[发明专利]电极活性材料用复合材料和包含该复合材料的二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及可用作二次电池用电极活性材料的复合材料和包含所 述复合材料的二次电池。

背景技术

近来，对能量存储技术的兴趣正在增加。因为已经广泛地将电化 学装置用作移动电话、可携式摄像机、笔记本个人电脑和电车中的能 源，所以已经逐渐地实现对电化学装置的努力研究和开发。在这点上， 电化学装置是非常令人感兴趣的主题。特别地，开发可再充电的二次 电池已经成为了关注的焦点。此外，在开发这种电池中，最近已经对 新型电极和电池的设计进行了研究以提高容量密度和比能量。

在目前所用的二次电池中，在20世纪90年代早期开发的锂二次 电池是令人瞩目的，因为与使用含水电解质的常规电池(如Ni-MH电 池、Ni-Cd电池、H₂SO₄-Pb电池等)相比，它们通常具有高工作电压和 非常高的能量密度。

锂二次电池通常通过使用能够嵌入/脱嵌锂离子的材料作为正极 或负极，并在正极和负极之间填充有机电解质或聚合物电解质而制造。 锂二次电池通过锂离子从正极和负极中嵌入或脱嵌时的氧化反应和还 原反应产生电能。

目前，作为构成锂二次电池负极的电极活性材料，主要使用含碳 材料。然而，为了进一步提高锂二次电池的容量，必须使用高容量的 电极活性材料。

为了满足该需求，例如，可以将比含碳材料显示更高充电/放电容 量，并能与锂电化学合金化的某些金属(如Si、Sn等)用作电极活性材 料。然而，这种金属类电极活性材料随着锂的充电/放电而经受显著的 体积变化，从而使所述金属类电极活性材料破裂并粉碎。因此，当重 复放电/充电循环时，使用这种金属类电极活性材料的二次电池具有诸 如容量突然减小和循环寿命减少的问题。

因此，为了弥补在金属类电极活性材料的使用期间出现的破裂和 粉碎，已经建议了使用包含金属如Si、Sn等及其氧化物的复合材料作 为电极活性材料。然而，尽管与上述金属类电极活性材料相比，使用 所述复合材料的电极活性材料由于金属氧化物抑制了金属的破裂和粉 碎而显示了高寿命特性和高厚度控制能力，但是提高的程度并没有如 预期的那样高。

发明内容

技术问题

本发明的发明人已经发现，当复合材料包含如下材料时，可以制 备具有高电池寿命特性和高电极厚度控制能力的复合材料：第一材料， 其选自能够与锂可逆地形成合金的金属和准金属；第二材料，其选自 不能与锂形成合金的金属、包含所述金属的化合物以及包含能够与锂 不可逆地形成合金的金属或准金属的化合物；和第三材料，其是导电 性比所述第二材料更高的至少一种金属，其中基于所述复合材料的总 重量，所述第三材料的含量为10～10,000ppm。这是因为，这种复合 材料提高了电极活性材料的整体导电性，从而使得电池的体积在充电/ 放电期间均匀地变化。本发明基于该发现。

技术手段

本发明提供一种复合材料，其包含：第一材料，其选自能够与锂 可逆地形成合金的金属和准金属；第二材料，其选自不能与锂形成合 金的金属、包含所述金属的化合物以及包含能够与锂不可逆地形成合 金的金属或准金属的化合物；和第三材料，其是导电性比所述第二材 料更高的至少一种金属，其中基于所述复合材料的总重量，所述第三 材料的含量为10～10,000ppm。

此外，本发明提供一种包含所述复合材料的电极活性材料以及包 含所述电极活性材料的二次电池。

附图说明

图1是示意性地显示本发明的复合材料的图；

图2是显示包含本发明复合材料的电极活性材料的实例的图；以 及

图3显示了由实施例10制备的复合材料的照片，其中左图是扫描 电子显微镜(SEM)照片，右图是能量色散X射线(EDX)照片。

附图标记

1：第一材料

2：第二材料

3：第三材料

10：核

20：碳层

具体实施方式

下文中，将对本发明进行更详细的说明。