[发明专利]用于二次电池的负极活性材料及其制备方法

说明书

相关申请

本申请要求在韩国知识产权局在2013年8月8日提交的韩国专利申请号10-2013-0094328和在2013年11月15日提交的韩国专利申请号10-2013-0139318的权益，其通过引用以其全部结合在此。

技术领域

本发明的一个或多个实施方案涉及二次电池，且具体地，涉及能够提供高容量、高效充电和放电特性的用于二次电池的负极活性材料，以及制备它的方法。

背景技术

锂二次电池用于各种用途中，包括用于便携电子产品如移动电话或笔记本电脑的电源，以及中等尺寸和大尺寸电源，如混合动力汽车(HEV)或插电式(plug-in)HEV。由于广阔的应用范围和对其日益增长的需要，各种各样地改变电池的外形和尺寸，并且需要比在根据有关技术的小电池中更高的容量、更长的寿命和更高的稳定性。

关于锂二次电池，使得锂离子能够插层和脱出的材料被用在负极和正极中，并且在正极和负极之间设置多孔隔板，并随后向其中加入电解液以完成锂二次电池，其中，由于锂离子的插层和脱出，在负极和正极发生氧化和还原，从而产生或消耗电。

作为用于锂二次电池的负极活性材料被广泛使用的石墨具有分层的结构，这非常适合于锂离子的插层和脱出。尽管石墨理论上具有372mAh／g的容量，由于日益增长的对高容量锂电池的要求，需要使用石墨的电极的替代电极。在这点上，为了用作高容量负极活性材料，对于如何将与锂离子形成电化学合金的电极活性材料如硅(Si)、锡(Sn)、锑(Sb)或铝(Al)商品化的研究在活跃地进行着。然而，当Si、Sn、Sb和Al由于与锂形成电化学合金被充电和放电时，可能发生体积增大或减小，并且根据充电和放电的体积改变可能导致包括Si、Sn、Sb和Al作为活性材料的电极在循环特性方面的劣化。而且，体积改变可以导致电极活性材料的表面上的裂纹，并且当裂纹不断形成时，电极的表面碎裂，进而使循环特性劣化。

发明内容

本发明的一个实施方案提供能够提供高容量、高效充电和放电特性的用于二次电池的负极活性材料，以及制备它的方法。

本发明的一个实施方案提供制备用于二次电池的负极活性材料的方法。

另外的方面部分将在以下描述中陈述，且部分将由该描述变得显然或者可以通过实践本发明的实施方案而被学到。

根据本发明的一个或多个实施方案，负极活性材料包含：硅单相；和硅-金属合金相，所述硅单相被所述硅-金属合金相包围(bound)，其中，所述负极活性材料包含5至30重量％的镍、5至30重量％的钛和40至90重量％的硅，所述负极活性材料在X射线衍射分析光谱中具有所述硅-金属合金相的第一峰，且所述第一峰由Ni₄Si₇Ti₄的(501)表面产生并且出现在40.3±0.15度(°)。

在示例性实施方案中，所述硅单相可以通过机械合金化精细地分布在所述硅-金属单相中，并且由所述硅-金属合金相的(501)表面产生的第一峰的值比由未经过所述机械合金化的硅-金属合金相的(501)表面产生的第一峰的值大约0.6°至约0.9°。

在示例性实施方案中，由所述硅-金属合金相的(501)表面产生的第一峰的值可以比由未经过所述机械合金化的硅-金属合金相的(501)表面产生的第一峰的值大约0.7°至约0.8°。

在示例性实施方案中，由于通过进行包括高能研磨的机械合金化而使晶格在垂直于(501)表面的方向上收缩，由所述硅-金属合金相的(501)表面产生的第一峰在X射线衍射分析光谱中的右手侧可以比由未经过所述机械合金化的硅-金属合金相的(501)表面产生的第一峰多位移约0.6°至约0.9°。

在示例性实施方案中，由于通过进行包括高能研磨的机械合金化而使晶格在垂直于(501)表面的方向上收缩，由所述硅-金属合金相的(501)表面产生的第一峰在X射线衍射分析光谱中的右手侧可以比由未经过所述机械合金化的硅-金属合金相的(501)表面产生的第一峰多位移约0.7°至约0.8°。

在示例性实施方案中，所述负极活性材料可以包含10至30重量％的镍、10至30重量％的钛和40至80重量％的硅。

在示例性实施方案中，由所述X射线衍射分析光谱计算得到的所述硅单相的尺寸小于约20nm。