[发明专利]用于锂二次电池的阳极活性物质，制备这种物质的方法和包含这种物质的锂二次电池

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于锂二次电池的阳极活性物质，制备这种物质的方法和包含这种物质的锂二次电池；且更明确地说，本发明涉及一种用于锂二次电池的阳极活性物质，制备这种物质的方法和包含这种物质的锂二次电池，其中可防止由于在充电/放电期间与锂的反应使得体积改变而随着进行的充电/放电循环发生的容量快速降低，并且可防止产生裂缝和活性物质粒子破裂，可以延长循环寿命并可确认适于高容量电池的高能量密度。

背景技术

近来，锂二次电池作为便携式小型电子装置(诸如蜂窝电话、便携式个人数字助理(PDA)、笔记本式个人计算机(PC)、MP3等)和电动汽车的电力和电源的需求大幅度增加。因此，对具有高容量和延长寿命的锂二次电池的需求也已增加。

作为锂二次电池的阳极活性物质，已广泛使用基于碳的物质。然而，基于碳的阳极活性物质具有372毫安培小时/克的有限的理论最大容量且具有严重的寿命退化问题。因此，已进行关于具有高容量且可以用锂金属置换的锂合金物质的大量研究和建议。这些方法中的一种方法与硅(Si)的应用有关。

一般来说，硅通过与锂形成反应的化合物可逆地吸附/释放锂。硅的理论最大容量是约4,020毫安培小时/克(9,800毫安培小时/立方厘米)且当与基于碳的物质比较时是极大的。因此，硅已成为作为具有高容量的阳极物质的有前景的物质。然而，由于在充电/放电期间与锂的反应使得硅活性物质的体积改变，可能产生裂缝，且由于硅活性物质粒子破裂，容量可能随着充电/放电循环的进行快速降低，且循环寿命可能缩短。

因此，需要研发对于高容量电池具有适当的能量密度，具有极佳的稳定性和安全性，保持良好的电池性质以及具有较长的循环寿命的阳极活性物质和制备所述阳极活性物质的经济方法。已提出一种在机械粉碎后使用具有石墨的硅的方法或将硅与碳物质混合且随后煅烧的方法。当将石墨添加到硅中时，容量可能减小，但循环寿命可能显著提高。然而，尚未提出同时包含硅以及中空纳米纤维型碳、和钛酸锂(lithium titanium oxide，LTO)或基于碳的物质的用于二次电池的阳极活性物质，和制备所述阳极活性物质的方法。

发明内容

技术问题

因此，本发明的一个目的是提供一种具有改良的导电性、能量密度、稳定性、安全性以及循环寿命性质的用于锂二次电池的阳极活性物质和其前驱体。

本发明的另一个目的是提供一种制备用于锂二次电池的阳极活性物质的方法。

本发明的另一个目的是提供一种包含用于锂二次电池的阳极活性物质的锂二次电池。

技术解决方法

根据实例实施例，提供用于锂二次电池的阳极活性物质。所述活性物质包含用于吸附/释放锂离子的活性粒子和涂布在活性粒子表面上的涂层。所述涂层包含作为第一物质的中空纳米纤维和作为第二物质的碳前驱体或钛酸锂(LTO)。

活性粒子可以是由下列所构成的族群中选出的一者：硅、氧化硅、金属、金属氧化物以及其混合物。在这种情况下，所述金属可以是由下列所构成的族群中选出的至少一者：Sn、Al、Pb、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Ag、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ni、Mo、Cr、Cu、Ti、W、Co、V以及Ge。

中空纳米纤维可以是中空纳米纤维型碳，且可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯以及其混合物中的一者。

碳前驱体可以是葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氯乙烯以及柠檬酸中的至少一者，且碳前驱体优选可以是由葡萄糖、蔗糖和柠檬酸所构成的族群中选出的至少一者。

中空纳米纤维型碳的直径可以是2纳米到100纳米，且涂布有作为第二物质的碳前驱体或LTO和作为第一物质的中空纳米纤维型碳的复合阳极活性物质可以是一次粒子(primary particle)平均直径为5纳米到400纳米且二次粒子(secondary particle)平均直径为3微米到30微米的晶体。

根据其它实例实施例，提供一种制备用于锂二次电池的阳极活性物质的方法。所述方法包含(a)通过将用于阳极活性物质的活性粒子、碳前驱体和中空纳米纤维型碳混合并分散在水溶液中来制备分散液，和(b)通过在反应器中搅拌反应系统或通过对反应系统施加声化学处理，用包含中空纳米纤维型碳和碳前驱体的涂层均匀地涂布活性粒子的表面。声化学处理可在多泡声致发光(multibubble sonoluminescence，MBSL)条件下执行。