[发明专利]锂二次电池用阴极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池

说明书

本发明涉及锂二次电池用阴极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池，且能够提供锂二次电池用阴极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池，其中，所述锂二次电池用阴极活性物质包括：球形碳粒子；第一碳涂层，其位于所述碳粒子的表面上；硅涂层，其位于所述第一碳涂层上且包含硅纳米粒子；以及第二碳涂层，其位于所述硅涂层上。

技术领域

本发明涉及锂二次电池用阴极活性物质、其制备方法及包含其的锂二次电池。

背景技术

锂二次电池为利用锂离子的氧化还原反应来进行充电及放电的电池，该锂二次电池由阳极、阴极、在阳极和阴极之间的离子交换膜、和电解液构成。

为了包括电动汽车在内的要求更大容量的电池的系统，有必要提高这种锂二次电池的阴极活性物质的容量并增加输出特性及寿命特性。因此，需要开发具有大容量的合金类物质的稳定使用，而不是现有的碳类阴极元件。

在现有的碳类阴极活性物质的情况下，理论容量只为372mAh/g，在充电及放电时，因锂离子的碳层间插入及脱离机理而尤其在高速充电时显著降低其输出特性。

此外，在目前研究开发中的合金类物质的情况下电气传导度显著降低，不仅在充放电时因进行一定的体积膨胀而带来严重的极板损伤，而且导致容量急速降低的结果。因此，在商业化方面存在非常大的困难。

发明内容

技术问题

本发明提供一种容量大于现有的商业化碳类阴极活性物质且寿命及输出特性优异的锂二次电池用阴极活性物质及其制备方法。

技术方案

本发明的一实现例提供一种锂二次电池用阴极活性物质，包含：球形碳粒子；第一碳涂层，其位于所述碳粒子的表面上；硅涂层，其位于所述第一碳涂层上且包含硅纳米粒子；以及第二碳涂层，其位于所述硅涂层上。

相对于上述球形碳粒子的BET比表面积，可以将包含所述第一碳涂层的碳粒子的BET比表面积增加10％以上。

相对于上述球形碳粒子的BET比表面积，可以将包含所述第一碳涂层的碳粒子的BET比表面积减少10％以上。

所述硅纳米粒子可以是半晶质的。

所述第一碳涂层内的一部分可以为硅和碳的混合层。

所述硅和碳的混合层可以为硅含量朝向芯方向减少的浓度梯度形式。

所述硅涂层位于所述第一碳涂层上的形式可以是膜(film)形式和岛(island)形式混合的形式。

相对于所述阴极活性物质的总重量，硅含量与碳含量之比可以是3/97至20/80。

相对于所述阴极活性物质的总体100重量％，可以包含2至6重量％的所述第一碳涂层，包含4至20重量％的所述硅涂层，包含1.5至10重量％的所述第二碳涂层，并且包含余量的所述碳粒子。

所述碳粒子可以是石墨、非晶质碳或其组合。

所述碳粒子的粒径可以是5至20μm。

所述第一碳涂层的厚度可以是5至200nm。

所述硅涂层的厚度可以是20至60nm。

所述第二碳涂层的厚度可以是5至200nm。

本发明的另一实施例提供一种制备锂二次电池用阴极活性物质的方法，包括以下步骤：准备球形碳粒子；在所述碳粒子的表面上形成第一碳涂层；在所述第一碳涂层上形成包含硅纳米粒子的硅涂层；以及在所述硅涂层上形成第二碳涂层。

在所述碳粒子的表面上形成第一碳涂层的步骤可利用溶胶-凝胶法。