[发明专利]锂掺杂硅基氧化物负极活性物质、其制备方法以及包括其的负极和二次电池

说明书

本发明提供了一种负极活性物质，其包括：负极活性物质颗粒，所述负极活性物质颗粒包括：硅氧化物(SiO_x，0x≤2)和在至少一部分所述硅氧化物中的选自Li₂SiO₃、Li₂Si₂O₅和Li₄SiO₄的至少一种锂硅酸盐，其中所述负极活性物质颗粒的拉曼光谱的最大峰位置为大于460cm^‑1且小于500cm^‑1，本发明还提供了制备所述负极活性物质的方法，以及包括所述负极活性物质的负极和锂二次电池。

技术领域

以下发明涉及锂掺杂硅基氧化物负极活性物质、其制备方法以及包括其的负极和锂二次电池。

背景技术

随着全球变暖这一现代社会问题的出现，为了应对该问题，对环境友好型技术的需求迅速增加。特别地，随着对电动车辆和能量存储系统(ESS)的技术需求的增加，对作为能量存储装置的锂二次电池的需求正在激增。因此，正在进行改善锂二次电池的能量密度的研究。

然而，常规的商品化二次电池通常使用诸如天然石墨和人造石墨之类的石墨活性材料，但是由于石墨的理论容量低而具有低的能量密度，因此，正在进行通过开发一种新的负极材料来提高能量密度的研究。

作为一种解决方案，出现了一种具有高理论容量(3580mAh/g)的Si基材料。然而，由于反复充电和放电过程中的体积膨胀大(～400％)，因此Si基材料本身具有电池寿命特性劣化的缺点。因此，作为解决Si材料的体积膨胀大的问题的方法，已经开发了与Si相比具有低体积膨胀率的SiO_x材料。尽管SiO_x材料由于体积膨胀率低而表现出优异的寿命特性，但是由于SiO_x材料的由初始形成不可逆相引起的独特的低初始库伦效率(ICE,initialcoulombic efficiency)，因此实际上难以将其应用于锂二次电池。

发明内容

本发明的一个实施方案旨在通过控制硅基氧化物的结晶度来改善由于使用硅基氧化物作为负极活性物质而导致的由硅基氧化物颗粒膨胀造成的电池稳定性和寿命特性劣化的问题。

本发明的另一个实施方案旨在通过引入Li预处理工艺来改善在硅基氧化物电池的初始充电和放电期间由于形成不可逆相而造成的初始效率(initial efficiency)劣化的问题。

本发明的另一个实施方案旨在通过在特定条件下进行Li预处理来改善如下问题：由通过锂预处理提高硅基化合物的初始效率所引起的需要更多优化的问题(具体而言，(1)Li预处理期间的能量成本，和(2)通过调整形成的锂硅酸盐(lithium silicate)中特定可逆相与特定不可逆相之间的比率来优化容量特性的问题)。

本发明的又一实施方案旨在通过在特定条件下制备硅氧化物(silicon oxide)原料并在特定条件下进行锂预处理工艺，改善与通过Li预处理改善硅氧化物的初始效率(initial efficiency)问题相对应的硅基氧化物的结晶度增加(c-Si/a-Si比率增加)的问题。

在一个总体方面，一种负极活性物质包括：负极活性物质颗粒，所述负极活性物质颗粒包括：硅氧化物(SiO_x，0x≤2)；和在至少一部分所述硅氧化物中的选自Li₂SiO₃、Li₂Si₂O₅和Li₄SiO₄的至少一种锂硅酸盐，其中所述负极活性物质颗粒的拉曼光谱的最大峰位置为大于460cm^-1且小于500cm^-1。

负极活性物质颗粒的拉曼光谱的最大峰位置可以为480cm^-1以下。