[发明专利]负极活性物质及其制备方法和负极及可充电锂电池

说明书

技术领域

本发明涉及用于可充电锂电池的负极活性物质、制备所述负极活性物质的方法和包括所述负极活性物质的可充电锂电池。

背景技术

近来，可充电锂电池作为小型便携式电子装置的电源受到了关注。这些电池使用有机电解质溶液，因此这些电池的放电电压是使用碱性水溶液的传统电池的放电电压的两倍。因此，可充电锂电池具有高能量密度。

已经对能够嵌入锂的锂过渡元素复合氧化物(例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)、LiMnO₂等)用作锂可充电电池的正极活性物质进行了研究。

已经使用各种碳类材料作为负极活性物质，所述碳类材料例如为人造石墨、天然石墨和硬碳，所有这些碳类材料都可以使锂离子进行嵌入和脱嵌。在碳类材料中，因为与锂相比，石墨具有-0.2V的低放电电位，所以石墨提高了电池的放电电压和能量密度。使用石墨作为负极活性物质的电池具有3.6V的高平均放电电压和良好的能量密度。此外，因为石墨由于其显著的可逆性而使电池具有更好的循环寿命，所以石墨是前述碳类材料中最为广泛使用的。然而，当石墨用作负极活性物质时，石墨活性物质的密度低，因而石墨按照每单位体积的能量密度的容量低。此外，因为石墨很可能在高放电电压下与有机电解液发生反应，所以当电池被误用、过充电等时，存在一定爆炸或燃烧的危险。

为了解决以上顾虑，近来已对氧化物负极进行了研究。例如，非晶态氧化锡的单位重量的容量高(800mAh/g)。然而，该氧化物已导致一些严重的缺陷，例如初始不可逆容量高达50％。此外，部分氧化锡趋于在充电或放电反应过程中还原为锡，从而不利于氧化锡用于电池。

在另一种氧化物负极中，Li_aMg_bVO_c(其中，0.05≤a≤3，0.12≤b≤2，2≤2c-a-2b≤5)用作负极活性物质。另一种锂二次电池包括Li_1.1V_0.9O₂负极活性物质。然而，这些氧化物负极不能带来充分的电池性能，因此进行了对氧化物负极材料的进一步研究。

发明内容

本发明的一个实施例提供了一种用于可充电锂电池的负极活性物质，该负极活性物质赋予了优良的电池循环寿命特性。本发明的另一实施例提供了一种制备所述负极活性物质的方法。

本发明的又一实施例提供了一种包括该负极活性物质的负极和一种包括该负极活性物质的可充电锂电池。

根据本发明的一个实施例，一种用于可充电锂电池的负极活性物质包括通过一次颗粒的聚集而形成的二次颗粒。一次颗粒包括下面的式1的化合物。

化学式1

Li_xM_yV_zO_2+d

在式1中，0.1≤x≤2.5，0≤y≤0.5，0.5≤z≤1.5，0≤d≤0.5，并且M是从Al、Cr、Mo、Ti、W、Zr和它们的组合中选择的金属。根据一个实施例，M为Mo或W。

根据一个实施例，一次颗粒的平均粒径在大约0.1μm至大约10μm的范围内。一次颗粒可具有层状结构。

在另一实施例中，二次颗粒的平均粒径在大约2μm至大约50μm的范围内。

根据本发明的另一实施例，一种制备用于可充电锂电池的负极活性物质的方法包括通过将钒源材料、锂源材料和M源材料溶解在溶剂中来形成组成物。所述方法还包括将螯合剂添加到所述组成物中来制备凝胶、干燥所述凝胶来制备有机-无机前驱物，并对所述前驱物进行热处理。

钒源材料可从钒金属、VO、V₂O₃、V₂O₄、V₂O₅、V₄O₇、VOSO₄·H₂O、NH₄VO₃和它们的混合物中进行选择。

锂源材料可从碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、乙酸锂和它们的混合物中进行选择。

M源材料可从含M氧化物、含M氢氧化物和它们的混合物中进行选择。在一个实施例中，例如，M可从Al、Cr、Mo、Ti、W、Zr和它们的组合中进行选择。