[發(fā)明專利]在內(nèi)部形成空洞的鋰-碳復(fù)合體及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201780097328.1
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN111417595B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜埈;金光浩
• 申請（專利權(quán)）人: 韓國海洋大學(xué)產(chǎn)學(xué)合作基金會(huì);財(cái)團(tuán)法人未來素材研究團(tuán)
• 主分類號: C01B32/05
• 分類號: C01B32/05;H01M4/36
• 代理公司: 北京品源專利代理有限公司 11332
• 代理人: 呂琳;宋東穎

本發(fā)明涉及一種在內(nèi)部形成空洞的鋰?碳復(fù)合體及其制造方法，其要旨在于，包括：向具有芳族環(huán)的有機(jī)溶劑添加鋰前驅(qū)體并進(jìn)行混合的步驟；向上述有機(jī)溶劑內(nèi)配置一對金屬絲的步驟；通過溶液中的等離子體放電而形成在碳元素體中摻雜鋰的鋰?碳復(fù)合體的步驟；以及，對上述鋰?碳復(fù)合體內(nèi)的氫進(jìn)行去除并為了在上述鋰?碳復(fù)合體的內(nèi)部形成空洞而對上述鋰?碳復(fù)合體進(jìn)行退火處理的步驟。借此，能夠利用溶液中的等離子體放電簡單地合成出鋰?碳復(fù)合體，而且能夠通過對所合成的鋰?碳復(fù)合體進(jìn)行退火處理而在內(nèi)部形成空洞，從而提升適用上述鋰?碳復(fù)合體的鋰可充電電池的鋰充放電性能。

技術(shù)領(lǐng)域

本本發(fā)明涉及一種在內(nèi)部形成空洞的鋰-碳復(fù)合體及其制造方法，尤其涉及一種能夠利用溶液中的等離子體放電簡單地合成出鋰-碳復(fù)合體并通過對所合成的鋰-碳復(fù)合體進(jìn)行退火處理而在內(nèi)部形成空洞(cavities)，還能夠通過脫鋰(delithiation)過程形成追加空洞而將鋰貯藏能力極大化的在內(nèi)部形成空洞的鋰-碳復(fù)合體及其制造方法。

背景技術(shù)

最近隨著各種電子設(shè)備的小型化以及輕量化，對超大型電力貯藏系統(tǒng)的需求也在急劇增加，因此全世界對新能量源的關(guān)注度也在持續(xù)增加。其中，大量的研究活動(dòng)集中在環(huán)保、能量密度高、可實(shí)現(xiàn)快速充放電且循環(huán)穩(wěn)定性優(yōu)秀的鋰可充電電池領(lǐng)域。尤其是作為鋰可充電電池的陰極活性物質(zhì)使用的碳類、金屬類、氧化物類物質(zhì)的類型多種多樣，而且在高輸出、高密度能量電力提升方面起到核心作用，因此正在進(jìn)行大量的研究以及商用化。

其中，作為陰極活性物質(zhì)的硅(Si)是一種理論容量高且能夠通過與鋰(Li)的合金化(alloying)以及去合金化(dealloying)實(shí)現(xiàn)鋰離子的充放電的金屬元素。因?yàn)榕c現(xiàn)有的陰極活性物質(zhì)材料即石墨相比能夠呈現(xiàn)出單位重量、單位體積用量下的優(yōu)越的特性，因此作為新一代高容量鋰可充電電池材料正在開展大量研究活動(dòng)。不過，雖然硅呈現(xiàn)出較高的理論容量特性，但是卻難以實(shí)現(xiàn)商用化，這是因?yàn)樵趯韬弯囘M(jìn)行合金化的過程中會(huì)發(fā)生較大的結(jié)構(gòu)性變化，而且其體積與原有尺寸相比會(huì)發(fā)生400％以上的膨脹。在發(fā)生如上所述的體積膨脹時(shí)，硅將很容易發(fā)生碎裂，而且體積變化所造成的機(jī)械應(yīng)力(stress)會(huì)導(dǎo)致機(jī)械穩(wěn)定性(mechanical?stability)的下降。因此，在形成硅-鋰合金的電極中將發(fā)生裂紋(crack)和碎裂現(xiàn)象并因此造成粒子之間的電接觸的下降，從而導(dǎo)致其容量在幾個(gè)充放電循環(huán)(cycle)內(nèi)急劇減少的問題發(fā)生。此外，還會(huì)因?yàn)樵谒榱训碾x子表面形成新的固體電解質(zhì)中間相(SEI)層(solid?electrolyte?interface?layer)而導(dǎo)致可逆容量減少的問題發(fā)生。

因此人們也在通過各種手段嘗試將如上所述的體積膨脹問題最小化，其中最具代表性的是通過在碳元素體內(nèi)部以卵殼(yolk-shell)結(jié)構(gòu)或核殼(core-shell)結(jié)構(gòu)對硅進(jìn)行膠囊化而利用碳元素體內(nèi)部的孔隙空間(void?space)對體積膨脹進(jìn)行抑制的方法。而作為另一種方法，目前正在嘗試通過利用能夠與鋰合金化的金屬氧化物(metal?oxide)材料而借助于在合金化的同時(shí)生成的鋰氧化物抑制體積膨脹的方法。但是，前一種方法會(huì)因?yàn)樾枰叱杀?、多階段處理以及較長的工程時(shí)間而導(dǎo)致制造效率較低的問題，而后一種方法會(huì)因?yàn)殇囇趸锏纳啥鴮?dǎo)致非可逆性的容量增加以及需要克服金屬氧化物自身所具有的低導(dǎo)電性等問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明所要解決的問題

因此，本發(fā)明的目的在于提供一種通過從源頭上排除如硅以及金屬氧化物等材料的使用而在根本上解決因?yàn)轶w積膨脹而導(dǎo)致的電極劣化以及電導(dǎo)性等問題并通過只使用碳材料而將鋰的貯藏能力極大化的在內(nèi)部形成空洞的鋰-碳復(fù)合體及其制造方法。

此外，其目的在于提供一種能夠利用溶液中的等離子體放電簡單地進(jìn)行合成并通過對所合成的鋰-碳復(fù)合體進(jìn)行退火以及脫鋰(delithiation)處理而在內(nèi)部形成大量的空洞(cavities)，從而能夠提升鋰充放電性能的在內(nèi)部形成空洞的鋰-碳復(fù)合體及其制造方法。

用于解決問題的方案