[发明专利]二次电池用电极活性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及二次电池用电极活性材料和包含所述电极活性材料的二次电池。 

背景技术

在锂二次电池中，将可插入和释放锂离子的材料用作正极和负极，并在所述正极和负极之间注入有机电解质或聚合物电解质。当在正极和负极处插入和释放锂离子时，通过氧化和还原反应产生电能。 

目前，主要将碳质材料用于锂二次电池的负极活性材料。然而，为了进一步提高锂二次电池的容量，需要使用具有更高容量的电极活性材料。 

为了满足这种需求，已经将显示比碳质材料更高的充放电容量并可与锂电化学合金化的金属Si、Sn等用作电极活性材料。然而，这些金属电极活性材料因锂的充电和放电所伴随的剧烈体积变化而易于破裂或粉碎。因此，在进行充放电循环时使用这些金属电极活性材料的二次电池的容量急剧下降，并且也缩短了寿命。 

由此，为了减少破裂和粉碎的问题，已经尝试利用金属如Si、Sn等的氧化物来代替它们以用作电极活性材料。尽管使用金属氧化物电极活性材料解决了所述问题，但是与碳质电极活性材料相比，初始效率下降。此外，在与锂离子的初始反应期间，形成不可逆相如锂氧化物或锂金属氧化物，从而导致与金属电极活性材料相比，初始效率进一步下降。 

发明内容

技术问题 

本发明的发明人已经确认，包含可与锂合金化的金属(或准金属)的氧化物的第一微粒以及包含锂和与所述金属(或准金属)相同的金属(或准金属)的氧化物的第二微粒的电极活性材料，在电池的初始充放电期间可减少不可逆相如锂氧化物或锂金属氧化物的形成，这是因为在通过锂与金属(或准金属)氧化物的反应进行初始充放电之前锂已经包含在所述第二微粒中。 

此外，他们已经发现，当使用不含氧的锂盐来制备电极活性材料时，在电池的初始充放电期间可阻止初始效率的下降，这是因为能够阻止热处理期间氧气另外进入到金属(或准金属)氧化物内。 

本发明是以所述发现为基础的。 

技术方案 

在一个普通方面中，本发明提供一种电极活性材料和包含所述电极活性材料的二次电池，所述电极活性材料包含：(a)可与锂合金化的金属(或准金属)的氧化物的第一微粒；以及(b)包含锂和与所述金属(或准金属)相同的金属(或准金属)的氧化物的第二微粒。 

在另一个普通方面中，本发明提供一种制备电极活性材料的方法，所述方法包括：将不含氧的锂盐和可与锂合金化的金属(或准金属)的氧化物进行化学或机械混合；并在惰性气氛下对所得混合物进行热处理。 

在另一个普通方面中，本发明提供一种制备电极活性材料的方法，所述方法包括：将不含氧的锂盐和可与锂合金化的金属(或准金属)的氧化物进行化学或机械搅拌；并将所得混合物进行机械合金化。 

有益效果 

当将本发明的电极活性材料用作负极活性材料时，在电池的初始充放电期间产生减少量的不可逆相如锂氧化物或锂金属氧化物，这是因为在初始充放电之前锂已经包含在所述第二微粒中，由此能够使在正极侧面上的死体积最小化并能够制造高容量的电池。 

附图说明

图1是在实施例1中制备的电极活性材料的扫描电子显微镜(SEM)图像。 

图2是在比较例1中制备的电极活性材料的SEM图像。 

图3是用于比较例3中的SiO的SEM图像。 

图4显示了在实施例1～2和比较例1～3中制备的二次电池的充放电曲线。 

图5显示了在实施例1中制备的电极活性材料、用于比较例2中的热处理过的SiO和用于比较例3中的未热处理的SiO的Si核磁共振(NMR)波谱。 

图6显示了在实施例1中制备的电极活性材料和作为对照3的LiCl的Li-NMR波谱。 

图7显示了在实施例1中制备的电极活性材料和对照2(用于比较例3中的未热处理的SiO)的X射线衍射(XRD)波谱。 

具体实施方式

在下文中，将对本发明的实施方案进行详细说明。 

本发明提供了一种二次电池用电极活性材料，其包含：可与锂合金化的金属(或准金属)的氧化物的第一微粒；以及包含锂和与所述金属(或准金属)氧化物相同的金属(或准金属)的氧化物的第二微粒。