[发明专利]可再充电锂电池用负极活性材料及含其的可再充电锂电池

说明书

技术领域

本公开内容涉及可再充电锂电池用负极活性材料以及包括其的可再充电锂电池。

背景技术

近来，可再充电锂电池作为用于小型便携式电子设备的电源已经引起了关注。它们使用有机电解质溶液并且因此具有两倍或更多倍于使用碱性水溶液的常规电池的放电电压，因而具有高的能量密度。

作为可再充电锂电池的正极活性材料，已使用能够嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物(例如LiCoO₂、LiMn₂O₄、LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等)。

作为可再充电锂电池的负极活性材料，已使用能够嵌入和脱嵌锂离子的各种基于碳的材料(例如人造石墨、天然石墨、和硬碳)。然而，近来已经对非基于碳的负极活性材料(例如Si)进行研究以改善电池稳定性和容量。

发明内容

本发明的实施方式提供具有改善的循环寿命特性的可再充电锂电池用负极活性材料。

本发明的其它实施方式提供包括所述负极活性材料的可再充电锂电池。

根据本发明的实施方式，可再充电锂电池用负极活性材料包括核、至少一种金属纳米颗粒和至少一种MO_x纳米颗粒(其中x为0.5～1.5和M为Si、Sn、In、Al、或其组合)。所述核包括结晶碳，且所述金属纳米颗粒和所述MO_x纳米颗粒设置在所述核表面上。包括无定形碳的包覆层包围所述核表面、所述金属纳米颗粒和所述MO_x纳米颗粒的至少一部分。

所述金属纳米颗粒和所述MO_x纳米颗粒以约9∶1～约2∶8的重量比混合。

所述金属纳米颗粒可包括选自Si、Sn、In、Al、以及其组合的金属。

所述金属纳米颗粒可具有约50nm～约800nm的平均粒径，和所述MO_x纳米颗粒可具有约50nm～约800nm的平均粒径。

所述包覆层可具有约100nm～约2000nm的厚度。

所述金属纳米颗粒可具有使用CuKα射线测量的约0.3度(°)～约0.9度(°)的在(111)面处的X射线衍射角(2θ)的半宽度(FWHM)。

所述金属纳米颗粒可具有使用CuKα射线测量的约0.35度(°)～约0.95度(°)的在(220)面处的X射线衍射角(2θ)的半宽度(FWHM)。

所述包括结晶碳的核可具有至少一个孔，和所述金属纳米颗粒、所述MO_x纳米颗粒、或者其混合物可存在于所述至少一个孔中。

基于负极活性材料的总重量，可以约3重量％～约30重量％的量包括所述金属纳米颗粒和所述MO_x纳米颗粒。

基于负极活性材料的总重量，可以约60重量％～约95重量％的量包括所述包括结晶碳的核。基于负极活性材料的总重量，可以约2重量％～约20重量％的量包括所述包覆层。

所述结晶碳可包括天然石墨、人造石墨、或者其混合物。所述无定形碳可包括软碳、硬碳、中间相沥青碳化产物、烧结焦炭、或其混合物。

根据本发明的其它实施方式，可再充电锂电池包括：包括所述负极活性材料的负极、包括正极活性材料的正极、以及非水电解质。

所述负极可包括所述负极活性材料作为第一负极活性材料，且可进一步包括基于碳的负极活性材料作为第二负极活性材料。所述第一和第二负极活性材料可以约5∶95～约95∶5的重量比混合。

根据本发明实施方式的可再充电锂电池用负极活性材料呈现出改善的循环寿命特性。

附图说明

图1是根据本发明实施方式的负极活性材料的示意图。

图2是根据本发明实施方式的可再充电锂电池的横截面透视图。

具体实施方式

现在将描述本发明的示例性实施方式。然而，这些实施方式仅是示例性的，并且本发明不限于此。

根据本发明的实施方式，可再充电锂电池用负极活性材料包括核、金属纳米颗粒、MO_x纳米颗粒(其中x为0.5～1.5，和M为Si、Sn、In、Al、或者其组合)、和包覆层。所述核包括结晶碳，且所述金属纳米颗粒和所述MO_x纳米颗粒设置在所述核表面上。所述包覆层包括包围所述核表面、所述金属纳米颗粒和所述MO_x纳米颗粒的至少一部分的无定形碳。