[发明专利]多孔复合材料及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及多孔复合材料及其制造方法，更特别地，本发明涉及由MO_x(其中0.5<x<1)表示的并具有5%～90%的孔隙率的多孔复合材料及其制造方法。

背景技术

近年来，锂二次电池由于其高能量密度和长寿命的特性而受到极大关注。通常，锂二次电池包含由碳材料或锂金属合金形成的负极、由锂金属氧化物形成的正极以及其中将锂盐溶于有机溶剂中的电解质。

最初将锂用作构成锂二次电池的负极的负极活性材料。然而，由于锂的可逆性和安全性低，所以目前主要将碳材料广泛用作锂二次电池的负极活性材料。尽管碳材料的容量比锂低，但是碳材料的体积变化小且可逆性优异，并在成本方面也具有优势。

近来，随着锂二次电池的使用的扩展，对高容量锂二次电池的需求逐渐增加。因此，需要高容量的电极活性材料以代替低容量的碳材料。为此，已经对使用(半)金属如硅(Si)和锡(Sn)作为电极活性材料进行了研究，所述(半)金属展示比碳材料更高的充电和放电容量并可与锂进行电化学合金化。

在使用可与锂进行电化学合金化的(半)金属如硅的情况中，由于因电池的重复充放电造成的体积变化而产生裂纹或细粒子，由此，电池发生劣化。结果，电池的容量下降。还存在如下情况：为了减少因体积变化造成的裂纹或细粒子，典型地将(半)金属的氧化物用作电极活性材料。然而，在此情况中，由于形成锂的氧化物或锂的金属氧化物，所述锂的氧化物或锂的金属氧化物是由与锂离子的初始反应而造成的不可逆相，所以电池的初始效率会下降。

发明内容

技术问题

本发明提供一种多孔复合材料及其制备方法，其中通过控制与(半)金属结合的氧的摩尔比可以提高初始效率，且通过在多孔复合材料的表面上或其表面和内部包含多个孔可以提高寿命特性并可以降低充放电期间厚度的变化率。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种多孔复合材料，其由化学式1表示并具有5%～90%的孔隙率：

<化学式1>

MO_x

其中M为选自如下元素中的至少一种元素：硅(Si)、锡(Sn)、铝(Al)、锑(Sb)、铋(Bi)、砷(As)、锗(Ge)、铅(Pb)、锌(Zn)、镉(Cd)、铟(In)、钛(Ti)和镓(Ga)，且0.5<x<1。

根据本发明的另一个方面，提供一种制备多孔复合材料的方法，所述方法包括：在对(半)金属粒子和(半)金属氧化物粒子进行混合之后进行机械合金化；将所述合金化的混合粒子与电沉积溶液接触以将金属粒子电沉积在所述混合粒子的表面上，所述电沉积溶液通过对基于氟化物的溶液和金属前体溶液进行混合而制得；通过将所述混合粒子与腐蚀溶液接触对所述具有电沉积在其上的所述金属粒子的混合粒子进行腐蚀；以及将经腐蚀的混合粒子与金属去除溶液接触以将被电沉积的金属粒子除去。

根据本发明的另一个方面，提供一种包含所述多孔复合材料的负极活性材料。

根据本发明的另一个方面，提供一种包含所述负极活性材料的负极。

根据本发明的另一个方面，提供一种包含所述负极的锂二次电池。有益效果

根据本发明，由于通过使用机械合金化可以将在由化学式1表示的多孔复合材料中氧对(半)金属的摩尔比(x)控制为大于0.5并小于1，所以可以提高二次电池的初始效率。此外，由于多孔复合材料在其表面上或在表面和内部包含多个孔并满足上述孔隙率，所以在二次电池的充放电期间产生的电极的厚度变化率会下降且寿命特征会提高。

附图说明

图1是显示根据本发明实施方案的多孔复合材料的示意图(黑色部分：(半)金属，白色部分：(半)金属氧化物)；以及

图2是根据本发明实施方案的多孔复合材料的扫描电子显微镜(SEM)图像。

具体实施方式

下文中，将对本发明进行更详细的说明以使得更清楚地理解本发明。

应理解，用于说明书和权利要求书中的单词或术语不应解释为通常使用的词典中所定义的意思。还应理解，所述单词或术语，应在本发明人对所述单词或术语的意思进行适当定义以对本发明进行最佳说明的原理的基础上，解释为与其在本发明的相关领域和技术理念的上下文中的意思相一致的意思。

根据本发明一个实施方案的多孔复合材料可由如下化学式1表示，并具有5%～90%的孔隙率。

<化学式1>

MO_x