[发明专利]负极活性物质及包括所述负极活性物质的锂电池

说明书

相关申请

本申请要求2011年10月5日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2011-0101438的优先权和权益，其全部内容通过参考并入本文中。

技术领域

本发明的一个或多个实施方式涉及负极活性物质及包括所述负极活性物质的锂电池。

背景技术

在用于信息通信的便携式电子设备如PDA、移动电话或笔记本电脑，电动自行车、电动车等中使用的锂二次电池具有为常规电池的至少两倍高的放电电压。因此，锂二次电池具有高的能量密度。

锂二次电池通过当锂离子嵌入正极和负极中及从正极和负极脱嵌时发生的氧化和还原反应产生电能。所述正极和负极各自包括能够嵌入和脱嵌锂离子的活性物质，且在所述正极和负极之间安置有机电解质溶液或聚合物电解质溶液。

用于锂二次电池的正极活性物质的实例包括包含锂和过渡金属且具有能够嵌入锂离子的结构的氧化物。这样的氧化物的实例包括锂钴氧化物(LiCoO₂)、锂镍氧化物(LiNiO₂)、锂镍钴锰氧化物(Li[NiCoMn]O₂或Li[Ni_1-x-yCo_xMn_y]O₂)等。

负极活性物质的实例包括能够嵌入或脱嵌锂离子的碳质基体材料(base material)和非碳质基体材料，且已对这些材料不断地进行研究。碳质基体材料的实例包括人造和天然石墨、和硬碳。非碳质基体材料的实例为Si。

一些非碳质基体材料具有高容量，其可为石墨的容量的10倍大。但是，由于在充电和放电期间的体积膨胀和收缩，其容量保持率、充电/放电效率和寿命特性可退化。

发明内容

本发明的一个或多个实施方式包括具有改善的寿命特性的负极活性物质。

本发明的一个或多个实施方式包括包含所述负极活性物质的锂电池。

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，或者可通过所公开的实施方式的实践获知。

根据本发明的一个或多个实施方式，负极活性物质包括：一次粒子，所述一次粒子包括球形碳质基体材料(base material)和设置在所述碳质基体材料上的基于硅的纳米线，其中所述碳质基体材料的圆度为约0.7-约1.0。

根据本发明的实施方式，所述碳质基体材料的圆度可为约0.7-约1.0，且例如约0.8-约1.0、或约0.9-约1.0。

根据本发明的实施方式，所述碳质基体材料在其中具有孔，和其孔隙率为约5-约30%，基于所述碳质基体材料的总体积。

根据本发明的实施方式，所述碳质基体材料可包括结晶碳质材料。例如，所述结晶碳质材料可包括天然石墨、人造石墨、可膨胀(expandable)石墨、石墨烯、炭黑和富勒烯灰(烟炱，soot)的至少一种。

根据本发明的实施方式，所述碳质基体材料的平均粒径可为约1-约30μm。

根据本发明的实施方式，所述基于硅的纳米线可包括如下的至少一种：Si、SiO_x(0<x≤2)和Si-Z合金(其中Z为碱金属、碱土金属、13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合，且不为Si)。根据本发明的实施方式，所述基于硅的纳米线可为Si纳米线。

根据本发明的实施方式，所述基于硅的纳米线具有约10-约500nm的平均直径和约0.1-约100μm的平均长度。

根据本发明的实施方式，所述基于硅的纳米线可直接在所述碳质基体材料上生长，和所述基于硅的纳米线可在选自Pt、Fe、Ni、Co、Au、Ag、Cu、Zn和Cd的至少一种金属催化剂的存在或不存在下生长。

根据本发明的实施方式，在所述一次粒子中，所述碳质基体材料的量可为约60-约99重量%，和所述基于硅的纳米线的量为约1-约40重量%，基于所述碳质基体材料和所述基于硅的纳米线的总重量。

根据本发明的实施方式，所述负极活性物质可进一步包括碳质粒子，所述碳质粒子包括天然石墨、人造石墨、可膨胀石墨、石墨烯、炭黑、富勒烯灰、碳纳米管或碳纤维的至少一种。在这点上，所述碳质粒子可为球形、平的(planar)、纤维状、管状或粉末形式。

根据本发明的一个或多个实施方式，锂电池包括：包括上述负极活性物质和粘合剂的负极；面对所述负极的正极；以及设置在所述负极和正极之间的电解质。

所述负极中包括的所述负极活性物质与以上描述的相同。