提供包括锂钛氧化物和铋钛氧化物的复合物、所述复合物的制造方法、包括所述复合物的负极活性材料、包括所述负极活性材料的负极、和通过包括所述负极而具有改善的电池性能的锂二次电池。
【技术实现步骤摘要】
本公开内容涉及复合物、所述复合物的制造方法、包括所述复合物的负极活性材料、包括所述负极活性材料的负极、和包括所述负极的锂二次电池。
技术介绍
作为最新的小型便携式电子设备的 电源而备受关注的锂二次电池呈现出高的能量密度，因为使用有机电解质的所述锂二次电池的放电电压为使用碱性水溶液的典型电池的放电电压的两倍或更高。锂二次电池使用能够使锂离子嵌入其中并且从其脱嵌的材料作为负极和正极，并且通过在正极和负极之间装入有机电解质或者聚合物电解质而制备。锂二次电池经由其中锂离子分别地嵌入正极中和从负极脱嵌的氧化和还原反应而产生电能。使用石墨、高容量的基于硅的过渡金属氧化物、和基于锡的过渡金属氧化物作为锂二次电池的负极活性材料。然而，由于迄今所开发的负极活性材料的高倍率放电和寿命特性尚未达到令人满意的水平，因此有很大的改进空间。
技术实现思路
提供复合物以及其制造方法。提供包括所述复合物的负极活性材料、包括所述负极活性材料的负极、和通过包括所述负极而具有改善的电池性能的锂二次电池。另外的方面将在以下描述中部分地阐明并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的实施方式的实践而获知。根据本专利技术的一个方面，复合物包括锂钛氧化物和铋钛氧化物。根据本专利技术的另一方面，复合物的制造方法包括将锂盐、钛前体与铋盐同时混合并且对其进行机械混合；和对混合产物进行热处理以获得前述复合物。根据本专利技术的另一方面，负极包括前述复合物，和锂二次电池包括所述负极。附图说明由结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中图I说明根据本专利技术实施方式的锂二次电池的示意性结构；图2显示对根据制造实施例I 5的复合物以及根据对比例I的Li4Ti5O12的X射线衍射(XRD)分析的结果；图3为显示分别在实施例I 5和对比例I中制造的硬币半电池的室温寿命特性的图；和图4为显示分别在实施例I 5和对比例I中制造的硬币半电池的高倍率放电特性的图。具体实施例方式现在将详细介绍本专利技术的实施方式，其实施例示于附图中，其中相同的附图标记始终是指相同的元件。在这点上，本实施方式可具有不同形式并且不应解释为限于本文中所阐明的描述。因此，以下仅通过参照附图描述实施方式以解释本说明书的各方面。提供复合物,其包括锂钛氧化物和秘钛氧化物。所述锂钛氧化物(LTO)为由下式I表示的化合物。Li4+aTi5_bMc0 12-d其中-O.2 彡 a 彡 O. 2，-O. 3 彡 b 彡 O. 3，O 彡 c 彡 O. 3，-O. 3 彡 d 彡 O. 3，并且 M 为选自如下的一种或多种第I 6族元素和第8 15族元素。所述铋钛氧化物(BTO)可为由下式2表示的化合物。Bi2+eTi2_fM’ g07_h其中-O.2 彡 e 彡 O. 2，-O. 3 彡 f 彡 O. 3，0 彡 g 彡 O. 3，-O. 3 彡 h 彡 O. 3，并且 M，为选自如下的一种或多种第I 6族元素和第8 15族元素，优选第I 6族元素、第8族元素、和第12 15族元素。在化学式I 和 2 中，M 和 M’ 可分别选自 Li、Na、Mg、Al、Ca、Sr、Cr、V、Fe、Co、Ni、Zr、Zn、Si、Y、Nb、Ga、Sn、Mo、W、Ba、La、Ce、Ag、Ta、Hf、Ru、Bi、Sb、和 As。由式I表示的化合物具有尖晶石型结构并且例如为Li4Ti5O1215由式2表示的化合物为例如Bi2Ti207。在所述复合物中，所述锂钛氧化物的含量为约I摩尔 约99摩尔，例如约I. 63摩尔 约99摩尔，例如约I. 63摩尔、约3. 55摩尔、约10. 11摩尔、约19摩尔、或者约99摩尔，基于I摩尔的所述铋钛氧化物。当所述锂钛氧化物的含量在前述范围内时，所述复合物的高倍率特性，例如高倍率放电和高倍率寿命特性，是优异的。在所述复合物中，秘(Bi)对钛(Ti)的原子比(x/y :x为Bi的原子百分数，y为Ti的原子百分数)为约O. 004 约O. 2，例如约O. 015 约O. 025。所述原子比根据电感耦合等离子体(ICP)分析测定。构成所述复合物的所述锂钛氧化物的(111)面的晶面间距为约4.810人~约4.900A，·例如约4.811A 约4.820A，例如约4.811人、约4.813人、约4.817人、约4.819人、或者约4.820人。当所述锂钛氧化物的(111)面的晶面间距在前述范围内时，所述复合物的高倍率特性是优异的。所述锂钛氧化物的(111)面的晶面间距可通过使用1.54IA的CuK-α特征X射线波长的X射线衍射分析获得。与所述锂钛氧化物的(111)面对应的峰出现在约20±2°的布拉格2 Θ角处，例如在约18. 4°的布拉格2 Θ角处。所述锂钛氧化物的(111)面的晶面间距是通过使用来自使用1.541A的CuK-α特征X射线波长的X射线衍射分析的峰特征(例如，所述锂钛氧化物的主要峰(即，具有最强强度的峰)的2Θ值为约18. 4° )根据以下方程I计算的。λ =2dsin θ其中λ表不1.5405人的X射线波长，d表不晶面间距,和θ表不布拉格20的“ θ ”。由对所述复合物的X射线衍射分析，在约18° 约19°、约35° 约36. 5°、和约42° 约44°的2Θ范围处观察到与所述锂钛氧化物有关的主要峰。在约29. 5。 约 30. 5。、约 34. 5。 约 35. 5。、和约 49. 5。 约 50. 5。的2Θ 范围处观察到与所述铋钛氧化物有关的主要峰。下文中，对根据本专利技术实施方式的复合物的制造方法进行描述。将锂盐、钛前体与铋盐同时混合，并且对其进行机械混合。可通过同时对所述锂盐、所述钛前体和所述铋盐进行机械混合而获得目标复合物。适当地控制所述锂盐、所述钛前体和所述铋盐之间的混合比以获得式I的锂钛氧化物和式2的秘钛氧化物。例如，所使用的铋盐的含量为约O. 005摩尔 约O. 5摩尔，基于I摩尔所述锂盐，和所使用的钛前体的含量为约O. 9摩尔 约I. 3摩尔，基于I摩尔所述锂盐。所述机械混合通过使用例如球磨机、班伯里(Banbury)混合机、或者均化器进行。所述机械混合例如进行约20分钟 约10小时，例如约30分钟 约3小时，但是处理时间不限于此。在所述机械混合期间，可通过添加醇溶剂例如乙醇提高混合效率。随后，将含有所述锂盐、所述钛前体、和所述铋盐的混合物在空气或氧气气氛中在约400° C 约1000° C例如约650° C 约900° C范围内的温度下热处理。所述热处理进行约3小时 约7小时，但是热处理时间不限于此。当热处理时间和温度在前述范围内时，可获得具有优异的高倍率放电和寿命特性的复合物。所述锂盐的实例可为碳酸锂(Li2CO3)、硫酸锂(Li2SO4)、硝酸锂(LiNO3)、和氢氧化锂(LiOH)。所述钛前体的实例可为氧化钛(TiO2)和氢氧化钛(Ti(OH)4)15当使用氧化钛作为所述钛前体时，使用具有在约20nm 约25nm范围内的平均粒径的氧化钛颗粒，但是所述氧化钛的平均粒径没有特别限制。所述铋盐的实例可为硝酸铋、氢氧化铋等。例如，所述复合物可用作负极活性材料。根据前述方法获得的复合物的平均直径例如为约500nm 约5000nm。根据本专利技术实施方式的负本文档来自技高网...
【技术保护点】
复合物，包括：锂钛氧化物；和铋钛氧化物。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：宋旼相，朴圭成，金圭成，崔荣敏，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：
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