[发明专利]复合负极材料的制备方法及用于锂二次电池的复合负极材料

说明书

本发明涉及通过单一过程制备复合有纳米尺寸的硅和碳类材料的复合锂二次电池负极材料的方法，其包括：准备步骤，准备碳类物质和固态硅作为原材料并进行混合；和碳热冲击步骤，快速加热碳类物质，固态硅被加热的碳类物质熔融并以颗粒形态分散并浸渍于碳类物质的表面，在上述碳热冲击步骤中，对通过浸渍而生长于碳类物质表面的硅颗粒的尺寸进行调节。与制备硅纳米颗粒的现有方法相比，本发明的效果在于不仅工序费用低，而且通过同时进行制备硅纳米颗粒和与碳类物质的复合，进一步降低制备费用。本发明的效果在于，由于优先浸渍于碳类物质表面的孔中等，因此，即使不进行额外的分散，也可制备均匀分散有纳米尺寸的硅颗粒的复合负极材料。

技术领域

本发明涉及使用硅制备用于锂二次电池的活性物质的方法，更详细地，涉及制备复合有纳米尺寸的硅和碳类材料的复合负极材料的方法。

背景技术

最近，作为移动电话、智能手机和平板电脑等个人便携式终端设备或混合动力电动汽车、插电式电动汽车等电动汽车的电源装置，对锂二次电池需求大大增加，尤其，正在积极进行可以代替以往的常用锂二次电池的负极和正极材料的快速充电、高功率及高能量密度活性物质的开发。

在负极的情况下，大多数常用锂二次电池中使用的石墨的理论容量为372mAh/g水平，由于锂的层间扩散速度缓慢，存在难以快速充放电的局限，作为克服该问题的活性物质，在过去的20年中，理论容量为4200mAh/g的基于硅的硅类复合负极物质备受瞩目。尤其，在硅-石墨复合负极材料的情况下，在相关领域中正在进行用于常用化的竞争性开发，但是，尽管其具有优秀的能量密度和改善的充放电寿命特性，但就制造工艺成本而言，具有与石墨竞争的局限性。

另一方面，像大多数与锂电化学合金化的金属材料一样，为了解决由于充放电引起的体积膨胀和收缩而引起的电极机械损伤以及寿命快速缩短的问题，通过制备成纳米颗粒的方法及与对锂具有活性或非活性的异质材料进行复合的方法，也追求提高硅的性能(韩国授权专利10-1875950)。

但是，由于制备硅纳米颗粒存在硅纳米颗粒的价格非常高的问题，虽然开发用于降低硅纳米颗粒的制备费用的技术，但是制备低成本的硅类复合负极材料存在局限性，因为其由制备硅纳米颗粒然后进行复合两个工序组成(韩国授权专利10-1500994)。

现有技术文献

韩国授权专利10-1875950

韩国授权专利10-1500994

发明内容

解决的技术问题

本发明用于解决前述的现有技术的问题，其目的在于，提供一步制备复合有纳米尺寸的硅和碳类材料的复合负极材料的方法。

技术方案

为了实现上述目的，本发明的分散有纳米尺寸的硅颗粒的复合负极材料的制备方法的特征在于，包括：准备步骤：准备碳类物质和固态硅作为原材料并进行混合；以及碳热冲击步骤：在10秒的时间内将碳类物质快速加热至1400℃以上，固态硅被加热的碳类物质熔融并以颗粒形态分散并浸渍于碳类物质的表面，在上述碳热冲击步骤中，对通过浸渍而生长于碳类物质表面的硅颗粒的尺寸进行调节。

在本发明中，“碳热冲击”是在碳材料和固体混合的状态下通过通电或施加微波或高频来诱导碳材料的快速发热，与碳材料混合的固体硅被熔融并发生分散并浸渍于碳材料的表面的现象，可将浸渍的硅颗粒的尺寸调节至几十或几百纳米尺寸。具体地，若将碳类物质在10秒以下的时间内快速加热到1400℃以上，则固体硅与碳类物质一起被熔融并浸渍于碳类物质的表面。

尤其，即使与碳材料一起混合的硅在几十微米范围内，在可进行基于碳热冲击的熔融的情况下也可进行浸渍，因此可通过使用微米单位的硅材料，以几十至几百纳米尺寸浸渍于碳材料的表面。

在准备碳类物质的过程中，为了在高温下保持形态，还可进行稳定化步骤、具有规定的电导性的碳化步骤。