[发明专利]负极活性材料、其制备方法和包括其的锂电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求在韩国知识产权局于2011年5月11日提交的韩国专利申请No.10-2011-0044074的权益，将其公开内容全部引入本文作为参考。

技术领域

一个或多个实施方式涉及负极活性材料、其制备方法和包括所述负极活性材料的锂电池，且更具体地，涉及具有改善的容量特性和循环寿命特性的负极活性材料、其制备方法和包括所述负极活性材料的锂电池。

背景技术

在用于信息交流的便携式电子装置例如个人数字助理(PDA)、移动电话或笔记本电脑，电动自行车，电动车等中使用的二次锂电池具有常规电池的的至少2倍大的放电电压并由此呈现高的能量密度。

二次锂电池包括正极、负极、以及填充正极和负极之间的空间的有机电解质或聚合物电解质，其中正极和负极各自包括容许锂离子嵌入和脱嵌的活性材料。在该结构中，当锂离子在正极和负极之间嵌入和脱嵌时，氧化和还原反应发生，且因此，产生电能。

用于二次锂电池的正极活性材料的实例为包括锂和过渡金属并且具有使得能够嵌入锂离子的结构的氧化物。所述氧化物的实例为锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)和锂镍钴锰氧化物(Li[NiCoMn]O₂、Li[Ni_1-x-yCo_xM_y]O₂)。

为了用作负极活性材料，对容许锂离子嵌入和脱嵌的各种碳质材料(包括人造和天然石墨、硬碳)和非碳质材料例如硅(Si)的研究正在进行。

非碳质材料显示出石墨的容量密度的至少10倍大的非常高的容量密度。然而，由于在锂电池的充电和放电期间的体积膨胀和收缩，非碳质材料的容量保持率、充电/放电效率和寿命特性可降低。

因此，存在开发具有改善的容量特性和循环寿命特性的高性能负极活性材料的需要。

发明内容

一个或多个实施方式包括具有改善的容量特性和循环寿命特性的负极活性材料。

一个或多个实施方式包括制备具有改善的容量特性和循环寿命特性的负极活性材料的方法。

一个或多个实施方式包括具有改善的容量特性和循环寿命特性的锂电池。

另外的方面将在随后的描述中部分地阐明，且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所提供的实施方式的实践获知。

根据一个或多个实施方式，负极活性材料包括：具有约10ppm～900ppm的硫含量的碳质核；和连续地形成于所述碳质核的表面上的无定形碳层，其中所述碳质核具有晶体(似晶的，crystalloid)板结构和在所述碳质核的X-射线衍射谱中约10nm～约45nm的由关于面(002)的峰的半宽度测量的微晶尺寸。

所述碳质核在所述碳质核的X-射线衍射谱中在26.4°±0.1°的布拉格角2θ处具有关于面(002)的峰。

所述碳质核在所述碳质核的X-射线衍射谱中具有约0.2°～约0.6°的关于面(002)的峰的半宽度。

所述碳质核具有的通过X-射线衍射测量的面(002)的层间间距(d₀₀₂)。

所述无定形碳层可为沥青包覆层。

所述负极活性材料可为球形的或椭圆形的，且其较长方向颗粒尺寸d₅₀为约1μm～约40μm。

所述负极活性材料在其中具有空隙。

所述负极活性材料的BET比表面积可为约1m²/g～约30m²/g。

所述负极活性材料的振实密度可为约0.2g/cc～2.0g/cc。

所述负极活性材料可另外包括纳米颗粒。

所述纳米颗粒可选自硅(Si)、锡(Sn)、镍(Ni)、及其混合物。

所述纳米颗粒的尺寸可为约1nm～约500nm。

根据一个或多个实施方式，制备负极活性材料的方法包括：制备碳质核；和在所述碳质核上形成无定形碳层，其中所述碳质核具有晶体板结构和在所述碳质核的X-射线衍射谱中约10nm~约45nm的由关于面(002)的峰的半宽度测量的微晶尺寸。

所述制备碳质核可包括：制备具有晶体板结构的碳质材料；和使所述碳质材料以球形形状成形。

所述制备具有晶体板结构的碳质材料可包括：通过使用膨胀剂使石墨膨胀；和热处理所述石墨。

所述膨胀剂可包括选自硫酸、硝酸、盐酸、乙酸和高氯酸的至少一种。