[go: up one dir, main page]

KR20230117625A - 음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스및 전자 디바이스 - Google Patents

음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스및 전자 디바이스 Download PDF

Info

Publication number
KR20230117625A
KR20230117625A KR1020237025218A KR20237025218A KR20230117625A KR 20230117625 A KR20230117625 A KR 20230117625A KR 1020237025218 A KR1020237025218 A KR 1020237025218A KR 20237025218 A KR20237025218 A KR 20237025218A KR 20230117625 A KR20230117625 A KR 20230117625A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
silicon
pole piece
based particles
porosity
present application
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.)
Pending
Application number
KR1020237025218A
Other languages
English (en)
Inventor
쿤차오 리아오
Original Assignee
닝더 엠프렉스 테크놀로지 리미티드
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 닝더 엠프렉스 테크놀로지 리미티드 filed Critical 닝더 엠프렉스 테크놀로지 리미티드
Publication of KR20230117625A publication Critical patent/KR20230117625A/ko
Pending legal-status Critical Current

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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/134—Electrodes based on metals, Si or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/133—Electrodes based on carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H01M4/1395—Processes of manufacture of electrodes based on metals, Si or alloys
    • 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
    • H01M4/362—Composites
    • H01M4/366—Composites as layered products
    • 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
    • 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
    • H01M4/624—Electric conductive fillers
    • H01M4/625—Carbon or graphite
    • 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
    • H01M2004/021—Physical characteristics, e.g. porosity, surface area
    • 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
    • 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)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Composite Materials (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

본 출원은 음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스를 제공하며, 여기서 음극 극편은 음극재층을 포함하고, 상기 음극재층은 실리콘 기반 입자와 흑연 입자를 포함하며, 상기 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B는 20wt% 내지 60wt%이고, 상기 실리콘 기반 입자의 공극률 α1은 15% 내지 60%이며, 상기 음극 극편의 공극률 α2는 15% 내지 41%이고, 상술한 설계를 통해, 음극 극편은 일정한 공간을 구비하여 리튬 인터칼레이션에 의한 팽창에 제공될 수 있을 뿐만 아니라, 구조의 안정성과 가공성을 균형적으로 고려할 수 있으므로, 전기화학 디바이스의 사이클 성능과 팽창 변형 문제를 효과적으로 개선시킬 수 있다.

Description

음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스
본 출원은 전기화학 분야에 관한 것으로, 상세하게는 음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스에 관한 것이다.
리튬이온 2차전지는 에너지 저장 밀도가 크고, 열린 회로 전압이 높으며, 자기 방전율이 낮고, 사이클 수명이 길며, 안전성이 훌륭한 등 장점을 구비하므로, 전기 에너지 저장, 휴대용 전자 디바이스, 전기 자동차 및 항공 우주 디바이스 등 각 분야에 널리 적용된다. 휴대용 전자 디바이스와 전기 자동차가 급속한 발전 단계에 진입함에 따라, 시장에서는 리튬이온 2차전지의 에너지 밀도, 안전성, 사이클 성능 및 사용 수명 등에 대한 요구가 점점 높아지고 있다.
실리콘 기반 재료의 이론 용량은 4200mAh/g에 도달하여, 현재 기지된 최고 이론 용량을 구비하는 음극재이며, 동시에 실리콘 저장량이 풍부하고, 가격이 저렴하므로, 현재 리튬이온 2차전지 중의 음극 극편은 흔히 실리콘 기반 재료를 사용하여 차세대 그램 용량이 높은 음극재로 사용한다. 그러나 실리콘 기반 재료는 리튬의 디인터칼레이션 과정에서 부피 변화율이 300% 이상에 달하므로, 대량의 고체 전해질 계면막(Solid Electrolyte Interphase, SEI)을 생성하여, 리튬이온 2차전지 중의 유한한 리튬이온과 전해액을 소모하므로, 리튬이온 2차전지의 임피던스가 현저히 증가되어, 이의 산업화 대규모 적용을 심각하게 방해한다.
현재 문제의 주요 해결 수단은 실리콘 기반 재료에 대해 나노화와 복합화를 수행하는 것이지만, 이의 나노화에 대한 제조 공정이 복잡하고, 에너지 소모가 높으며, 매우 높은 비표면적은 실리콘 기반 재료가 쉽게 집결되도록 함으로써, 실리콘 기반 재료의 사이클 안정성이 불량한 문제를 철저히 해결할 수 없고; 실리콘 기반 재료와 탄소질 재료의 복합화는, 탄소질 재료가 실리콘 기반 재료가 리튬 인터칼레이션될 때 300%에 달하는 부피 팽창을 견딜 수 없어, 리튬이온 2차전지의 구조가 사이클 과정에서 파괴되므로, 실리콘 기반 재료의 문제를 완전히 해결할 수 없다.
본 출원은 음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스를 제공하여, 전기화학 디바이스의 사이클 성능과 팽창 변형 문제를 개선하는 것을 목적으로 한다.
설명이 필요한 것은, 아래의 내용에서 리튬 이온 전지를 전기 화학 디바이스로 하는 예를 들어 본 출원을 해석하였지만, 본 출원의 전기 화학 디바이스는 리튬 이온 전지에만 한정되는 것은 아니다.
구체적인 기술적 방안은 아래와 같다.
본 출원의 제1 측면에서는 음극 극편을 제공하는 바, 해당 음극 극편은 음극재층을 포함하고, 음극재층은 실리콘 기반 입자와 흑연 입자를 포함하며, 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B는 20wt% 내지 60wt%이고, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1은 15% 내지 60%이며, 음극 극편의 공극률 α2는 15% 내지 41%이다.
본 출원에서, "실리콘 기반 입자의 공극률 α1"은, 실리콘 기반 입자 중의 공극의 부피와 실리콘 기반 입자의 전체 부피의 백분율을 의미한다. 본 출원에서, "음극 극편의 공극률 α2"는, 음극 극편 중의 다양한 입자 사이의 공극의 부피와 음극 극편의 전체 부피의 백분율을 의미한다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B는 20wt% 내지 60wt%이고, 예를 들면, 실리콘 함유량 B의 하한치는 20wt%, 30wt% 또는 36wt%인 수치를 포함할 수 있으며; 실리콘 함유량 B의 상한치는 40wt%, 50wt% 또는 60wt%인 수치를 포함할 수 있다. 실리콘 함유량 B가 20wt%보다 작을 경우, 음극재층의 그램 용량이 작고; 실리콘 함유량 B가 60wt%보다 클 경우, 리튬의 디인터칼레이션 과정에서 실리콘 기반 입자의 부피 변화율이 가속화되어, 더 많은 SEI를 생성하여, 리튬 이온 전지 중의 리튬이온과 전해액의 소모를 가속화함으로써, 리튬 이온 전지의 임피던스가 현저히 증가된다.
본 출원에서, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1은 15% 내지 60%이고, 예를 들면, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1의 하한치는 15%, 16%, 18%, 25%, 30% 또는 33%인 수치를 포함할 수 있으며; 실리콘 기반 입자의 공극률 α1의 상한치는 38%, 45%, 47%, 56% 또는 60%인 수치를 포함할 수 있다. 실리콘 기반 입자의 공극률 α1이 15%보다 작을 경우, 미리 남겨둔 공간이 나노실리콘의 리튬 인터칼레이션에 의한 부피 팽창을 완충하기 어렵고, 탄소질 재료의 기계적 강도가 거대한 팽창 응력을 감당하기 어려워, 실리콘 기반 입자의 구조가 파열되고, 이의 전기화학 성능이 악화되는 것을 초래하며; 실리콘 기반 입자의 공극률 α1이 60%보다 클 경우, 공극이 너무 커, 탄소질 재료의 내압 강도가 감소되어, 실리콘 기반 입자가 가공될 때 파열되기 쉽고, 이의 전기화학 성능이 악화되는 것을 초래한다.
본 출원에서, 음극 극편의 공극률 α2는 15% 내지 41%이고, 예를 들면, 음극 극편의 공극률 α2의 하한치는 15%, 19% 또는 28%인 수치를 포함할 수 있고; 음극 극편의 공극률 α2의 상한치는 35% 또는 41%인 수치를 포함할 수 있다. 음극 극편의 공극률 α2가 15%보다 작을 경우, 전해액이 충분히 침윤되기 어려워, 리튬이온의 전송 거리가 증가되고, 리튬 이온 전지의 동역학을 악화시키며; 음극 극편의 공극률 α2가 41%보다 클 경우, 리튬 이온 전지가 사이클 중에 실리콘 기반 입자와 흑연 입자 사이의 접촉이 실효되기 쉬워, 사이클 성능이 악화되고, 리튬 이온 전지의 에너지 밀도가 감소되는 것을 초래한다.
본 출원에서, 실리콘 기반 입자 내와 음극 극편의 공극은 각각 독립적으로 구멍 직경이 2nm보다 작은 미세 구멍, 구멍 직경이 2nm 내지 50nm인 메소 구멍 또는 50nm보다 큰 거대 구멍을 포함한다. 본 출원에서, 상기 미세 구멍, 메소 구멍 및 거대 구멍의 수량은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는다.
전체적으로, 본 출원에서 제공한 음극 극편은 음극재층을 포함하고, 상기 음극재층은 실리콘 기반 입자와 흑연 입자를 포함하며, 실리콘 기반 입자 내와 음극 극편에서 공극을 제조하고, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1, 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B 및 음극 극편의 공극률 α2를 상기 범위 내로 제어하여, 음극 극편의 리튬 인터칼레이션에 의한 팽창을 공동으로 완화시킨다. 상술한 설계를 통해, 음극 극편은 일정한 공간을 구비하여 리튬 인터칼레이션에 의한 팽창에 제공되게 할 수 있을 뿐만 아니라, 구조의 안정성과 가공성을 균형적으로 고려할 수 있으므로, 음극 활성재의 부피 팽창 변형으로 인한 리튬 이온 전지의 실효 문제를 근본적으로 해결하여, 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 팽창 변형의 문제를 효과적으로 개선시킬 수 있다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1과 음극 극편의 공극률 α2의 합계 α는 45%＜α＜90%를 만족한다. 예를 들면, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1과 음극 극편의 공극률 α2의 합계 α의 하한치는 45%, 46%, 49%, 53%, 58%, 61% 또는 62%인 수치를 포함할 수 있고; 실리콘 기반 입자의 공극률 α1과 음극 극편의 공극률 α2의 합계 α의 상한치는 65%, 71%, 73%, 88% 또는 90%인 수치를 포함할 수 있다. 음극 극편의 공극률 α2와 실리콘 기반 입자의 공극률 α1의 합계 α를 상기 범위로 제어할 경우, 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 팽창 저항 성능은 현저히 향상된다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1과 실리콘 함유량 B는 P=0.5α1/(B-α1B)를 만족하고, 0.2≤P≤1.6이다. 예를 들면, P값의 하한치는 0.2, 0.4, 0.5 또는 0.8인 수치를 포함할 수 있고; P값의 상한치는 1.1, 1.5 또는 1.6인 수치를 포함할 수 있다.
P값이 0.2보다 작을 경우, 실리콘 기반 입자 중 미리 남겨둔 공극이 나노실리콘의 리튬 인터칼레이션에 의한 부피 팽창을 완충하기 어렵고, 탄소질 재료의 기계적 강도는 거대한 팽창 응력을 감당하기 어려워, 실리콘 기반 입자의 구조가 파열되고, 이의 전기화학 성능이 악화되는 것을 초래하며; P값이 1.6보다 클 경우, 실리콘 기반 입자 중의 미리 남겨둔 공극이 너무 커서, 탄소질 재료의 기계적 내압 강도가 악화되고, 실리콘 기반 입자가 가공될 때 파열되기 쉬워, 대량의 새로운 계면이 노출되어, 그의 최초 효율과 사이클 성능을 악화시키며, 리튬 이온 전지의 에너지 밀도가 감소되는 것을 초래한다. 따라서, P값을 상기 범위 내로 제어하면, 리튬 이온 전지의 에너지 밀도, 사이클 성능 및 팽창 저항 성능을 효과적으로 개선시킬 수 있다.
본 출원의 일 실시양태에서, 음극재층 중의 실리콘 기반 입자의 함량은 3wt% 내지 80wt%이다. 예를 들면, 음극재층 중의 실리콘 기반 입자의 함량의 하한치는 3wt%, 10wt%, 20wt%, 25wt%, 30wt%, 35wt% 또는 40wt%인 수치를 포함할 수 있고; 음극재층 중의 실리콘 기반 입자의 함량의 상한치는 45wt%, 55wt%, 60wt%, 70wt% 또는 80wt%인 수치를 포함할 수 있다. 음극재층 중의 실리콘 기반 입자의 함량을 상기 범위 내로 제어하여, 음극재층이 높은 그램 용량을 유지하도록 함으로써, 리튬 이온 전지의 에너지 밀도를 향상시킨다.
음극재층 중의 흑연 입자의 함량은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 본 출원에서 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 음극재층 중의 흑연 입자의 함량은 20wt% 내지 97wt%일 수 있으며, 음극재층 중의 흑연 입자의 함량의 하한치는 20wt%, 25wt%, 30wt% 또는 40wt%인 수치를 포함할 수 있고, 음극재층 중의 흑연 입자의 함량의 상한치는 50wt%, 60wt%, 70wt%, 80wt% 또는 90wt%인 수치를 포함할 수 있다. 음극재층 중의 흑연 입자의 함량을 상기 범위 내로 제어함으로써, 음극재층의 도전성이 증강되고, 그가 전해액과의 접촉을 감소하며, SEI의 생성이 감소되도록 한다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자는 규소 원소, 탄소 원소 및 산소 원소를 포함할 수 있고, 실리콘 기반 입자는 질소 원소, 인 원소 및 황 원소 등을 더 포함할 수 있다. 실리콘 기반 입자의 종류는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 본 출원에서 특별히 제한하지 않는 바, 예를 들면, 나노실리콘, 실리콘나노실리콘, 실리콘카본, 나노산화규소 또는 실리콘-금속 합금 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자가 라만(Raman)테스트를 적용한 D 피크와 G 피크의 피크 강도의 비율은 0.2 내지 2이고; 여기서, D 피크는 실리콘 기반 입자의 라만 스펙트럼 중의 변위 범위가 1255cm-1 내지 1355cm-1인 피크이고, G 피크는 실리콘 기반 입자의 라만 스펙트럼 중의 변위 범위가 1575cm-1 내지 1600cm-1인 피크이다. 실리콘 기반 입자가 라만을 사용하여 테스트한 D 피크와 G 피크의 피크 강도의 비율을 상기 범위 내로 제어할 경우, 실리콘 기반 입자의 탄소질 재료가 충분한 공극 결함이 존재하여, 사이클 과정 중의 팽창 변형을 억제하는데 유리함으로써, 음극 극편의 팽창 저항 성능과 사이클 성능을 향상시킨다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자의 표면에는 탄소 재료가 존재하고, 탄소 재료의 종류는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는 바, 예를 들면, 탄소 재료는 무정형 탄소, 탄소나노튜브, 탄소 나노입자, 기상 증착 탄소 섬유 또는 그래핀 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 출원의 일부 실시예에서, 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 출원은 실리콘 기반 입자의 표면에 탄소 재료가 존재하도록 하는 제조 방법에 대해 특별히 제한하지 않는 바, 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이면 된다. 본 출원에서, 탄소 재료의 함량은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는 바, 예를 들면, 실리콘 기반 입자의 0.01wt% 내지 1wt%일 수 있으며, 예를 들면, 0.01wt%, 0.1wt%, 0.5wt% 또는 1wt%이다. 실리콘 기반 입자의 표면에 탄소 재료가 존재하도록 함으로써, 실리콘 기반 입자 표면의 계면 안정성을 향상시켜, 실리콘 기반 입자의 오프셋을 속박하는데 유리하고, 실리콘 기반 입자의 부피 팽창과 수축으로 인한 구조 파괴를 효과적으로 완화시켜, 새로운 계면이 생성되는 것을 방지할 수도 있음으로써, 음극 극편의 사이클 성능과 팽창 변형을 개선시킨다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자의 표면에는 고분자 재료가 존재하고, 고분자 재료의 종류는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 본 출원에서 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면, 고분자 재료는 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF), 카르복실메틸셀룰로오스(CMC), 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC-Na), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산, 폴리스티렌부타디엔고무 및 이들의 유도체 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 출원의 일부 실시예에서, 고분자 재료는 카르복시메틸셀룰로오스나트륨, 폴리비닐피롤리돈, 폴리플루오르화비닐리덴 및 폴리아크릴산나트륨(PAANa)을 포함할 수 있다. 본 출원은 실리콘 기반 입자의 표면에 고분자 재료가 존재하도록 하는 제조 방법에 대해 특별히 제한하지 않는 바, 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이면 된다. 본 출원에서, 고분자 재료의 함량은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는 바, 실리콘 기반 입자의 0wt% 내지 0.4wt%일 수 있으며, 예를 들면, 0wt%, 0.025wt%, 0.15wt% 또는 0.4wt%이다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자의 평균 입경 Dv50은 20㎛보다 작다. 임의의 이론에 한정됨이 없이, 실리콘 기반 입자의 평균 입경 Dv50이 20㎛보다 클 경우, 음극 극편의 가공 과정에서 스크래치 등 문제가 발생하기 쉽고, 동시에 입자 사이의 서로 접촉되는 부위를 감소시킴으로써, 음극 극편의 사이클 성능에 영향을 미친다. 본 출원 실리콘 기반 입자의 평균 입경 Dv50을 상기 범위 내로 제어함으로써, 음극 극편의 사이클 성능을 개선시킬 수 있다. 본 출원에서, 흑연 입자의 입경은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는다.
본 출원의 일 실시양태에서, 실리콘 기반 입자의 비표면적은 50m2/g보다 작다. 임의의 이론에 한정됨이 없이, 실리콘 기반 입자의 비표면적이 50m2/g보다 클 경우, 실리콘 기반 입자의 비표면적이 너무 커서, 부반응이 리튬 이온 전지의 성능에 영향을 미치고, 동시에 더 높은 비율의 바인더를 소모해야 하고, 음극재층과 음극 집전체 사이의 접착력이 감소되고, 내부저항의 증가율이 비교적 높은 것을 초래할 수 있다. 본 출원에서, 흑연 입자 비표면적의 사이즈는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는다.
본 출원의 음극 극편의 다짐 밀도(compaction density)는 1.0g/cm3 내지 1.9g/cm3이므로, 리튬 이온 전지가 높은 에너지 밀도를 구비하도록 할 수 있다.
본 출원에서, 음극 극편 중 포함된 음극 집전체는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는 바, 예를 들면, 구리박, 구리 합금박, 니켈박, 스테인리스강박, 티타늄박, 발포 니켈, 발포 구리 또는 복합 집전체 등을 포함할 수 있다. 본 출원에서, 음극 집전체와 음극재층의 두께는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는 바, 예를 들면, 음극 집전체의 두께는 6㎛ 내지 10㎛이며, 음극재층의 두께는 30㎛ 내지 120㎛이다. 본 출원에서, 음극 극편의 두께는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는 바, 예를 들면, 음극 극편의 두께는 50㎛ 내지 150㎛이다.
선택적으로, 상기 음극 극편은 도전층을 더 포함할 수 있고, 상기 도전층은 음극 집전체와 음극재층 사이에 위치한다. 상기 도전층의 구성은 특별히 제한되지 않고, 본 출원이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 도전층일 수 있다. 상기 도전층은 도전제와 바인더를 포함한다.
본 출원의 양극 극편은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 특별히 한정하지 않는다. 예를 들면, 양극 극편은 통상적으로 양극 집전체와 양극재층을 포함한다. 여기서, 양극 집전체는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않는 바, 예를 들면, 알루미늄박, 알루미늄 합금박 또는 복합 집전체 등을 포함할 수 있다. 양극재층은 양극 활성재를 포함하고, 양극 활성재는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면 특별히 제한하지 않으며, 예를 들면, 리튬니켈코발트망간산화물(811, 622, 523, 111), 리튬니켈코발트알루미늄산염, 리튬철인산염, 리튬이 풍부한 망간 기반 재료, 리튬코발트산화물, 리튬망간산화물, 리튬망간철인산화물 또는 리튬티타네이트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 출원에서, 양극 집전체와 양극재층의 두께는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 양극 집전체의 두께는 8㎛ 내지 12㎛이고, 양극재층의 두께는 30㎛ 내지 120㎛이다.
선택적으로, 상기 양극 극편은 도전층을 더 포함할 수 있고, 상기 도전층은 양극 집전체와 양극재층 사이에 위치한다. 상기 도전층의 구성은 특별히 제한되지 않고, 본 출원이 속하는 분야에서 통상적으로 사용되는 도전층일 수 있다. 상기 도전층은 도전제와 바인더를 포함한다.
상기 도전제는 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 본 출원에서 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면, 도전제는 도전성 카본블랙(Super P), 탄소나노튜브(CNTs), 탄소섬유, 비늘 흑연, 케첸블랙 또는 그래핀 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 상기 바인더는 특별히 제한되지 않는 바, 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 본 출원이 속하는 분야에서 공지된 임의의 바인더일 수 있다. 예를 들면, 바인더는 폴리아크릴알코올, 폴리아크릴산나트륨, 폴리아크릴산칼륨, 폴리아크릴산리튬, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 스티렌부타디엔고무(SBR), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리플루오르화비닐리덴, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 카르복실메틸셀룰로오스 또는 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC-Na) 등 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 바인더는 스티렌부타디엔고무(SBR)를 선택하여 사용할 수 있다.
본 출원의 분리막은 본 출원의 목적을 실현할 수 있는 것이라면, 특별히 제한되지 않는다. 예를 들면, 분리막은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP)을 메인으로 하는 폴리올레핀(PO)계 분리막, 폴리에스테르 필름(예를 들면, 폴리에틸렌테레프타레이트(PET) 필름), 셀룰로오스 필름, 폴리이미드 필름(PI), 폴리아미드 필름(PA), 스판덱스 또는 아라미드 필름, 직조 필름, 비직조 필름(부직포), 미세 구멍 필름, 복합 필름, 격막지, 압연 필름 또는 방사 필름 등 중 적어도 하나일 수 있다.
예를 들면, 분리막은 기재층과 표면처리층을 포함할 수 있다. 기재층은 다공성 구조를 가진 부직포, 필름 또는 복합 필름일 수 있고, 기재층의 재료는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트 및 폴리이미드 등 중 적어도 1종일 수 있다. 선택적으로, 폴리프로필렌 다공성 필름, 폴리에틸렌 다공성 필름, 폴리프로필렌 부직포, 폴리에틸렌 부직포 또는 폴리프로필렌-폴리에틸렌-폴리프로필렌 다공성 복합 필름을 사용할 수 있다. 선택적으로, 기재층의 적어도 한 표면에 표면처리층이 설치되어 있고, 표면처리층은 중합체층 또는 무기물층일 수도 있으며, 중합체와 무기물을 혼합하여 형성된 층일 수도 있다.
예를 들면, 무기물층은 무기입자와 바인더를 포함하고, 상기 무기입자는 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 산화알루미늄, 산화규소, 산화마그네슘, 산화티타늄, 산화하프늄, 산화주석, 이산화세륨, 산화니켈, 산화아연, 산화칼슘, 산화지르코늄, 산화이트륨, 탄화규소, 베마이트, 수산화알루미늄, 수산화마그네슘, 수산화칼슘과 황산바륨 등 중의 적어도 하나로부터 선택될 수 있다. 상기 바인더는 특별히 제한되지 않는 바, 예를 들면, 폴리플루오르화비닐리덴, 플루오르화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐에테르, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌 및 폴리헥사플루오로프로필렌으로부터 선택되는 하나 또는 복수 개의 조합일 수 있다. 중합체층에는 중합체가 포함되고, 중합체의 재료는 폴리아미드, 폴리아크릴로니트릴, 아크릴레이트중합체, 폴리아크릴산, 폴리아크릴산염, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐에테르, 폴리플루오르화비닐리덴 또는 폴리(플루오르화비닐리덴-헥사플루오로프로필렌) 등 중 적어도 하나를 포함한다. 본 출원의 리튬이온 전지는 전해질을 더 포함하고, 전해질은 겔 전해질, 고체 전해질 및 전해액 중의 하나 또는 복수 개일 수 있으며, 전해액은 리튬염과 비수용매를 포함한다.
본 출원의 일부 실시양태에서, 리튬염은 LiPF6, LiBF4, LiAsF6, LiClO4, LiB(C6H5)4, LiCH3SO3, LiCF3SO3, LiN(SO2CF3)2, LiC(SO2CF3)3, LiSiF6, LiBOB 또는 리튬디플루오로보레이트로 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 리튬염은 LiPF6을 선택할 수 있는데, 이는 LiPF6이 비교적 높은 이온 전기 전도성을 제공할 수 있고 사이클 특성을 개선시킬 수 있기 때문이다.
비수용매는 카보네이트 화합물, 카르복실레이트 화합물, 에테르 화합물, 기타 유기용매 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 카보네이트 화합물은 사슬상 카보네이트 화합물, 고리상 카보네이트 화합물, 플루오르화 카보네이트 화합물 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 사슬상 카보네이트 화합물의 예로는 디메틸카보네이트(DMC), 디에틸카보네이트(DEC), 디프로필카보네이트(DPC), 메틸프로필카보네이트(MPC), 에틸프로필카보네이트(EPC), 메틸에틸카보네이트(MEC) 및 이들의 조합이다. 고리상 카보네이트 화합물의 예로는 에틸렌카보네이트(EC), 프로필렌카보네이트(PC), 부틸렌카보네이트(BC), 비닐에틸렌카보네이트(VEC) 및 이들의 조합이다. 플루오르화 카보네이트 화합물의 예로는 플루오로에틸렌카보네이트(FEC), 1,2-디플루오로에틸렌카보네이트, 1,1-디플루오로에틸렌카보네이트, 1,1,2-트리플루오로에틸렌카보네이트, 1,1,2,2-테트라플루오로에틸렌카보네이트, 1-플루오로-2-메틸에틸렌카보네이트, 1-플루오로-1-메틸에틸렌카보네이트, 1,2-디플루오로-1-메틸에틸렌카보네이트, 1,1,2-트리플루오로-2-메틸에틸렌카보네이트, 트리플루오로메틸에틸렌카보네이트 및 이들의 조합이다. 상기 카르복실레이트 화합물의 예로는 메틸포르메이트, 메틸아세테이트, 에틸아세테이트, n-프로필 아세테이트, tert-부틸 아세테이트, 메틸프로피오네이트, 에틸프로피오네이트, 프로필프로피오네이트, γ-부티로락톤, 데칼락톤, 발레로락톤, DL-메발로노락톤, 카프로락톤 및 이들의 조합이다. 상기 에테르 화합물의 예로는 디부틸에테르, 테트라글라임(tetraglyme), 디글라임(diglyme), 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시에탄, 에톡시메톡시에탄, 2-메틸테트라히드로푸란, 테트라히드로푸란 및 이들의 조합이다. 상기 기타 유기 용매의 예로는 디메틸설폭사이드, 1,2-디옥솔란, 술포란, 메틸술포란, 1,3-디메틸-2-이미다졸리디논, N-메틸-2-피롤리돈, 포름아미드, 디메틸포름아미드, 아세토니트릴, 트리메틸포스페이트, 트리에틸포스페이트, 트리옥틸포스페이트, 인산에스테르 및 이들의 조합이다.
본 출원은 전기화학 디바이스를 더 제공하는 바, 해당 전기화학 디바이스는 음극 극편을 포함하고, 상기 음극 극편은 상기 어느 실시양태에서 언급된 음극 극편이고, 상기 전기화학 디바이스는 양호한 사이클 성능, 팽창 저항 성능, 레이트 성능 및 부피 에너지 밀도를 구비한다.
본 출원의 전기화학 디바이스는 특별히 제한되지 않고, 전기화학 반응이 발생하는 임의의 디바이스를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 전기화학 디바이스는 리튬 금속 2차전지, 리튬이온 2차전지(리튬 이온 전지), 리튬 중합체 2차전지 또는 리튬이온 중합체 2차전지 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
본 출원은 전자 디바이스를 더 제공하는 바, 해당 전자 디바이스는 본 출원의 실시양태에서 언급된 전기화학 디바이스를 포함하고, 상기 전자 디바이스는 양호한 사이클 성능, 팽창 저항 성능, 레이트 성능 및 부피 에너지 밀도를 구비한다.
본 출원의 전자 디바이스는 특별히 한정되지 않는 바, 종래 기술에 사용되는 기지된 임의의 전자 디바이스일 수 있다. 일부 실시예에 있어서, 본 출원의 전기 디바이스는, 노트북, 펜 입력 컴퓨터, 모바일 컴퓨터, 전자책 플레이어, 휴대용 전화기, 휴대용 팩스, 휴대용 복사기, 휴대용 프린터, 헤드셋, 비디오, 액정 TV, 휴대용 청소기, 휴대용 CD 플레이어, 미니디스크, 송수신기, 전자 메모장, 계산기, 메모리 카드, 휴대용 녹음기, 라디오, 백업 전원 공급 장치, 모터, 자동차, 오토바이, 전동 자전거, 자전거, 조명 장비, 장난감, 게임 콘솔, 시계, 전동 공구, 섬광등, 카메라, 가정용 대용량 축전지 및 리튬이온 커패시터 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
전기 화학 디바이스의 제조 과정은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 숙지된 것으로, 본 출원은 특별히 제한하지 않는다. 예를 들면 전기 화학 디바이스는 아래 과정을 통해 제조될 수 있다. 즉 양극 극편과 음극 극편을 분리막을 통해 적층시키고, 수요에 따라 권취, 폴딩 등 작업을 수행한 후 케이스 내에 넣으며, 케이스에 전해액을 주입한 후 밀봉 하되, 여기서 사용되는 분리막은 본 출원이 제공하는 상기 분리막이다. 또한, 수요에 따라 과전류 방지 소자 및 리드판 등을 케이스 내에 배치하여, 전기 화학 디바이스 내부의 압력 상승, 과충전/과방전을 방지할 수도 있다.
본 출원에서 제공한 음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스는, 상기 음극 극편의 음극재층에 실리콘 기반 입자와 흑연 입자가 포함되고, 상기 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B는 20wt% 내지 60wt%이며, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1은 15% 내지 60%이고, 음극 극편의 공극률 α2는 15% 내지 41%임으로써, 상기 음극 극편은 일정한 공간을 구비하여 리튬 인터칼레이션에 의한 팽창에 제공되게 할 수 있을 뿐만 아니라, 구조의 안정성과 가공성을 균형적으로 고려할 수 있으므로, 음극 활성재의 팽창 변형으로 인한 전기화학 디바이스의 실효 문제를 근본적으로 해결하여, 전기화학 디바이스의 사이클 성능과 팽창 변형 문제를 효과적으로 개선시킬 수 있다.
본 출원과 종래 기술의 기술적 방안을 더 명확하게 설명하기 위해, 아래에서는 실시예와 종래 기술에서 요구되는 도면을 간략히 소개하고, 아래에서 설명하는 도면은 단지 본 출원의 일부 실시예일 뿐인 것은 분명하다.
도 1은 본 출원의 일 실시양태의 음극 극편 단면 SEM 도이고;
도 2는 도 1의 확대 배율의 SEM 도이며;
도 3은 본 출원의 실시예 3과 비교예 1의 사이클 쇠감 곡선이고;
도 4는 실시예 3과 비교예 1의 리튬 이온 전지 팽창 곡선이다.
도면 부호: 10. 실리콘 기반 입자 내의 공극; 20. 음극 극편의 공극
이하에서는, 본 출원의 목적, 기술적 방안 및 장점이 보다 명확하게 이해될 수 있도록 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 본 출원을 더욱 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예는 단지 본 출원의 일부 실시예일 뿐, 전부의 실시예가 아닌 것은 분명하다. 본 출원의 실시예에 기초하여, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자가 획득한 기타 모든 기술적 방안들도 본 출원의 보호 범위에 속한다.
설명이 필요한 것은, 본 출원의 구체적인 실시양태에서, 리튬이온 전지를 전기화학 디바이스의 예로 하여 본 출원을 해석하였지만, 본 출원의 전기화학 디바이스는 리튬이온 전지에만 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 출원 일 실시양태의 음극 극편 단면 SEM 도를 나타내고, 도 2는 도 1의 확대 배율의 SEM 도이며, 도 2를 참조하면, 실리콘 기반 입자 내의 공극(10)은 실리콘 기반 입자 내부의 공극이고, 음극 극편의 공극(20)은 음극재층 중의 다양한 입자 사이의 공극을 의미한다.
실시예
아래에서, 실시예 및 비교예를 제시하여 본 출원의 실시양태를 더 구체적으로 설명한다. 다양한 시험 및 평가는 아래 방법에 따라 수행된다. 또한, 특별한 설명이 없는 한, "분" 및 "%"는 질량 기준이다.
테스트 방법 및 디바이스:
음극 극편의 공극률 테스트:
동일한 금형을 사용하여 50시트의 반경이 d인 음극 극편을 다이커팅하고, 정밀도가 0.0001mm인 마이크로미터를 사용하여 각 시트의 극편의 두께 h를 각각 측정한 후, AccuPyc 1340 기기의 샘플캡슐에 넣으며, 밀폐된 샘플캡슐에서 헴륨 가스(He)를 사용하여 극편에 채워 넣고, 이에 의해 보어의 법칙(N·Bohr's Law) PV=nRT를 이용하여 극편의 진부피 V를 측정한다. 테스트가 완료된 후 작은 원판의 수량을 세어, 샘플의 겉보기부피 πd2×50×h를 계산한다. 마지막으로 공식 α2=1-V/πd2×50×h를 통해 음극 극편의 공극률 α2를 획득한다.
실리콘 기반 입자의 공극률 테스트:
주사 전자 현미경 투과 모드(STEM)를 사용하여 실리콘 기반 입자의 계면을 촬영하고, 얻은 STEM 이미지를 사용하여 공극률을 측정한다. 구체적으로, STEM 이미지를 Image J 소프트웨어를 사용하여 이미지 임계값(threshold)에 대해 2치화(binaryzation) 처리하고, 비례척에 따라 사이즈를 교정한 후, 분석 입자(Analyze Particles)를 이용하여 공극의 면적을 통계하여, 차지하는 면적 비율, 즉 실리콘 기반 입자의 공극률 α1을 획득하며; 극편에서 임의의 20개 이상의 실리콘 기반 입자를 취하여 동일한 테스트를 수행하여, 평균값을 취한다.
실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량의 테스트:
실리콘 기반 입자를 슬라이싱하고, EDS(X선 에너지 스펙트럼 분석)를 사용하여 원소의 질량 백분율 평균값을 선형 스캔하여 테스트한다.
비표면적 테스트:
항온 저온(-199℃ 내지 -193℃)에서, 상이한 상대적 압력에서의 고체 표면의 가스 흡착량을 측정한 후, Brunauer-Emmet-Teller(BET) 흡착 이론 및 그 공식(BET 공식)에 기반하여 샘플의 단분자층 흡착량을 계산함으로써, 고체의 비표면적을 계산한다.
BET 공식은, 이다.
여기서, W는 상대적 압력(P/P0)에서 고체 샘플이 흡착한 가스의 질량을 나타내고, 단위는 cm3/g이며;
Wm은 하나의 단분자층을 펴놓아 모두 커버할 때의 가스 포화 흡착량을 나타내고, 단위는 cm3/g이며;
C는 제1 층흡착열과 응집열과 관련되는 상수를 나타내고;
경사도는 (c-1)/(WmC)이며, 절편은 1/WmC이고, 총비표면적은 (Wm×N×Acs/M)이며;
비표면적은 S=St/m이고, 여기서 m은 샘플 질량을 나타내고, Acs는 각 N2분자가 차지하는 평균 면적이 16.2A2임을 나타낸다.
1.5g 내지 3.5g의 분말 샘플을 칭량하여 TriStar II 3020의 테스트 샘플 튜브에 넣고, 200℃에서 120min 동안 탈가스한 후 테스트한다.
음극재층의 그램 용량 테스트 방법:
버튼형 전지를 사용하여 음극재층의 그램 용량을 테스트한다. 조립된 버튼형 전지를 25℃의 항온 환경에서, 5min 동안 정치시키고, 0.05C으로 0.005V까지 방전시켜, 5min 동안 정치시키며, 20㎂를 사용하여 0.005V까지 방전시키고, 두 단계의 방전 용량의 합계는 D0이며, 5min 동안 정치시킨 후, 0.1C으로 2.0V까지 충전시키고, 이때의 충전 용량은 C0이며, 최초 충전 효율은 C0/D0×100%이다.
음극 극편의 다짐 밀도 테스트:
펀칭 머신을 이용하여 음극 극편에서 면적이 S인 작은 원판을 다이커팅하고, 이의 질량 M1을 칭량하며, 정밀도가 0.0001mm인 마이크로미터로 이의 두께 H1을 측정하고; 동일한 펀칭 머신을 사용하여 동일한 면적 S의 집전체를 다이커팅하며, 이의 질량 M2를 칭량하고, 정밀도가 0.0001mm인 마이크로미터로 이의 두께 H2를 측정하며; 음극 다짐 밀도는 (M1-M2)/(H1-H2)/S이다.
입도 테스트:
깨끗한 50ml 비커에 약 0.02g의 분말 샘플을 첨가하고, 약 20ml의 탈이온수를 첨가한 다음, 몇 방울의 1%의 계면활성제를 적하하여, 분말을 물에 완전히 분산시킨 후, 120W의 초음파 세척기에서 5분 동안 초음파 처리를 수행하며, 레이저 산란 입도 분석기 MasterSizer 2000를 이용하여 입도 분포를 테스트한다.
Dv50은 레이저 산란 입도 분석기를 사용하여 입자를 테스트하여 획득한 부피 기준 분포에서 50% 누적될 때의 입자의 직경이다.
사이클 성능 테스트:
테스트 온도는 25/45℃이고, 0.7C으로 4.4V까지 정전류로 충전시킨 다음, 0.025C까지 정전압으로 충전시키고, 5분 동안 정치시킨 후, 0.5C으로 3.0V까지 방전시킨다. 이 단계에서 얻어진 용량을 초기 용량으로 하여, 0.7C 충전/0.5C 방전의 사이클 테스트를 수행하고, 매 단계의 용량을 초기 용량에 비한 비의 값으로 용량 쇠감 곡선을 얻는다. 25℃로 용량유지율이 90% 될 때까지 사이클을 수행하고 해당 사이클 횟수를 리튬이온 전지의 실온 사이클 성능으로 기록하고, 45℃로 용량유지율이 80% 될 때까지 사이클을 수행하고 해당 사이클 횟수를 리튬이온 전지의 고온 사이클 성능으로 기록하여, 상술한 두 가지 경우의 사이클 횟수에 대한 비교를 통해 재료의 사이클 성능을 얻는다.
방전 레이트 테스트:
25℃에서, 0.2C으로 3.0 V까지 방전시키고, 5min 동안 정치시키고, 0.5C으로 4.45V까지 충전시키고, 0.05C까지 정전압으로 충전시킨 후 5분 동안 정치시키고, 방전 레이트를 조절하여, 각각 0.2C, 0.5C, 1C, 1.5C, 2.0C으로 방전 테스트를 수행하여, 각각 방전 용량을 얻고, 각 레이트에서 얻어진 용량을 0.2C에서 얻어진 용량과 비교하며, 2C의 경우를 0.2C 경우에 비한 비의 값을 통해 레이트 성능을 비교한다.
리튬 이온 전지의 풀 충전 팽창률 테스트:
나선형 마이크로미터로 절반 충전 때의 새로운 리튬 이온 전지의 두께를 테스트하고, 400회(cls)까지 사이클한 경우, 리튬 이온 전지가 풀 충전 상태에서, 다시 나선형 마이크로미터로 이때의 리튬 이온 전지의 두께를 테스트하며, 초기 반충전 때의 새로운 리튬 이온 전지의 두께와 비교하면, 이때 풀 충전 리튬 이온 전지의 팽창률을 얻을 수 있다.
에너지 밀도의 계산:
리튬 이온 전지를 25℃에서 4.45V까지 충전시킨 다음, 레이저 두께 측정기로 리튬 이온 전지의 길이, 너비, 높이를 테스트하여, 리튬 이온 전지의 부피(V)를 얻은 다음, 0.2C으로 3V까지 방전시켜, 리튬 이온 전지의 방전 용량(C)과 평균 전압 플랫폼(U)을 얻고, 리튬 이온 전지의 부피 에너지 밀도(ED)는 공식 ED=C×U/V를 통해 계산하여 얻을 수 있다.
실시예 1
<음극 활성재의 제조>
공극률이 41%인 다공성 탄소 재료를 실리콘을 함유하는 가스가 포함된 밀폐된 리액터에 넣고, 500℃까지 가열하여 4h 동안 보온하며, 냉각한 후 선별 및 자기 제거를 거쳐 실리콘 기반 입자의 공극률 α1이 30%인 실리콘 기반 입자를 얻을 수 있고, 여기서, 실리콘 기반 입자의 탄소 함유량은 64wt%이며, 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B는 36wt%이다.
<음극 극편의 제조>
상기 제조하여 얻은 음극 활성재, 흑연 입자 및 나노 도전성 카본블랙을 30:66.5:3.5의 질량비로 혼합하여, 제1 혼합물을 얻고; 제1 혼합물과 바인더 PAA를 95:5의 질량비로 탈이온수에 첨가하여, 고체 함유량이 45%인 슬러리를 조제하며, 균일하게 교반하여 제1 혼합 슬러리를 얻고; 제1 혼합 슬러리를 두께가 8mm인 음극 집전체 구리박의 하나의 표면에 균일 코팅하며, 공기 건조기에서 120℃의 조건에서 2min 동안의 건조를 거쳐, 코팅층의 중량이 7.5mg/cm2인 단일면에 음극 활성재가 코팅된 음극 극편을 얻는다. 상술한 단계가 완성된 후, 음극 극편의 단일면 코팅이 바로 완성되고; 그런 후, 상기 음극 극편의 다른 하나의 표면에 상술한 단계를 반복하면, 양면에 음극 활성재가 코팅된 음극 극편을 바로 얻으며, 냉간 프레스가 완료된 후, 음극 극편의 공극률 α2가 15%인 음극 극편을 얻고, 극편을 41mm×1mm의 규격으로 절단하고 사용을 위해 대기시킨다.
<양극 극편의 제조>
양극활물질인 리튬코발트산화물(LiCoO2), 나노 도전성 카본블랙, 폴리플루오르화비닐리덴(PVDF)을 97.5:1.0:1.5의 중량비에 따라 혼합시키고, 용매로서의 N-메틸피롤리돈(NMP)을 첨가하여, 고형분 함량이 75%인 슬러리로 조제하고, 균일하게 교반한다. 두께가 10㎛인 양극 집전체 알루미늄박의 하나의 표면에 슬러리를 균일하게 코팅하고, 90℃ 조건에서 건조시켜, 코팅층 두께가 110㎛ 인 양극 극편을 얻는다. 상기 단계를 완성하면, 양극 극편의 단일면 도포가 바로 완성된다. 그 후, 상기 양극극편의 다른 하나의 표면에 상기 단계를 반복하면, 양면에 양극 활물질이 도포된 양극 극편을 바로 얻는다. 도포를 완성한 후, 극편을 38 mm×58 mm의 규격으로 절단하고 사용을 위해 대기시킨다.
<전해액의 제조>
건조한 아르곤 가스 분위기에서, 유기 용매인 에틸렌카보네이트(EO), 메틸에틸카보네이트 및 디에틸카보네이트를 EC:EMC:DEC=30:50:20의 질량비로 혼합하여 유기 용액을 얻고, 그 다음, 유기 용매에 리튬염인 리튬헥사플루오로포스페이트를 첨가하여 용해하고 균일하게 혼합하여, 리튬염의 농도가 1.15Mol/L인 전해액을 얻는다.
<분리막의 제조>
산화알루미늄과 폴리플루오르화비닐리덴을 90:10의 질량비에 따라 혼합하고, 혼합된 것을 탈이온수에 혼합시켜 고형분 함량이 50%인 세라믹 슬러리를 형성한다. 다음 마이크로 그라비아(micro gravur) 코팅 방법을 사용하여 다공성 기재(폴리에틸렌, 두께가 7㎛이고, 평균 구멍 직경이 0.073㎛이며, 공극률이 26%임)의 한쪽 면에 세라믹 슬러리을 균일하게 도포하고, 건조 처리를 통해 세라믹 코팅층과 다공성 기재의 이중층 구조를 획득하되, 세라믹 코팅층의 두께는 50㎛이다.
폴리플루오르화비닐리덴(PVDF)과 폴리아크릴레이트를 96:4의 질량비로 혼합하고 이를 탈이온수에 용입하여 고체 함유량이 50%인 중합체 슬러리를 형성한다. 다음 마이크로 그라비아(micro gravur) 코팅 방법을 사용하여 상기 세라믹 코팅층과 다공성 기재 이중층 구조의 두 개의 표면에 중합체 슬러리를 균일하게 도포하고, 건조 처리를 통해 분리막을 획득하되, 여기서 중합체 슬러리가 형성한 단층 코팅층의 두께는 2㎛이다.
<리튬 이온 전지의 제조>
분리막이 양극과 음극 사이에 위치하여 분리작용을 발휘하도록 상기 제조된 양극 극편, 분리막, 음극 극편을 순서대로 적층한 후, 권취하여 전극 구성 소자를 얻는다. 전극 조립체를 알루미늄 플라스틱 필름 포장백에 넣고, 건조후 전해액을 주입하며, 진공 밀봉 포장, 정치, 화성, 탈가스, 에지 트리밍 등 공정을 거쳐 리튬 이온 전지를 얻는다.
실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6, 실시예 7, 실시예 8, 실시예 9, 실시예 10, 실시예 11, 실시예 12, 실시예 13, 실시예 14, 실시예 15, 실시예 16 및 실시예 17에서, <음극 활성재의 제조>, <음극 극편의 제조>, <양극 극편의 제조>, <전해액의 제조>, <분리막의 제조> 및 <리튬 이온 전지의 제조>의 제조 단계는 모두 실시예 1과 동일하고, 관련된 제조 파라미터의 변화는 표 1에 표시된 바와 같다.
실시예 18
<음극 활성재의 제조>
1) 공극률이 41%인 다공성 탄소 재료를 실리콘을 함유하는 가스가 포함된 밀폐된 리액터에 넣고, 500℃까지 가열하여 4h 동안 보온하며, 냉각한 후 선별 및 자기 제거를 거쳐 실리콘 기반 입자의 공극률 α1이 30%인 실리콘 기반 입자를 얻을 수 있고, 여기서, 실리콘 기반 입자의 탄소 함유량은 64wt%이며, 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B는 36wt%이다.
2) 1)에서 얻은 실리콘 기반 입자를 카르복시메틸셀룰로오스나트륨(CMC-Na) 분산제를 함유하는 단일벽 탄소나노튜브(SCNT)에 첨가하여 균일한 혼합 용액이 형성될 때까지 2 시간 동안 분산시키고, 스프레이 건조를 수행하여 분말을 얻으며, 파쇄하고, 400메쉬 체를 통과하여 음극재를 얻으며, 여기서, 실리콘 기반 입자:SCNT:카르복시메틸셀룰로오스나트륨의 질량비는 99.75:0.1:0.15이다.
<음극 극편의 제조>, <양극 극편의 제조>, <전해액의 제조>, <분리막의 제조>, <리튬 이온 전지의 제조>는, 실시예 3과 동일하다.
실시예 19, 실시예 20, 실시예 21, 실시예 22, 실시예 23, 실시예 24, 실시예 25, 실시예 26, 실시예 27, 실시예 28, 실시예 29, 실시예 30, 실시예 31, 실시예 32 및 실시예 33에서, <음극 활성재의 제조>, <음극 극편의 제조>, <양극 극편의 제조>, <전해액의 제조>, <분리막의 제조> 및 <리튬 이온 전지의 제조>의 제조 단계는 모두 실시예 18과 동일하고, 관련된 제조 파라미터의 변화는 표 2에 표시된 바와 같다.
비고: 표 2 중의 "/"는 대응되는 제조 파라미터가 존재하지 않음을 나타낸다.
비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 비교예 4, 비교예 5 및 비교예 6에서, <음극 활성재의 제조>, <음극 극편의 제조>, <양극 극편의 제조>, <전해액의 제조>, <분리막의 제조> 및 <리튬 이온 전지의 제조>의 제조 단계는 모두 실시예 1과 동일하고, 관련된 제조 파라미터의 변화는 표 3에 표시된 바와 같다.
실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6, 실시예 7, 실시예 8, 실시예 9, 실시예 10, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 비교예 4의 제조 파라미터는 표 4에 표시된 바와 같다.
실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6, 실시예 7, 실시예 8, 실시예 9, 실시예 10, 비교예 1, 비교예 2, 비교예 3, 비교예 4의 테스트 결과는 표 5에 표시된 바와 같다.
실시예 11, 실시예 12, 실시예 13, 실시예 14, 실시예 15, 실시예 16, 실시예 17, 비교예 5, 비교예 6의 제조 파라미터는 표 6에 표시된 바와 같다.
실시예 11, 실시예 12, 실시예 13, 실시예 14, 실시예 15, 실시예 16, 실시예 17, 비교예 5, 비교예 6의 테스트 결과는 표 7에 표시된 바와 같다.
실시예 3, 실시예 18, 실시예 19, 실시예 20, 실시예 21, 실시예 22, 실시예 23, 실시예 24, 실시예 25, 실시예 26, 실시예 27, 실시예 28, 실시예 29, 실시예 30, 실시예 31, 실시예 32, 실시예 33의 제조 파라미터는 표 8에 표시된 바와 같다.
비고: 표 8 중의 "/"는 대응되는 제조 파라미터가 존재하지 않는 것을 나타낸다.
실시예 3, 실시예 18, 실시예 19, 실시예 20, 실시예 21, 실시예 22, 실시예 23, 실시예 24, 실시예 25, 실시예 26, 실시예 27, 실시예 28, 실시예 29, 실시예 30, 실시예 31, 실시예 32, 실시예 33의 테스트 결과는 표 9에 표시된 바와 같다.
실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5와 비교예 1, 비교예 2로부터 알 수 있듯이, 실리콘 기반 입자의 공극률이 일정할 경우, 음극 극편의 공극률이 너무 낮으면, 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 팽창 성능이 현저히 악화되는데, 이는 실리콘 기반 입자 내부의 공극이 실리콘에 리튬 인터칼레이션될 경우의 부피 팽창을 완전히 완화시킬 수 없기에, 음극 극편의 공극률에 의존하여 실리콘의 리튬 인터칼레이션에 의한 팽창을 한층 더 완화시켜야 하며; 또한, 부피 팽창은 전해액이 충분히 침윤되기 어려워, 리튬이온의 수송 거리가 증가되어, 리튬 이온 전지의 동역학이 악화되기 때문이다. 음극 극편의 공극률이 너무 높을 경우, 음극재층의 입자 사이의 공극이 너무 커서, 입자 사이의 접촉 면적이 감소되어, 리튬이온의 인터칼레이션 포인트를 감소시키고, 리튬 이온 전지가 사이클 과정에서 디몰딩되는 경우가 발생하기 쉬워, 리튬 이온 전지의 사이클 성능, 팽창 저항 성능 및 동역학이 현저히 악화되는 것을 초래하며, 또한, 음극 극편의 다짐 밀도가 감소되고, 리튬 이온 전지의 부피 에너지 밀도도 현저히 감소된다. 도 3은 실시예 3과 비교예 1의 사이클 쇠감 곡선을 나타내고; 도 4는 실시예 3과 비교예 1의 팽창 곡선을 나타낸다.
실시예 6, 실시예 7, 실시예 8, 실시예 9, 실시예 10과 비교예 3, 비교예 4로부터 알 수 있듯이, 음극 극편의 공극률이 일정할 경우, 실리콘 기반 입자의 공극률이 너무 낮으면, 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 팽창 성능이 현저히 악화되며, 이는 실리콘 기반 입자 내부의 미리 남겨둔 공간이 나노실리콘의 리튬 인터칼레이션에 의한 부피 팽창을 완충하기 어렵고, 이때 탄소질 재료의 기계적 강도가 거대한 팽창 응력을 감당하기 어려워, 실리콘 기반 입자의 구조가 사이클 과정에서 쉽게 파열되기 때문이다. 실리콘 기반 입자의 공극률이 너무 높을 경우, 탄소질 재료의 내압 강도가 감소되므로, 실리콘 기반 입자가 가공될 때 파열되기 쉬워, 전기적 성능을 악화시키고, 극편의 다짐 밀도가 감소됨에 따라, 리튬 이온 전지의 부피 에너지 밀도도 감소되는 것을 초래한다.
실시예 1, 실시예 2, 실시예 3, 실시예 4, 실시예 5, 실시예 6, 실시예 7, 실시예 8, 실시예 9 및 실시예 10로부터 알 수 있듯이, 리튬 이온 전지 중의 음극 극편의 공극률과 실리콘 기반 입자의 공극률의 합리적인 조합 사용은, 리튬 이온 전지의 사이클 성능과 팽창 저항 성능을 더욱 효과적으로 개선시키고, 이의 부피 에너지 밀도를 향상시킬 수 있다.
실시예 11, 실시예 12, 실시예 13, 실시예 14, 실시예 15와 비교예 5, 비교예 6로부터 알 수 있듯이, 실리콘 함유량 B가 일정할 경우, 음극재층의 그램 용량은 현저한 차이가 존재하지 않고, 실리콘 기반 입자의 공극률이 증가함에 따라, 실리콘 기반 입자의 비표면적이 점차 증가된다.
실시예 13, 실시예 16 및 실시예 17로부터 알 수 있듯이, 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B의 변화는, P값의 변화를 초래하고, 음극재층의 그램 용량과 실리콘 기반 입자의 비표면에 영향을 미친다.
실시예 11, 실시예 12, 실시예 13, 실시예 14, 실시예 15, 실시예 16, 실시예 17과 비교예 5, 비교예 6로부터 발견할 수 있듯이, P값이 너무 작을 경우, 실리콘 기반 입자의 내부에 미리 남겨둔 공극은 나노실리콘의 리튬 인터칼레이션에 의한 부피 팽창을 완충하기 어렵고, 이때 탄소질 재료의 기계적 강도는 거대한 팽창 응력을 감당하기 어려우므로, 실리콘 기반 입자의 구조가 파열되고, 리튬 이온 전지의 전기화학 성능이 악화되는 것을 초래하며; P값이 너무 클 경우, 실리콘 기반 입자의 내부에 미리 남겨둔 공극이 너무 커서, 탄소질 재료의 기계적 내압 강도를 악화시키고, 실리콘 기반 입자가 가공될 때 파열되기 쉬워, 대량의 새로운 계면을 노출하여, 리튬 이온 전지 최초 효율과 사이클 성능을 악화시킬 뿐만 아니라, 리튬 이온 전지의 전체의 에너지 밀도를 감소시킨다. P값이 본 출원의 한정 범위 내에 있을 경우, 리튬 이온 전지의 사이클 성능, 팽창 저항 성능 및 부피 에너지 밀도를 효과적으로 향상시킬 수 있고, 이때의 실리콘 기반 입자는 일정한 공간을 구비하여 실리콘에 리튬 인터칼레이션 팽창이 되도록 제공되게 할 수 있을 뿐만 아니라, 구조의 안정성과 가공성을 균형적으로 고려할 수 있다.
실시예 18, 실시예 19, 실시예 20, 실시예 21, 실시예 22, 실시예 23, 실시예 24, 실시예 25, 실시예 26, 실시예 27, 실시예 28, 실시예 29, 실시예 30, 실시예 31, 실시예 32 및 실시예 33과 실시예 3을 비교하면, 실리콘 기반 입자의 표면에 함량이 0.1wt%인 SCNT를 첨가하면 사이클 성능을 현저히 향상시킬 수 있고, 0.1wt%의 MCNT를 첨가하면 사이클 성능이 경미하게 향상되며, 0.05wt%의 SCNT와 0.05wt%의 MCNT를 첨가하면 사이클 성능을 일정하게 향상시킨다. 실시예 18, 실시예 21, 실시예 22, 실시예 23 및 실시예 24는 SCNT의 첨가량을 변경하였는 바, SCNT의 첨가량≤0.5%로 제어하면 사이클 성능을 효과적으로 향상시킬 수 있으나, SCNT의 첨가량이 0.5wt%에 도달할 경우, 사이클 성능은 0.1wt%의 첨가량에 비해 현저히 향상되지 않으며, 오히려 최초 효율을 악화시키고; SCNT의 첨가량이 1wt%에 도달할 경우, 과량의 SCNT는 슬러리를 가공하지 못하게 함을 초래한다. 실시예 18, 실시예 25, 실시예 26 및 실시예 27은 상이한 분산제를 비교한 것이고, 분산제를 첨가하지 않으면, SCNT이 분산되지 못하여 효과가 불량하며, 사이클 성능과 리튬 이온 전지의 변형이 악화되고; PVP와 PVDF를 분산제로 사용하면, CMC-Na와 PAANa에 비해 사이클 성능이 경미하게 악화된다. 실시예 18, 실시예 28, 실시예 29 및 실시예 30은 분산제의 첨가량을 변경하였고, 분산제의 량이 0.4wt%일 경우, 분산 효과가 향상되지만, 분산제가 너무 많으면 레이트 성능을 악화시키며; 분산제의 량이 0.025wt%일 경우, 분산 효과가 불량하고, 사이클 성능과 레이트 성능은 함량이 0.15wt%인 분산제에 비해 악화된다. 실시예 28, 실시예 31, 실시예 32 및 실시예 33은 상이한 탄소 재료로 피복하는 것을 비교하고, 결과로 보면 CNT와 그래핀의 피복 효과가 가장 좋은데, 이는 CNT와 그래핀을 피복한 후, 재료의 전자 도전성을 증가시킬 뿐만 아니라, 동시에 재료 사이의 접촉 사이트를 증가시키고, 접촉 실효로 인한 사이클 쇠감을 감소시킬 수 있기 때문이다.
상술한 분석에 기재된 바와 같이, 본 출원에서 제공한 음극 극편은, 실리콘 기반 입자의 공극률 α1, 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B 및 음극 극편의 공극률 α2를 합리적인 범위 내로 제어함으로써, 음극 극편의 리튬 인터칼레이션에 의한 팽창을 공동적으로 완화하여, 음극 활성재의 부피 팽창 변형으로 인한 전기화학 디바이스의 실효 문제를 근본적으로 해결하였고, 전기화학 디바이스의 사이클 성능과 팽창 변형 문제를 효과적으로 개선시켰다.
상술한 설명은 본 출원의 바람직한 실시예일 뿐, 본 출원을 한정하기 위한 것은 아니다. 본 출원의 사상과 원칙 내에서 수행되는 모든 수정, 동등한 대체, 개선 등은 모두 본 출원이 보호하는 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (11)

  1. 음극 극편으로서,
    음극재층을 포함하고, 상기 음극재층은 실리콘 기반 입자와 흑연 입자를 포함하며, 상기 실리콘 기반 입자 중의 실리콘 함유량 B는 20wt% 내지 60wt%이고, 상기 실리콘 기반 입자의 공극률 α1은 15% 내지 60%이며, 상기 음극 극편의 공극률 α2는 15% 내지 41%인, 음극 극편.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기반 입자의 공극률 α1과 상기 음극 극편의 공극률 α2의 합계 α는 45%＜α＜90%를 만족하는, 음극 극편.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기반 입자의 공극률 α1과 상기 실리콘 함유량 B는 P=0.5α1/(B-α1B)를 만족하고, 0.2≤P≤1.6인, 음극 극편.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 음극재층 중의 실리콘 기반 입자의 함량은 3wt% 내지 80wt%인, 음극 극편.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기반 입자는 규소 원소, 탄소 원소 및 산소 원소를 포함하는, 음극 극편.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기반 입자가 라만 테스트를 적용한 D 피크와 G 피크의 피크 강도의 비율은 0.2 내지 2이고;
    상기 D 피크는 실리콘 기반 입자의 라만 스펙트럼 중의 변위 범위가 1255cm-1 내지 1355cm-1인 피크이고, 상기 G 피크는 실리콘 기반 입자의 라만 스펙트럼 중의 변위 범위가 1575cm-1 내지 1600cm-1인 피크인, 음극 극편.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기반 입자의 표면에는 탄소 재료가 존재하고, 상기 탄소 재료는 무정형 탄소, 탄소나노튜브, 탄소 나노입자, 기상 증착 탄소 섬유 또는 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는, 윽극 극편.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기반 입자의 평균 입경 Dv50은 20㎛보다 작은, 윽극 극편.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 실리콘 기반 입자의 비표면적은 50m2/g보다 작은, 음극 극편.
  10. 전기화학 디바이스로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 음극 극편을 포함하는, 전기화학 디바이스.
  11. 전자 디바이스로서,
    제10항에 따른 전기화학 디바이스를 포함하는, 전자 디바이스.
KR1020237025218A 2020-12-28 2020-12-28 음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스및 전자 디바이스 Pending KR20230117625A (ko)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/CN2020/140366 WO2022140975A1 (zh) 2020-12-28 2020-12-28 一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230117625A true KR20230117625A (ko) 2023-08-08

Family

ID=82259859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237025218A Pending KR20230117625A (ko) 2020-12-28 2020-12-28 음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스및 전자 디바이스

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP4270532A4 (ko)
KR (1) KR20230117625A (ko)
CN (1) CN115136348A (ko)
WO (1) WO2022140975A1 (ko)

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5192710B2 (ja) * 2006-06-30 2013-05-08 三井金属鉱業株式会社 非水電解液二次電池用負極
JP6359836B2 (ja) * 2014-02-07 2018-07-18 信越化学工業株式会社 非水電解質二次電池用負極材、非水電解質二次電池用負極及びその製造方法並びに非水電解質二次電池
US9859554B2 (en) * 2014-07-03 2018-01-02 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode material for lithium-based batteries
CN106876665B (zh) * 2015-12-14 2019-08-02 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 硅碳复合颗粒、其制备方法及应用
CN107204431B (zh) * 2016-03-16 2020-02-21 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池负极活性材料及其制备方法、包含该负极活性材料的负极和电池
KR102591512B1 (ko) * 2016-09-30 2023-10-23 삼성전자주식회사 음극 활물질 및 이를 채용한 리튬 이차 전지, 및 상기 음극 활물질의 제조방법
CN106450246A (zh) * 2016-12-28 2017-02-22 江西正拓新能源科技股份有限公司 一种锂离子电池用多孔硅‑碳复合材料及其制备方法
CN110867560B (zh) * 2018-08-28 2021-04-02 宁德时代新能源科技股份有限公司 一种负极极片及二次电池

Also Published As

Publication number Publication date
CN115136348A (zh) 2022-09-30
EP4270532A4 (en) 2024-08-14
WO2022140975A1 (zh) 2022-07-07
EP4270532A1 (en) 2023-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7253616B2 (ja) 負極材料、並びにそれを用いた電気化学装置および電子装置
CN109841831B (zh) 负极材料及包含该负极材料的负极及电化学装置
CN111029543B (zh) 负极材料及包含其的电化学装置和电子装置
JP7620550B2 (ja) 負極片、当該負極片を含む電気化学装置及び電子装置
WO2022205152A1 (zh) 一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置和电子装置
WO2022205143A1 (zh) 一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置和电子装置
CN113950758B (zh) 一种负极极片、包含该负极极片的电化学装置及电子装置
US20090191458A1 (en) Porous network negative electrodes for non-aqueous electrolyte secondary battery
KR102519438B1 (ko) 복합 음극 활물질, 이를 포함하는 리튬 전지, 및 상기 복합 음극 활물질의 제조방법
CN111146428B (zh) 负极和包含其的电化学装置及电子装置
KR102065256B1 (ko) 실리콘계 음극활물질, 그 제조방법 및 이를 포함하는 리튬 이온 이차전지
US20230343937A1 (en) Silicon-carbon composite particle, negative electrode active material, and negative electrode, electrochemical apparatus, and electronic apparatus containing same
KR20250029257A (ko) 이차전지 및 전기기기
KR20250033305A (ko) 이차전지 및 전기기기
KR20230093519A (ko) 전기화학 디바이스 및 전자 디바이스
KR20250035579A (ko) 이차전지 및 전기기기
US20220199988A1 (en) Anode material, electrochemical device and electronic device comprising the same
WO2023122855A1 (zh) 一种电化学装置和电子装置
US20120121976A1 (en) Porous network negative electrodes for non-aqueous electrolyte secondary battery
US20220140322A1 (en) Anode material, electrochemical device and electronic device including the same
US20220052328A1 (en) Anode material, electrochemical device and electronic device comprising the same
KR20230117625A (ko) 음극 극편, 상기 음극 극편을 포함하는 전기화학 디바이스및 전자 디바이스
US12341184B2 (en) Anode material, electrochemical device and electronic device comprising the same
CN117012929A (zh) 复合补锂材料及其制备方法和应用

Legal Events

Date Code Title Description
PA0105 International application

Patent event date: 20230721

Patent event code: PA01051R01D

Comment text: International Patent Application

PA0201 Request for examination
PG1501 Laying open of application
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20250610

Patent event code: PE09021S01D