CN106463712A - 硅‑碳复合材料、包含其的负极、使用其的二次电池及其制备方法 - Google Patents

硅‑碳复合材料、包含其的负极、使用其的二次电池及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106463712A
CN106463712A CN201580029143.8A CN201580029143A CN106463712A CN 106463712 A CN106463712 A CN 106463712A CN 201580029143 A CN201580029143 A CN 201580029143A CN 106463712 A CN106463712 A CN 106463712A
Authority
CN
China
Prior art keywords
silico
carbon
mesopore
silicon
carbon assembly
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201580029143.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106463712B (zh
Inventor
张民哲
金正奎
金庾锡
金秀桓
柳振炯
成多荣
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
LG Energy Solution Ltd
Original Assignee
LG Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by LG Chemical Co Ltd filed Critical LG Chemical Co Ltd
Publication of CN106463712A publication Critical patent/CN106463712A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106463712B publication Critical patent/CN106463712B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/364—Composites as mixtures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/386—Silicon or alloys based on silicon
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587—Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B32/00—Carbon; Compounds thereof
    • C01B32/15—Nano-sized carbon materials
    • C01B32/158—Carbon nanotubes
    • C01B32/168—After-treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M2004/026—Electrodes composed of, or comprising, active material characterised by the polarity
    • H01M2004/027—Negative electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Carbon And Carbon Compounds (AREA)

Abstract

本发明涉及一种硅‑碳复合材料、包含其的负极、使用其的二次电池及其制备方法。

Description

硅-碳复合材料、包含其的负极、使用其的二次电池及其制备 方法
技术领域
本申请主张于2014年6月13日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请10-2014-0072459号的优先权和权益，其全部内容通过引用的方式并入本文中。
本发明涉及硅-碳复合材料、包含其的负极、使用所述硅-碳复合材料的二次电池以及制备所述硅-碳复合材料的方法。
背景技术
随着近来电子设备的小型化和轻量化的趋势，也需要其中用作电源的电池的小型化和轻量化。二次电池作为小型、轻量并且以高容量进行充放电的电池而被商业化，并且用于诸如小型摄像机、移动电话和膝上型电脑、通信设备等的便携式电子设备。
二次电池为具有高的能量和功率的能量存储系统，并且与其它电池相比具有容量或工作电压更高的优点。然而，电池安全性由于这样的高能量而成为问题，并且存在爆炸或着火的风险。特别地，在近来受到关注的混合动力车辆等中，需要高的能量和输出特性，因此这样的安全性更加重要。
二次电池通常由正极、负极和电解质形成，并且由于金属离子在两个电极之间来回移动的同时起到传递能量的作用，因此使得充放电变得可能。金属离子通过第一次充电从正极活性材料中出来，被插入负极活性材料即碳粒子中，并在放电期间再次被从碳粒子中除去。
同时，随着便携式电子设备的发展，对高容量电池的需求不断增加，并且已经对比用作现有的负极材料的碳具有显著高的每单位重量容量的高容量负极材料进行了积极研究。
发明内容
技术问题
本说明书涉及提供一种硅-碳复合材料、包含其的负极、使用所述硅-碳复合材料的二次电池以及制备所述硅-碳复合材料的方法。
技术方案
本说明书的一个实施方案提供一种硅-碳复合材料，所述硅-碳复合材料包含：碳组装体，所述碳组装体具有组装的多个碳纳米线或碳纳米管，并且具有在多个碳纳米线或碳纳米管之间在长度方向上穿孔的中孔(mesopores)；以及硅基材料，所述硅基材料设置在所述碳组装体的中孔中。
本说明书的另一个实施方案提供一种包含所述硅-碳复合材料的负极。
本说明书的还另一个实施方案提供一种使用所述硅-碳复合材料的二次电池。
本说明书的还另一个实施方案提供一种包含所述二次电池作为单元电池的电池模块。
本说明书的再另一个实施方案提供一种制备硅-碳复合材料的方法，所述方法包括将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中，所述碳组装体通过组装多个碳纳米线或碳纳米管而具有在多个碳纳米线或碳纳米管之间在长度方向上穿孔的中孔。
有益效果
在本说明书的一个实施方案中，通过将硅基材料渗入碳组装体的中孔中，能够容易地合成纳米级的Si-C复合材料。
在本说明书的一个实施方案中，设置在碳组装体的中孔中的硅基材料能够抑制硅体积的膨胀，因为硅基材料因碳组装体的中孔而受到空间限制。
在本说明书的一个实施方案中，设置在碳组装体的中孔中的硅基材料能够通过使固体电解质界面膜(SEI)形成中消耗的锂的量最小化而提高初始充放电效率，因为硅基材料因碳组装体的中孔而受到空间限制。
在本说明书的一个实施方案中，设置在碳组装体的中孔中的硅基材料具有的优势在于，因为硅基材料因碳组装体的中孔而受到空间限制，所以粒子型硅基材料在充放电期间不易破裂，并且减少了因形成额外的固体电解质界面膜(SEI)而消耗锂的副反应。
附图说明
图1是根据本说明书的一个实施方案的硅-碳复合材料的透视图。
图2是根据本说明书的一个实施方案的硅-碳复合材料的截面视图。
图3是显示实施例1中在Si浸入之前和之后测量CMK-3(由KAIST-3中孔结构化(mesostructure)的碳)的比表面积的结果的图。
图4是显示使用低角度x射线衍射仪(XRD)测量实施例1中的Si浸入之前和之后的CMK-3的结果的图。
图5是显示使用扫描电子显微镜测量实施例1中的Si浸入之前和之后的CMK-3的结果的照片。
具体实施方式
在下文中，将对本说明书进行详细说明。
本说明书提供一种硅-碳复合材料，所述硅-碳复合材料包含：碳组装体，所述碳组装体具有组装的多个碳纳米线或碳纳米管，并且具有在多个碳纳米线或碳纳米管之间在长度方向上穿孔的中孔；以及硅基材料，所述硅基材料设置在所述碳组装体的中孔中。
碳组装体为由多个碳纳米线或碳纳米管的组装体形成的粒子，并且一个粒子中的多个碳纳米线或碳纳米管与相邻的碳纳米线或碳纳米管结合，并由此具有能够保持在多个碳纳米线或碳纳米管之间在长度方向上穿孔的中孔的尺寸的能力。
通过将多个碳纳米线或碳纳米管以六边形形式均匀分布并组装，得到碳组装体。具体地，在碳组装体中，在碳组装体长度方向上的垂直截面为通过如图1和图2中组装多个碳纳米线或碳纳米管而形成的六边形，并且在碳组装体长度方向上的垂直截面的形式是指由位于最外侧位置的碳纳米线或碳纳米管形成的形状。
随着在一个碳组装体中碳纳米线或碳纳米管的数量增加，碳组装体的直径、中孔的数量等增加。
碳纳米线可以为其中在长度方向上的垂直截面的直径为纳米级单位、并且其内部全部由碳形成的柱。碳纳米管可以为其中在长度方向上的垂直截面的直径为纳米级单位并且其内部为中空的管。
碳组装体的中孔的直径可以为纳米级，且具体地为100nm以下。这具有如下优点：由硅体积膨胀造成的耐应力性(stress resistance)高，并且还提高了电池的高输出性能。
碳组装体的中孔的直径可以为1nm以上且100nm以下，并且具体地，碳组装体的中孔的直径可以为1nm以上且20nm以下。
碳组装体的比表面积可以为90m2/g以上。这具有如下优点：可以增加装载入碳孔中的硅基材料。
在此，碳组装体的比表面积是指能够与其它材料接触的碳组装体的面积(m2)。
碳组装体可以包括CMK-3(由KAIST-3中孔结构化的碳)和CMK-5(由KAIST-5中孔结构化的碳)中的至少一种。
碳组装体可以为碳组装体粒子。
碳组装体粒子的直径可以为0.1μm以上且10μm以下。在此，碳组装体粒子的直径是指通过碳组装体的长度方向上的垂直截面的重心的最长线的长度。
硅基材料没有限制，只要其包含硅元素即可，但可以为通过渗入碳组装体的中孔中而提供的硅基粒子。在此，硅基粒子是指包含硅元素的粒子。
硅基材料可以包括硅烷基化合物、硅和锂化的硅中的至少一种。
硅烷基化合物是指氢化的硅化合物，并且还包括其中氢化的硅中的任何一个或多个氢被卤素取代的化合物。例如，硅烷基化合物可以为硅烷化合物或卤化的硅烷化合物，并且具体地为硅烷化合物或三氯硅烷化合物。此外，锂化的硅是指锂-硅的复合化合物，例如锂化的硅化合物可以为由Li22Si5表示的化合物。
设置在碳组装体的中孔中的硅基粒子的直径可以相当于碳组装体的中孔的直径。设置在碳组装体的中孔中的硅基粒子的直径与碳组装体的中孔的直径具有正相关性。具体地，可以形成如下关系：设置在碳组装体的中孔中的硅基粒子的直径随着碳组装体的中孔的直径增加而增加。
设置在碳组装体的中孔中的硅基粒子的直径可以与碳组装体的中孔的直径相同，或者大于碳组装体的中孔的直径。
在本说明书的一个实施方案中，当将碳组装体的质量之和取作100时，碳组装体与硅基材料的质量比可以为1:1～1:5。这具有的优点是，关于硅基材料的体积膨胀的耐应力性增加。
在本说明书的一个实施方案中，基于碳组装体的总孔隙率，在碳组装体的总孔隙率中因硅基材料占据而造成的孔隙率减少率可以为20％以上且95％以下。这具有的优点是，关于硅基材料的体积膨胀的耐应力性增加。
在本说明书的一个实施方案中，通过将硅基材料渗入碳组装体的中孔中可以容易地合成纳米级的Si-C复合材料。
在本说明书的一个实施方案中，设置在碳组装体的中孔中的硅基材料可以抑制硅的体积膨胀，因为硅基材料因碳组装体的中孔而受到空间限制。
在本说明书的一个实施方案中，设置在碳组装体的中孔中的硅基材料可以通过使固体电解质界面膜(SEI)形成中消耗的锂的量最小化而提高初始充放电效率，因为硅基材料因碳组装体的中孔而受到空间限制。
通常，当硅不受空间限制时，由于体积膨胀而破裂的粒子形成新的表面，并且在新形成的表面上形成额外的固体电解质界面膜的同时消耗锂，这抑制平稳的充放电循环。
在本说明书的一个实施方案中，设置在碳组装体的中孔中的硅基材料具有的优势在于，因为硅基材料因碳组装体的中孔而受到空间限制，所以粒子型硅基材料在充放电期间不易破裂，并且减少了因形成额外的固体电解质界面膜(SEI)而消耗锂的副反应。
本说明书提供一种包含所述硅-碳复合材料的电极。具体地，本说明书提供一种包含所述硅-碳复合材料的负极。
本说明书提供一种使用所述硅-碳复合材料的二次电池。
二次电池可以包含含有本说明书的硅-碳复合材料的负极。具体地，二次电池可以包含：正极；负极；以及设置在所述正极与所述负极之间的隔膜，其中所述负极包含所述硅-碳复合材料。
二次电池还可以包含由隔膜分开的正极侧正极液体电解质和负极侧负极液体电解质。
正极液体电解质和负极液体电解质可以包含溶剂和电解质盐。正极液体电解质和负极液体电解质可以包含彼此相同或不同的溶剂。
液体电解质可以为水性液体电解质或非水液体电解质，并且水性液体电解质可以包含水。非水液体电解质可以包括选自由如下构成的组中的非水有机溶剂：碳酸酯类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、有机硫类溶剂、有机磷类溶剂、非质子溶剂及它们的组合。
所述非水有机溶剂可以选自由如下构成的组：碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸二丁酯(DBC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、氟代碳酸亚乙酯(FEC)、二丁醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环、1,4-二恶烷、1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、1,2-二丁氧基乙烷、乙腈、二甲基甲酰胺、甲酸甲酯、甲酸乙酯、甲酸丙酯、甲酸丁酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸丙酯、乙酸丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、丙酸丁酯、丁酸甲酯、丁酸乙酯、丁酸丙酯、丁酸丁酯、γ-丁内酯、2-甲基-γ-丁内酯、3-甲基-γ-丁内酯、4-甲基-γ-丁内酯、β-丙内酯、δ-戊内酯、磷酸三甲酯、磷酸三乙酯、磷酸三(2-氯乙基)酯、磷酸三(2,2,2-三氟乙基)酯、磷酸三丙酯、磷酸三异丙酯、磷酸三丁酯、磷酸三己酯、磷酸三苯酯、磷酸三甲苯酯、聚乙二醇二甲醚(PEGDME)及它们的组合。
电解质盐是指在水或非水有机溶剂中解离成阳离子和阴离子的盐。
电解质盐在液体电解质中的浓度没有特别限制。例如，浓度可以为1M，且在这种情况下，可以有效地展示二次电池的充放电性能。
设置在正极与负极之间的隔膜将正极与负极隔开或绝缘，并且可以使用任何材料，只要其允许离子在正极与负极之间传输即可。其实例可包括多孔非导电或绝缘材料。更具体地，作为实例可以包括：聚合物无纺布，如由聚丙烯材料制成的无纺布或由聚苯硫醚材料制成的无纺布；或者诸如聚乙烯或聚丙烯的烯烃类树脂的多孔膜，并且可以作为两种以上的组合的方式使用这些物质。这样的隔膜可以为诸如膜的独立构件，或者可以为添加到正极和/或负极的涂层。隔膜用于透过电解质，并且可以用作电解质的载体。
二次电池的形状没有限制，且其实例可以包括硬币型、板型、圆柱型、锥型、纽扣型、片型或层状型。
二次电池没有特别限制，只要其具有包含本发明的硅-碳复合材料的负极即可。
例如，二次电池可以为锂二次电池。锂二次电池的实例可以包括锂硫电池或锂空气电池。具体地，二次电池的正极可以为空气电极。
本说明书提供一种包含二次电池作为单元电池的电池模块。
可以通过将双极板插入根据本说明书的一个实施方案的二次电池之间并对制得物进行堆叠而形成电池模块。
当锂二次电池为锂空气电池时，双极板可以为多孔的以便将从外部供应的空气供应到包含在各个锂空气电池中的正极。其实例可以包括多孔不锈钢或多孔陶瓷。
具体地，电池模块可以用作电动车辆、混合动力车辆、插电式混合动力车辆或电力存储系统的电源。
本说明书提供了一种制备硅-碳复合材料的方法，所述方法包括将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中的步骤。
具体地，通过将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中，可以由渗入碳组装体的中孔中的硅基化合物形成硅基粒子。在此，硅基化合物和硅基粒子分别是指包含硅元素的化合物和粒子。
在此，对碳组装体和硅基粒子的描述可以使用上面提供的定义。
渗入碳组装体的中孔中的硅基化合物可以包括硅烷基化合物、硅和锂化的硅中的至少一种。在此，渗入碳组装体的中孔中的硅基化合物可以作为化合物本身渗入碳组装体的中孔中，所述化合物本身为硅烷基化合物、硅和锂化的硅本身中的至少一种；或者渗入碳组装体的中孔中的硅基化合物化学变化为作为硅烷基化合物、硅和锂化的硅中的至少一种的化合物。
将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中可以包括将硅烷基化合物渗入碳组装体的中孔中。例如，可以包括将硅烷或三氯硅烷渗入碳组装体的中孔中。
还可以包括对渗入硅基化合物的碳组装体进行热处理。通过热处理，可以将渗入碳组装体中的硅烷基化合物变成硅。
在此，热处理温度没有特别限制，只要其为渗入碳组装体中的硅烷基化合物可以被变成硅的温度即可，且具体地，所述温度可以为150℃以上且300℃以下。
还可以包括使渗入经热处理的碳组装体中的硅基化合物与锂金属或碘化锂反应。具体地，渗入经热处理的碳组装体中的硅可以与锂金属或碘化锂反应。
将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中的步骤为将硅烷基化合物渗入碳组装体的中孔中，并且制备硅-碳复合材料的方法还可以包括：对渗入所述硅烷基化合物的碳组装体进行热处理；和在热处理之后使碳组装体与锂金属或碘化锂反应。
将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中的步骤为将硅烷基化合物渗入碳组装体的中孔中，并且制备硅-碳复合材料的方法还可以包括：通过对渗入硅烷基化合物的碳组装体进行热处理将渗入碳组装体的中孔中的硅烷基化合物变成硅；和在热处理之后，通过使碳组装体与锂金属或碘化锂反应将渗入经热处理的碳组装体中的硅改变为锂化的硅。
锂化的硅可以用Li22Si5表示。
优选实施方案
下文中，为了对本申请进行具体说明，将参考实施例和比较例对本申请进行详细说明。然而，本说明书的实施例可以修改为各种其它形式，并且本申请的范围不被解释为限于上述实施例。提供本申请的实施例是为了向本领域普通技术人员更完整地说明本申请。
[实施例1]
将15g CMK-3(ACS(Advanced Chemical Supplier(USA))和30g三氯硅烷装入由不锈钢制成、并安装有搅拌器、回流冷凝器、引入单元和恒温器的100ml高压反应器中。使用搅拌器将制得物混合5分钟，然后停止搅拌。使用真空泵将高压反应器内的气压减压至5托，关闭真空管线，并打开氮气管线以用氮气置换高压反应器的内部气体。其后，在60分钟内升温至300℃，并将反应器内的压力保持在130atm下2小时。其后，将温度降至室温，向其添加50g10％的氢氧化钠以中和产物，并将过滤的产物在200℃下干燥24小时。
当使用比表面积测量装置(BET)测量表面积时，确定如图3中所示，与浸入三氯硅烷之前的CMK-3(1)的表面积相比，所获得的产物(2)的表面积明显降低，并且硅粒子浸入孔中。当使用低角度x射线衍射仪(XRD)进行测量时，如图4中所示，通过对应于(i)CMK-3中所示的六方孔结构的(100)、(110)和(200)峰强度在浸入了Si的(ii)CMK-3产物中的明显降低再次确认了硅粒子被浸入CMK-3孔中。当使用扫描电子显微镜对Si浸入之前和之后的CMK-3进行观察时，a在Si浸入之前和b在Si浸入之后没有很大的不同，如图5中所示，并且确定了Si存在于孔内而不是存在于CMK-3的表面上。
[比较例1]
使用球磨法合成Si-石墨(70:30重量％)复合材料。
[试验例]
按如下形成了电池单元，并对实施例1和比较例1的初始效率和循环性能进行了比较。
-工作电极：Si复合电极(实施例1或比较例1)
-对电极：Li金属
-液体电解质：与Li盐混合的碳酸酯类电解质
在通过以0.2C/0.5C对电池单元进行充放电而将充放电各自重复100次循环之后，对初始充放电效率、以及在第100次循环时相对于初始充放电效率的容量保持率(％)进行了测量，并将结果示于下表1中。如下表1中所示，可以看出，与比较例1的Si复合材料电池单元相比，本发明的电池单元在改善初始效率和循环性能问题方面表现出优异的效果。
[表1]

Claims (21)

1.一种硅-碳复合材料，其包含：
碳组装体，所述碳组装体具有组装的多个碳纳米线或碳纳米管，并且具有在多个所述碳纳米线或所述碳纳米管之间在长度方向上穿孔的中孔；以及
硅基材料，所述硅基材料设置在所述碳组装体的中孔中。
2.根据权利要求1所述的硅-碳复合材料，其中所述碳组装体通过如下得到：将多个所述碳纳米线或所述碳纳米管以六边形形式均匀分布并组装。
3.根据权利要求1所述的硅-碳复合材料，其中所述硅基材料包括硅烷基化合物、硅和锂化的硅中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的硅-碳复合材料，其中所述硅基材料为硅基粒子。
5.根据权利要求4所述的硅-碳复合材料，其中设置在所述碳组装体的中孔中的所述硅基粒子的直径相当于所述碳组装体的中孔的直径。
6.根据权利要求1所述的硅-碳复合材料，其中所述碳组装体的中孔的直径为100nm以下。
7.根据权利要求1所述的硅-碳复合材料，其中所述碳组装体为碳组装体粒子。
8.根据权利要求1所述的硅-碳复合材料，其中所述碳组装体粒子的直径为0.1μm以上且10μm以下。
9.根据权利要求1所述的硅-碳复合材料，其中所述碳组装体与所述硅基材料的质量比为1:1～1:5。
10.根据权利要求1所述的硅-碳复合材料，其中基于所述碳组装体的全部中孔，具有所述硅基材料的中孔的百分比为20％以上且95％以下。
11.一种负极，其包含权利要求1～10中任一项的硅-碳复合材料。
12.一种二次电池，其使用权利要求1～10中任一项的硅-碳复合材料。
13.根据权利要求12所述的二次电池，其包含：
正极；
负极；以及
设置在所述正极与所述负极之间的隔膜，
其中所述负极包含所述硅-碳复合材料。
14.一种电池模块，其包含权利要求12的二次电池作为单元电池。
15.一种制备硅-碳复合材料的方法，其包括：
将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中，所述碳组装体通过组装多个碳纳米线或碳纳米管而具有在多个所述碳纳米线或碳纳米管之间在长度方向上穿孔的中孔。
16.根据权利要求15所述的制备硅-碳复合材料的方法，其中渗入所述碳组装体的中孔中的所述硅基化合物包括硅烷基化合物、硅和锂化的硅中的至少一种。
17.根据权利要求15所述的制备硅-碳复合材料的方法，其中将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中的步骤为：将硅烷基化合物渗入所述碳组装体的中孔中。
18.根据权利要求17所述的制备硅-碳复合材料的方法，其中所述硅烷基化合物为硅烷或卤化的硅烷。
19.根据权利要求15所述的制备硅-碳复合材料的方法，还包括：
对被所述硅基化合物渗入的所述碳组装体进行热处理。
20.根据权利要求19所述的制备硅-碳复合材料的方法，还包括：
使渗入经热处理的碳组装体中的所述硅基化合物与锂金属或碘化锂反应。
21.根据权利要求15所述的制备硅-碳复合材料的方法，其中将硅基化合物渗入碳组装体的中孔中的步骤为：将硅烷基化合物渗入所述碳组装体的中孔中，并且还包括：
对被所述硅烷基化合物渗入的所述碳组装体进行热处理；以及
在所述热处理之后使所述碳组装体与锂金属或碘化锂反应。
CN201580029143.8A 2014-06-13 2015-06-10 硅-碳复合材料、包含其的负极、使用其的二次电池及其制备方法 Active CN106463712B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20140072459 2014-06-13
KR10-2014-0072459 2014-06-13
PCT/KR2015/005837 WO2015190832A1 (ko) 2014-06-13 2015-06-10 실리콘-탄소 복합체, 이를 포함하는 음극, 상기 실리콘-탄소 복합체를 이용하는 이차 전지 및 상기 실리콘-탄소 복합체의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106463712A true CN106463712A (zh) 2017-02-22
CN106463712B CN106463712B (zh) 2019-10-11

Family

ID=54833842

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201580029143.8A Active CN106463712B (zh) 2014-06-13 2015-06-10 硅-碳复合材料、包含其的负极、使用其的二次电池及其制备方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10249872B2 (zh)
EP (1) EP3157081B1 (zh)
JP (1) JP6604631B2 (zh)
KR (1) KR101686331B1 (zh)
CN (1) CN106463712B (zh)
PL (1) PL3157081T3 (zh)
WO (1) WO2015190832A1 (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3405987A4 (en) 2016-01-20 2019-06-12 Cornell University SULFUR ELECTRODES WITH MULTIPLE DOMAINS, AND THEIR MANUFACTURE
US10693139B2 (en) * 2016-08-12 2020-06-23 Korea Advanced Institute Of Science And Technology Carbonaceous structure and method for preparing the same, electrode material and catalyst including the carbonaceous structure, and energy storage device including the electrode material
WO2021009845A1 (ja) * 2019-07-16 2021-01-21 株式会社オプトラン 電極及び電極チップ
JP7279260B2 (ja) * 2020-03-27 2023-05-22 子誠 朱 電極及び電極チップ
CN111785922B (zh) * 2020-07-31 2022-04-01 蜂巢能源科技有限公司 锂离子电池电极及其制备方法和应用以及锂离子电池
CN111785923B (zh) * 2020-07-31 2023-05-05 蜂巢能源科技有限公司 锂离子电池阳极及其制备方法和应用与锂离子电池

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093416A (ja) * 2000-09-11 2002-03-29 Canon Inc リチウム二次電池用負極材料、負極及びこれを用いた二次電池
CN102456876A (zh) * 2010-10-27 2012-05-16 李溪 一种锂离子电池石墨化中孔碳/硅复合负极材料及其制备方法
CN102804463A (zh) * 2009-06-18 2012-11-28 株式会社Lg化学 锂二次电池用负极活性材料及其制备方法
CN103460493A (zh) * 2010-11-16 2013-12-18 瓦尔达微创新有限责任公司 具有改进的老化性能的锂离子电池

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2895572B1 (fr) * 2005-12-23 2008-02-15 Commissariat Energie Atomique Materiau a base de nanotubes de carbone et de silicium utilisable dans des electrodes negatives pour accumulateur au lithium
US7776473B2 (en) 2006-03-27 2010-08-17 Shin-Etsu Chemical Co., Ltd. Silicon-silicon oxide-lithium composite, making method, and non-aqueous electrolyte secondary cell negative electrode material
JP5364978B2 (ja) * 2007-03-28 2013-12-11 富士通セミコンダクター株式会社 表面改質カーボンナノチューブ系材料、その製造方法、電子部材および電子装置
US8679679B2 (en) * 2008-01-11 2014-03-25 A123 Systems, Inc. Silicon based composite material
CN102089240B (zh) * 2008-07-15 2016-06-08 杜伊斯堡-艾森大学 插入硅和/或锡的多孔碳基底
CN102040212B (zh) * 2009-10-23 2013-01-09 清华大学 碳纳米管复合结构
US8612463B2 (en) 2010-06-03 2013-12-17 Palo Alto Research Center Incorporated Identifying activities using a hybrid user-activity model
US9112224B2 (en) * 2010-06-30 2015-08-18 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Energy storage device and method for manufacturing the same
WO2012161479A2 (ko) 2011-05-23 2012-11-29 주식회사 엘지화학 출력 밀도 특성이 향상된 고출력의 리튬 이차전지
KR101911432B1 (ko) * 2012-06-18 2019-01-04 삼성전자주식회사 복합 담체, 이의 제조 방법, 이를 포함한 전극 촉매 및 상기 전극 촉매를 포함한 막-전극 접합체 및 연료 전지
CN107004830B (zh) * 2014-11-25 2020-04-28 康宁公司 用于锂离子电池阳极的方法和材料

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002093416A (ja) * 2000-09-11 2002-03-29 Canon Inc リチウム二次電池用負極材料、負極及びこれを用いた二次電池
CN102804463A (zh) * 2009-06-18 2012-11-28 株式会社Lg化学 锂二次电池用负极活性材料及其制备方法
CN102456876A (zh) * 2010-10-27 2012-05-16 李溪 一种锂离子电池石墨化中孔碳/硅复合负极材料及其制备方法
CN103460493A (zh) * 2010-11-16 2013-12-18 瓦尔达微创新有限责任公司 具有改进的老化性能的锂离子电池

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHUNFENG XUE，ET AL.: "Silicalite-1 monolith with vertically aligned mesopores templated from carbon nanotube array", 《MATERIALS LETTERS》 *
FEI HAN，ET AL.: "Fabrication of superior-performance SnO2@C composites for lithium-ion anodes using tubular mesoporous carbon with thin carbon walls and high pore volume", 《JOURNAL OF MATERIALS CHEMISTRY》 *
JUNSU PARK，ET AL.: "One-pot synthesis of silicon nanoparticles trapped in ordered mesoporous carbon for use as an anode material in lithium-ion batteries", 《NANOTECHNOLOGY》 *
ZHIBIN LEI，ET AL.: "CMK-5 Mesoporous Carbon Synthesized via Chemical Vapor Deposition of Ferrocene as Catalyst Support for Methanol Oxidation", 《JOURNAL OF PHYSICAL CHEMISTRY C》 *
ZHIYONG WANG，ET AL.: "Synthesis of monolithic 3D ordered macroporous carbon/nano-silicon composites by diiodosilane decomposition", 《CARBON》 *

Also Published As

Publication number Publication date
US10249872B2 (en) 2019-04-02
JP2017524630A (ja) 2017-08-31
CN106463712B (zh) 2019-10-11
PL3157081T3 (pl) 2020-11-16
EP3157081A1 (en) 2017-04-19
WO2015190832A1 (ko) 2015-12-17
JP6604631B2 (ja) 2019-11-13
KR101686331B1 (ko) 2016-12-13
KR20150143337A (ko) 2015-12-23
EP3157081B1 (en) 2020-08-05
EP3157081A4 (en) 2017-12-27
US20170092936A1 (en) 2017-03-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106463712B (zh) 硅-碳复合材料、包含其的负极、使用其的二次电池及其制备方法
Sun et al. Design of red phosphorus nanostructured electrode for fast-charging lithium-ion batteries with high energy density
US10886524B2 (en) Sulfur containing nanoporous materials, nanoparticles, methods and applications
CN103378357B (zh) 负电极组合物、负电极和可再充电锂电池
CN101916857B (zh) 锂离子动力与储能电池用复合负极材料及其制备方法和电池
Zhou et al. Designed synthesis of LiMn 2 O 4 microspheres with adjustable hollow structures for lithium-ion battery applications
Zhang et al. Crossed carbon skeleton enhances the electrochemical performance of porous silicon nanowires for lithium ion battery anode
CN105006554B (zh) 一种锂离子电池硅碳复合负极材料及其制备方法
CN102969503B (zh) 复合硅酸盐与碳的复合材料及其制备方法、含该材料的锂离子电池
Chen et al. Controllable fabrication of urchin-like Co 3 O 4 hollow spheres for high-performance supercapacitors and lithium-ion batteries
CN101868873A (zh) 非水电解质二次电池的多孔网状负极
CN105355898A (zh) 一种硅/碳纳米管/介孔碳锂离子电池负极材料制备方法
CN105655571B (zh) 电极材料、电极用糊及锂离子电池
CN104078666B (zh) 制备正极活性物质的方法、可再充电锂电池和电子装置
CN105680013A (zh) 一种锂离子电池硅/石墨/碳复合负极材料的制备方法
US20160204490A1 (en) Batteries
CN113708005B (zh) 一种嵌锂mof/石墨烯复合修饰的功能隔膜及制备方法
ES2885999T3 (es) Método para producir nanotubos de carbono cargados de azufre y cátodos para baterías de ion litio
CN108134052B (zh) 一种动力电池所用高容量硅碳负极材料及其制备方法
Wei et al. Solvothermal Synthesis of Porous MnF2 Hollow Spheroids as Anode Materials for Sodium‐/Lithium‐Ion Batteries
CN105375000B (zh) 一种含硫电极材料及其制备方法
CN102205989A (zh) 电池正极材料LiMn2O4的制备方法
Lv et al. Double-net enclosed sulfur composite as a new cathode in lithium sulfur batteries
CN100389512C (zh) 非水电解质电池
CN104091951A (zh) 一种用混合碳源合成LiMnPO4/C的方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20211209

Address after: Seoul, South Kerean

Patentee after: LG Energy Solution,Ltd.

Address before: Seoul, South Kerean

Patentee before: LG CHEM, Ltd.

TR01 Transfer of patent right