[发明专利]用于阳极活性材料的硅浆料和碳‑硅复合物

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于阳极活性材料的硅浆料和一种碳-硅复合物。

背景技术

电池IT设备和汽车需要能够实现具有高容量的锂二次电池的阳极材料。在这种情况下，硅由于是用于高容量的锂二次电池的阳极材料而引人关注。例如，已知纯硅具有4200mAh/g的高理论容量。

然而，由于与碳类材料相比，硅的循环特性劣化，因此难以使硅商品化。这是因为，当将诸如硅的无机颗粒用作锂嵌入或脱嵌的阳极活性材料时，由于在锂二次电池的充放电期间阳极活性材料的体积变化，所以活性材料之间的导电性劣化或阳极活性材料从阳极集流体中释放。那是因为，通过充电，包含在锂嵌入的阳极活性材料中的诸如硅颗粒的无机颗粒膨胀到其体积的约300%～约400%。此外，当在放电期间锂脱嵌时，无机颗粒收缩。因为，由于在反复充电期间无机颗粒和阳极活性材料之间所产生的空闲空间（empty space）而引起的可能的电绝缘，锂二次电池的寿命遭受迅速劣化，所以将无机颗粒应用于锂二次电池具有严重阻碍。

发明内容

本发明的一方面是提供用于二次电池的阳极活性材料的硅浆料，所述硅浆料可以提高二次电池的容量和寿命。

本发明的另一方面是提供使用上述用于二次电池的阳极活性材料的硅浆料来制备的碳-硅复合物。

根据本发明的一方面，用于二次电池的阳极活性材料的硅浆料包括硅颗粒和分散介质，其中，当用D90来表示累积粒度分布为90%的硅粒径以及用D50来表示累积粒度分布为50%的硅粒径时，所述硅浆料满足约1≤D90/D50≤2.5，且约2nm<D50<180nm的分散条件。

在一个实施方式中，所述硅浆料可以具有约1≤D90/D50≤约2.0，且约2nm<D50<约160nm的硅颗粒分布。

在另一个实施方式中，所述硅浆料可以具有约1≤D90/D50≤约1.75，且约2nm<D50<约120nm的硅颗粒分布。

硅可以以约0.1wt%～约30wt%的量存在。

所述分散介质可以包括选自由N-甲基-2-吡咯烷酮（NMP）、四氢呋喃（THF）、水、乙醇、甲醇、环己醇、环己酮、甲基乙基酮、丙酮、乙二醇、辛炔（octyne）、碳酸二乙酯、二甲基亚砜（DMSO），及其混合物组成的组中的至少一种。

所述硅浆料还可以包括添加剂。

所述添加剂可以包括选自由聚丙烯酸、聚丙烯酸酯、聚甲基丙烯酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚丙烯酰胺、羧甲基纤维素、聚乙酸乙烯酯、聚马来酸、聚乙二醇、聚乙烯树脂、它们的共聚物、包括对Si具有高亲和性的嵌段和对Si具有低亲和性的嵌段的嵌段共聚物，及其混合物组成的组中的至少一种。

基于100重量份的硅颗粒，所述添加剂可以以约0.1重量份～约50重量份的量存在。

可以使所述硅浆料经受超声处理。

所述超声处理可以以批次方式（batch manner）或以连续循环方式来进行，在批次方式中，使全部硅浆料经受超声处理，在连续循环方式中，连续地使硅浆料的一部分经受超声处理，同时使所述硅浆料循环。

所述硅浆料可以通过使平均粒径为约2nm～约200nm的硅粉末与分散介质混合来制备。

根据本发明的另一方面，提供了由混合的组合物制备的碳-硅复合物，在所述混合的组合物中，硅料浆与碳混合。

所述碳可以包括选自由沥青、天然石墨、人造石墨、软碳、硬碳、石墨烯、碳纳米管，及其混合物组成的组中的至少一种。

基于100重量份的碳，硅可以以约0.5重量份～约30重量份的量存在。

所述碳-硅复合物可以通过对所述混合的组合物进行热处理并随后碳化来制备。

根据本发明，由于用于二次电池的阳极活性材料的硅浆料提供了浆料形式的非常均匀地分散的硅纳米颗粒，所以硅浆料可以被应用到用于二次电池的阳极活性材料中并提高二次电池的容量和寿命。

附图说明

从与附图相结合的下面的实施方式的详细描述中，本发明的上述和其它方面、特征和优点将变得清晰可见，其中：

图1是描绘通过动态光散射测量的实施例2和比较例1～5中制备的硅浆料的硅颗粒分布的图示；

图2是描绘通过动态光散射测量的实施例1～4和实施例6及比较例6中制备的硅浆料的硅颗粒分布的图示；

图3是描绘将实施例2和比较例1～4中制备的硅浆料静置一段时间之后，实施例2和比较例1～4中制备的硅浆料低于相分离的层的高度的图示；