[发明专利]用于二次电池的负极活性物质和使用其的二次电池

说明书

公开了一种负极活性物质，该负极活性物质在充电/放电期间具有小的体积变化从而不可能导致电绝缘，并具有优异的初始效率和优异的容量保持特性。另外，精细结晶区域存在于合金的基质上，锂可以根据精细结晶区域的存在更容易地分散。本发明的目标是提供一种负极活性物质，其中，精细结晶区域的比率由非晶化程度表示，在设计电池时通过测量50次循环之后的膨胀率来优化该负极活性物质。本发明提供了一种用于二次电池的负极活性物质，所述负极活性物质是由以下的化学式形成的合金，其中，用于二次电池的负极活性物质中的Ti与Fe的比为1:1，用于二次电池的负极活性物质中的Si:Ti或Si:Fe的比具有5:1至9:1的范围。Si_xTi_yFe_zAl_u(x、y、z和u为at％，x：1‑(y+z+u)，y：0.09至0.14，z：0.09至0.14，u：大于0.01且小于0.2)。

技术领域

本申请要求于2015年1月7日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0001838号韩国专利申请的优先权和权益，该韩国专利申请的全部内容通过引用包含于此。

本发明涉及一种用于二次电池的负极活性物质和一种使用其的二次电池。

背景技术

现有技术中的锂电池使用锂金属作为负极活性物质，但是当使用锂金属时，电池由于枝晶的形成而短路，导致爆炸的危险，使得碳基材料被广泛地用作负极活性物质，而不是锂金属。

碳基活性物质包括诸如石墨和人造石墨的结晶碳以及诸如软碳和硬碳的非晶碳。然而，非晶碳具有大的容量，但是具有在充电/放电过程期间不可逆性大的问题。石墨代表性地用作结晶碳，并具有372mAh/g的理论极限容量，该理论极限容量是大的，使得其用作负极活性物质。

然而，即使石墨或碳基活性物质的理论容量稍大，理论容量仅为大约380mAh/g，从而也存在以下问题：在未来开发大容量锂电池时，不能使用上述负极。

为了解决这个问题，目前已经在积极进行对金属基或金属间化合物基负极活性物质的研究。例如，已经进行了对使用金属(例如铝、锗、硅、锡、锌和铅)或半金属作为负极活性物质的锂电池的研究。该材料具有大容量和高能量密度，并且能够吸留和释放比使用碳基材料的负极活性物质大的锂离子，使得能够制造具有大容量和高能量密度的电池。例如，已知纯硅具有4017mAh/g的大的理论容量。

然而，与碳基材料相比，金属基或金属间化合物基负极活性物质具有对于商业化是障碍的循环特性劣化。原因在于：当硅按其原样用作用于吸留和释放锂的负极活性物质时，由于充电/放电过程期间的体积变化导致活性物质之间的导电性会劣化，或者负极活性物质从负极集流体剥离。即，包括在负极活性物质中的硅通过充电吸留锂，并膨胀为具有大约300％至400％的体积，当在放电期间释放锂时，微孔颗粒收缩。

当重复上述充电/放电循环时，由于负极活性物质的裂纹会导致电绝缘，使得锂电池的寿命急剧减少。因此，前述金属基负极活性物质在锂电池中使用存在着问题。

为了解决前述问题，进行了以下的研究：通过使用纳米尺寸级的颗粒作为硅颗粒或者对硅赋予多孔性来使具有缓冲效果的负极活性物质对抗体积变化。