[發(fā)明專利]多孔復合材料及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380003181.7
• 申請日: 2013-10-30
• 公開（公告）號: CN103931027A
• 公開（公告）日: 2014-07-16
• 發(fā)明（設計）人: 柳正宇;李龍珠;姜允雅;李美林;金帝映
• 申請（專利權）人: 株式會社LG化學
• 主分類號: H01M4/48
• 分類號: H01M4/48;H01M4/583;H01M4/13;H01M10/052
• 代理公司: 中原信達知識產(chǎn)權代理有限責任公司 11219
• 代理人: 陳海濤;穆德駿

技術領域

本發(fā)明涉及多孔復合材料及其制造方法，更特別地，本發(fā)明涉及由MO_x(其中0.5<x<1)表示的并具有5%～90%的孔隙率的多孔復合材料及其制造方法。

背景技術

近年來，鋰二次電池由于其高能量密度和長壽命的特性而受到極大關注。通常，鋰二次電池包含由碳材料或鋰金屬合金形成的負極、由鋰金屬氧化物形成的正極以及其中將鋰鹽溶于有機溶劑中的電解質(zhì)。

最初將鋰用作構成鋰二次電池的負極的負極活性材料。然而，由于鋰的可逆性和安全性低，所以目前主要將碳材料廣泛用作鋰二次電池的負極活性材料。盡管碳材料的容量比鋰低，但是碳材料的體積變化小且可逆性優(yōu)異，并在成本方面也具有優(yōu)勢。

近來，隨著鋰二次電池的使用的擴展，對高容量鋰二次電池的需求逐漸增加。因此，需要高容量的電極活性材料以代替低容量的碳材料。為此，已經(jīng)對使用(半)金屬如硅(Si)和錫(Sn)作為電極活性材料進行了研究，所述(半)金屬展示比碳材料更高的充電和放電容量并可與鋰進行電化學合金化。

在使用可與鋰進行電化學合金化的(半)金屬如硅的情況中，由于因電池的重復充放電造成的體積變化而產(chǎn)生裂紋或細粒子，由此，電池發(fā)生劣化。結果，電池的容量下降。還存在如下情況：為了減少因體積變化造成的裂紋或細粒子，典型地將(半)金屬的氧化物用作電極活性材料。然而，在此情況中，由于形成鋰的氧化物或鋰的金屬氧化物，所述鋰的氧化物或鋰的金屬氧化物是由與鋰離子的初始反應而造成的不可逆相，所以電池的初始效率會下降。

發(fā)明內(nèi)容

技術問題

本發(fā)明提供一種多孔復合材料及其制備方法，其中通過控制與(半)金屬結合的氧的摩爾比可以提高初始效率，且通過在多孔復合材料的表面上或其表面和內(nèi)部包含多個孔可以提高壽命特性并可以降低充放電期間厚度的變化率。

技術方案

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種多孔復合材料，其由化學式1表示并具有5%～90%的孔隙率：

<化學式1>

MO_x

其中M為選自如下元素中的至少一種元素：硅(Si)、錫(Sn)、鋁(Al)、銻(Sb)、鉍(Bi)、砷(As)、鍺(Ge)、鉛(Pb)、鋅(Zn)、鎘(Cd)、銦(In)、鈦(Ti)和鎵(Ga)，且0.5<x<1。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種制備多孔復合材料的方法，所述方法包括：在對(半)金屬粒子和(半)金屬氧化物粒子進行混合之后進行機械合金化；將所述合金化的混合粒子與電沉積溶液接觸以將金屬粒子電沉積在所述混合粒子的表面上，所述電沉積溶液通過對基于氟化物的溶液和金屬前體溶液進行混合而制得；通過將所述混合粒子與腐蝕溶液接觸對所述具有電沉積在其上的所述金屬粒子的混合粒子進行腐蝕；以及將經(jīng)腐蝕的混合粒子與金屬去除溶液接觸以將被電沉積的金屬粒子除去。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種包含所述多孔復合材料的負極活性材料。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種包含所述負極活性材料的負極。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種包含所述負極的鋰二次電池。有益效果

根據(jù)本發(fā)明，由于通過使用機械合金化可以將在由化學式1表示的多孔復合材料中氧對(半)金屬的摩爾比(x)控制為大于0.5并小于1，所以可以提高二次電池的初始效率。此外，由于多孔復合材料在其表面上或在表面和內(nèi)部包含多個孔并滿足上述孔隙率，所以在二次電池的充放電期間產(chǎn)生的電極的厚度變化率會下降且壽命特征會提高。

附圖說明

圖1是顯示根據(jù)本發(fā)明實施方案的多孔復合材料的示意圖(黑色部分：(半)金屬，白色部分：(半)金屬氧化物)；以及

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施方案的多孔復合材料的掃描電子顯微鏡(SEM)圖像。

具體實施方式

下文中，將對本發(fā)明進行更詳細的說明以使得更清楚地理解本發(fā)明。

應理解，用于說明書和權利要求書中的單詞或術語不應解釋為通常使用的詞典中所定義的意思。還應理解，所述單詞或術語，應在本發(fā)明人對所述單詞或術語的意思進行適當定義以對本發(fā)明進行最佳說明的原理的基礎上，解釋為與其在本發(fā)明的相關領域和技術理念的上下文中的意思相一致的意思。

根據(jù)本發(fā)明一個實施方案的多孔復合材料可由如下化學式1表示，并具有5%～90%的孔隙率。

<化學式1>

MO_x