[發(fā)明專利]用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)以及可再充電鋰電池

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011275544.0
• 申請日: 2020-11-16
• 公開（公告）號: CN112909226A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 元鐘民;金榮敏;金載明;羅載澔;申昌洙;李大赫
• 申請（專利權(quán)）人: 三星SDI株式會社
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/38;H01M4/62;H01M10/052
• 代理公司: 北京銘碩知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11286
• 代理人: 尹淑梅;劉燦強

公開了一種用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)和包括該負(fù)極活性物質(zhì)的可再充電鋰電池，用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)包括：二級顆粒，通過使包括Si顆粒和位于Si顆粒的表面上的陶瓷氧化物的初級顆粒中的至少一個成團而形成；以及非晶碳，非晶碳圍繞初級顆粒的表面和二級顆粒的表面。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及一種用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)和一種包括該負(fù)極活性物質(zhì)的可再充電鋰電池。

背景技術(shù)

最近，可再充電鋰電池作為小型便攜式電子裝置的電源已經(jīng)引起了人們的關(guān)注?？稍俪潆婁囯姵厥褂糜袡C電解質(zhì)溶液，因而具有比使用堿性水溶液的常規(guī)電池高兩倍或更多的放電電壓，因此具有高能量密度。

至于可再充電鋰電池的正極活性物質(zhì)，已經(jīng)使用具有能夠嵌入鋰離子的結(jié)構(gòu)的鋰-過渡金屬氧化物，諸如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0x1)等。

作為負(fù)極活性物質(zhì)，已經(jīng)主要使用諸如人造石墨、天然石墨、硬碳等的各種碳基負(fù)極活性物質(zhì)。然而，這種碳基負(fù)極活性物質(zhì)具有約360mAh/g的低容量，因此已經(jīng)對容量是碳基負(fù)極活性物質(zhì)的容量的四倍以上的為2500mAh/g或更大的硅基負(fù)極活性物質(zhì)的研究進行了積極地調(diào)查。然而，硅與碳基負(fù)極活性物質(zhì)(特別是石墨)相比具有在充電和放電期間可能發(fā)生的嚴(yán)重體積膨脹(相對于石墨為300％)，并且其導(dǎo)致與電解質(zhì)的副反應(yīng)嚴(yán)重發(fā)生，從而消耗電解質(zhì)溶液并且由此劣化了循環(huán)壽命特性。

在該背景技術(shù)部分公開的上述信息僅用于增強對發(fā)明的背景的理解，因此，其可能包含不構(gòu)成對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說在該國家已經(jīng)公知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

發(fā)明內(nèi)容

一個實施例提供了一種用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)，該負(fù)極活性物質(zhì)表現(xiàn)出改善的耐久性、抑制的體積膨脹和優(yōu)異的循環(huán)壽命特性。

另一個實施例提供了一種包括負(fù)極活性物質(zhì)的可再充電鋰電池。

一個實施例提供了一種用于可再充電鋰電池的負(fù)極活性物質(zhì)，該負(fù)極活性物質(zhì)包括：二級顆粒，包括Si顆粒和位于Si顆粒的表面上的陶瓷氧化物的初級顆粒在二級顆粒中成團；以及非晶碳，圍繞初級顆粒的表面和二級顆粒的表面。

陶瓷氧化物可以以層的形式連續(xù)地定位在Si顆粒的表面上，或者可以以島或點的形式不連續(xù)地定位在Si顆粒的表面上。

陶瓷氧化物可以以約50nm或更小的厚度定位在Si顆粒的表面上。

陶瓷氧化物可以具有約20nm或更小的尺寸。

非晶碳還可以包括第二陶瓷氧化物。第二陶瓷氧化物可以具有約30nm或更小的尺寸。

陶瓷氧化物或第二陶瓷氧化物可以為ZrO₂、Al₂O₃、Al₂TiO₅、SiO₂或它們的組合?；谪?fù)極活性物質(zhì)的總重量100wt％，陶瓷氧化物的量可以為約0.1wt％至約5wt％。

關(guān)于負(fù)極活性物質(zhì)，通過使用CuKα射線的X射線衍射分析測定的Si(111)面處的峰強度(I_Si(111))相對于陶瓷氧化物的峰強度(I_{(陶瓷氧化物)})的峰強度比(I_Si(111)/I_{(陶瓷氧化物)})為約0.2至約10。

Si顆?？梢允瞧?，并且Si顆粒可以具有約3至約15的縱橫比(寬度/厚度)。

Si顆?？梢跃哂屑s10nm至約200nm的粒徑。