[发明专利]负极活性材料以及包含该负极活性材料的负极和锂二次电池

说明书

本发明涉及一种负极活性材料，包含硅类核、位于所述硅类核上的第一涂层和位于所述第一涂层上的第二涂层，其中所述第二涂层包含掺杂至其表面中的金属材料。

技术领域

相关申请的交叉引用

本申请要求2018年8月23日提交的韩国专利申请第10-2018-0098724号的优先权和权益，其公开内容以全文引用的方式并入到本文中。

技术领域

本发明涉及负极活性材料和包含该负极活性材料的负极和锂二次电池，更具体地，涉及包含硅核、第一涂层和第二涂层的负极活性材料以及包含该负极活性材料的负极和锂二次电池。

背景技术

随着对移动装置的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求迅速增加，并且在这些二次电池中，具有高能量密度、高工作电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池是可商购的并且被广泛使用。

锂二次电池是通常由包含正极活性材料的正极、包含负极活性材料的负极、隔膜和电解质组成，并且通过锂离子的嵌入-脱嵌进行充电和放电的二次电池。锂二次电池具有高能量密度、高电动势和高容量，因此应用于各种领域。

另一方面，金属氧化物如LiCoO₂、LiMnO₂、LiMn₂O₄或LiCrO₂用作构成锂二次电池正极的正极活性材料，并且金属锂、石墨或活性炭等碳类材料或硅氧化物(SiO_x)等材料用作构成负极的负极活性材料。在用作负极活性材料的材料中，最初主要使用金属锂，但是随着充电和放电循环的进行，锂原子在金属锂的表面上生长，从而损坏隔膜并损坏电池，因此，最近通常使用碳类材料。然而，由于碳类材料的缺点在于理论容量仅为约400mAh/g，因此容量小。

因此，已经进行了各种研究以用具有高理论容量(4,200mAh/g)的硅(Si)类材料代替碳类材料作为负极活性材料。锂嵌入硅中的反应式如下。

[反应式1]

22Li+5Si＝Li₂₂Si₅

然而，在大多数硅负极材料中，由于锂嵌入，硅体积膨胀高达300％，因此负极被损坏并且不表现出高循环特性。此外，在硅的情况下，随着循环的继续，由于锂嵌入而发生体积膨胀，并且可能表现出衰减机理，例如粉化、导电剂与集电器之间的接触损失以及不稳定的固体-电解液界面(SEI)形成。

因此，为了解决上述问题，已经报道了使用硅纳米结构的研究，该硅纳米结构的结构是受控的，例如，形成纳米线、纳米管、纳米粒子、多孔结构与碳类材料的复合体。作为实例，尽管已经研究了碳涂覆的硅纳米结构，但是当使用所述碳涂覆的硅纳米结构作为负极活性材料的锂二次电池的充电/放电循环重复时，负极活性材料的容量没有得到保持。此外，当通过化学气相沉积(CVD)法等将碳涂覆在硅类粒子上时，比表面积增加，因此与电解液的副反应增加，导致循环特性劣化。

因此，仍然需要开发可以解决由使用硅引起的常规问题的硅类负极活性材料，以及包含这种硅类负极活性材料的负极和锂二次电池。

[现有技术文献]

[专利文件]

韩国专利公开号2017-0078203 A

发明内容

[技术问题]

本发明旨在提供一种负极活性材料，该负极活性材料能够减小由锂离子嵌入引起的体积膨胀，以改善锂二次电池的性能，并解决与电解液的副反应问题，所述副反应是由其中形成有碳涂层的常规硅类负极活性材料中的大比表面积引起的。

本发明还涉及提供包含上述负极活性材料的锂二次电池用负极和锂二次电池。