[发明专利]负极活性材料、其制备方法和包括其的可再充电锂电池

说明书

技术领域

本公开内容涉及用于可再充电锂电池的负极活性材料、其制备方法和包括其的可再充电锂电池。

背景技术

作为用于小型便携式电子设备的电源，可再充电锂电池近来已经引起关注。锂可再充电电池使用有机电解质溶液，并且因此具有至少两倍于使用碱性含水电解质溶液的常规电池的放电电压。结果，锂可再充电电池具有高的能量密度。

作为用于可再充电锂电池的正极活性材料，已研究了能够嵌入和脱嵌锂的锂-过渡元素复合氧化物(如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0<x<1)等)。

作为负极活性材料，可再充电锂电池使用能够嵌入和脱嵌锂离子的多种基于碳的材料(例如人造石墨、天然石墨和硬碳)。但是，近来的研究已对于非基于碳的负极活性材料(例如Si)进行以解决对于稳定性和高容量的需要。

发明内容

在一个实施方式中，用于可再充电锂电池的负极活性材料能够改善可再充电锂电池的循环寿命。

在另一实施方式中，可再充电锂电池包括所述负极活性材料。

根据一个实施方式，用于可再充电锂电池的负极活性材料包括：包括SiO₂基体和Si颗粒(晶粒，grain)的核；及连续或不连续地包覆在所述核上的包覆层。所述包覆层包括SiC和C；且SiC(111)面对Si(111)面的峰面积比(通过使用CuKα射线的X-射线衍射分析(XRD)测量)范围为约0.01-约0.5。

在所述核中，所述SiO₂基体和所述Si颗粒的含量比可由SiO_x(0.3≤x≤1.2)表示。

所述负极活性材料可具有约0.5μm-约50μm的平均粒径。

所述包覆层可具有约0.01μm-约1μm的厚度。

所述核对所述包覆层的重量比可范围为约99.9:0.1至约90:10。

根据另一实施方式，可再充电锂电池包括：包含所述负极活性材料的负极；包含能够嵌入和脱嵌锂的正极活性材料的正极；和非水电解质。

根据再一实施方式，制造用于可再充电锂电池的负极活性材料的方法包括：制备包括SiO₂基体和Si颗粒的氧化硅粉末；将所述氧化硅粉末浸渍在蚀刻剂中以蚀刻所述SiO₂基体的至少一部分，导致所述Si颗粒在所述氧化硅粉末的表面上暴露以得到经蚀刻的粉末；和用碳原料对所述经蚀刻的粉末进行表面处理以提供包括SiC和碳的包覆层。所述表面处理可通过气相法或液相法进行。

所述氧化硅粉末可浸渍在所述蚀刻剂中约0.5分钟-约120分钟，优选约0.5分钟-约45分钟，更优选约0.75分钟-约40分钟，更优选约1分钟-约30分钟。例如，优选的蚀刻时间为约5分钟-约40分钟，更优选约10分钟-约30分钟。

为了向所述经蚀刻的粉末提供碳包覆层，所述表面处理可包括使用使用碳原料反应气体在约700℃-约1300℃的温度进行的气相沉积法。或者，可使用液相法，其中所述经蚀刻的粉末的表面用所述碳原料进行液体包覆并在约800℃-约1300℃碳化以向所述经蚀刻的粉末提供碳包覆层。

所述蚀刻剂可为包括至少一个F离子的材料。

包括所述负极活性材料的可再充电锂电池具有改善的循环寿命特性。

附图说明

图1是根据一个实施方式的可再充电锂电池的剖开透视图。

图2是比较根据实施例1和2及对比例1制备的负极活性材料的X-射线衍射(XRD)分析结果的图。

图3是比较使用根据实施例1至3及对比例1和2制备的负极活性材料制造的可再充电锂电池的循环寿命特性的图。

具体实施方式

现在详细描述示例性实施方式。但是，这些实施方式仅为示例性的，且本发明不限于此。

根据一个实施方式，用于可再充电锂电池的负极活性材料包括：包括SiO₂基体和Si颗粒的核；及连续或不连续地包覆在所述核上的包覆层。所述包覆层包括SiC和碳。

所述负极活性材料中包括的SiC可改善循环寿命特性，但是对容量或效率具有不利影响。因此，根据本发明实施方式的负极活性材料包括合适量的SiC，以改善循环寿命特性，而不使容量或效率特性恶化。