[发明专利]硅基复合物及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅基复合物及其制造方法。

背景技术

锂二次电池是将在锂离子在放电过程中从负极移动到正极并在充电过程中从正极移动到负极时产生的能量储存在其中的能量储存装置。与其他电池相比，已经将锂二次电池用于各种产业中，因为其能量密度高且自放电率低。

锂二次电池可以包含正极、负极、电解质和隔膜等。当在初始锂二次电池中将锂金属用作负极活性材料时，由于发生因重复充放电而造成的安全性问题，所以利用诸如石墨的碳基材料代替锂金属。由于碳基负极活性材料具有与锂金属类似的对锂离子的电化学反应电位且所述碳基负极活性材料在连续地嵌入和脱嵌锂离子的过程中晶体结构的变化较小，所以其能够对电池连续地充电和放电以改善充放电的寿命循环。

然而，随着市场近期从用于便携式装置中的小型锂二次电池扩展到用于汽车中的大型二次电池，需要负极活性材料的高容量和高功率技术，由此正在进行理论容量比碳基负极材料更高的非碳基负极活性材料如硅、锡、锗、锌和铅的开发。

在这种非碳基负极活性材料中，由于硅基材料的理论容量(4190mAh/g)为碳基负极活性材料的理论容量(372mAh/g)的11倍，所以作为代替碳基负极活性材料的材料，其是引人注目的。然而，在单独使用硅的情况中，当嵌入锂离子时，由于硅的体积膨胀三倍以上，所以呈现电池容量随重复充放电而下降且安全性也下降的趋势。

近年来，正在积极进行对将硅基材料和碳基材料一起使用的硅基复合物的研究以最小化硅基材料的体积膨胀并由此获得高容量并提高充放电循环。

用于合成复合物的最基本方法是其中将碳涂布在硅基材料上的方法。已知的是，通过这种方法得到的硅基复合物增强活性材料粒子之间的电导率和相对于电解质的电化学特性，并降低硅基粒子的体积膨胀而提高电池寿命。

然而，当将硅基复合物用作负极活性材料时，因为在初始充电和放电中由硅基材料形成不可逆相，所以二次电池的初始效率会降低。

因此，必须开发一种制造能够克服所有上述限制的新型硅基复合物的方法。

发明内容

技术问题

本发明提供一种硅基复合物及其制造方法，所述硅基复合物能够解决因为在初始充电和放电中由硅基材料形成不可逆相而造成的电池初始效率的下降。

本发明还提供一种包含所述硅基复合物的负极活性材料以及包含其的二次电池用负极。

技术方案

本发明的实施方式提供一种硅基复合物，包含在其上涂布有碳且在其中结合至锂的硅氧化物。

本发明的实施方式还提供一种制造硅基复合物的方法，包括：利用碳对硅氧化物的表面进行涂布；将涂布有碳的硅氧化物与锂氧化物混合；以及在惰性气氛中对所述涂布有碳的硅氧化物与所述锂氧化物的混合物进行热处理。

有益效果

根据本发明，通过利用碳对硅氧化物的表面进行涂布并通过热处理将锂结合到所述硅氧化物能够控制硅氧化物与锂之间的反应，并通过将其应用于二次电池，能够提高二次电池的初始效率。

附图说明

图1是显示根据本发明实施方式在元素从硅基复合物的表面移动到其球芯时元素的浓度梯度对腐蚀时间的图。

图2是显示根据本发明实验例的二次电池的初始效率分析结果的图。

具体实施方式

本发明提供包含硅氧化物的硅基复合物、负极活性材料和二次电池用负极，所述硅氧化物在其上涂布有碳并在其中结合至锂。

下文中，将对本发明进行详细说明。

根据示例性实施方式的硅基复合物通过如下能够降低由充电和放电中锂的嵌入和脱嵌而造成的硅氧化物的体积变化：利用碳对硅氧化物的表面进行涂布，然后通过热处理使得锂与涂布有碳的硅氧化物相互结合以形成复合物。此外，如上所述，由于锂与硅氧化物提前结合而降低与在充电和放电中由正极排出的锂离子的结合，所以能够提高二次电池的初始效率。

详细地，在根据示例性实施方式的硅基复合物中，碳可以为结晶碳、无定形碳或其混合物，特别地为结晶碳。结晶碳基化合物的代表性实例可以为石墨，且石墨基结晶碳的实例可以为具有良好输出特性和良好倍率特性的人造石墨或天然石墨。此外，无定形碳基化合物是其中碳原子具有无定形晶体结构的材料，且可以包括例如软碳(低温煅烧碳)或硬碳、中间相沥青碳化物、煅烧焦炭等。