为20皿至1ym。上述气孔的直径可通过如扫描式电子显微镜(SEM)照 片等来测定。
[0040] 优选地,上述壳部的内部孔隙率为20%至80%。借助包含于本发明的负极活性物 质的多个气孔,可充分吸收娃的体积膨胀,因而可将体积膨胀最小化。
[0041] 根据本发明的一实施例,可如下定义上述壳部的内部孔隙率。
[0042]内部孔隙率=每单位质量的气孔的体积/(比体积+每单位质量的气孔的体积)
[0043]上述内部孔隙率的测定并不受特殊限定,根据本发明的一实施例,例如可利用氮 等的吸附气体并利用日本拜尔有限公司炬化JAPAN)的BELSORP炬ET设备)来测定上述内 部孔隙率。
[0044]并且,根据本发明的一实施例,上述壳部还可包含微量的MySiy,M可W为选自由 2A族元素、3A族元素、4A族元素及过渡金属组成的组中的一种W上的元素,1《X《4且 1《y《4。
[0045]在本发明的一实施例的负极活性物质中,上述碳涂敷层可根据由壳部的气孔形成 的壳部的表面的凹凸而具有弯曲部。目P,根据壳部的外形来薄薄地涂敷上述碳涂敷层,W此 形成涂敷层,从而一边维持壳部的外形,一边可提高粒子与粒子之间的电接触。并且,即使 在进行充放电来使得电极膨胀之后,也能够赋予优良的电传导性,因而可更加提高裡二次 电池的性能。
[0046] 上述碳涂敷层的厚度可W为5皿至500皿,优选地,上述碳涂敷层的厚度可W为 5nm至lOOnm。若上述碳涂敷层的厚度小于5nm,贝ij基于上述碳涂敷层的电传导度的提高效 果并不明显,并且,当适用负极活性物质时,由于碳涂敷层与电解液之间的反应性高,因而 可存在初期效率下降的问题。若上述碳涂敷层的厚度大于500nm,则由于碳涂敷层的厚度过 度增加,导致在裡离子的移动性方面存在障碍,因而可增加电阻。
[0047]在本发明的一实施例的负极活性物质中,相对于负极活性物质的总重量,包含于 上述碳涂敷层的碳的含量可W为2重量百分比至70重量百分比,优选为5重量百分比至50 重量百分比,更加优选为5重量百分比至40重量百分比。
[0048]若上述碳的含量大于70重量百分比,则由于碳的含量过量,导致形成厚厚的涂敷 层,因而可存在产生追加性的不可逆反应来使放电容量大大减少的问题。另一方面,若碳的 含量小于2重量百分比,则由于碳涂敷层过薄,有可能导致本发明所要得到的电传导性效 果不明显。并且,存在因导电性被覆层,而产生追加性的不可逆反应,从而导致放电容量大 大减少的问题。
[0049]并且,在本发明的一实施例的负极活性物质中,上述巧部与壳部的体积比为1:1至1:20,优选为1:2至1:10。
[0化0] 若上述巧部的比率大于上述范围,则由于未充分形成气孔结构,因而可存在无法 充分抑制裡二次电池的体积膨胀,并使裡二次电池的寿命特性变差的问题。另一方面,若上 述巧部的比率小于上述范围,则由于形成过多的气孔,因而可产生粉末的机械性强度下降 的问题。
[0化1] 并且,本发明的一实施例的上述负极活性物质的平均粒径〇5。可W为0.lym至 50ym,可优选为0. 5ym至20ym。
[0化2] 若上述负极活性物质的平均粒径小于0. 1ym,则有可能存在负极活性物质在浆 料内难W分散或电极内的负极活性物质凝聚的问题,若上述负极活性物质的平均粒径大于 50ym,则由于活性物质的内部难W与裡产生均匀的反应,因而可大大减少裡二次电池的寿 命特性及抑制厚度膨胀的特性。
[0053] 在本发明中,粒子的平均粒径能够定义为粒子的粒径分布的50%基准下的粒径。 本发明的一实施例的上述粒子的平均粒径町。能够利用如激光衍射法(laserdifTraction method)来测定。上述激光衍射法一般能够测定从亚微米(submicron)区域至数mm程度的 粒径,并能得到高再现性及高分解性的结果。
[0化4] 优选地,本发明的一实施例的上述负极活性物质的比表面积炬ET-SSA)为2mVg 至80mVg,在使用满足上述范围的比表面积的负极活性物质来制造裡二次电池的情况下, 可提高裡二次电池的倍率特性。
[0055] 若上述比表面积大于80mVg,则由于比表面积宽,有可能导致难W控制与电解液 之间产生的副反应,若上述比表面积小于2mVg,则由于未形成充分的气孔,有可能导致在 上述负极活性物质与裡进行充放电时难W有效收容体积膨胀,因而并不优选。
[0化6] 根据本发明的一实施例,上述负极活性物质的比表面积可通过比邸T法 (化11]1日1161-61111]161:1:-161161';表面积检测法)来测定。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点法来测定。
[0化7] 并且,本发明可提供上述负极活性物质的制备方法。
[005引根据本发明的一实施例,提供一种多孔性娃类负极活性物质的制备方法,其特征 在于,包括:使用金属M和Si来准备Si-MySiy合金粉末的步骤;W及将上述Si-MySiy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(金属娃化物)的步骤;在上述 MySiy中,M为选自由2A族元素、3A族元素、4A族元素及过渡金属组成的组中的一种W上的 元素,l《x《4且l《y《4。
[0化9] 根据本发明的一实施例的制备方法,可形成MySiy(金属娃化物)相及Si相均匀分 布的Si-M,Siy合金粉末,并W调节蚀刻条件的方式对M,Siy(金属娃化物)相及娃相均匀分 布的Si-MySiy合金粉末进行蚀刻,来控制气孔的形成深度、气孔的直径及Si-MySiy合金粉末 的内部孔隙率,从而可制备包括上述巧部和壳部的多孔性娃类负极活性物质。
[0060] 图1为示出本发明的一实施例的多孔性娃类负极活性物质的制备方法,即基于蚀 刻的构成多孔性娃类负极活性物质的气孔的形成方法的一例的剖面示意图。
[0061] 即,图1的(a)部分可W为借助上述步骤(i)使用金属M和Si来准备Si-MySiy合 金粉末的步骤,图1的化)可W为将上述Si-MySiy合金粉末与蚀刻溶液进行混合及揽拌来 进行蚀刻,由此去除MySiy,从而在去除MySiy的部分形成气孔的步骤。
[0062] 并且,根据本发明的一实施例的制备方法,可包括;步骤(i),使用金属M和Si来 制备Si-MySiy合金粉末的步骤;步骤(ii),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;W及步骤(iii),在上 述多孔性娃类粒子的表面形成碳涂敷层的步骤。
[0063] 具体察看,上述步骤(i)可W为使用金属M和Si来准备Si-MySiy合金的步骤。
[0064] 在本发明的一实施例的上述负极活性物质的制备方法中,可借助两种方法来制备 上述Si-MxSi冷金粉末。
[0065] 上述Si-MxSiy合金粉末的第一制备方法可W为通过使烙融有金属M和Si的合金 烙液急冷来制备Si-MySiy合金粉末的方法。
[0066] 上述合金烙液包含一种W上的元素M,优选地,包含选自由2A族元素、3A族元素、 4A族元素及过渡金属组成的组中的一种W上的元素,更为优选地,包含作为选自由Sn、A1、 Pb、In、Ni、Co、Ag、Mn、Cu、Ge、Cr、Ti、Mn、V、Mo及化组成的组中的一种W上的元素的M和 Si,可通过例如高频感应加热法来同时对其中的一种或合金进行烙融来得到合金烙液。可 在常温至1600°C的温度范围内执行上述烙融。
[0067] 根据本发明的一实施例,在上述合金烙液中,元素M与Si的比率可W为1:0. 5重 量比至1:10重量比,优选为1:1重量比至1:5重量比。若在上述合金烙液中,元素M的含 量超出上述范围,则存在由于元素M少而使得气孔变少,或由于元素M过多而使得在形成气 孔的过程中无法维持气孔结构,反而崩塌的问题。
[0068] 另一方面,使上述合金烙液急冷的方法有如下几种,当喷出烙融合金时,借助气 体喷嘴(gasjet)来进行急速冷却的气雾化法(gasatomization),向水(water)喷射 烙融合金的气水雾化法(gas-wateratomization),利用将合金制作成电极并借助火花放 电(sparkdischarge)来使旋转电极物质烙融及蒸发,并达到急冷凝固
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