[发明专利]锂二次电池用硅基纳米复合阴极活性物质的制造方法及利用其的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及锂二次电池用硅基纳米复合阴极活性物质的制造方法及利用其的锂二次电池，具体地说，本发明涉及在甲醇基溶剂气氛中两个电极之间安装硅基线，并两端施加高压脉冲电源，而由瞬间电阻加热使其气化及分散，由此制造硅基纳米复合粒子分散溶液，将其与异种材料复合化制造硅基纳米复合阴极活性物质，由此能提供特性改进锂二次电池的锂二次电池用硅基纳米复合阴极活性物质的制造方法及利用其的锂二次电池。

背景技术

近年来，作为像手机、智能手机、及平板电脑的个人携带终端电源装置，或是作为像混合动力电动车、插电式电动车的电动车电源装置，对锂二次电池的需求正在大幅度增加，尤其是对可以替代现有商用锂二次电池的阴极及阳极材料的高功率及高能量密度活性物质的开发正在积极进行。

关于阴极，大部分的商用锂二次电池中使用的石墨，其理论容量的基准为372mAh/g，而且锂的层间扩散速度慢存在难于快速充放电的限制，为了克服此问题，在过去20年间，以理论容量达4200mAh/g的硅作为基准的硅基复合阴极物质一直受到青睐。尤其，对硅-石墨复合阴极材料，相关企业正在进行商用化的竞争性开发，尽管其优质的能量密度和改进的充放电寿命特性，但在制造工艺的成本方面与现有石墨竞争已有限制。

另一方面，如以电化学与锂形成合金的大部分金属物质一样，硅也是为了解决充放电伴随的体积膨胀和收缩所引起的电极的机械性损伤和由此而导致的的急速寿命缩短问题，正在追求通过粒子纳米化以及与锂活性/非活性异种材料的复合化的性能改进。

制造这种纳米大小硅基阴极的大部分研究以机械性粉碎和复合化、气相合成法、基于溶液的化学合成法等作为基本，虽然发表了作为二次电池阴极的优质特性结果，但由于合成所需的复杂工艺和高成本材料、杂质的含入、废弃物处理费用、合成过程伴随的氧化物形成等的问题，很难利用为商用材料。

电爆炸技术作为纳米粉末的大量合成技术已经开发了很长一段时间。最近开发了关于半导体材料的液中电爆炸技术(申请号第10-2008-0126028)，其显示硅在液中也可以电爆炸，在水溶液中氧化成SiO₂而不适合作为锂二次电池用的阴极活性物质，在乙醇、己烷等有机溶剂中，和在表面形成的碳层一起生成大量的碳化硅，从而存在大幅降低硅纳米复合体性能的问题。

发明内容

发明所要解决的课题

本发明要解决如上所述的问题，其目的是提供在电爆炸过程的高温热分解，在碳的残留量少的甲醇基溶剂气氛中，两个电极之间安装硅基线，并两端施加高电压脉冲电源，而由瞬间电阻加热使其气化及分散，由此制造纳米大小硅基粒子分散的溶液，将其与异种材料复合的锂二次电池用硅基纳米复合阴极活性物质的制造方法及利用其的锂二次电池。

用于解决课题的方法

为了完成所述目的，本发明的技术要旨是锂二次电池用硅基纳米复合阴极活性物质的制造方法及利用其的锂二次电池，所述方法包括：在位于甲醇基溶剂气氛中的两个电极之间安装硅基线，通过高压脉冲放电，制造硅基纳米粒子分散的分散溶液的第1步骤；以及将所述硅基纳米粒子和异种材料复合化，制造硅基纳米复合体的第2步骤。

另外，所述硅基线优选是使用选自硅晶圆、硅粉末、硅合金及硅和其他金属的混合粉末中的任意一种而形成的线、条、色帯的形态。

另外，所述第1步骤的甲醇基溶剂优选是使用纯甲醇或是含有50%以上甲醇的混合溶剂，或者在这些溶剂中溶解分散剂、表面活性剂或是碳前驱体之后使用。

另外，在所述第1步骤之后，最好还进行通过自然沉降、离心分离及过滤中的任一方法来控制粒子大小的工艺。

另外，所述第2步骤的异种材料是与锂有反应性的活性材料，优选包含选自C、Ge、Sn、Zn、Sb、Ag、Al、In、Pb、Te、S、P、Se、Mg、Ca、Ru、Rh、Pd、SiO、TiO₂、CoO、NiO、Fe₂O₃、Mn₂O₃、ZnO以及通过后处理能够与这些合成的前驱体中的一种以上。