[发明专利]负极活性材料、包括其的电极以及包括该电极的锂电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年6月11日在韩国知识产权局提交的韩国申请No.10-2010-0055458的优先权，将该申请的公开内容引入本文作为参考。

技术领域

本发明的一个或多个实施方式涉及负极活性材料、包括其的电极以及包括该电极的锂电池。

背景技术

近来，锂二次电池作为用于小型便携式电子设备的电源已经引起了关注。由于锂二次电池含有有机电解质溶液，它们的放电电压为含有含水碱性电解质的电池的放电电压的至少两倍，并且因此锂二次电池具有较高的能量密度。

作为锂二次电池的正极材料，主要使用具有容许嵌入和脱嵌锂离子的结构的锂-过渡金属氧化物例如LiCoO2、LiMn2O4和LiNi1-x-yCoxMnyO2，其中0≤x≤0.5和0≤y≤0.5。已经使用容许锂离子的嵌入和脱嵌的各种形式的碳质材料例如人造石墨、天然石墨和硬碳作为负极材料。为了开发高容量和高输出的电池，还已经深入地研究了非碳质材料例如硅(Si)、SiOx或者Si/Sn合金用作负极材料。

这样的非碳质材料呈现出至少十倍于石墨容量密度的非常高的容量密度。然而，由于在锂电池的充电和放电期间非碳质材料的体积膨胀和收缩，电池的循环寿命特性可恶化。此外，在制造过程期间在处理这样的非碳质材料方面存在困难。

发明内容

本发明的一个或多个实施方式包括不体积膨胀并且能够使锂电池容量提高的负极活性材料。

一个或多个实施方式包括包含所述负极活性材料的电极。

本发明的一个或多个实施方式包括采用包含所述负极活性材料的电极的锂电池。

根据本发明的一个或多个实施方式，负极活性材料包括具有线型碳链的碳质材料。

根据本发明的一个或多个实施方式，电极包含上述负极活性材料。

根据本发明的一个或多个实施方式，锂电池包括包含上述负极活性材料的电极。

本发明的额外方面、实施方式和/或优点将在以下描述中部分地阐明，和部分地将从所述描述显而易见，或者可通过本发明的实践而获知。

附图说明

由结合附图考虑的实施方式的以下描述，本发明的这些和/或其它方面、实施方式和优点将变得明晰和更容易理解，其中：

图1为说明碳的代表性晶体结构的图；

图2为根据本发明实施方式的锂电池的示意性透视图；

图3说明显示根据制备实施例1和2合成的负极活性材料以及用作原料的聚偏氟乙烯(PVdF)的傅立叶变换红外(FT-IR)光谱结果的图；

图4～6为根据制备实施例1制备的负极活性材料分别在100×、1000×和30000×放大率下的放大扫描电子显微镜(SEM)图像；和

图7为显示根据实施例1～3和对比例1制造的锂电池的充电-放电试验结果的图。

具体实施方式

现在将详细介绍本发明的当前实施方式，其实例示于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。以下通过参照附图描述实施方式以解释本发明。

下文中，将详细描述负极活性材料、包括其的电极、和包括该电极的锂电池。通常，由于反复的充电和放电所引起的锂离子的嵌入和脱嵌，锂二次电池的负极活性材料反复地经受体积膨胀和收缩。由于该循环，负极活性材料中可出现裂纹，由此缩短负极活性材料的寿命和降低其电导率。

同时，在室温下，碳具有多种化学稳定的晶体结构。图1为说明根据本发明实施方式的碳的代表性晶体结构的图。参照图1，碳的代表性晶体结构为具有sp3键的金刚石、具有sp2键的石墨和具有sp1键的碳炔。碳炔具有线型碳链的1维结构，其中碳键为线(thread)形式。在该形式中，其具有优异的传导性和其杨氏模量为金刚石的杨氏模量40倍大。结果，碳炔受到来自纳米技术领域的许多关注。然而，碳炔具有约250℃的耐热性温度，并且因此未被广泛使用，因为其高温稳定性差。

由于锂电池不在大于200℃的温度下运行，因此当使用具有线型碳链的1维结构的碳质材料例如碳炔作为锂电池的负极活性材料时，在电池的充电和放电期间几乎不发生负极活性材料的体积膨胀，和所述负极活性材料使锂电池的容量提高。根据本发明实施方式的负极活性材料包括具有线型碳链的碳质材料。在这点上，线型碳链具有拥有sp1键的1维结构和例如，具有这样的晶体结构的碳质材料可为碳炔。