[发明专利]多孔硅-硅氧化物-碳复合物和其制备方法

说明书

本发明涉及一种包含硅氧化物‑碳结构和硅粒子的多孔硅‑硅氧化物‑碳复合物，其中所述硅氧化物‑碳结构包含多个微孔，并且所述硅粒子均匀分布在所述硅氧化物‑碳结构中。本发明的多孔硅‑硅氧化物‑碳复合物具有减少的因嵌入锂离子造成的体积膨胀，具有改善的导电性，并且具有多孔结构。因此，电解质容易渗透到所述多孔结构中，并且输出特性可以改善。因此当所述多孔硅‑硅氧化物‑碳复合物包含在负极活性材料中时可以进一步改善锂二次电池的性能。

技术领域

[相关申请的交叉引用]

本申请要求2015年3月31日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2015-0045280号的权益，其公开内容以全文引用的方式并入本文中。

[技术领域]

本发明涉及一种多孔硅-硅氧化物-碳复合物和其制备方法，并且更特别地，涉及一种多孔硅-硅氧化物-碳复合物和所述多孔硅-硅氧化物-碳复合物的制备方法，所述多孔硅-硅氧化物-碳复合物中因嵌入锂离子造成的体积膨胀减少，并且其在包含在负极活性材料中时可进一步改善锂二次电池的性能。

背景技术

随着对移动装置的技术开发和需求的增加，对于作为能源的二次电池的需要显著增加。在这些二次电池中，显示高能量密度和高电压并且具有长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并得到了广泛使用。

一般来说，锂二次电池由包含正极活性材料的正极、包含负极活性材料的负极、隔膜和电解质构成，并且为充电和放电通过锂离子的嵌入-脱嵌进行的二次电池。锂二次电池具有显示高能量密度、大电动势和高容量的优点，并且应用于各种领域中。

同时，使用金属氧化物如LiCoO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄和LiCrO₂作为构成锂二次电池的正极的正极活性材料，并且使用金属锂、石墨、碳类材料如活性碳或硅氧化物(SiO_x)作为构成负极的负极活性材料。在负极活性材料中，金属锂主要在早期使用，但随着充电和放电循环进行，锂原子在金属锂表面上生长并且破坏隔膜，从而产生破坏电池的现象。近来，广泛使用碳类材料。然而，碳类材料具有提供的容量小的缺点，因为其理论容量仅为约400g。

因此，已经进行各种研究来用具有高理论容量(4,200mAh/g)的硅(Si)代替碳类材料作为负极活性材料。在硅中嵌入锂时的反应如下：

[反应1]

22Li+5Si＝Li₂₂Si₅。

然而，在大多数硅负极材料中，硅体积会因为锂嵌入而膨胀到最大300％，因此负极被破坏并且不能获得高循环特性。另外，随着循环进行，可能由于锂嵌入出现硅体积膨胀，并且可能发生衰减机制如粉化、与导电剂和集电器接触损耗和不稳定固体-电解质界面(SEI)的形成。

因此，为了解决上述缺点，已经报道关于结构受控的硅纳米结构如纳米线、纳米管、纳米粒子，多孔结构以及与碳类材料的复合物形成的研究。举例来说，研究了涂有碳的硅纳米结构，但是使用其作为负极活性材料的锂二次电池显示不能随着充电和放电循环的重复保持负极活性材料的容量的缺点。或者，已经关于多孔碳-硅复合物的合成进行了研究，但是由于对复杂结构的形状的控制技术和高工序成本等的限制，暴露了复合物合成技术的限制。

近来，考虑到大多数正极材料的容量对于使用硅负极的全部容量而言是非常低的，已经关于硅氧化物结构进行了各种研究，其中将硅纳米区嵌入在无定形硅氧化物晶格中，并且所述硅氧化物结构具有略低的容量但优良的循环特性。