负极活性材料、包括其的电极以及包括该电极的锂电池制造技术

负极活性材料、包括其的电极以及包括该电极的锂电池。所述负极活性材料不具有体积膨胀，并且具有高的对锂的溶解性。此外，所述负极活性材料为球形颗粒的形式，且因此不需要单独的造粒过程。此外，所述负极活性材料可提高锂电池的容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的一个或多个实施方式涉及负极活性材料、包括其的电极以及包括该电极的锂电池。
技术介绍
近来，锂二次电池作为用于小型便携式电子设备的电源已经引起了关注。由于锂二次电池含有有机电解质溶液，它们的放电电压为含有含水碱性电解质的电池的放电电压的至少两倍，并且因此锂二次电池具有较高的能量密度。作为锂二次电池的正极材料，主要使用具有容许嵌入和脱嵌锂离子的结构的锂-过渡金属氧化物例如LiCo02、LiMn204和LiNil_x-yCoxMny02，其中0≤χ≤0. 5禾口 0 ≤y ≤0. 5。已经使用容许锂离子的嵌入和脱嵌的各种形式的碳质材料例如人造石墨、天然石墨和硬碳作为负极材料。为了开发高容量和高输出的电池，还已经深入地研究了非碳质材料例如硅(Si)、SiOx或者Si/Sn合金用作负极材料。这样的非碳质材料呈现出至少十倍于石墨容量密度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非碳质材料的体积膨胀和收缩，电池的循环寿命特性可恶化。此外，在制造过程期间在处理这样的非碳质材料方面存在困难。
技术实现思路
本专利技术的一个或多个实施方式包括不体积膨胀并且能够使锂电池容量提高的负极活性材料。一个或多个实施方式包括包含所述负极活性材料的电极。本专利技术的一个或多个实施方式包括采用包含所述负极活性材料的电极的锂电池。根据本专利技术的一个或多个实施方式，负极活性材料包括具有线型碳链的碳质材料。根据本专利技术的一个或多个实施方式，电极包含上述负极活性材料。根据本专利技术的一个或多个实施方式，锂电池包括包含上述负极活性材料的电极。本专利技术的额外方面、实施方式和/或优点将在以下描述中部分地阐明，和部分地将从所述描述显而易见，或者可通过本专利技术的实践而获知。附图说明由结合附图考虑的实施方式的以下描述，本专利技术的这些和/或其它方面、实施方式和优点将变得明晰和更容易理解，其中图1为说明碳的代表性晶体结构的图；图2为根据本专利技术实施方式的锂电池的示意性透视图；图3说明显示根据制备实施例1和2合成的负极活性材料以及用作原料的聚偏氟乙烯(PVdF)的傅立叶变换红外(FT-IR)光谱结果的图；图4 6为根据制备实施例1制备的负极活性材料分别在100XU000X和 30000X放大率下的放大扫描电子显微镜(SEM)图像；和图7为显示根据实施例1 3和对比例1制造的锂电池的充电-放电试验结果的图。具体实施例方式现在将详细介绍本专利技术的当前实施方式，其实例示于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。以下通过参照附图描述实施方式以解释本专利技术。下文中，将详细描述负极活性材料、包括其的电极、和包括该电极的锂电池。通常， 由于反复的充电和放电所引起的锂离子的嵌入和脱嵌，锂二次电池的负极活性材料反复地经受体积膨胀和收缩。由于该循环，负极活性材料中可出现裂纹，由此缩短负极活性材料的寿命和降低其电导率。同时，在室温下，碳具有多种化学稳定的晶体结构。图1为说明根据本专利技术实施方式的碳的代表性晶体结构的图。参照图1，碳的代表性晶体结构为具有sp3键的金刚石、 具有sp2键的石墨和具有spl键的碳炔。碳炔具有线型碳链的1维结构，其中碳键为线 (thread)形式。在该形式中，其具有优异的传导性和其杨氏模量为金刚石的杨氏模量40倍大。结果，碳炔受到来自纳米
的许多关注。然而，碳炔具有约250°C的耐热性温度， 并且因此未被广泛使用，因为其高温稳定性差。由于锂电池不在大于200°C的温度下运行，因此当使用具有线型碳链的1维结构的碳质材料例如碳炔作为锂电池的负极活性材料时，在电池的充电和放电期间几乎不发生负极活性材料的体积膨胀，和所述负极活性材料使锂电池的容量提高。根据本专利技术实施方式的负极活性材料包括具有线型碳链的碳质材料。在这点上，线型碳链具有拥有spl键的 1维结构和例如，具有这样的晶体结构的碳质材料可为碳炔。具有线型碳链的碳质材料可通过如下制备将聚合物例如聚偏氟乙烯(PVdF)、聚氯乙烯(PVC)、聚乙烯(PE)或者聚丙烯(PP)在碱性溶剂中搅拌。由于所述碳质材料具有线型链晶体结构，与使用石墨时相比，在锂电池中在锂和碳之间键合的可能性高得多，并且与石墨相比，所述碳质材料具有更多的其中在充电和放电期间发生锂离子的嵌入和脱嵌的位点。因此，该线型链碳质材料具有比石墨高得多的理论容量。此外，所述线型链碳质材料为几乎完全球形颗粒的形式，并且因此其不需要进行常规的造粒过程。而且，当使用所述线型链碳质材料制备电极时，碳质材料的堆积密度提高，并且锂离子的嵌入途径比石墨中的那些更多样。因此，包含使用所述线型链碳质材料制备的电极的锂电池可高速充电和放电。因此，所述线型链碳质材料可使锂电池的容量增加。 例如，球形颗粒可具有约20 约50 μ m的平均粒径，并且当其平均粒径在该范围内时，所述线型链碳质材料可呈现出高的堆积密度和优异的容量特性。此外，所述线型链碳质材料具有拥有多个纳米尺寸孔的多孔结构，和所述孔可为各种不规则形式。所述线型链碳质材料的这样的不规则的多孔结构促进锂离子的嵌入和脱嵌。此外，负极活性材料和电解质之间的接触面积大大增加，并且因此每单位质量的负极活性材料的电容量提高，电子从负极活性材料内迁移至电解质的途径减少，用于锂离子迁移的途径也减少，并且因此电极反应速度可提高。如上所述，根据当前实施方式的负极活性材料包括具有线型碳链的1维晶体结构的碳质材料，由此抑制由于充电和放电引起的体积的变化性，并且可获得高的容量和长的寿命。此外，所述线型链碳质材料具有高的电导率并且因此不需要单独的导电材料和电池容量可预期进一步提高。当将所述碳质材料用作锂电池的负极活性材料时，所述线型链碳质材料可单独使用或者与本领域中通常使用的其它负极活性材料组合使用。此外，可将所述线型链碳质材料涂覆在另外的负极活性材料的表面上。所述负极活性材料可进一步包括作为负极材料的本领域中通常使用的负极活性材料。所述通常使用的负极活性材料的实例包括锂金属、能与锂合金化的金属、过渡金属氧化物、容许锂的掺杂或去掺杂的材料、容许锂离子的可逆嵌入和脱嵌的材料等。所述能与锂合金化的金属的实例包括铝(Al)、硅(Si)、锡(Sn)、铅(Pb)、锌(Zn)、 铋(Bi)、铟 an)、镁(Mg)、镓(Ga),Ig (Cd)、银(Ag)、锗(Ge)、钾(K)、钠(Na)、钙(Ca)、锶 (Sr)、钡(Ba)、锑(Sb)、锌(Zn)和钛(Ti)。所述过渡金属氧化物的实例包括钨氧化物、钼氧化物、钛氧化物、锂钛氧化物、钒氧化物、锂钒氧化物等。所述容许锂的掺杂或去掺杂的材料的实例包括硅(Si)，其中0 < χ < 2的SiOx，其中T为碱金属、碱土金属、XIII族元素至XVI族元素、过渡金属、稀土元素、或者其组合(除了 Si以外)的Si-T合金，Sn，Sn02，其中T为碱金属、碱土金属、XIII族元素至XVI族元素、过渡金属、稀土元素、或者其组合(除了 Sn以外)的Sn-T合金，以及这些材料的至少一种与Si02的组合。T可为镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、钪(Sc)、钇(Y)、钛 (Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、铼(Re)、铁(Fe)、 铅(P本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．负极活性材料，包括：具有线型碳链的碳质材料。

【技术特征摘要】
2010.06.11 KR 10-2010-00554581.负极活性材料，包括具有线型碳链的碳质材料。2.权利要求1的负极活性材料，其中所述线型碳链具有拥有spl键的1维结构。3.权利要求1的负极活性材料，其中所述碳质材料包括碳炔。4.权利要求1的负极活性材料，其中所述碳质材料为球形颗粒的形式。5.权利要求4的负极活性材料，其中所述球形颗粒的平均粒径为20 50μπι。6.权利要求1的负极活性材料，其中所述碳质材料具有多孔结构。7.权利要求1的负极活性材料，其中所述负极活性材料还包含选自如下的至少一种负极材料锂金属、能与锂合金化的金属、过渡金属氧化物、容许锂的掺杂或去掺杂的材料、和容许锂离子的可逆嵌入和脱嵌的材料。8.权利要求7的负极活性材料，其中所述负极材料的量为0.5 30重量％，基于所述负极活性材料的总重量。9....

【专利技术属性】
技术研发人员：金德炫，金载明，朱圭楠，李邵罗，李琮熙，金荣洙，郑求现，金汎权，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR