[发明专利]锂二次电池用负极活性材料、其制备方法和包含所述材料的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种锂二次电池用负极活性材料及其制备方法，其中，所述负极活性材料含有多孔多晶硅，并且所述多孔多晶硅包含位于晶界中的孔，因此，在充电或放电时，所述负极活性材料可以内部吸收其体积变化，从而显示缓冲作用，导致负极和电池的寿命特性的改善。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请主张向韩国知识产权局于2014年10月2日提交的韩国专利申请2014-0133430号和于2015年9月30日提交的韩国专利申请 2015-0137454号的权益，通过参考将其公开内容以其整体并入本文中。

技术领域

本发明涉及一种锂二次电池用负极(negative electrode)活性材料、其制备方法和包含所述负极活性材料的锂二次电池。

背景技术

随着关于移动设备的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求已经显著增加。在这些二次电池中，具有高能量密度、高电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。特别地，随着锂二次电池市场近来已经从便携式装置中使用的小尺寸锂二次电池扩展到车辆中使用的大尺寸二次电池，需要用于开发高容量和高功率负极活性材料的技术。由此，开发了基于比碳类负极活性材料具有更高理论容量的材料如硅、锡、锗、锌和铅的非碳类负极活性材料。

在上述材料中，由于硅类负极活性材料具有比碳类负极活性材料的理论容量(372mAh/g)高11倍以上的容量(4190mAh/g)，所以硅类负极活性材料作为用于替代碳类负极活性材料的材料成为关注的焦点。然而，由于硅类负极活性材料在锂离子嵌入期间的体积膨胀是在仅使用硅时的3倍以上，所以随着电池充电和放电的进行，硅类负极活性材料发生瓦解。结果，容量可能因损失电接触而降低。

因此，为了克服上述限制，已经提出了使用纳米尺寸硅的方法、使用棒状或纤维状硅的方法、或使用多孔硅的方法。

制备纳米尺寸硅的最常见的方法之一是通过研磨大的硅粒子制备纳米尺寸的硅粒子、特别是直径为几十至几百纳米的硅粒子的方法。然而，上述方法的局限性在于，在研磨过程期间可能容易发生硅的表面氧化，并且由于作为氧化的结果在硅的表面上形成的无定形SiO₂，初始效率可能降低。此外，对于棒状或纤维状纳米硅材料，由于其制造工艺复杂且制造成本高，因此可能难以批量生产棒状或纤维状纳米硅材料。另外，关于多孔硅，由于仅在粉末的表面中形成孔，因此在活性材料体积随充放电发生变化期间难以获得充分的缓冲作用。因此，寿命特性可能劣化。

发明内容

技术问题

本发明提供一种锂二次电池用负极活性材料，所述负极活性材料可以通过内部吸收随充电和放电发生的活性材料的体积变化以显示缓冲作用而改善负极和电池的寿命特性。

本发明还提供一种制备上述负极活性材料的方法。

本发明还提供一种包含上述负极活性材料的负极。

本发明还提供包含上述负极的锂二次电池、电池模块和电池组。

技术方案

根据本发明的一个方面，提供一种包含多孔多晶硅的锂二次电池用负极活性材料，其中所述多孔多晶硅包含布置在晶界处的孔。

根据本发明的另一方面，提供一种制备锂二次电池用负极活性材料的方法，所述方法包括对包含金属杂质的多晶硅进行热处理并对所述多晶硅进行冷却从而制备在晶界处包含金属杂质的多晶硅；以及通过对所述在晶界处包含金属杂质的多晶硅进行酸处理以溶解所述金属杂质，从而制备其中在晶界处形成有孔的多孔多晶硅。

根据本发明的另一方面，提供一种包含上述负极活性材料的负极。

根据本发明的另一方面，提供包含上述负极的锂二次电池、电池模块和电池组。