[发明专利]可再充电锂电池用负极活性物质、其制备方法和包括它的可再充电锂电池

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求于2013年5月29日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2013-0061027号的优先权和权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

以下公开涉及用于可再充电锂电池的负极活性物质、制备该物质的方法和包含该物质的可再充电锂电池。

背景技术

可再充电锂电池作为便携式小型电子装置的电源近来已经变得显著。可再充电锂电池通过使用有机电解质溶液具有使用碱性水溶液的现有电池两倍高的放电电压。因此，可再充电锂电池提供了比现有电池更高的能量密度。

作为用于可再充电锂电池的正极活性物质，由具有锂离子嵌入其中的结构的锂能够形成氧化物，例如LiCoO₂、LiMn₂O₄或LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)等，并且主要使用过渡金属。

作为负极活性物质，已经使用了各种类型的碳类材料，包括能够嵌入/脱嵌锂离子的人造石墨、天然石墨和硬碳。

然而，由于便携式小型电子装置中功能的多样化和便携式小型电子装置的重量减少，近来已需要具有高容量的可再充电锂电池。据此，对具有比石墨更高的理论容量的活性物质的兴趣已经增加。

具体地，硅类金属材料为具有石墨10倍高理论容量的活性物质，因此对此的研究加速进行。然而，还没有达到商业化水平，这是因为在充电过程中由硅颗粒的体积膨胀引起了电池性能的劣化，从而活性物质之间的导电性、从电极板脱嵌和电解液的连续反应等减小。

在天然石墨的情况中，由于廉价和与人造石墨相似的电化学特性，它作为负极活性物质具有高效率。然而，天然石墨具有大的表面积，并且它的边缘表面由于板状形状完全暴露，因而，当天然石墨应用于负极活性物质时，会发生电解液渗透或分解的反应。因此，边缘表面剥离或破坏，并且明显发生了非可逆反应。此外，当制作电极板时，石墨活性物质被水平压制并且定向于集电器上，所以不容易浸渍电解质溶液并且会劣化充-放电特性。

因此，天然石墨通过后处理工艺被转换为平滑的表面形状(例如转变为球形)以减少不可逆反应和改善电极的可加工性。而且，通过热处理将低结晶碳(例如沥青)涂布到石墨的表面，可防止边缘表面的暴露、由电解液引起的破坏，还可减少不可逆反应。通过将低结晶碳涂布到球形天然石墨上而制备负极活性物质的方法是多数负极物质制造的普通方法。

然而，由上述方法制成的负极活性物质包括石墨颗粒内部的大量孔空间，成为具有鳞状颗粒结构(flaky particle structure)的天然石墨的可见物(visualization)。这个孔空间使得难以通过降低负极活性物质的密度制备高密度负极板。此外，在集电器上制造高密度的负极活性物质的工艺导致的破损的低结晶碳涂布膜引起石墨的边缘表面暴露的问题。

因此，需要开发尽管通过制备由去除内部孔空间产生的高密度石墨颗粒，在集电器上制成高密度的负极活性物质层，但仍具有非劣化特性的负极活性物质。

发明内容

本发明的一个示例性实施方式是提供用于可再充电锂电池的负极活性物质、制备所述负极活性物质的方法和包含所述负极活性物质的可再充电锂电池，所述可再充电锂电池具有通过抑制不可逆反应而改善的循环寿命特性。

本发明的一个示例性实施方式提供了用于可再充电锂电池的负极活性物质，所述负极活性物质包括含有球形石墨的核部分；和含有低结晶碳材料并涂布在所述核部分的表面上的涂层，其中，小于或等于2000nm的孔的体积为0.08ml/g或更小，并且振实密度为1.1g/cm³或更大。

所述负极活性物质的颗粒密度在1000kgf/cm²的压力下可为1.6g/cm³或更大。

所述球形石墨可为天然石墨。

所述低结晶碳材料可为石油基沥青、煤基沥青、中间相沥青碳化的产物、低分子重油、聚乙烯醇(PVA)、聚氯乙烯(PVC)、蔗糖、煅烧过的焦炭或它们的组合。

所述球形石墨的平均粒径可为5μm至30μm。

所述低结晶碳材料的平均粒径可为1μm至7μm。

本发明的另一个示例性实施方式提供了制备用于可再充电锂电池的负极活性物质的方法，所述方法包括混合球形石墨和低结晶碳材料；通过使用等静压机获得所述球形石墨和所述低结晶碳材料的复合物；以及热处理所获得的复合物。