[發明專利]負極活性材料、其制造方法和包括其的可充電鋰電池

有效

• 申請號: 201310009919.2
• 申請日: 2013-01-10
• 公開（公告）號: CN103247789A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 樸相垠;金英旭
• 申請（專利權）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/485;H01M10/0525
• 代理公司: 北京銘碩知識產權代理有限公司 11286
• 代理人: 劉燦強;王占杰

技術領域

公開了用于可充電鋰電池的負極活性材料、制造所述負極活性材料的方法和可充電鋰電池。

背景技術

最近，鋰可充電電池作為用于小型便攜式電子裝置的電源而受到關注。鋰可充電電池采用有機電解質溶液，因此鋰可充電電池的放電電壓是使用堿水溶液的傳統電池的放電電壓的兩倍。因此，鋰可充電電池具有高能量密度。

作為可充電鋰電池的正極活性材料，已經研究了能夠嵌入鋰的鋰過渡元素復合氧化物，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等。

作為可充電鋰電池的負極活性材料，已經使用了可嵌入和脫嵌鋰離子的各種碳基材料，例如人造石墨、天然石墨和硬碳。然而，最近，根據電池的高容量和期望的穩定性，已經對非碳基負極活性材料(例如Si)進行了研究。

發明內容

在本發明的一個實施例中，一種用于可充電鋰電池的負極活性材料為可充電鋰電池賦予改善的高容量和/或循環壽命特性。

在本發明的另一個實施例中，提供了一種制備所述負極活性材料的方法。

在本發明的又一個實施例中，一種可充電鋰電池包括所述負極活性材料。

根據本發明的實施例，一種用于可充電鋰電池的負極活性材料包括多個氧化硅顆粒，每個氧化硅顆粒具有Si相和O相，其中：每個氧化硅顆粒的Si相的原子百分比按照從氧化硅顆粒表面處Si相的較大原子百分比朝氧化硅顆粒的中心至Si相的較小原子百分比的濃度梯度減小；每個氧化硅顆粒的O相的原子百分比按照從氧化硅顆粒表面處O相的較小原子百分比朝氧化硅顆粒的中心至O相的較大原子百分比的濃度梯度增大；以及氧化硅顆粒的表面與Si相的原子百分比為55原子％時的深度之間的距離為氧化硅顆粒的顆粒直徑的大約2％至大約20％。

在每個氧化硅顆粒的表面處，Si相的原子百分比可以比O相的原子百分比高。

在根據距氧化硅顆粒表面的深度的Si相的原子百分比的曲線圖中，Si相的原子百分比從氧化硅顆粒表面到Si相的原子百分比為55原子％時的深度的積分值可以為大約5000nm·原子％至大約40000nm·原子％。

氧化硅顆粒表面與Si相的原子百分比為55原子％時的深度之間的距離可以為氧化硅顆粒的顆粒直徑的大約6％至大約12％。

氧化硅顆粒表面與Si相的原子百分比為55原子％時的深度之間的距離可以為大約100nm至大約1000nm。

氧化硅顆粒可包括結晶Si和非晶氧化硅，并且結晶Si的濃度可朝向氧化硅顆粒表面而增大。

氧化硅顆粒可以為多孔的。

氧化硅顆粒可具有大約10m²/g至大約500m²/g的比表面積。

氧化硅顆粒可包括滿足SiO_x的Si相的量和O相的量，其中，x為大約0.5至大約1.5。

負極活性材料還可以包括從由堿金屬、堿土金屬、第13族至第16族元素、過渡元素、稀土元素和它們的組合組成的組中選擇的材料。

氧化硅顆粒可具有大約0.1μm至大約100μm的平均顆粒直徑。

根據本發明的另一個實施例，一種可充電鋰電池包括：負極，包括所述負極活性材料；正極，包括正極活性材料；以及非水電解質。

根據本發明的另一個實施例，一種制備用于可充電鋰電池的負極活性材料的方法包括：在惰性氣氛中對氧化硅材料進行熱處理，以制備包括結晶Si相和氧化硅相的氧化硅前驅物顆粒；在第一溶劑中分散氧化硅前驅物顆粒，以制備混合溶液；以及將蝕刻劑加入到混合溶液。

氧化硅材料可包括SiO粉末。

可在大約800℃至大約1300℃的溫度下執行熱處理。

第一溶劑可包括水溶液。

混合溶液中的氧化硅前驅物顆粒與蝕刻劑的摩爾比可以為大約10∶1至大約1∶10。

可以以大約0.05ml/分鐘至大約5ml/分鐘的流率將蝕刻劑加入到混合溶液。

蝕刻劑可包括酸或含有至少一個F離子的材料。

蝕刻劑可包括含有蝕刻劑材料和第二溶劑的蝕刻劑溶液，其中，第一溶劑的體積和第二溶劑的體積之和與蝕刻劑材料的體積的體積比可以為大約1∶1至大約30∶1。