CN116868366A - 负极活性材料、包含该负极活性材料的负极、包含该负极的二次电池及负极活性材料制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种负极活性材料、包含该负极活性材料的负极、包含该负极的二次电池以及负极活性材料的制备方法，所述负极活性材料包含：硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含SiOx(0<x<2)以及Mg化合物或Li化合物；和碳层，所述碳层布置在所述硅系复合粒子上，其中所述硅系复合粒子具有5m2/g至60m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料具有2m2/g至15m2/g的BET比表面积和在粉末密度为1.4g/cc时0.05S/cm至1S/cm的粉末电导率。

Description

负极活性材料、包含该负极活性材料的负极、包含该负极的二 次电池及负极活性材料制造方法
技术领域
本申请要求2021年8月13日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请号10-2021-0107517的优先权和利益，该韩国专利申请的全部内容通过引用并入本文。
本发明涉及一种负极活性材料、包含所述负极活性材料的负极、包含所述负极的二次电池以及负极活性材料的制备方法。
背景技术
由于化石燃料的使用迅速增加，对可替代能源或清洁能源的使用需求日益增加，作为这一趋势的一部分，最活跃的研究领域是使用电化学反应的发电和储电领域。
目前，使用此类电化学能的电化学装置的代表性示例包括二次电池，并且其使用领域越来越大。近来，随着对诸如便携式计算机、便携式电话和照相机等便携式装置的技术开发和需求的增加，对作为能源的二次电池的需求急剧增加，并且已经对在此类二次电池之中具有高能量密度(即，高容量)的锂二次电池进行了大量研究，并且具有高容量的锂二次电池已经商业化并被广泛使用。
通常，二次电池由正极、负极、电解质和隔膜组成。所述负极包含用于使来自正极的锂离子嵌入和脱嵌的负极活性材料，并且可以使用具有高放电容量的硅系粒子作为负极活性材料。然而，硅系粒子例如SiOx(0≤x<2)中的SiO2与从正极递送的锂离子部分反应生成锂硅酸盐，并且该锂硅酸盐不可逆地起作用，因此是电池初始效率降低的原因。此外，硅系粒子的体积在充电/放电过程中变化太大，导致与电解液的副反应。因此，存在电池的使用寿命降低的问题。
为了解决现有技术中的问题，已经使用了一种通过有意地用诸如Mg的金属掺杂硅系粒子以阻挡可能不可逆地形成的反应位点来改善初始效率的技术。然而，尽管能够改善初始效率，但在不考虑合适组成的情况下，难以仅通过用金属掺杂硅系粒子来改善电池的使用寿命特性，并且存在如下问题：通过金属掺杂显著降低了每重量的容量。
另一方面，在制备掺杂有金属的硅系粒子期间，粒子可能容易被氧化，从而出现电池的初始效率降低的问题。因此，需要一种用于防止电池的初始效率降低的方法。
此外，为了改善负极活性材料的导电性，可以通过在掺杂有金属的硅系粒子上形成碳涂层来制备负极活性材料。然而，由于仅形成碳涂层会限制导电性的改善，因此在电池的使用寿命特性的改善方面存在局限。因此，需要一种能够进一步改善负极活性材料的导电性的方法。
[现有技术文献]
(专利文献1)韩国专利申请公开号10-2019-0101767
发明内容
技术问题
本发明要解决的问题是提供一种能够改善电池的初始效率和使用寿命特性的负极活性材料。
本发明要解决的另一个问题是提供一种包含所述负极活性材料的负极。
本发明要解决的又一个问题是提供一种包含所述负极的二次电池。
本发明要解决的又一个问题是提供一种负极活性材料的制备方法。
技术方案
本说明书的示例性实施方式提供了一种负极活性材料，所述负极活性材料包含：硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含SiOx(0<x<2)、以及Mg化合物或Li化合物；和碳层，所述碳层设置在所述硅系复合粒子上，其中所述硅系复合粒子具有5m2/g至60m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料具有2m2/g至15m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料在粉末密度为1.4g/cc时具有0.05S/cm至1S/cm的粉末电导率。
本说明书的示例性实施方式提供了一种负极活性材料的制备方法，所述方法包括：制备硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含SiOx(0<x<2)、以及Mg化合物或Li化合物；和在所述硅系复合粒子的表面上设置碳层。
本说明书的示例性实施方式提供了一种包含所述负极活性材料的负极。
本说明书的示例性实施方式提供了一种包含所述负极的二次电池。
有益效果
由于根据本说明书的一个示例性实施方式的负极活性材料包含具有低水平的BET比表面积的硅系复合粒子并且所述负极活性材料具有低水平的BET比表面积和高的粉末电导率，因此能够改善电池的初始效率和使用寿命特性。
具体实施方式
在下文中，为了帮助理解本发明，将更详细地描述本发明。
本说明书和权利要求书中使用的术语或词语不应被解释为限于通常或词典的含义，应当基于发明人可以合适地定义术语的概念以便以最佳方式描述他或她自己的发明的原则，解释为符合本发明的技术主旨的含义和概念。
本说明书中使用的术语仅用于描述示例性实施方式，而不旨在限制本发明。除非上下文另有明确说明，否则单数表达包括复数表达。
在本发明中，术语“包含”、“包括”或“具有”旨在表示所实施的特征、数量、步骤、组成要素或其任何组合的存在，并且应当理解为意指一个或多个其它特征或数量、步骤、组成要素或其任何组合的存在或添加的可能性不被排除。
在本说明书中，孔的尺寸可以意指负极活性材料中包含的孔的直径的平均值。即，所述尺寸可以指孔的平均直径。
在本说明书中，平均粒径(D50)可以定义为粒子的粒径分布曲线中对应于累积体积的50％的粒径。可以使用例如激光衍射法来测量所述平均粒径(D50)。所述激光衍射法通常能够测量从亚微米区域到大约几毫米的粒径，并且可以获得具有高再现性和高分辨率的结果。
在本说明书中，可以通过BET 6点法通过如下方式测量比表面积：使用BET测量设备(BEL-SORP-MAX，日本Bell公司)在200℃对来自待测对象的气体脱气8小时，并在77K进行N2吸附/解吸。
在本说明书中，可以使用HAN TECH公司制造的HPRM-1000装置测量粉末电导率。具体地，在4-探针上放置空的保持器(直径为10mm)之后，当初始压力为10kgf时测量初始厚度。在确认保持器的初始厚度之后，将约3g活性材料放入所述保持器(直径为10mm)中，将该保持器放置在4-探针上，并输入样品信息。通过向含有样品的保持器施加压力，可以基于相应压力下的粉末密度来测量粉末电导率。
<负极活性材料>
根据本说明书示例性实施方式的负极活性材料是包含以下的负极活性材料：硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含SiOx(0<x<2)、以及Mg化合物或Li化合物；和碳层，所述碳层设置在所述硅系复合粒子上，其中所述硅系复合粒子可以具有5m2/g至60m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料可以具有2m2/g至15m2/g的BET比表面积和在粉末密度为1.4g/cc时为0.05S/cm至1S/cm的粉末电导率
根据本说明书的一个示例性实施方式的负极活性材料包含硅系复合粒子。所述硅系复合粒子包含SiOx(0<x<2)、以及Mg化合物或Li化合物。
所述SiOx(0<x<2)可以对应于所述硅系复合粒子中的基质。所述SiOx(0<x<2)可以是包含Si和SiO2的形式，并且所述Si也可以形成相。即，x对应于SiOx(0<x<2)中包含的O对Si的数量比。当所述硅系复合粒子包含SiOx(0<x<2)时，可以改善二次电池的放电容量。
所述硅系复合粒子可以包含SiOx(0<x<2)和Mg化合物。
所述硅系复合粒子可以包含SiOx(0<x<2)和Li化合物。
在本说明书的一个示例性实施方式中，所述Mg化合物或Li化合物可以存在于SiOx(0<x<2)的内部和/或表面上。通过所述Mg化合物或Li化合物可以改善电池的初始效率。所述Mg化合物或Li化合物可以对应于所述硅系复合粒子中的基质。
所述Mg化合物可以包含选自由Mg硅酸盐、Mg硅化物和Mg氧化物组成的组中的至少任一种。所述Mg硅酸盐可以包含Mg2SiO4和MgSiO3中的至少任一种。所述Mg硅化物可以包含Mg2Si。所述镁氧化物可以包含MgO。
所述Li化合物可以包含选自由Li硅酸盐、Li硅化物和Li氧化物组成的组中的至少任一种。所述Li硅酸盐可以包含Li2SiO3、Li4SiO4和Li2Si2O5中的至少任一种。所述Li硅化物可以包含Li7Si2。所述Li氧化物可以包含Li2O。
在本说明书的一个示例性实施方式中，基于所述硅系复合粒子的总计100重量％，所述Mg元素或Li元素的含量可以为0.1重量％至20重量％或0.1重量％至10重量％。具体地，所述Mg元素或Li元素的含量可以为0.5重量％至8重量％或0.8重量％至4重量％。
在本说明书的一个示例性实施方式中，基于所述负极活性材料的总计100重量％，所述Mg元素或Li元素的含量可以为0.1重量％至20重量％、或0.1重量％至10重量％。具体地，所述Mg元素或Li元素的含量可以为0.5重量％至8重量％或0.8重量％至4重量％。当满足上述范围时，可以在所述负极活性材料中以合适的含量包含Mg化合物和Li化合物相，从而可以容易地抑制电池充电和放电期间负极活性材料的体积变化，并且可以改善电池的放电容量和初始效率。
所述Mg元素或Li元素的含量可以通过ICP分析来确认。对于ICP分析，在将预定量(约0.01g)的负极活性材料精确分取之后，通过将试样转移到铂坩埚中并向其中加入硝酸、氢氟酸或硫酸，使所述负极活性材料在热板上完全分解。此后，通过如下来制备参考校准曲线：使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICPAES，Perkin-Elmer 7300)在所述Mg元素或Li元素的固有波长中测量使用标准溶液(5mg/kg)制备的标准液的强度。此后，将预处理的样品溶液和空白样品各自引入设备中，通过测量各自的强度来计算实际强度，相对于所制作的校准曲线计算各成分的浓度，然后可以通过将总和换算为理论值来分析所制备的负极活性材料的Mg元素和Li元素的含量。
所述硅系复合粒子可以具有5m2/g至60m2/g的BET比表面积。具体地，所述硅系复合粒子可以具有10m2/g至60m2/g、20m2/g至60m2/g、25m2/g至60m2/g或30m2/g至60m2/g的BET比表面积。当所述硅系复合粒子的BET比表面积不满足上述范围时，所述放电容量和初始效率低，并且归一化容量随着循环的进行而降低，从而存在循环性能差的问题。具体地，当所述硅系复合粒子具有小于5m2/g的BET比表面积时，存在如下问题：随着循环的进行，膨胀增加，导致循环性能差，而当所述硅系复合粒子具有大于60m2/g的BET比表面积时，存在如下问题：在碳涂覆期间，涂覆均匀性容易趋于劣化，并且所述硅系复合粒子在暴露于外部(水分)时容易被氧化，因此容量和效率特性变差。
所述硅系复合粒子的BET比表面积的下限可以是5m2/g、10m2/g、15m2/g、20m2/g、25m2/g、30m2/g、35m2/g或40m2/g，并且其上限可以是60m2/g、55m2/g或50m2/g。
在本说明书的一个示例性实施方式中，可以在硅系复合粒子上设置有碳层。在这种情况下，所述碳层可以设置在所述硅系粒子的表面的至少一部分上。即，所述碳层可以是部分地设置在所述粒子表面上或设置在整个粒子表面上的形式。此外，当所述硅系复合粒子包含孔时，所述碳层也可以设置在所述孔中。由此，对所述硅系复合粒子赋予导电性，并且有效地抑制了包含硅系复合粒子的负极活性材料的体积变化，从而可以改善电池的使用寿命特性。
在本说明书的一个示例性实施方式中，所述碳层可以包含无定形碳和结晶碳中的至少任一种。
所述结晶碳可进一步改善所述硅系复合粒子的导电性。所述结晶碳可以包含选自由富勒烯、碳纳米管和石墨烯组成的组中的至少任一种。
所述无定形碳可以通过合适地保持所述碳层的强度来抑制硅系复合粒子的膨胀。所述无定形碳可以是选自由焦油、沥青和其它有机材料组成的组中的至少任一种物质的碳化物，或者可以是使用烃作为化学气相沉积方法的源而形成的碳系材料。
所述其它有机材料的碳化物可以是蔗糖、葡萄糖、半乳糖、果糖、乳糖、甘露糖、核糖、己醛糖或己酮糖的碳化物以及选自其组合的有机材料的碳化物。
所述烃可以是取代或未取代的脂族或脂环族烃、或者是取代或未取代的芳族烃。所述取代或未取代的脂族或脂环族烃的脂族烃或脂环族烃可以是甲烷、乙烷、乙烯、乙炔、丙烷、丁烷、丁烯、戊烷、异丁烷、己烷等。所述取代或未取代的芳族烃的芳族烃示例包括苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、乙苯、二苯基甲烷、萘、苯酚、甲酚、硝基苯、氯苯、茚、香豆酮、吡啶、蒽、菲等。
在本说明书的一个示例性实施方式中，基于所述负极活性材料的总计100重量％，所述碳层的含量可以为1重量％至50重量％。具体地，所述碳层的含量可以为2重量％至45重量％、3重量％至40重量％、3重量％至30重量％、3重量％至20重量％或3重量％至17重量％。当满足上述范围时，改善了所述负极活性材料的导电性，并且容易抑制电池充电和放电期间所述负极活性材料的体积变化，从而可以改善电池的使用寿命特性。
在本说明书的一个示例性实施方式中，所述碳层可以具有1nm至500nm、特别地5nm至300nm的厚度。当满足上述范围时，容易抑制所述负极活性材料的体积变化，并且抑制电解液与负极活性材料之间的副反应，从而可以改善电池的使用寿命特性。
在本说明书的一个示例性实施方式中，所述负极活性材料可以具有2m2/g至15m2/g的BET比表面积。具体地，所述负极活性材料可以具有2m2/g至13m2/g、2m2/g至12m2/g或2.5m2/g至12m2/g的BET比表面积。当满足上述范围时，可以减少电池充电和放电期间电解液与负极活性材料之间的副反应，从而可以改善电池的使用寿命特性。相反，当所述负极活性材料具有小于2m2/g的BET比表面积时，存在膨胀随着循环的进行而增加，从而循环性能变差的问题，而当所述负极活性材料具有大于15m2/g的比表面积时，存在与电解液的副反应增加、浆料流变特性变差以及电池的使用寿命特性劣化的问题。
所述负极活性材料的BET比表面积的下限可以是2m2/g、2.5m2/g、3m2/g、4m2/g、6m2/g、8m2/g或10m2/g，并且其上限可以是15m2/g、13m2/g或12m2/g。
所述负极活性材料的BET比表面积通常对应于比包含碳层的金属掺杂型硅系粒子的BET比表面积更低的值。在现有技术中的一般粒子的情况下，难以控制硅系粒子的BET比表面积，使得所述负极活性材料的BET比表面积大，并且碳涂覆期间的涂覆均匀性劣化。然而，在本发明中，所述硅系复合粒子的BET比表面积被控制为小于60m2/g，使得所述负极活性材料的BET比表面积也可以得到有效控制，并且通过均匀地涂覆碳层可以更容易地确保粉末电导率。
在本说明书中，所述粉末密度意指由待测材料制成的颗粒(pellets)的单位体积重量，并且意指待测材料的表观密度。
在本说明书中，所述粉末电导率意指将待测材料的粉末造粒后，将所测量的表面电阻值转换为电导率。
在本说明书中，可以使用由HAN TECH公司制造的HPRM-1000装置测量粉末电导率。具体地，在4探针上放置空的保持器(直径为10mm)之后，当初始压力为10kgf时测量初始厚度。在确认保持器的初始厚度之后，将约3g活性材料放入所述保持器(直径为10mm)中，将所述保持器放置在4探针上，并输入样品信息。通过向含有样品的保持器施加压力，可以基于相应压力下的粉末密度来测量粉末电导率。
所述负极活性材料可以在粉末密度为1.4g/cc时具有0.05S/cm至1S/cm的粉末电导率。具体地，所述负极活性材料可以具有0.05S/cm至0.9S/cm或0.1S/cm至0.8S/cm的粉末电导率。所述粉末电导率的下限可以是0.05S/cm、0.08S/cm、0.1S/cm、0.2S/cm、0.3S/cm、0.4S/cm或0.5S/cm，并且其上限可以是1S/cm、0.9S/cm或0.8S/cm。
在现有技术中的一般粒子的情况下，所述硅系复合粒子具有大的BET比表面积和小于0.05S/cm的粉末电导率，并且由于归一化容量随着循环的进行而劣化，因此存在循环性能差的问题。具体地，由于硅系复合粒子几乎不具有导电性，当负极活性材料的粉末电导率小于0.05S/cm时，充电/放电本身不容易，使得容量和效率劣化，并且循环特性可能是差的。相反，当所述粉末电导率超过1S/cm时，存在如下问题：当所述负极活性材料与碳系负极活性材料(例如石墨)混合并用于负极中时，存在于所述碳系负极活性材料中的Li在高温储存期间容易扩散到硅系复合粒子中，因此，由于锂离子的损失，使得容量劣化。
相反，根据本发明的负极活性材料可通过下述热处理步骤和碳层形成步骤而表现出0.05S/cm至1S/cm的粉末电导率。通过具有如上所述的粉末电导率，可以确保负极活性材料的充分电导率，同时防止在负极中使用期间由于锂离子的损失而导致的容量劣化。
因此，由于本发明的负极活性材料包含具有低水平的BET比表面积的硅系复合粒子，并且所述负极活性材料具有低水平的BET比表面面积和高的粉末电导率，因此通过减少与电解液的副反应以及均匀且有效地设置碳涂层，能够改善电池的初始效率和使用寿命特性。
相反，当所述硅系复合粒子的BET比表面积不满足上述范围时，即使所述负极活性材料的BET比表面积和粉末电导率满足上述范围，也会存如下问题：当所述硅系复合粒子暴露于外部(水分)时，容量和效率由于氧化反应而劣化。
此外，当所述负极活性材料的BET比表面积不满足上述范围时，即使所述负极活性材料的粉末电导率和所述硅系复合粒子的BET比表面积满足上述范围，在充电/放电期间与电解液的副反应如此之大，从而存在由于循环导致的容量劣化显著的问题。
此外，当所述负极活性材料的粉末电导率不满足上述范围时，即使所述硅系复合粒子的BET比表面积和所述负极活性材料的BET比表面积满足上述范围，由于低导电性，充电/放电也不会进行，并且在石墨混合组成中，在石墨中存在的Li在高温储存期间容易扩散到硅系复合粒子中，从而存在由于Li离子的损失而使得容量劣化的问题。
因此，本发明的负极活性材料在改善电池的初始效率和使用寿命特性方面是有效的，其中本发明的负极活性材料在硅系复合粒子的BET比表面积以及负极活性材料的BET比表面积和粉末电导率方面满足所有上述范围。
在本说明书的一个示例性实施方式中，所述硅系复合粒子还可以包含孔。
在本说明书中，包含在所述硅系复合粒子中的孔的尺寸意指除了设置在孔中的碳层以外的尺寸。
在本说明书的一个示例性实施方式中，所述孔可以具有50nm以
下、具体地2nm至45nm、更具体地2nm至40nm的尺寸。
在另一个示例性实施方式中，所述孔可以具有5nm至40nm、10nm至40nm、或20nm至40mm的尺寸。
在又一个示例性实施方式中，所述孔可以具有2nm至30nm、4nm
至25nm、或5nm至20nm的尺寸。
在本说明书的一个示例性实施方式中，孔尺寸的下限可以是1nm、
2nm、3nm、4nm、5nm、10nm、15nm或20nm，并且其上限可以
是50nm、45nm、40nm、35nm、30nm、25nm或20nm。
当所述孔具有大于50nm的尺寸时，电解液与硅系复合粒子之间
的副反应增加，使得电池的使用寿命特性劣化。所述孔的尺寸特别地
通过硅系复合粒子的诸如合成、蚀刻和附加热处理的工序来控制，并且对应于比现有技术中的硅系复合粒子的孔尺寸更低的值。
通过如上所述在所述硅系复合粒子中进一步包含孔，可以除去所
述硅系复合粒子的不可逆相以增加电池的初始效率，可以容纳所述硅
系复合粒子的体积变化，并且碳层也可以布置在所述孔内以容易地确
保粉末电导率。此外，通过如上所述控制所述孔的尺寸，可以减少在
电池充电和放电期间与电解液的副反应，从而可以改善电池的使用寿
命特性。
当所述硅系复合粒子如上所述还包含孔时，所述负极活性材料优
选具有10m2/g至15m2/g的BET比表面积。
所述负极活性材料可以具有2μm至15μm、具体地3μm至12μm、更具体地4μm至10μm的平均粒径(D50)。当满足上述范围时，可以控制所述负极活性材料与电解液之间的副反应，并且可以有效地实现电池的放电容量和初始效率。
<负极活性材料的制备方法>
根据上述示例性实施方式的负极活性材料可以通过包括以下步骤的方法制备：制备包含SiOx(0<x<2)以及Mg化合物或Li化合物的硅系复合粒子；和在所述硅系复合粒子的表面上设置碳层。
在本说明书的一个示例性实施方式中，包含SiOx(0<x<2)以及Mg化合物或Li化合物的所述硅系复合粒子可以通过以下方式形成：通过使其中混合了Si粉末和SiO2粉末的粉末以及Mg前体或Li前体分别气化，然后混合所气化的粉末和所气化的前体，从而形成混合气体；并在500℃至1000℃对该混合气体进行热处理。
在本说明书的一个示例性实施方式中，所述负极活性材料的制备方法还可以包括在制备所述硅系复合粒子之后以2℃/分钟至60℃/分钟的速率将所述硅系复合粒子冷却至室温。
在本说明书的一个示例性实施方式中，包含Mg化合物的硅系复合粒子可以通过以下方式形成：通过使其中混合了Si粉末和SiO2粉末的粉末以及Mg前体分别气化，然后混合所气化的粉末和所气化的Mg前体，从而形成混合气体；并在500℃至1000℃对该混合气体进行热处理。
可以通过在1000℃至1800℃、或1200℃至1500℃进行热处理而使Si粉末和SiO2粉末的混合粉末气化。
所述Mg前体可以是Mg粉末，并且可以通过在500℃至1200℃、或600℃至800℃进行热处理而气化。通过如上所述使诸材料在气体状态下反应，Mg可以均匀地分布在所述硅系氧化物粒子中。
所述热处理可以在500℃至1000℃、600℃至900℃、650℃至850℃、或700℃至800℃进行1小时至4小时或2小时至3小时，并且可以在真空状态下进行。
在所述硅系氧化物粒子中，所述Mg化合物可以包括上述Mg硅酸盐、Mg硅化物、Mg氧化物等。
在本发明的一个示例性实施方式中，在所述制备硅系复合粒子之后，可以以2℃/分钟至60℃/分钟的速率将所述硅系复合粒子冷却至室温。
所述硅系复合粒子的冷却可以以2℃/分钟至60℃/分钟、5℃/分钟至50℃/分钟或5℃/分钟至10℃/分钟的速率进行。
通过如上所述的热处理和冷却步骤可以容易地控制所述硅系复合粒子的BET比表面积。
根据需要，可以通过诸如机械研磨方法的粉碎方法来调节通过上述方法制备的包含Mg的硅系氧化物粒子的粒径。
此外，在上述制备方法中，可以使用Li前体代替Mg前体来制备包含Li化合物的硅系复合粒子。
在本说明书的一个示例性实施方式中，包含Li化合物的硅系复合粒子可以通过以下方式形成：通过使其中混合了Si粉末和SiO2粉末的粉末以及Li前体分别气化，然后混合所气化的粉末和所气化的Li前体，从而形成混合气体；并在500℃至1000℃在真空状态下对该混合气体进行热处理。
所述Si粉末和所述SiO2粉末的混合粉末可以通过在1000℃至1800℃、或1200℃至1500℃进行热处理而气化。
所述Li前体可以是Li粉末，并且可以通过在500℃至1200℃、或700℃至900℃进行热处理而气化。通过如上所述使诸材料在气体状态下反应，Li可以均匀地分布在所述硅系氧化物粒子中。
所述热处理可在500℃至1000℃、600℃至900℃、650℃至800℃、或650℃至750℃进行1小时至4小时或2小时至3小时，并且可以在真空状态下进行。
在所述硅系复合粒子中，所述Li化合物可以包括上述Li硅酸盐、Li硅化物、Li氧化物等。
在本发明的一个示例性实施方式中，在所述制备硅系复合粒子之后，可以以2℃/分钟至60℃/分钟的速率将所述硅系复合粒子冷却至室温。
可以以2℃/分钟至60℃/分钟、5℃/分钟至50℃/分钟或5℃/分钟至10℃/分钟的速率进行对所述硅系复合粒子的冷却。
通过如上所述的热处理和冷却步骤可以容易地控制所述硅系复合粒子的BET比表面积。
在本说明书的一个示例性实施方式中，可以包括：在制备所述硅系复合粒子之后蚀刻所述硅系复合粒子。
在这种情况下，可以使用酸或碱进行所述蚀刻，所述酸可以是氢氟酸(HF)、硝酸(HNO3)、硫酸(H2SO4)和盐酸(HCl)中的至少任一种，所述碱可以是氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH)中的至少任一种。具体地，在蚀刻期间可以使用氢氟酸和乙醇的混合溶液。通过所述蚀刻步骤，可以在除去硅系复合粒子的Mg化合物相和Li化合物或SiO2的同时，改善电池的放电容量和效率。所述蚀刻可以进行10分钟至3小时、具体地30分钟至2小时。
所述硅系复合粒子可以通过所述蚀刻步骤而进一步包含孔。
如上所述提供的所述硅系复合粒子可以具有5m2/g至60m2/g的BET比表面积。具体地，所述硅系复合粒子可以具有10m2/g至60m2/g、20m2/g至60m2/g或30m2/g至60m2/g的BET比表面积。
在设置所述碳层时，可以通过使用烃气体的化学气相沉积(CVD)法或通过将用作碳源的材料碳化来制备所述碳层。
例如，所述碳层的设置可以通过以下方式来进行：注入碳系原料气体(烃气体)诸如甲烷气体，并在旋转管式炉中进行热处理。具体地，所述碳层可以通过以下方式形成：将硅系复合粒子引入旋转管式炉中，以3至10℃/分钟或约5℃/分钟的速率将温度升高至600℃至1200℃、800℃至1150℃、900℃至1050℃、或950℃至1000℃；在将旋转管式炉旋转的同时使氩气和碳系材料原料气体流动；并进行热处理30分钟至8小时。
<负极>
根据本说明书的一个示例性实施方式的负极可以包含上述负极活性材料。具体地，所述负极可以包含负极集电器和布置在所述负极集电器上的负极活性材料层。所述负极活性材料层可以包含所述负极活性材料。此外，所述负极活性材料层可以还包含粘合剂和/或导电材料。
所述负极活性材料层可以通过以下方式形成：将包含负极活性材料、粘合剂、增稠剂和/或导电材料的负极浆料施涂至集电器的至少一个表面上，并将所述集电器干燥和压延。
所述负极浆料还可以包含附加负极活性材料。
作为所述附加负极活性材料，可以使用能够使锂可逆地嵌入和脱嵌的化合物。其具体示例包括：碳质材料，例如人造石墨、天然石墨、石墨化碳纤维和无定形碳；能够与锂合金化的金属化合物，例如Si、Al、Sn、Pb、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Si合金、Sn合金或Al合金；可以掺杂和脱掺杂锂的金属氧化物，例如SiOβ(0<β<2)、SnO2、钒氧化物、氧化钛锂和氧化钒锂；或包含所述金属化合物和所述碳质材料的复合物，例如Si-C复合物或Sn-C复合物等，并且可以使用其任一种或其两种以上的混合物。此外，金属锂薄膜可以用作所述负极活性材料。或者，低结晶碳和高结晶碳等都可以用作碳材料。所述低结晶碳的典型示例包括软碳和硬碳，而所述高结晶碳的典型示例包括不规则状、板状、薄片状、球状或纤维状天然石墨或人造石墨，漂浮石墨，热解碳，中间相沥青系碳纤维，中间相碳微珠，中间相沥青，以及高温烧制碳(例如来自石油或煤焦油沥青的焦炭)。
所述附加负极活性材料可以是碳系负极活性材料。
所述碳系负极活性材料可以是石墨，具体地是人造石墨或天然石墨。
在本发明的一个示例性实施方式中，在所述负极浆料中包含的负极活性材料和所述附加负极活性材料的重量比可以是1:99至90:10、具体地是5:95至60:40、或10:90至50:50。
基于全部负极活性材料，根据本发明的负极活性材料的含量可以是1重量份至50重量份。具体地，所述含量可以是5重量份至30重量份、8重量份至20重量份或10重量份至15重量份。
所述负极浆料可以包含负极浆料形成用溶剂。具体地，在促进成分的分散方面，所述负极浆料形成用溶剂可以包含选自由蒸馏水、乙醇、甲醇和异丙醇组成的组中的至少一种，具体地是蒸馏水。
所述负极集电器只要具有导电性而不会对电池引起化学变化就足够了，并且没有特别限制。例如，作为所述集电器，可以使用铜，不锈钢，铝，镍，钛，烧制碳，或其中铝或不锈钢的表面经碳、镍、钛、银等表面处理过的材料。具体地，可以将良好地吸附碳的过渡金属诸如铜或镍用作所述集电器。尽管所述集电器可以具有6μm至20μm的厚度，但所述集电器的厚度不限于此。
所述粘合剂可包含选自由聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-共-HFP)，聚偏二氟乙烯，聚丙烯腈，聚甲基丙烯酸甲酯，聚乙烯醇，羧甲基纤维素(CMC)，淀粉，羟丙基纤维素，再生纤维素，聚乙烯基吡咯烷酮，聚四氟乙烯，聚乙烯，聚丙烯，聚丙烯酸，三元乙丙橡胶(EPDM)，磺化EPDM，丁苯橡胶(SBR)，氟橡胶，聚丙烯酸及其氢被Li、Na、Ca等取代的材料组成的组中的至少任一种，并且还可以包含其各种共聚物。
对所述导电材料没有特别限制，只要所述导电材料具有导电性而不会对电池引起化学变化即可，例如，可以使用石墨，例如天然石墨或人造石墨；炭黑，例如乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑和热裂法炭黑；导电纤维，例如碳纤维或金属纤维；导电管，例如碳纳米管；碳氟化合物粉末；金属粉末例如铝粉和镍粉；导电晶须，例如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，例如钛氧化物；导电材料，例如聚苯撑衍生物等。
<二次电池>
根据本说明书的一个示例性实施方式的二次电池可以包含根据上述示例性实施方式的负极。具体地，所述二次电池可以包含负极、正极、插置于正极和负极之间的隔膜、以及电解质，并且所述负极与上述负极相同。由于已经详细描述了所述负极，因此将省略其具体描述。
所述正极可以包含正极集电器和形成在所述正极集电器上且包含正极活性材料的正极活性材料层。
在所述正极中，只要所述正极集电器具有导电性而不会对电池引起化学变化，则对所述正极集电器没有特别限制，例如，可以使用不锈钢，铝，镍，钛，烧制碳，或其中铝或不锈钢的表面经碳、镍、钛、银等表面处理过的材料。此外，所述正极集电器通常可以具有3至500μm的厚度，并且也可以通过在所述集电器的表面上形成微细凹凸来增强正极活性材料的粘附性。例如，所述正极集电器可以以各种形式使用，例如膜、片、箔、网、多孔体、泡沫体和无纺布体。
所述正极活性材料可以是通常使用的正极活性材料。具体地，所述正极活性材料包含：层状化合物，例如锂钴氧化物(LiCoO2)和锂镍氧化物(LiNiO2)或被一种以上过渡金属置换的化合物；锂铁氧化物，例如LiFe3O4；锂锰氧化物，例如化学式Li1+c1Mn2-c1O4(0≤c1≤0.33)、LiMnO3、LiMn2O3和LiMnO2；锂铜氧化物(Li2CuO2)；钒氧化物，例如LiV3O8、V2O5和Cu2V2O7；Ni位点型锂镍氧化物，表示为化学式LiNi1-c2Mc2O2(这里，M是选自由Co、Mn、Al、Cu、Fe、Mg、B和Ga组成的组中的至少任一种，并且c2满足0.01≤c2≤0.3)；锂锰复合氧化物，表示为化学式LiMn2-c3Mc3O2(这里，M是选自由Co、Ni、Fe、Cr、Zn和Ta组成的组中的至少任一种，并且c3满足0.01≤c3≤0.1)或Li2Mn3MO8(这里，M是选自由Fe、Co、Ni、Cu和Zn组成的组中的至少任一种)；其中化学式的Li被碱土金属离子部分置换的LiMn2O4等，但不限于此。所述正极可以是Li金属。
所述正极活性材料层在包含上述正极活性材料的基础上，可以一道包含正极导电材料和正极粘合剂。
在这种情况下，所述正极导电材料用于对电极赋予导电性，并且可以没有特别限制地使用，只要所述正极导电材料具有电子传导性而不会在所构成的电池中引起化学变化即可。其具体示例包括：石墨，例如天然石墨或人造石墨；碳系材料，例如碳黑、乙炔黑、科琴黑、槽法炭黑、炉黑、灯黑、热裂法炭黑和碳纤维；金属粉末或金属纤维，例如铜、镍、铝和银；导电晶须，例如氧化锌和钛酸钾；导电金属氧化物，例如钛氧化物；或导电聚合物，例如聚苯撑衍生物，并且可以使用其任一种或其两种以上的混合物。
此外，所述正极粘合剂用于改善正极活性材料粒子之间的结合以及正极活性材料与正极集电器之间的粘附。其具体示例可以包括：聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯共聚物(PVDF-共-HFP)、聚乙烯醇、聚丙烯腈、羧甲基纤维素(CMC)、淀粉、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯基吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、三元乙丙橡胶(EPDM)、磺化EPDM、丁苯橡胶(SBR)、氟橡胶或其各种共聚物，并且可以使用其任一种或其两种以上的混合物。
所述隔膜分隔所述负极和所述正极，并提供用于锂离子移动的通道，并且可以没有特别限制地使用，只要所述隔膜通常用作二次电池中的隔膜即可，特别地，优选的是具有优异的电解液保湿能力以及对电解质中的离子移动具有低阻力的隔膜。具体地，可以使用多孔聚合物膜，例如，由聚烯烃系聚合物(例如，乙烯均聚物、丙烯均聚物、乙烯/丁烯共聚物、乙烯/己烯共聚物和乙烯/甲基丙烯酸酯共聚物)形成的多孔聚合物膜或其两层以上的层叠结构。此外，还可以使用典型的多孔无纺布，例如由具有高熔点的玻璃纤维、聚对苯二甲酸乙二醇酯纤维等制成的无纺布。此外，包含陶瓷成分或聚合物材料的经涂覆隔膜可用于确保耐热性或机械强度，并可选择性地作为单层或多层结构使用。
所述电解质的示例包括可以用于制备锂二次电池的有机液体电解质、无机液体电解质、固体聚合物电解质、凝胶型聚合物电解质、固体无机电解质、熔融型无机电解质等，但不限于此。
具体地，所述电解质可以包含非水有机溶剂和金属盐。
作为所述非水有机溶剂，可以使用例如非质子有机溶剂，例如N-甲基-2-吡咯烷酮、碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、γ-丁内酯、1,2-二甲氧基乙烷、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二甲基亚砜、1,3-二氧戊环、甲酰胺、二甲基甲酰胺、二氧戊环、乙腈、硝基甲烷、甲酸甲酯、乙酸甲酯、磷酸三酯、三甲氧基甲烷、二氧戊环衍生物、环丁砜、甲基环丁砜、1,3-二甲基-2-咪唑烷酮、碳酸亚丙酯衍生物、四氢呋喃衍生物、醚、丙酸甲酯和丙酸乙酯。
特别地，在所述碳酸酯系有机溶剂中，可以优选地使用作为环状碳酸酯的碳酸亚乙酯和碳酸亚丙酯，因为所述环状碳酸酯作为高粘度的有机溶剂具有高介电常数，因此会良好地解离锂盐，并且当所述环状碳酸酯与低粘度且低介电常数的线性碳酸酯(例如碳酸二甲酯和碳酸二乙酯)以合适的比例混合时，能够制备具有高电导率的电解质，因此这样的组合使用是更优选的。
作为所述金属盐，可以使用锂盐，所述锂盐是容易溶解在非水电解液中的材料，例如，作为所述锂盐的阴离子，可以使用选自由F-、Cl-、I-、NO3 -、N(CN)2 -、BF4 -、ClO4 -、PF6 -、(CF3)2PF4 -、(CF3)3PF3 -、(CF3)4PF2 -、(CF3)5PF-、(CF3)6P-、CF3SO3 -、CF3CF2SO3 -、(CF3SO2)2N-、(FSO2)2N-、CF3CF2(CF3)2CO-、(CF3SO2)2CH-、(SF5)3C-、(CF3SO2)3C-、CF3(CF2)7SO3 -、CF3CO2 -、CH3CO2 -、SCN-和(CF3CF2SO2)2N-组成的组中的一种以上。
在所述电解质中，为了改善电池的使用寿命特性、抑制电池容量的降低以及改善电池的放电容量的目的，在含有上述电解质组成成分的基础上，还可以包含一种以上添加剂，例如，碳酸卤代亚烷基酯系化合物(例如碳酸二氟亚乙酯)、吡啶、亚磷酸三乙酯、三乙醇胺、环醚、乙二胺、n-甘醇二甲醚、六甲基磷酰三胺、硝基苯衍生物、硫、醌亚胺染料、N-取代的唑烷酮、N,N-取代的咪唑烷、乙二醇二烷基醚、铵盐、吡咯、2-甲氧基乙醇或三氯化铝。/>
本发明的一个示例性实施方式提供了一种包含所述二次电池作为单元电池(unitcell)的电池模块、以及包含该电池模块的电池组。所述电池模块和所述电池组包含具有高容量、高倍率特性和循环特性的所述二次电池，因此可以用作选自由电动汽车、混合动力电动车辆、插电式混合动力电动车辆和储电***组成的组中的中大型装置的电源。
本发明的模式
在下文中，将参考用于具体描述本说明书的实施例来详细描述本说明书。然而，根据本说明书的实施例可以以各种形式修改，并且不应解释为本申请的范围限于以下详细描述的实施例。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解释本说明书。
<实施例和比较例>
实施例1：负极活性材料的制备
(1)硅系复合粒子的制备
在减压气氛中，将其中Si粉末和SiO2粉末以1:1的摩尔比均匀混合的粉末以及Mg分别在1400℃和700℃进行热处理，以使Si粉末、SiO2粉末和Mg气化。通过如下方式来制备粒子：在真空状态下在800℃的腔室中将其中混合有已经气化的Si粉末、SiO2粉末和Mg的混合气体进行热处理3小时，然后以5℃/分钟的速率冷却经热处理的该混合气体。用喷射磨机粉碎该粒子以形成平均粒径(D50)为5μm且BET比表面积为29m2/g的硅系复合粒子。
(2)负极活性材料的制备
此后，在通过使Ar气体流动而保持惰性气氛的同时，将所述硅系复合粒子放置在CVD设备的热区中，并使用Ar作为载气，将甲烷吹入900℃的热区中，并在10-1托下使其反应(用碳涂覆)3小时，以制备其中在硅系复合粒子的表面上形成了碳层的负极活性材料。
所述负极活性材料粒子具有8.2m2/g的BET比表面积、和在粉末密度为1.4g/cc时为0.1S/cm的粉末电导率。
所述负极活性材料粒子的C含量和Mg含量分别为3.5重量％和6.0重量％。
实施例2：负极活性材料的制备
以与实施例1中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于在制备所述硅系复合粒子期间，在800℃对混合气体进行热处理2小时，并将冷却速率设定为50℃/分钟，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设定为7小时。
实施例3：负极活性材料的制备
(1)硅系复合粒子的制备
在减压气氛中，将其中Si粉末和SiO2粉末以1:1的摩尔比均匀混合的粉末以及Mg分别在1400℃和700℃进行热处理，以使Si粉末、SiO2粉末和Mg气化。通过如下方式来制备粒子：在真空状态下在800℃的腔室中将其中混合有已经气化的Si粉末、SiO2粉末和Mg的混合气体进行热处理2小时，然后以50℃/分钟的速率冷却经热处理的该混合气体。用喷射磨机将该粒子粉碎，以形成平均粒径(D50)约为5μm的预备硅系复合粒子。
此后，使用氢氟酸和乙醇的混合溶液作为蚀刻溶液，将所述硅系复合粒子以20:1的重量比添加到所述蚀刻溶液中，将所得混合物混合约30分钟，然后进行过滤、洗涤和干燥，以形成BET比表面积为59m2/g的硅系复合粒子。
(2)负极活性材料的制备
此后，在通过使Ar气体流动而保持惰性气氛的同时，将所述硅系复合粒子放置在CVD设备的热区中，并使用Ar作为载气，将甲烷吹入900℃的热区中，并在10-1托下使其反应(用碳涂覆)8小时，以制备其中在硅系复合粒子的表面上形成了碳层的负极活性材料。
包含在所述负极活性材料中的孔具有39nm的平均尺寸。
所述负极活性材料粒子具有11.9m2/g的BET比表面积、和0.8S/cm的粉末电导率。
所述负极活性材料粒子的C含量和Mg含量分别为16.2重量％和2.9重量％。
实施例4：负极活性材料的制备
以与实施例1中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在制备所述硅系复合粒子期间，在热处理后将冷却速率设定为10℃/分钟，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设定为4小时。
实施例5：负极活性材料的制备
(1)硅系复合粒子的制备
在减压气氛中，将其中Si粉末和SiO2粉末以1:1的摩尔比均匀混合的粉末以及Li分别在1400℃和800℃进行热处理，以使Si粉末、SiO2粉末和Li气化。通过如下方式来制备粒子：在真空状态下在700℃的腔室中将其中混合有已经气化的Si粉末、SiO2粉末和Li的混合气体进行热处理3小时，然后以5℃/分钟的速率冷却经热处理的该混合气体。用喷射磨机粉碎该粒子以形成平均粒径(D50)为5μm且BET比表面积为21m2/g的预备硅系复合粒子。
(2)负极活性材料的制备
此后，在通过使Ar气体流动而保持惰性气氛的同时将所述硅系复合粒子放置在CVD设备的热区中，并使用Ar作为载气，将甲烷吹入900℃的热区中，并在10-1托下使其反应(用碳涂覆)3小时，以制备其中在硅系复合粒子的表面上形成了碳层的负极活性材料。
所述负极活性材料粒子具有2.6m2/g的BET比表面积、和0.3S/cm的粉末电导率。
所述负极活性材料粒子的C含量和Li含量分别为4.5重量％和5.9重量％。
实施例6：负极活性材料的制备
以与实施例5中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于增加Li含量，使得负极活性材料粒子的Li含量变为9.1重量％。
比较例1：负极活性材料的制备
以与实施例1中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于在制备所述硅系复合粒子期间在1100℃对所述混合气体进行热处理3小时。
比较例2：负极活性材料的制备
以与实施例1中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在制备所述硅系复合粒子期间，不对所述混合气体进行热处理，并且将冷却速率设定为70℃/分钟，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设定为8小时30分钟。
比较例3：负极活性材料的制备
以与实施例1中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在制备所述硅系复合粒子期间，在1100℃对所述混合气体进行热处理4小时，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设为3小时30分钟。
比较例4：负极活性材料的制备
以与实施例3中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在制备所述硅系复合粒子期间，不进行所述热处理，并将冷却速率设定为75℃/分钟并将蚀刻时间设定为1小时，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设定为2小时。
比较例5：负极活性材料的制备
以与实施例1中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在制备所述硅系复合粒子期间，在1100℃进行热处理4小时，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设定为2小时。
比较例6：负极活性材料的制备
以与实施例3中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在制备所述硅系复合粒子期间，不进行所述热处理，将冷却速率设定为70℃/分钟并将蚀刻时间设定为1小时，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设定为8小时30分钟。
比较例7：负极活性材料的制备
以与实施例5中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在制备所述硅系复合粒子期间，在1100℃进行热处理3小时，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设定为3小时30分钟。
比较例8：负极活性材料的制备
以与实施例5中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在制备所述硅系复合粒子期间，不进行所述热处理，并且将冷却速率设定为70℃/分钟，并且在制备所述负极活性材料粒子期间，将碳涂覆时间设定为8小时30分钟。
比较例9：负极活性材料的制备
以与实施例1中相同的方式制备负极活性材料，不同之处在于，在所述负极活性材料粒子的制备期间，将碳涂覆源改变为沥青，并且将涂覆时间设定为4小时。
实施例和比较例中制备的负极活性材料在下表1中示出。
[表1]
所述硅系复合粒子和所述负极活性材料的比表面积通过Brunauer-Emmett-Teller(布鲁诺尔-艾米特-特勒，BET)法测量。具体地，使用孔隙率测定分析仪(拜尔日本公司(Bell Japan Inc)，Belsorp-II mini)通过氮气吸附分布法，利用BET六点法测量比表面积。
通过氮吸附法利用根据Barrett-Joyer-Halenda(巴雷特-乔耶-哈伦达，BJH)方法的公式测量所述孔的尺寸。具体地，使用由日本拜尔公司制造的BELSORP-mini II模型，根据孔的尺寸导出孔面积，然后测量显示最大孔面积(dVp/dDp)的孔的尺寸(Dp/nm)。
通过ICP分析测量Mg和Li元素的含量。具体地，在将预定量(约0.01g)的负极活性材料分取之后，通过将试样转移到铂坩埚并向其中加入硝酸、氢氟酸或硫酸，使该负极活性材料在热板上完全分解。此后，通过如下来制备参考校准曲线：使用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICPAES，Perkin-Elmer 7300)在各元素的固有波长中测量使用标准溶液(5mg/kg)制备的标准液的强度。此后，将预处理的样品溶液和空白样品各自引入设备中，通过测量各自的强度来计算实际强度，相对于所制作的校准曲线计算各成分的浓度，然后通过将总和换算为理论值来分析所制备的负极活性材料的Mg元素和Li元素的含量。
平均粒径(D50)可以定义为粒子的粒径分布曲线中对应于累积体积的50％的粒径。可以使用激光衍射法用Malvern设备测量平均粒径(D50)。
使用由HAN TECH公司制造的HPRM-1000装置测量粉末电导率。在4探针上放置空的保持器(直径为10mm)之后，当初始压力为10kgf时测量初始厚度。在确认保持器的初始厚度之后，将约3g活性材料放入所述保持器(直径为10mm)中，将保持器放置在4探针上，输入样品信息，然后向包含样品的保持器施加压力，以测量粉末密度为1.4g/cc时的粉末电导率。
<实验例：放电容量和初始效率>
通过将作为负极活性材料的在实施例1中制备的负极活性材料、作为导电材料的炭黑和作为粘合剂的聚丙烯酸锂(Li-PAA)以80:10:10的重量比与溶剂(即水(H2O))混合在一起，来制备均匀的负极浆料。用所制备的负极浆料涂覆铜集电器的一个表面，并将铜集电器进行干燥和压延，然后将其冲压成预定尺寸以制造负极。
使用Li金属作为对电极，在所述负极和所述Li金属之间插置聚烯烃隔膜之后，将其中在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(EMC)以30:70的体积比混合的溶剂中溶解有1MLiPF6的电解质注入，从而制备实施例1A中的硬币型半电池。
以与实施例1A中相同的方式制造实施例2A至6A和比较例1A至9A中的硬币型半电池，不同之处在于，使用实施例2至6和比较例1至9中的硅系复合物。
充电条件：CC(恒定电流)/CV(恒定电压)(5mV/0.005C电流截止)
放电条件：CC(恒定电流)条件1.5V截止电压
放电容量(mAh/g)和初始效率(％)由一次充电/放电期间的结果导出，并在下表2中示出。
<实验例：使用寿命(容量保持率)特性的评价>
将其中实施例1至6和比较例1至9中的各负极活性材料和天然石墨以1:9的重量比混合而得的混合负极活性材料、作为导电材料的炭黑、以及作为粘合剂的羧甲基纤维素(CMC)和丁苯橡胶(SBR)以混合负极活性材料：导电材料：粘合剂(CMC)：粘合剂(丁苯橡胶)＝95.4:1:1.1:2.5的重量比与作为溶剂的水混合，从而制备负极浆料(相对于负极浆料的总重量，固体含量为约49重量％)。在将所述负极浆料施涂至作为负极集电器的铜(Cu)金属薄膜上并干燥之后，将金属薄膜冲压成预定尺寸，从而制造负极。
使用Li金属作为对电极，在所述负极和所述Li金属之间插置聚烯烃隔膜之后，将其中碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(EMC)以3:7的体积比混合的溶剂中溶解有1M LiPF6的电解质注入，从而制备锂硬币型半电池。
容量保持率通过对所制造的电池进行充电和放电来评价，并在下表2中示出。
对于第1个和第2个循环，以0.1C对电池进行充放电，而从第3个到第50个循环，以0.5C对电池进行充放电。
充电条件：CC(恒定电流)/CV(恒定电压)(5mV/0.005C电流截止)
放电条件：CC(恒定电流)条件1.5V电压截止
容量保持率通过以下计算得出。
-容量保持率(％)＝(50次放电容量/1次放电容量)×100
[表2]
电池 放电容量(mAh/g) 初始效率(％) 容量保持率(％)
实施例1A 1450 82.5 84.6
实施例2A 1420 82.3 84.8
实施例3A 1508 84.3 85.1
实施例4A 1445 82.5 84.4
实施例5A 1420 86.1 84.1
实施例6A 1411 91.8 83.9
比较例1A 1404 81.7 81.6
比较例2A 1387 80.8 80.5
比较例3A 1399 81.2 80.9
比较例4A 1401 81.1 80.7
比较例5A 1402 81.3 81.3
比较例6A 1375 80.5 80.1
比较例7A 1405 81.9 81.8
比较例8A 1391 81.3 81.1
比较例9A 1408 82.1 81.5
在实施例1至6中，硅系复合粒子包含Mg化合物或Li化合物，所述硅系复合粒子具有5m2/g至60m2/g的BET比表面积，形成碳层之后的负极活性材料具有2m2/g至15m2/g的BET比表面积，并且所述负极活性材料具有0.05S/cm至1S/cm的粉末电导率，通过使所述硅系复合粒子具有合适低的BET比表面积并合适地设置碳层以显示出合适的粉末电导率，可以改善电池的初始效率和使用寿命特性。
相反，在比较例1、3、5和7的情况下，硅系复合粒子由于高的热处理温度而导致BET比表面积过低，由于不能有效抑制根据充电/放电的膨胀特性，从而可以确认放电容量、初始效率和容量保持率劣化。
当如比较例2、4、6和8中那样硅系复合粒子的BET比表面积过高时，可以确认，在碳涂覆期间涂覆均匀性劣化，并且所述硅系复合粒子在暴露于外部(水分)时容易被氧化，由此容量和效率特性尤其变差。
即使如比较例9中那样硅系复合粒子和负极活性材料满足所述BET比表面积，当负极活性材料的粉末电导率过低时，充电/放电本身并不容易，从而可以确认容量和效率劣化，循环特性差。

Claims (15)

1.一种负极活性材料，包含：
硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含：
其中0<x<2的SiOx，以及
Mg化合物或Li化合物；和
碳层，所述碳层设置在所述硅系复合粒子上，
其中所述硅系复合粒子具有5m2/g至60m2/g的BET比表面积，并且
所述负极活性材料具有2m2/g至15m2/g的BET比表面积，且
所述负极活性材料在粉末密度为1.4g/cc时具有0.05S/cm至1S/cm的粉末电导率。
2.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅系复合粒子具有20m2/g至60m2/g的BET比表面积。
3.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料具有2m2/g至12m2/g的BET比表面积。
4.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述负极活性材料具有0.05S/cm至0.8S/cm的粉末电导率。
5.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述硅系复合粒子还包含孔。
6.根据权利要求5所述的负极活性材料，其中所述孔具有2nm至45nm的尺寸。
7.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，基于所述负极活性材料的总计100重量％，所述Mg元素或Li元素的含量为0.1重量％至20重量％。
8.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述Mg化合物包含选自由Mg硅酸盐、Mg硅化物和Mg氧化物组成的组中的至少任一种。
9.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中所述Li化合物包含选自由Li硅酸盐、Li硅化物和Li氧化物组成的组中的至少任一种。
10.根据权利要求1所述的负极活性材料，其中，基于所述负极活性材料的总计100重量％，所述碳层的含量为1重量％至50重量％。
11.一种制备根据权利要求1至10中任一项所述的负极活性材料的方法，所述方法包括：
制备硅系复合粒子，所述硅系复合粒子包含：
其中0<x<2的SiOx，以及
Mg化合物或Li化合物；和
在所述硅系复合粒子的表面上设置碳层。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括在所述制备硅系复合粒子之后，以2℃/分钟至60℃/分钟的速率将所述硅系复合粒子冷却至室温。
13.一种负极，包含根据权利要求1至10中任一项所述的负极活性材料。
14.根据权利要求13所述的负极，还包含碳系负极活性材料。
15.一种二次电池，包含根据权利要求13所述的负极。
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