负极活性材料、制备负极活性材料的方法、负极组合物、包含其的锂二次电池用负极和包含负极的锂二次电池与流程

本申请要求于2022年8月4日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2022-0097513号的优先权和利益，所述专利申请的全部内容通过引用并入本文中。本申请涉及一种负极活性材料、制造负极活性材料的方法、负极组合物、包含其的锂二次电池用负极和包含负极的锂二次电池。

背景技术：

1、因为化石燃料的使用迅速增加，所以对使用替代能源或清洁能源的需求正在增加，并且作为这一趋势的一部分，研究最积极的领域是利用电化学反应的发电和蓄电领域。

2、目前，二次电池是利用这种电化学能的电化学装置的代表性实例，并且其使用范围趋向于逐渐扩大。

3、随着移动装置的技术发展和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加。在这些二次电池中，具有高能量密度和电压、长循环寿命和低自放电率的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。此外，作为用于这种高容量锂二次电池的电极，已经积极地对制造每单位体积的能量密度更高的高密度电极的方法进行了研究。

4、通常，二次电池包含正极、负极、电解质和隔膜。负极包含用于嵌入和脱嵌来自正极的锂离子的负极活性材料，并且作为负极活性材料，可以使用具有高放电容量的硅系粒子。

5、特别地，根据近年来对高密度能量电池的需求，正在积极地对通过一起使用容量是石墨系材料容量的10倍以上高的硅系化合物如si/c和siox作为负极活性材料来提高容量的方法进行研究。然而，与通常使用的石墨相比，作为高容量材料的硅系化合物具有大的容量，但在充电期间经历快速体积膨胀，从而使导电路径断开，从而电池特性降低。

6、因此，为了解决当将硅系化合物用作负极活性材料时所发生的问题，已经讨论了抑制体积膨胀自身的方法如控制驱动电位的方法、在活性材料层上另外进一步涂布薄膜的方法和控制硅系化合物粒径的方法，或防止导电路径断开的各种措施。然而，上述方法可能反而使电池的性能劣化，由此其应用受到限制，从而在制造具有高含量硅系化合物的负极电池的商业化方面仍然存在局限。

7、因此，需要对即使在为改善容量性能而将硅系活性材料用作负极活性材料时也能够防止由于硅系化合物的体积膨胀而损坏导电路径的硅系活性材料自身进行研究。

8、现有技术文献

9、[专利文献]

10、日本公开特许公报第2009-080971号

技术实现思路

1、技术问题

2、在通过化学加工法而不是常规的粉碎加工法来制作硅系活性材料的情况下，特别是通过晶体成核生长的硅系活性材料的情况下，通过研究发现，能够控制比表面积和粗糙度。对此，已经确认，当将所述比表面积的范围控制在一定范围内时，在锂的嵌入和脱嵌反应期间，反应均匀地发生并且施加至所述硅系活性材料的应力减小。

3、本申请涉及能够解决上述问题的负极活性材料、制造负极活性材料的方法、负极组合物、包含其的锂二次电池用负极和包含负极的锂二次电池。

4、技术方案

5、本说明书的一个示例性实施方式提供一种负极活性材料，包含比表面积为0.30m2/g以上且4.00 m2/g以下的硅系活性材料，其中所述硅系活性材料包含选自siox (x=0)和siox (0<x<2)中的一种或多种，并且包含基于100重量份的硅系活性材料为70重量份以上的siox (x=0)。

6、另一个示例性实施方式提供一种制造负极活性材料的方法，所述方法包括：通过使硅烷气体进行化学反应将硅系活性材料沉积在基底上；通过晶体成核使得所述硅系活性材料生长；以及获取沉积在所述基底上的硅系活性材料，其中所述硅系活性材料具有0.30m2/g以上且4.00 m2/g以下的比表面积。

7、又一个示例性实施方式提供一种负极组合物，包含：根据本申请的负极活性材料；负极导电材料；以及负极粘合剂。

8、还一个示例性实施方式提供一种锂二次电池用负极，包含：负极集电器层；以及设置在所述负极集电器层的一个表面或两个表面上的负极活性材料层，其中所述负极活性材料层包含根据本申请的负极组合物或其固化产物。

9、最后，提供一种锂二次电池，包含：正极；根据本申请的锂二次电池用负极；设置在所述正极与所述负极之间的隔膜；以及电解质。

10、有益效果

11、与现有的粉碎加工法不同，根据本发明的一个示例性实施方式的负极活性材料包含通过化学方法和晶体成核而生长的硅系活性材料，由此具有一定范围以上的比表面积。

12、本发明的负极活性材料包含选自siox (x=0)和siox (0<x<2)中的一种或多种作为所述硅系活性材料，并且包含基于100重量份的硅系活性材料为70重量份以上的siox (x=0)，即，具有纯si活性材料，并通过将所述硅系活性材料的比表面积控制在一定范围内，解决了当使用所述硅系活性材料时引起的由于充放电导致的体积膨胀的问题。

13、换言之，通过使用比表面积满足根据本发明的范围的硅系活性材料，粗糙表面与具有相同粒度的粒子相比导致更大的比表面积，由此与粘合剂的结合力增加，从而由于重复充放电循环引起的电极的裂纹减少。此外，在充放电期间锂的嵌入和脱嵌反应时，反应能够均匀发生并且能够减少施加至所述硅系活性材料的应力，从而能够减少粒子的破裂，由此能够改善电极的寿命保持率。

技术特征：

1.一种负极活性材料，包含具有0.30 m2/g以上且4.00 m2/g以下的比表面积的硅系活性材料，

2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述siox (x＝0)具有200 nm以下的晶粒尺寸。

3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅系活性材料满足以下公式1的范围：

4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅系活性材料满足以下公式2的范围：

5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅系活性材料的d50粒度为3 μm以上且10 μm以下。

6.一种制造权利要求1至5中任一项所述的负极活性材料的方法，所述方法包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述硅烷气体包含选自单硅烷、二氯硅烷和三氯氢硅中的一种或多种气体。

8.根据权利要求6所述的方法，其中所述通过晶体成核使得所述硅系活性材料生长在800℃至1300℃的温度和100 pa至150 pa的压力的条件下进行。

9.一种负极组合物，包含：

10.根据权利要求9所述的负极组合物，其中基于100重量份的所述负极组合物，所述负极活性材料的含量为40重量份以上。

11.根据权利要求9所述的负极组合物，其中基于100重量份的所述负极组合物，所述负极导电材料的含量为20重量份以下。

12.一种锂二次电池用负极，包含：

13.根据权利要求12所述的锂二次电池用负极，其中所述负极集电器层的厚度为1 μm以上且100 μm以下，并且

14.一种锂二次电池，包含：

技术总结本发明涉及一种负极活性材料、制备负极活性材料的方法、负极组合物、负极和锂二次电池，所述负极活性材料包含：硅系活性材料，所述硅系活性材料具有0.30 m<supgt;2</supgt;/g至4.00 m<supgt;2</supgt;/g的比表面积，所述硅系活性材料包含选自SiOx(x为0)和SiOx(0<x<2)中的一种或多种；并且包含基于100重量份的所述硅系活性材料为70重量份以上的所述SiOx(x为0)。技术研发人员：金道铉,金东赫,李龙珠,全贤敏受保护的技术使用者：株式会社LG新能源技术研发日：技术公布日：2024/8/27