[发明专利]锂二次电池用负极活性材料及其制备方法

说明书

本发明涉及具有包含纳米孔和中孔的双峰孔结构的负极活性材料，并且所述负极活性材料包含：由SiO_a表示的非晶硅复合物，其中0a1；以及分布在所述硅复合物的表面上的碳涂层。由于控制了所述硅复合物中的氧含量，所以包含所述负极材料的锂二次电池能够具有改善的初始效率和容量，而且由于也控制了比表面积，还能够减少与电解质的副反应。

相关申请的交叉引用

本申请要求2015年9月24日提交的韩国专利申请第10-2015-0135474号的优先权和权益，其全部公开内容通过引用合并于此。

技术领域

本说明书涉及包含硅类复合物的锂二次电池用负极活性材料，及其制备方法。

背景技术

最近作为便携式小型电子设备的电源而受到关注的锂二次电池，与使用典型的碱性水溶液的电池相比，通过使用有机电解液可以显示两倍以上的高放电电压，并因此表现出高能量密度。

由锂和过渡金属形成、具有能够嵌入锂的结构的氧化物例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0x1)等，已经被主要用作锂二次电池的正极活性材料，并且包括人造石墨、天然石墨和硬碳的能够嵌入和脱嵌锂的各种类型碳类材料已经被用作负极活性材料。

主要将石墨用作锂二次电池的负极材料。然而，石墨具有372mAh/g的低的单位质量容量，并且使用石墨可能难以制备高容量的锂二次电池。

作为与石墨相比显示更高容量的负极材料，与锂形成金属间化合物的材料，例如硅、锡及其氧化物是有希望的。然而，存在上述材料的体积扩张的问题，因为其晶体结构在吸收和储存锂时会发生变化。当硅吸收和储存最大量的锂时，硅转变为Li_4.4Si，并且其体积由于充电而扩张。在这种情况下，作为由于充电导致的体积增加率，体积可以扩张到体积扩张之前硅的体积的约4.12倍。

因此，已经进行了很多关于负极材料例如硅的容量增加的研究。然而，由于金属例如硅(Si)、锡(Sn)、铝(Al)等在充电和放电过程中与锂发生反应，所以发生体积扩张和收缩，并因此电池的循环特性劣化。

发明内容

技术问题

本说明书是鉴于上述情况而完成的，本说明书的目的在于提供一种能够改善锂二次电池的初始效率和寿命特性并且通过控制比表面积防止与电解质的副反应的锂二次电池用负极活性材料及其制备方法，且具体地，提供一种考虑到体积扩张和容量改善而包含硅类复合物的负极活性材料，所述硅类复合物更具体地为具有孔结构的硅。

技术方案

本说明书的一个实施方式提供了一种负极活性材料，其包含由SiO_a(0≤a1)表示的硅类复合物，以及分布在所述硅类复合物表面上的碳涂层，其中所述硅类复合物具有包含中孔和大孔的双峰(bimodal)孔结构。

根据本说明书的另一个实施方式，所述硅类复合物可以具有从所述硅类复合物的内部中心部到表面部整体地形成的双峰孔结构。

根据本说明书的又一个实施方式，所述中孔的直径可以在2至50nm的范围内，并且所述大孔的直径可以在50至700nm的范围内。

根据本说明书的又一个实施方式，所述硅的晶体部分的晶体尺寸可以在1-50nm的范围内。

根据本说明书的又一个实施方式，所述碳涂层的厚度可以在0.003至3.0μm的范围内。

根据本说明书的又一个实施方式，所述负极活性材料的比表面积可以在1至20m²/g的范围内。