[发明专利]用于可再充电锂电池的负极活性材料、它的制备方法及包括它的可再充电锂电池

说明书

相关专利申请的交叉引用

本申请要求于2012年8月14日递交于韩国知识产权局的韩国专利申请10-2012-0089131的优先权和权益，其全部内容通过引用合并于此。

技术领域

公开了用于可再充电锂电池的负极活性材料、制备用于可再充电锂电池的负极活性材料的方法及包括它的可再充电锂电池。

背景技术

可再充电锂电池作为小型便携电子装置的能源近来受到了关注。可再充电锂电池使用有机电解质溶液，因而具有为使用碱性水溶液的常规电池两倍的放电电压，因此具有高能量密度。

对于用于可再充电锂电池的正极活性材料，已经使用能够嵌入锂的锂-过渡金属氧化物，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等。

对于用于可再充电锂电池的负极活性材料，已经使用能够嵌入和解嵌锂离子的各种碳基材料，例如人造石墨、天然石墨和硬质碳。

由于碳基材料中的石墨具有约-0.2V的相对低于锂的放电电势，使用石墨作为负极活性材料的电池具有约3.6V的高的放电电势及优异的能量密度。

此外，由于它出众的可逆性，石墨确保了电池的长寿命。然而，当石墨被用作负极活性材料时，石墨活性材料在单位体积能量密度方面具有低密度（理论密度：约2.2g/cc）及因此的低容量。

此外，因为石墨在高放电电压下可能与有机电解液反应，所以电池会膨胀，因而具有减小的容量。

为了解决这些问题，近来进行了大量的关于氧化物负极活性材料，例如硅、锡等的研究。

硅基负极活性材料与锂离子反应时具有实现了高容量的优点，但是由于充电和放电中大于或等于约300%的体积变化，有与集流体接触弱及容量劣化的问题。

此外，硅具有低的导电性，并且当嵌入/解嵌锂时没有顺利的电荷转移反应。

为了解决所述问题，已经进行了很多研究，特别地，正活跃地进行对涂布不与硅的表面上的碳或锂反应的材料的研究。

发明内容

提供了用于可再充电锂电池的负极活性材料、制备用于可再充电锂电池的负极活性材料的方法及包括它的可再充电锂电池，所述用于可再充电锂电池的负极活性材料可实现高容量和优异的循环寿命特性。

本发明的一个实施方式中，用于可再充电锂电池的负极活性材料包括含有能掺杂和去掺杂锂的材料的核、形成在所述包括能够掺杂和去掺杂锂的材料的核的外面的所述能掺杂和去掺杂锂的材料的氧化物层、及形成在所述能够掺杂和去掺杂锂的材料的氧化物层的外面的碳层。

所述能掺杂和去掺杂锂的材料可包括Si、SiO_x1、Si-C复合物、Si-Q合金、Sn、SnO_x2、Sn-C复合物、Sn-R或它们的组合，

所述x1和x2可在0＜x1＜2和0＜x2＜2的范围内，

所述Q可为碱金属、碱土金属、13至16族元素、过渡金属、稀土元素或它们的组合，并且所述Q不包括Si，并且所述R可为碱金属、碱土金属、13至16族元素、过渡金属、稀土元素或它们的组合，并且所述R不包括Sn。

所述能掺杂和去掺杂锂的材料可包括Si、SiO_x1、Si-C复合物或Si-Q合金。

所述x1可在0＜x1＜2的范围内，并且所述Q可为碱金属、碱土金属、13至16族元素、过渡金属、稀土元素或它们的组合，并且所述Q不包括Si。

所述能掺杂和去掺杂锂的材料可具有粉末的形状、晶片的形状、纳米管的形状、纳米棒的形状或纳米线的形状。

所述能掺杂和去掺杂锂的材料可为多孔的。

所述能掺杂和去掺杂锂的材料的氧化物层可包括下面化学式1表示的化合物：

[化学式1]

Si_xM_yO_z

上面化学式1中，

M为碱金属、碱土金属、13至16族元素、过渡金属、稀土元素或它们的组合，0.9≤x≤0.99，0≤y≤0.05，且0.01≤z≤0.1。

所述能掺杂和去掺杂锂的材料的氧化物层可包括二氧化硅(SiO₂)。

所述能掺杂和去掺杂锂的材料的氧化物层可具有5nm至30nm的厚度。

所述碳层可具有5nm至50nm的厚度。

所述用于可再充电锂电池的负极活性材料可为多孔的。