[发明专利]可充电锂电池的负极活性材料和负极及可充电锂电池

说明书

本申请是申请号为200810160898.3、名称为“可充电锂电池的负极活性材料和负极及可充电锂电池”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明的各方面涉及一种负极活性材料、一种包括该负极活性材料的负极和一种包括该负极的可充电锂电池。

背景技术

近来，可充电锂电池作为便携式电子装置的电源已经引起了人们的注意。可充电锂电池使用有机电解质溶液，从而与传统的使用碱性水溶液的电池相比，可充电锂电池具有两倍于传统电池的放电电压且能量密度更高。对于可充电锂电池的正极活性材料，已经研究了能够嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNiO₂、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)、LiMnO₂等。

对于可充电锂电池的负极活性材料，已经使用了各种可以嵌入和脱出锂离子的碳基材料，例如，人工石墨、天然石墨和硬碳。因为与锂相比，石墨具有-0.2V的较低的放电电势，所以石墨增大了电池的放电电压和能量密度。使用石墨作为负极活性材料的电池具有3.6V的高平均放电电势和优良的能量密度。此外，因为石墨由于显著的可逆性而对电池保证了较好的循环寿命，所以石墨是在前面提到的碳基材料中最广泛使用的材料。然而，石墨活性材料的密度低，因此，在每单位体积的能量密度方面容量低。此外，石墨很可能在高放电电压下与有机电解液反应，这样会导致电池燃烧或爆炸。

为了解决这些问题，近来已经对氧化物负极活性材料进行了大量的研究。例如，由日本富士胶卷有限公司(Fuji Film Co.，Ltd.Japan)开发的非晶氧化锡具有单位重量的高容量(800mAh/g)。然而，这种氧化物造成了一些严重缺陷，例如，达到50％的高初始不可逆容量。此外，氧化锡在充电反应或放电反应期间趋于被还原为锡金属，这就降低了电池在使用时的接受性。

参照另一种氧化物负极，在第2002-216753号日本专利公布中公开了负极活性材料Li_aMg_bVO_c(0.05≤a≤3，0.12≤b≤2，2≤2c-a-2b≤5)。在2002年日本电池会议(Preview No.3B05)上还呈现了包含Li_1.1V_0.9O₂的可充电锂电池的特性。然而，这些氧化物负极没有表现出足够的电池性能，因此，正在进行对其它氧化物负极材料的大量研究。

发明内容

本发明的一个示例性实施例提供了一种改善可充电锂电池的循环寿命特性的负极活性材料。

如这里所使用的，当没有提供特定的定义时，术语“涂覆”表示部分地或全部地设置在物体的表面上。

本发明的另一示例性实施例提供了一种包括该负极活性材料的负极和一种包括该负极的可充锂电池。负极活性材料包括金属性活性材料和高强度聚合物，其中，高强度聚合物具有至少40MPa的抗拉强度且涂覆在所述金属性活性材料颗粒上。

根据本发明的各方面，金属性活性材料可以包括锂金属、能够与锂合金化的金属、锂合金、能够与锂可逆地掺杂和分开的或能够可逆地形成含锂化合物的金属或半金属或者它们的组合。

根据本发明的各方面，金属性活性材料可以是过渡金属氧化物或所述金属性材料的氧化物。

根据本发明的各方面，金属性活性材料可以选自于由锂钒基氧化物、锡氧化物(SnO_x，0≤x≤2)、硅氧化物(SiO_x，0＜x＜2)、磷氧化物和它们的组合组成的组。

根据本发明的各方面，高强度聚合物的抗拉强度可以在从40MPa至200MPa的范围。

根据本发明的各方面，高强度聚合物可以是下面的化学式2至化学式5中的一种化合物。

[化学式2]

[化学式3]

[化学式4]

[化学式5]