用于锂二次电池的阳极活性物质，制备这种物质的方法和包含这种物质的锂二次电池技术

提供一种用于锂二次电池的阳极活性物质，制备这种物质的方法和包含这种物质的锂二次电池。根据本发明专利技术用于锂二次电池的阳极活性物质包含：活性粒子，借助于所述粒子可吸附/释放锂离子；和涂布在活性粒子表面上的涂层，其中所述涂层包含第一物质和第二物质，第一物质是中空纳米纤维，第二物质是碳前驱体或LTO。当硅用作锂二次电池的阳极活性物质时，由于在充电/放电期间与锂离子的反应使得体积改变，会产生裂缝且活性物质粒子被破坏。然而，本发明专利技术用于锂二次电池的阳极活性物质可防止容量随着充电/放电循环的进行根本上降低，从而延长循环寿命，且因此实现适于高容量电池的高能量密度。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种用于锂二次电池的阳极活性物质，制备这种物质的方法和包含这种物质的锂二次电池；且更明确地说，本专利技术涉及一种用于锂二次电池的阳极活性物质，制备这种物质的方法和包含这种物质的锂二次电池，其中可防止由于在充电/放电期间与锂的反应使得体积改变而随着进行的充电/放电循环发生的容量快速降低，并且可防止产生裂缝和活性物质粒子破裂，可以延长循环寿命并可确认适于高容量电池的高能量密度。
技术介绍
近来，锂二次电池作为便携式小型电子装置(诸如蜂窝电话、便携式个人数字助理(PDA)、笔记本式个人计算机(PC)、MP3等)和电动汽车的电力和电源的需求大幅度增加。因此，对具有高容量和延长寿命的锂二次电池的需求也已增加。作为锂二次电池的阳极活性物质，已广泛使用基于碳的物质。然而，基于碳的阳极活性物质具有372毫安培小时/克的有限的理论最大容量且具有严重的寿命退化问题。因此，已进行关于具有高容量且可以用锂金属置换的锂合金物质的大量研究和建议。这些方法中的一种方法与硅(Si)的应用有关。一般来说，硅通过与锂形成反应的化合物可逆地吸附/释放锂。硅的理论最大容量是约4,020毫安培小时/克(9,800毫安培小时/立方厘米)且当与基于碳的物质比较时是极大的。因此，硅已成为作为具有高容量的阳极物质的有前景的物质。然而，由于在充电/放电期间与锂的反应使得硅活性物质的体积改变，可能产生裂缝，且由于硅活性物质粒子破裂，容量可能随着充电/放电循环的进行快速降低，且循环寿命可能缩短。因此，需要研发对于高容量电池具有适当的能量密度，具有极佳的稳定性和安全性，保持良好的电池性质以及具有较长的循环寿命的阳极活性物质和制备所述阳极活性物质的经济方法。已提出一种在机械粉碎后使用具有石墨的硅的方法或将硅与碳物质混合且随后煅烧的方法。当将石墨添加到硅中时，容量可能减小，但循环寿命可能显著提高。然而，尚未提出同时包含硅以及中空纳米纤维型碳、和钛酸锂(lithium titanium oxide，LTO)或基于碳的物质的用于二次电池的阳极活性物质，和制备所述阳极活性物质的方法。
技术实现思路
技术问题因此，本专利技术的一个目的是提供一种具有改良的导电性、能量密度、稳定性、安全性以及循环寿命性质的用于锂二次电池的阳极活性物质和其前驱体。本专利技术的另一个目的是提供一种制备用于锂二次电池的阳极活性物质的方法。本专利技术的另一个目的是提供一种包含用于锂二次电池的阳极活性物质的锂二次电池。技术解决方法根据实例实施例，提供用于锂二次电池的阳极活性物质。所述活性物质包含用于吸附/释放锂离子的活性粒子和涂布在活性粒子表面上的涂层。所述涂层包含作为第一物质的中空纳米纤维和作为第二物质的碳前驱体或钛酸锂(LTO)。活性粒子可以是由下列所构成的族群中选出的一者：硅、氧化硅、金属、金属氧化物以及其混合物。在这种情况下，所述金属可以是由下列所构成的族群中选出的至少一者：Sn、Al、Pb、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Ag、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ni、Mo、Cr、Cu、Ti、W、Co、V以及Ge。中空纳米纤维可以是中空纳米纤维型碳，且可以是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、碳纳米纤维、石墨烯以及其混合物中的一者。碳前驱体可以是葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氯乙烯以及柠檬酸中的至少一者，且碳前驱体优选可以是由葡萄糖、蔗糖和柠檬酸所构成的族群中选出的至少一者。中空纳米纤维型碳的直径可以是2纳米到100纳米，且涂布有作为第二物质的碳前驱体或LTO和作为第一物质的中空纳米纤维型碳的复合阳极活性物质可以是一次粒子(primary particle)平均直径为5纳米到400纳米且二次粒子(secondary particle)平均直径为3微米到30微米的晶体。根据其它实例实施例，提供一种制备用于锂二次电池的阳极活性物质的方法。所述方法包含(a)通过将用于阳极活性物质的活性粒子、碳前驱体和中空纳米纤维型碳混合并分散在水溶液中来制备分散液，和(b)通过在反应器中搅拌反应系统或通过对反应系统施加声化学处理，用包含中空纳米纤维型碳和碳前驱体的涂层均匀地涂布活性粒子的表面。声化学处理可在多泡声致发光(multibubble sonoluminescence，MBSL)条件下执行。所述方法可还包含在涂布后干燥由此获得的产物并在惰性气体氛围下煅烧经过干燥的产物以获得复合阳极活性物质。在步骤(a)中分散液中的中空纳米纤维型碳的量以分散液总量计可在0.5重量％到8重量％范围内。可通过使用声波分散法和高压分散法中的一者来执行步骤(a)中用于制备分散液的分散。可在惰性气体氛围下在10℃到50℃的温度范围下执行步骤(b)中的涂布，且可在惰性气体氛围下在500℃到900℃的温度范围下执行煅烧。根据进一步其它实例实施例，提供一种包含上述用于锂二次电池的阳极活性物质的锂二次电池。有利效应根据实例实施例用于锂二次电池的阳极活性物质可防止由于在充电/放电期间与锂的反应使得体积改变，容量随着进行的充电/放电循环快速降低，且防止产生裂缝和活性物质粒子破裂，这些情形对硅阳极活性物质来说是可能产生的。因此，可延长循环寿命，且可确认适于高容量电池的高能量密度。因此，通过使用根据本专利技术用于锂二次电池的阳极活性物质获得的锂二次电池可保持良好的基本电性质，可改良稳定性和安全性并可提高循环寿命。另外，根据制备本专利技术的用于锂二次电池的复合阳极活性物质的方法，可制备具有良好再现性和生产力的复合阳极活性物质。附图说明图1是由实例1获得的用于锂二次电池的阳极活性物质的示意性截面图。图2是由实例2获得的用于锂二次电池的阳极活性物质的示意性截面图。图3是用于解释经由湿式工艺从实例1获得的阳极活性物质的制备方法的流程图。图4是用于解释经由湿式工艺从实例2获得的阳极活性物质的制备方法的流程图。图5借助于场致发射扫描电子显微镜(field emission scanning electron microscope，FE-SEM)说明关于从实例1获得的用于锂二次电池的复合阳极活性物质的分析结果。图6借助于场致发射扫描电子显微镜(FE-SEM)说明关于从实例2获得的用于锂二次电池的复合阳极活性物质的分析结果。图7是说明由实例实施例获得的用于锂二次电池的阳极活性物质的充电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.05.11 KR 10-2010-00437981.一种用于锂二次电池的阳极活性物质，所述活性物质包括：
用于吸附/释放锂离子的活性粒子；和
涂布在所述活性粒子的表面上的涂层，所述涂层包含作为第一物质的
中空纳米纤维和作为第二物质的碳前驱体或钛酸锂。
2.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阳极活性物质，其中所
述活性粒子是由硅、氧化硅、金属、金属氧化物以及其混合物所构成的族
群中选出的一者，所述金属是由下列所构成的族群中选出的至少一者：Sn、
Al、Pb、Zn、Bi、In、Mg、Ga、Cd、Ag、Pt、Pd、Ir、Rh、Ru、Ni、Mo、
Cr、Cu、Ti、W、Co、V以及Ge。
3.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阳极活性物质，其中所
述中空纳米纤维是中空纳米纤维型碳，且是单壁碳纳米管、多壁碳纳米管、
碳纳米纤维、石墨烯以及其混合物中的一者。
4.根据权利要求1所述的用于锂二次电池的阳极活性物质，其中所
述碳前驱体是葡萄糖、蔗糖、聚乙二醇、聚乙烯醇、聚氯乙烯以及柠檬酸
中的至少一者，所述碳前驱体优选为由所述葡萄糖、所述蔗糖和所述柠檬
酸所构成的族群中选出的至少一者。
5.根据权利要求3所述的用于锂二次电池的阳极活性物质，其中所
述中空纳米纤维型碳的直径是2纳米到100纳米，且
其中涂布有作为所述第二物质的所述碳前驱体或所述钛酸锂和作为
所述第一物质的所述中空纳米纤维型碳的复合阳极活性物质是一次粒子
平均直径为5纳米到400纳米且二次粒子平均直径为3微米到30微米的
晶体。

【专利技术属性】
技术研发人员：洪智俊，卞基宅，金孝元，
申请(专利权)人：路透JJ股份有限公司，
类型：
国别省市：