[发明专利]硅-碳复合物和包含所述硅-碳复合物的锂二次电池

说明书

本发明涉及一种硅‑碳复合物和包含所述硅‑碳复合物的锂二次电池用负极活性材料。所述硅‑碳复合物包含碳类粒子和硅类粒子，其中：所述硅类粒子分散并且定位在所述碳类粒子的表面上；所述碳类粒子具有0.4m²/g至1.5m²/g的比表面积；并且所述硅类粒子中掺杂有选自由Mg、Li、Ca和Al组成的组中的至少一种元素。

技术领域

[相关申请的交叉引用]

本申请要求于2017年10月27日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2017-0140767的权益，该韩国专利申请的公开内容以引用的方式整体并入本文。

[技术领域]

本发明涉及一种硅-碳复合物和包含所述硅-碳复合物的锂二次电池，更具体地，涉及一种具有改善的初始效率、体积膨胀和寿命特性的硅-碳复合物和包含所述硅-碳复合物的锂二次电池。

背景技术

随着对移动装置的技术发展和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求已经显著增加。在这样的二次电池中，具有高能量密度和工作电位、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经被商业化并且被广泛使用。

通常，锂金属已经被用作二次电池的负极。然而，由于因枝晶的形成而导致电池短路和由此导致的电池爆炸的风险成为已知，因此锂金属已经被能够在维持其结构和电性质的同时进行可逆的锂离子嵌入和脱嵌的碳类化合物替代。

所述碳类化合物具有相对于标准氢电极电位约-3V的非常低的放电电位，并且由于由石墨板层(石墨烯层)的单轴取向所引起的高度可逆的充放电行为而表现出优异的电极循环寿命特性。此外，当对Li离子进行充电时，电极电位是0V Li/Li⁺，表现出与纯锂金属的电位几乎相似的电位，因此存在当形成氧化物类正极和电池时可以获得更高的能量的优势。

通常用作负极的天然石墨具有大的每单位重量容量，但是当电极被辊压时取向度增加，由此锂离子的输入/输出特性劣化，从而存在电池的快速充电性能劣化的缺点。相比之下，当电极被辊压时，人造石墨与天然石墨相比具有相对低的取向度，从而具有良好的锂离子输入/输出特性，因此存在以下优势：电池的快速充电性能改善并且表现出由于低膨胀而实现的长寿命特性。尽管已经尝试通过应用具有这样的优势的人造石墨来确保锂二次电池的长寿命特性，但是人造石墨具有对负极集电器的粘附力低的缺点。

同时，由于硅(Si)对于负极活性材料具有高理论容量(4,200mAh/g)，因此已经进行了各种研究以用其代替碳类化合物。

然而，在大多数硅负极材料中，硅的体积会由于锂的嵌入而膨胀至最大300％，从而破坏负极，从而存在无法表现出高循环特性的缺点。此外，在硅的情况下，随着循环的继续，其体积由于锂的嵌入而膨胀，并且可能表现出退化机制(fading mechanism)，如粉碎化、与导电剂和集电器的接触损失(contact loss)、以及不稳定的固体-电解质界面(SEI)的形成。

因此，需要开发一种能够使克服由常规碳类化合物和硅的使用引起的缺点的优势最大化的新技术。

发明内容

技术问题

本发明的一个方面提供了一种硅-碳复合物，其通过具有分散在碳类粒子的表面上的掺杂有金属元素的硅类粒子，从而在用作负极活性材料时表现出优异的初始效率、体积膨胀和寿命特性。

本发明的另一个方面提供了一种锂二次电池用负极浆料组合物，其包含所述硅-碳复合物并且表现出优异的初始效率、体积膨胀和寿命特性。

本发明的另一个方面提供了一种锂二次电池，其包含所述硅-碳复合物。

技术方案