[发明专利]非水电解液可再充电电池用负极活性材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于非水电解液可再充电电池的负极活性材料的制备方法 以及由此制备的用于非水电解液可再充电电池的负极活性材料。本发明更具 体地涉及用于非水电解液可再充电电池的，具有高结晶度、优异的高倍率充 放电特性和优异的充放电循环寿命特性的负极活性材料的制备方法，以及由 此制备的用于非水电解液可再充电电池的负极活性材料。

背景技术

对于可再充电锂电池的负极活性材料，诸如人造和天然石墨、硬碳等各 种碳类材料已被使用，其均可嵌入和解嵌锂离子。为了提供高容量可再充电 电池，已经努力改进碳类活性材料的效用以及单位电极体积的电荷密度。然 而，这种材料的容量接近石墨的理论容量(372mAh/g)，并且电荷密度的 改进也达到了极限，所以难以用目前的碳材料来提供高容量电池。

因此，金属锂或硅合金材料作为负极活性材料的开发被活跃地进行，但 是由于电极膨胀和收缩带来的较大应力使这样的材料的应用还未能实现。

由于电极膨胀和收缩引起的应力小，锂钒氧化物作为一种高容量材料受 到关注。然而，这种材料在充放电期间发生氧化物结构的改变，由于这种结 构恶化会显示出容量的下降(日本专利公开No.2003-68305)。

发明内容

根据本发明的一个实施方式，提供一种用于非水电解液可再充电电池的负 极活性材料的制备方法，所述负极活性材料具有高结晶度、优异的高倍率充放 电特性和优异的充放电循环寿命特性。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种根据上述方法制备的用于非水电 解液可再充电电池的负极活性材料。

根据本发明的又一个实施方式，提供一种包括所述负极活性材料的用于非 水电解液可再充电电池的负极和非水电解液可再充电电池。

本发明的一个实施方式提供一种用于非水电解液可再充电电池的负极活 性材料的制备方法，该方法包括：混合钒化合物和锂化合物，然后对所得混合 物进行第一焙烧以得到具有层状岩盐型结构的Li_1.0(V_xM_y)_1.0O₂(其中0.5≤x≤1.0， 0≤y≤0.5，x+y＝1，且M选自元素周期表第2到第15族中的元素以及所述元素的组 合所形成的组中)；将锂化合物加入所述Li_1.0(V_xM_y)_1.0O₂中，然后对所得产物进 行第二焙烧。

如上所述，进行两次焙烧过程，从而可提供具有优异的高倍率充放电特性 和优异的充放电循环寿命特性的用于非水电解液可再充电电池的负极活性材 料。第一焙烧过程提供了化学计量稳定的Li_1.0(V_xM_y)_1.0O₂，其具有确定的层状岩 盐型结构，该结构具有较少的晶格空位缺陷，在这些缺陷处，电子不会在固体 能带占据满带的高点(upper site)。在第二焙烧过程中，过量的锂离子被引入 晶体的晶格中，从而显著提高了锂钒氧化物的结晶度，并提供高容量材料。

当Li_1.0(V_xM_y)_1.0O₂中y为0时，在第二焙烧过程中，将锂化合物和包含选自 元素周期表第2到第15族的元素以及所述元素的组合所形成的组中的元素的化 合物加入Li_1.0V_1.0O₂中，然后焙烧得到的混合物。

所述锂化合物可为选自如下组中的化合物：碳酸锂、氢氧化锂、硝酸锂、 硫酸锂、亚硫酸锂、醋酸锂、氟化锂、氯化锂、溴化锂、碘化锂、醇锂和它们 的混合物。

所述选自元素周期表第2到第15族的元素可以是选自Mg、Zr、Ti、Cr、Mn、 Fe、Co、Ni、Nb、Mo、Ta、W及其组合所形成的组中的元素。

第二焙烧过程可在900℃或更高温度下进行。

根据本发明另一个实施方式的用于非水电解液可再充电电池的负极活性 材料是用CuKα的X射线衍射测定的在(003)面的半峰全宽为0.20度或更小的锂 钒氧化物。