[发明专利]负极活性材料、其制造方法和包括其的可充电锂电池

说明书

技术领域

公开了用于可充电锂电池的负极活性材料、制造所述负极活性材料的方法和可充电锂电池。

背景技术

最近，锂可充电电池作为用于小型便携式电子装置的电源而受到关注。锂可充电电池采用有机电解质溶液，因此锂可充电电池的放电电压是使用碱水溶液的传统电池的放电电压的两倍。因此，锂可充电电池具有高能量密度。

作为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、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等。

作为可充电锂电池的负极活性材料，已经使用了可嵌入和脱嵌锂离子的各种碳基材料，例如人造石墨、天然石墨和硬碳。然而，最近，根据电池的高容量和期望的稳定性，已经对非碳基负极活性材料(例如Si)进行了研究。

发明内容

在本发明的一个实施例中，一种用于可充电锂电池的负极活性材料为可充电锂电池赋予改善的高容量和/或循环寿命特性。

在本发明的另一个实施例中，提供了一种制备所述负极活性材料的方法。

在本发明的又一个实施例中，一种可充电锂电池包括所述负极活性材料。

根据本发明的实施例，一种用于可充电锂电池的负极活性材料包括多个氧化硅颗粒，每个氧化硅颗粒具有Si相和O相，其中：每个氧化硅颗粒的Si相的原子百分比按照从氧化硅颗粒表面处Si相的较大原子百分比朝氧化硅颗粒的中心至Si相的较小原子百分比的浓度梯度减小；每个氧化硅颗粒的O相的原子百分比按照从氧化硅颗粒表面处O相的较小原子百分比朝氧化硅颗粒的中心至O相的较大原子百分比的浓度梯度增大；以及氧化硅颗粒的表面与Si相的原子百分比为55原子％时的深度之间的距离为氧化硅颗粒的颗粒直径的大约2％至大约20％。

在每个氧化硅颗粒的表面处，Si相的原子百分比可以比O相的原子百分比高。

在根据距氧化硅颗粒表面的深度的Si相的原子百分比的曲线图中，Si相的原子百分比从氧化硅颗粒表面到Si相的原子百分比为55原子％时的深度的积分值可以为大约5000nm·原子％至大约40000nm·原子％。

氧化硅颗粒表面与Si相的原子百分比为55原子％时的深度之间的距离可以为氧化硅颗粒的颗粒直径的大约6％至大约12％。

氧化硅颗粒表面与Si相的原子百分比为55原子％时的深度之间的距离可以为大约100nm至大约1000nm。

氧化硅颗粒可包括结晶Si和非晶氧化硅，并且结晶Si的浓度可朝向氧化硅颗粒表面而增大。

氧化硅颗粒可以为多孔的。

氧化硅颗粒可具有大约10m²/g至大约500m²/g的比表面积。

氧化硅颗粒可包括满足SiO_x的Si相的量和O相的量，其中，x为大约0.5至大约1.5。

负极活性材料还可以包括从由碱金属、碱土金属、第13族至第16族元素、过渡元素、稀土元素和它们的组合组成的组中选择的材料。

氧化硅颗粒可具有大约0.1μm至大约100μm的平均颗粒直径。

根据本发明的另一个实施例，一种可充电锂电池包括：负极，包括所述负极活性材料；正极，包括正极活性材料；以及非水电解质。

根据本发明的另一个实施例，一种制备用于可充电锂电池的负极活性材料的方法包括：在惰性气氛中对氧化硅材料进行热处理，以制备包括结晶Si相和氧化硅相的氧化硅前驱物颗粒；在第一溶剂中分散氧化硅前驱物颗粒，以制备混合溶液；以及将蚀刻剂加入到混合溶液。

氧化硅材料可包括SiO粉末。

可在大约800℃至大约1300℃的温度下执行热处理。

第一溶剂可包括水溶液。

混合溶液中的氧化硅前驱物颗粒与蚀刻剂的摩尔比可以为大约10∶1至大约1∶10。

可以以大约0.05ml/分钟至大约5ml/分钟的流率将蚀刻剂加入到混合溶液。

蚀刻剂可包括酸或含有至少一个F离子的材料。

蚀刻剂可包括含有蚀刻剂材料和第二溶剂的蚀刻剂溶液，其中，第一溶剂的体积和第二溶剂的体积之和与蚀刻剂材料的体积的体积比可以为大约1∶1至大约30∶1。