[发明专利]负极活性材料及其制备方法和可充电锂电池

说明书

本申请要求于2009年10月14日在韩国知识产权局提交的第10-2009-0097761号韩国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用包含于此。

技术领域

本公开涉及一种用于可充电锂电池的负极活性材料、该负极活性材料的制备方法和包括所述负极活性材料的可充电锂电池。

背景技术

最近可充电锂电池作为小型便携电子装置的电源而受到关注。可充电锂电池使用有机电解质溶液，从而具有两倍于使用碱性水溶液的传统电池的放电电压的放电电压，因此具有高的能量密度。

对于可充电锂电池的正极活性材料，一般使用能够嵌入锂的诸如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)的锂-过渡元素复合氧化物等。

对于可充电锂电池的负极活性材料，已经使用各种碳基材料，例如人造石墨、天然石墨和硬碳，它们都可嵌入和脱嵌锂。然而，根据稳定性和高容量的需要，最近对诸如Si的非碳基负极活性材料进行了研究。

发明内容

本公开的一方面提供一种具有改善的热稳定性和循环寿命特性的可充电锂电池的负极活性材料。

本公开的另一方面提供一种制备该负极活性材料的方法。

本公开的又一方面提供一种包括该负极活性材料的可充电锂电池。

根据本公开的一方面，提供了一种可充电锂电池的负极活性材料，该负极活性材料包括：核，包括由下面的化学式1表示的氧化硅；表面处理层，包围核并包括由下面的化学式2表示的金属氧化物。基于可充电锂电池的负极活性材料的总重量，金属氧化物包括含量为0.1wt％至20wt％的金属。

[化学式1]

SiO_x

在上面的化学式1中，0＜x＜2。

[化学式2]

M_yO_z

在上面的化学式2中，M是包括铝(Al)、钛(Ti)、钴(Co)、镁(Mg)、钙(Ca)、钾(K)、钠(Na)、锶(Sr)、钡(Ba)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)、铁(Fe)、铜(Cu)、钪(Sc)、锆(Zr)、铌(Nb)、铬(Cr)、钼(Mo)或它们的组合的金属，0＜y＜5，0＜z＜20。

具体地，基于可充电锂电池的负极活性材料的总重量，金属氧化物包括含量为1wt％至5wt％的金属。表面处理层具有从0.001μm至1μm的厚度。

所述核可包括硅纳米晶体，在此，在X射线衍射(CuKα)分析中，所述核可具有大约0.1°至大约3°的Si(111)面的衍射峰的2θ值，在上面的化学式1中，x可以是0.5≤x≤1.5。此外，所述核可具有大约1m2/g至大约10m2/g的比表面积。

在X射线光电子能谱(XPS)分析中，负极活性材料可具有在大约99eV至大约110eV范围的代表Si-O结合能的XPS峰。在此，对负极活性材料而言负极活性材料的Si-O结合能E1与核的Si-O结合能E0的比值(E1/E0)可为大约1.005至大约1.02，负极活性材料可具有大约0.1μm至大约100μm的平均粒度。

根据另一实施例，一种可充电锂电池的负极活性材料包括：核，包括由下面的化学式1表示的氧化硅；表面处理层，包围核的表面并包括由下面的化学式2表示的金属氧化物。这里，在XPS分析中，代表Si-O结合能的XPS峰在大约99eV至大约110eV的范围内。

[化学式1]

SiO_x

在上面的化学式1中，0＜x＜2。

[化学式2]

M_yO_z

在上面的化学式2中，M是包括铝(Al)、钛(Ti)、钴(Co)、镁(Mg)、钙(Ca)、钾(K)、钠(Na)、锶(Sr)、钡(Ba)、锰(Mn)、镍(Ni)、钒(V)、铁(Fe)、铜(Cu)、钪(Sc)、锆(Zr)、铌(Nb)、铬(Cr)、钼(Mo)或它们的组合的金属，0＜y＜5，0＜z＜20。

具体地，在X射线光电子能谱(XPS)分析中，对负极活性材料而言负极活性材料的Si-O结合能E₁与核的Si-O结合能E₀的比值(E₁/E₀)可为大约1.005至大约1.02。