一种用于可充电锂电池的负极活性物质及其制备方法，以及包括该负极活性物质的可充电锂电池。该负极活性物质包括在室温下为液体的金属和Ｓｎ。该负极活性物质能够提供具有优良循环寿命特性的电池。
【技术实现步骤摘要】
用于可充电锂电池的负极活性物质及其制备方法以及包括它的可充电锂电池
本专利技术涉及一种用于可充电锂电池的负极活性物质及其制备方法，以及包含该负极活性物质的可充电锂电池。更具体地，本专利技术涉及一种用于可充电锂电池的具有优良循环寿命特性的负极活性物质及其制备方法，以及包含该负极活性物质的可充电锂电池。
技术介绍
可充电锂电池在正极和负极中使用能够可逆地嵌入或脱嵌锂离子的材料(正极活性物质和负极活性物质)，并且在正极和负极之间构建有有机电解质溶液或聚合物电解质。可充电锂电池，通过锂离子在正极和负极的嵌入/脱出时的氧化/还原反应，产生电能。对于用于可充电锂电池正极的正极活性物质，已经研究过诸如LiCoO2、LiMn2O4、LiNiO2、LiNi1-xCoxO2(0＜x＜1)、LiMnO2等复合金属氧化物。当前，使用锂金属作为形成于可充电锂电池负极上的负极活性物质。然而，当锂电池充电时，在锂金属表面生长许多枝晶(即分岔的树枝状)，这种枝晶的形成导致电池短路，从而导致爆炸。因此，近来使用例如非晶碳、结晶碳的碳质材料作为负极活性物质以取代锂金属。然而，与电池最初若干次充放电循环时的初始容量相比，这种碳质材料给出5～30％的不可逆容量，这浪费了锂离子并阻止至少一种活性物质完全充电和放电。因此，其缺点在于它的能量密度。另外，近来了解到，推测具有高容量的金属负极活性物质如硅和锡同样具有给出不可逆容量特性的问题。而且，已经注意到日本Fuji Film有限公司公开的氧化锡作为碳质负极活性物质的替代物。该金属负极活性物质具有30％或更小的电池初始库仑效率。此外，由于锂连续地嵌入和脱出产生锂金属合金，所以在150次充放电循环之后，容量明显降低，并且容量保持率显著恶化。因此，以氧化锡作为负极活性物质的锂电池在商业上是不可行的。-->于是，近来已进行了大量的研究工作，以改善这些特性。
技术实现思路
因此，本专利技术的一个目的是提供改进的可充电锂电池。另一个目的是提供一种用于可充电锂电池的具有优良循环寿命特性的负极活性物质。又一个目的是提供一种制备具有优良循环寿命特性的负极活性物质的方法。还一个目的是提供一种包括该负极活性物质的可充电锂电池。根据本专利技术的实施方案，提供一种用于可充电锂电池的负极活性物质，该负极活性物质包含当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属和Sn。根据本专利技术的另一实施方案，提供一种制备负极活性物质的方法，该方法包括：制备包含锡及当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属的母合金；以及磨碎该母合金。根据本专利技术的另一实施方案，提供一种可充电锂电池。该可充电锂电池可构建有包含负极活性物质的负极，包含能够可逆地嵌入/脱出锂离子的正极活性物质的正极，及电解质。 附图说明参照下面的结合附图的详细说明，可以更显见并更好地和更全面地理解本专利技术及与之相伴随的很多优点，在附图中，相同的附图标记表示相同或相似的组成部分，其中：图1是根据本专利技术原理的实施方案之一的可充电锂电池的负极活性物质的相图；图2A、3A和4A是根据本专利技术实施方案之一的用于可充电锂电池的负极活性物质依据可充电锂电池的充放电反应的相图；图2B、3B和4B分别示意性地示出了图2A、3A和4A的相图中的颗粒状态；图5示意性示出了按本专利技术原理的实施方案之一构建的可充电锂电池；图6是根据实施例1的负极活性物质的充放电特性的曲线图；图7是利用实施例1和对比例1的负极活性物质构建的电池的循环寿命-->特性；及图8是0.4 C下实施例1的可充电锂电池在第2、5、10、15、20、30、40和50次再充电循环时再充电容量对电压的曲线图。 具体实施方式本专利技术涉及一种用于可充电锂电池的包含Sn作为主要成分的负极活性物质。根据本专利技术实施方案之一的负极活性物质包含Sn及当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属。该当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属是指诸如Ga或含Ga合金的易熔金属。含Ga合金的实例包括但不限于Ga-In合金。所述易熔金属是指在小于200℃的温度下容易熔化的金属。在负极活性物质中，少量的当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属是充分的。根据本专利技术的实施方案之一，液体金属(即当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属)的量为约1～15wt％。根据另一实施方案，液体金属的量为约3～10wt％。当液体金属的量多于15wt％时，液体量太大，在制备过程中是不利的。另外，由于本专利技术的负极活性物质中Sn的量不包括当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属的量，所以Sn的含量可以为100wt％或更少，优选为约90～97wt％。当Sn的含量小于上述范围时，即当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属的量增加时，液相会过度增加，导致负极活性物质制备中出现问题。根据本专利技术原理的实施方案之一，负极活性物质为固溶体合金，该固溶体合金是由包括Sn和当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属形成的。下文中，参照图1到4B，就负极活性物质如何根据充放电反应而变化，说明本专利技术的负极活性物质。图1到4B示出了包含Ga作为当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属的负极活性物质，但是本专利技术不限于此。换句话说，当使用诸如Ga-In等含Ga合金作为当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属时，该负极活性物质将经历与图1到4B中包含Ga的负极活性物质相类似的相变。图1示出了Sn-Ga负极活性物质的总体相图。如图1所示，在充放电反应之前的负极活性物质相当于标有“βSn单相”的区域(包含Sn和Ga的固溶体合金)；也就是说，少量的Ga存在于固体Sn中，以形成可替代性的固-->溶体。固溶体是一种或多种溶质于溶剂中的固态溶液。可替代性的固溶体是这样的固溶体，其中通过置换晶格中的溶剂颗粒，将溶质引入到溶剂的晶格中。在本实施方案中，溶质为Ga，溶剂为Sn。在图1中，″液体″表示液体形式的SnGa。液体SnGa表示其中Sn与Ga原子以无序的方式混合的液体固溶体。然后，当充电反应开始时，锂嵌入到Sn中并与Sn反应，形成LixSn化合物。因此，单相βSn基质内部的Sn浓度连续地降低。在单相βSn基质中，Ga不与Li反应。如上所述，当βSn单相内部的Sn金属的浓度降低时，考虑到单相βSn基质中除LixSn化合物中所包含的Sn金属之外的Sn浓度，由于基质中Sn浓度的降低和LixSn的形成，Sn金属从βSn单相(CO阶段)变化到C1阶段，随后如果继续反应则变化到C2阶段，如图2A中所示。因此，在基质中形成包含Sn和Ga的液体SnGa，结果单相中βSn和固溶体中LixSn共存。图2A中诸如CO、C1和C2各相分别对应于图2B中例如CO、C1和C2的每个晶相。如图2B所示，首先在固态中Sn以βSn单相存在(C0阶段)。随后，随着Sn逐渐地形成LixSn，形成包括Sn和Ga的液体(C1阶段)。此外，液体的量增加(C2阶段)。当充电反应进一步进行时，LixSn的量进一步增加，同时Sn浓度逐渐降低，由此Sn具有从C3到C4和到C5的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于可充电锂电池的负极活性物质，包括：当与Ｓｎ形成合金时在室温下为液体的金属；及Ｓｎ。
【技术特征摘要】
KR 2006-2-10 13016/061、一种用于可充电锂电池的负极活性物质，包括：当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属；及Sn。2、一种负极活性物质，其包含锡(Sn)及当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属，并可用作可充电电池的电极。3、根据权利要求2的负极活性物质，其中所述当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属为选自下列中的至少一种：Ga，含Ga合金，及其组合。4、根据权利要求2的负极活性物质，其中所述当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属的含量，按负极活性物质的总重量计为约1～15wt％。5、根据权利要求4的负极活性物质，其中所述当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属的含量，按负极活性物质的总重量计为约3～10wt％。6、根据权利要求2的负极活性物质，其中该负极活性物质为固溶体，所述固溶体在Sn原子之间包含当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属的原子。7、一种制备用于可充电锂电池的负极活性物质的方法，包括：制备包含Sn和当与Sn形成合金时在室温下为液体的金属的母合金；及磨碎该母合金。...
【专利技术属性】
技术研发人员：成旻锡，金俊燮，金性洙，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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