[发明专利]负极活性物质及其制造方法和可再充电锂电池

说明书

技术领域

本公开涉及用于可再充电锂电池的负极活性物质、制造该负极活性物质的方法和包括该负极活性物质的可再充电锂电池。

背景技术

锂可再充电电池作为用于小型便携式电子装置的电源已引起人们的关注。它们使用有机电解液溶液，从而具有为使用碱性水溶液的常规电池的放电电压的两倍的放电电压，因此具有高能量密度。

对于可再充电锂电池的正极活性物质，已研究了能嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等。

对于可再充电锂电池的负极活性物质，已使用了既能嵌入又能解嵌锂离子的多种碳类材料，例如人造石墨、天然石墨和硬碳。在这些碳类材料中，由于相对于锂，石墨具有-0.2V的低放电电势，则使用石墨作为负极活性物质的电池具有3.6V的高放电电势和高能量密度。此外，石墨因其突出的可逆性而为电池提供了长循环寿命。然而，当将石墨用作负极活性物质时，就单位体积的能量密度而言，石墨活性物质具有低密度(理论密度2.2g/cc)以及由此产生的低容量。而且，因为石墨在高放电电压下可能与有机电解液反应，在电池使用不当或过度充电等情况下，存在膨胀或容量降低的问题。

此外，已进行尝试将钛酸锂用作负极材料。因为虽然钛酸锂具有低能量密度，但是其具有高倍率充电、长循环寿命和高度的安全性，作为大型可再充电锂电池的新负极，它已引起人们注意。

特别是具有尖晶石结构的Li₄Ti₅O₁₂已知在重复嵌入/解嵌锂时由于充放电循环造成的结晶结构变化很小而且几乎不分解，并能成为有用的负极活性物质。然而，因为它具有低电导率(约10^-9S/cm)，它具有在锂的嵌入/解嵌过程中高反应电阻和以高C倍率突然充电/放电过程中性能高度下降的问题。因此，它不能用于要求高功率的电池。

发明内容

本发明实施方式的一个方面涉及具有高导电性的用于可再充电锂电池的负极活性物质。

本发明实施方式的另一个方面涉及制造所述负极活性物质的方法。

本发明实施方式的又一个方面涉及包括所述负极活性物质的可再充电锂电池。

根据本发明的一个实施方式，提供一种可再充电锂电池的负极活性物质，所述负极活性物质包括含有由以下化学式1表示的化合物的聚集初级粒子的二级粒子，并具有大于等于2m²/g且小于5m²/g的比表面积。

[化学式1]

Li_4-x-yM_yTi_5+x-zM′_zO₁₂

其中，x为0或1，或者0和1之间，y为0或1，或者0和1之间，z为0或1，或者0和1之间，

M为La、Tb、Gd、Ce、Pr、Nd、Sm、Ba、Sr、Ca、Mg或它们的组合，且M’为V、Cr、Nb、Fe、Ni、Co、Mn、W、Al、Ga、Cu、Mo、P或它们的组合。

在化学式1中，z可为0。

所述化合物可为Li₄Ti₅O₁₂。

所述负极活性物质可具有2.5m²/g或4.5m²/g，或2.5m²/g与4.5m²/g之间的比表面积。

所述初级粒子可具有100nm或500nm，或100nm和500nm之间的平均粒径。所述二级粒子可具有5μm或20μm，或5μm和20μm之间的平均粒径。

基于所述负极活性物质的总重量，所述负极活性物质进一步包括0.01wt％或0.3wt％，或0.01wt％与0.3wt％之间的碳酸酯。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种制造所述负极活性物质的方法，所述方法包括：将锂源材料与钛源材料在溶剂中混合以制备包括锂-钛复合物的微粒的锂-钛液体；喷雾干燥所述锂-钛液体以制备包括聚集的微粒的大颗粒；以及烧结所述大颗粒以获得包括由化学式1表示的聚集初级粒子的二级粒子。

所述喷雾干燥工艺可在250℃或350℃，或者250℃与350℃之间进行。

所述烧结工艺可在800℃或850℃，或者800℃与850℃之间进行。