[发明专利]二次电池用硅类活性物质粒子及其制备方法

说明书

本发明涉及二次电池用硅类活性物质粒子的制备方法及硅类活性物质粒子。本发明一实施例的硅类活性物质粒子的制备方法包括：提供硅粉的步骤；提供将上述硅粉分散于包含抗氧化剂的分散用溶剂而得的粉碎前混合物的步骤；向上述粉碎前混合物的上述硅粉施加机械压缩和剪切应力，来将上述硅粉细粒化而形成具有由上述抗氧化剂控制的氧含量的硅粒子的步骤；以及干燥包含上述硅粒子的产物来获取硅类活性物质粒子的步骤。

技术领域

本发明涉及二次电池技术，更详细地，涉及硅类负极活性物质及其制备方法。

背景技术

二次电池作为使用可逆性优异的电极材料来实现充放电的电池，具有代表性的是普遍使用的锂二次电池。上述锂二次电池不仅用作如智能手机、便携式计算机、电子纸等的小型IT设备的小型电源，而且也期待其应用于搭载于如汽车等的移动工具或在智能电网等供电网的电力储存处中使用的中大型电源。

在使用锂金属作为锂二次电池的负极材料的情况下，因树枝状晶体的形成而具有电池发生短路或者爆炸的危险性，因此，负极中普遍使用可实现锂的嵌入(intercalation)及脱嵌(deintercalation)的石墨、人造石墨等结晶碳或软碳、硬碳和碳类活性物质来代替锂金属。但是，随着二次电池的应用普及，还需要二次电池的高容量化和高输出化，由此，可代替具有372mAh/g理论容量的碳类负极材料的、具有500mAh/g以上容量的硅(Si)、锡(Sn)或铝(Al)等可以与锂合金化的非碳类负极材料受到瞩目。

在上述非碳类负极材料中，硅的理论容量达到4200mAh/g，为最大，因此在容量方面，硅的实用化极为重要。但是，对于硅而言，充电时的体积比放电时的体积增加4倍左右，因此在充放电过程中，因体积的变化，活性物质之间的电连接、以及集电体与活性物质之间的电连接被破坏，或者是，由于电解质对活性物质的侵蚀而引起的Li₂O等固体电解质界面(Solid Electrolyte Interface，SEI)层的形成等不可逆反应的进行以及由此导致的寿命劣化，导致很难实现其的实用化。

以往，为了使活性物质的体积膨胀和收缩最小化以改善寿命并获得较高容量的电池而提出了诸多常规方法，但在商业上最可行的方法是使硅粒子纳米化的方法。但是，在纳米化的硅粒子的情况下，即使其程度微弱，但也由于因反复的体积膨胀、收缩导致的粒子的微粉化并由此带来的寿命的急剧降低而无法达到实用化水平。因此，为了硅材料的实用化，需要一种既抑制充放电时的体积变化又使电池的容量最大化的粒子的设计以及其制备技术。

发明内容

技术课题

因此，本发明所要解决的技术课题在于，提供一种硅类活性物质粒子的制备方法，根据该方法，利用硅类材料来改善不可逆容量，提高能量密度，减少充放电引起的体积变化，具有长寿命。

本发明所要解决的技术课题还在于，提供一种具有上述优点的硅类活性物质粒子。

解决课题的方案

用于解决上述课题的本发明一实施例的硅类活性物质粒子的制备方法包括：提供硅粉的步骤；提供将上述硅粉分散于包含抗氧化剂的分散用溶剂而得的粉碎前混合物的步骤；向上述粉碎前混合物的上述硅粉施加机械压缩和剪切应力来将上述硅粉细粒化而形成具有由上述抗氧化剂控制的氧含量的硅粒子的步骤；以及干燥包含上述硅粒子的产物来获取硅类活性物质粒子的步骤。

在一实施例中，上述抗氧化剂可选自由α-硫辛酸、辛烯、没食子酸丙酯、生育酚、谷胱甘肽、丁基羟基苯甲醚、2，6-二叔丁基对甲酚、叔丁基氢醌、去甲二氢愈创木酸、芝麻酚、维生素E、维生素C及栎精组成的组中。在另一实施例中，上述抗氧化剂可包含α-硫辛酸或辛烯。

在一实施例中，相对于上述硅粉的重量，上述抗氧化剂可使用1重量％至10重量％。上述分散用溶剂还可包含水、去离子水、醇类溶剂或它们中的两种以上的混合物。