[发明专利]二次电池的硅基复合阳极活性材料和包括该硅基复合阳极活性材料的阳极

说明书

本发明提供了二次电池的硅基复合阳极活性材料和包括该硅基复合阳极活性材料的阳极。二次电池的阳极活性材料可以是硅基复合阳极活性材料，其可以包括石墨和硅组分，所述硅组分包括选自Si、Si‑M、SiO_x和SiC中的两种以上。Si‑M可以为硅合金，并且M可以包括选自过渡金属、碱土金属、13族元素、14族元素和稀土元素中的至少一种。

技术领域

本发明涉及二次电池的阳极活性材料(例如，硅基复合阳极活性材料)和包括该阳极活性材料的阳极。

背景技术

为了减少环境污染，除了使用化石燃料之外，汽车工业还通过使用电能实现多样化。例如，已经最普遍地使用锂二次电池作为车辆中的电能来源。近年来，电池能量致密化一直是增加车辆里程的最重要问题。因此，为实现此目的，需要提高所使用的材料的能量密度。

尽管已经开发了使用Ni-Co-Mn基或Ni-Co-Al基阴极材料和石墨阳极的电池，但是，由于能量密度的限制，已经开发出能够代替这些材料的材料。例如，硅可以提供远大于常规石墨(360mAh/g)的能量密度，例如，超过4000mAh/g的容量。

然而，当使用硅阳极时，在充电/放电过程中可能会发生体积膨胀，从而导致当充电至Li4.4Si时的体积膨胀是常规情况的约四倍。因此，可能产生电极撕裂和裂缝，不利于电极的寿命和安全性。此外，当在初始充电中消耗锂离子时，可能产生较大的不可逆容量。

发明内容

在优选的方面，提供了一种二次电池的阳极活性材料(例如，硅基复合阳极活性材料)和包括该阳极活性材料的阳极。与常规硅阳极材料相比，通过控制具有不同特性的硅阳极材料的组成(例如，硅组分)，阳极活性材料可以具有优异的寿命特性和体积膨胀抑制能力，同时保持较高的能量密度。

在一个方面，提供了一种二次电池的阳极活性材料(例如，硅基复合阳极活性材料)。阳极活性材料(例如，硅基复合阳极活性材料)可以包括石墨和硅组分。

本文所使用的硅组分表示包括作为主要组分的硅(Si)的化合物或材料，并且硅可以以元素Si、硅金属(Si-M，例如硅合金)、氧化硅(SiO_x)或碳化硅(SiC)的形式存在。硅组分可适当地包括选自Si、Si-M、SiO_x和SiC中的两种以上。Si-M可以为硅合金，并且M可适当地包括选自于过渡金属、碱土金属、13族元素、14族元素和稀土元素中的一种以上。

阳极活性材料可适当地包括：硅组分和其余的石墨，所述硅组分包括选自大于0重量％且约5重量％以下的量的Si-M、大于0重量％且约11重量％以下的量的SiO_x和大于0重量％且20重量％以下的量的SiC中的两种。本文中所有的重量％均基于阳极活性材料的总重量。

术语“重量％”可以与“％重量”等效地使用，并且“重量％”和“％重量”都应基于组成的总重量，例如阳极活性材料的总重量。

此外，阳极活性材料可适当地包括：硅组分和其余的石墨，所述硅组分包括选自大于0重量％且约9重量％以下的量的Si-M、大于0重量％且约11重量％以下的量的SiO_x和大于0重量％且约35重量％以下的量的SiC中的两种。

可替选地，阳极活性材料可适当地包括：硅组分和其余的石墨，所述硅组分包括大于0重量％且约11重量％以下的量的Si-M和大于0重量％且约35重量％以下的量的SiC。

此外，阳极活性材料可适当地包括：硅组分和其余的石墨，所述硅组分包括选自于大于0重量％且约20重量％以下的量的Si-M、大于0重量％且约20重量％以下的量的SiO_x和大于0重量％且约60重量％以下的量的SiC中的两种。

石墨可适当地包括天然石墨、人造石墨或其组合。