本发明专利技术涉及负极活性物质、含其的可再充电锂电池和其形成方法。用于可再充电锂电池的负极活性物质包括：包括Si-X基合金的基体，其中X不是Si且选自碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素、或其组合；分散在所述基体中的硅；和在所述负极活性物质中的氧，基于所述负极活性物质中原子的总数，包括20原子%或更少的所述氧。可再充电锂电池包括所述负极活性物质。
【技术实现步骤摘要】
本公开内容涉及用于可再充电锂电池的负极活性物质和包括其的可再充电锂电池。
技术介绍
作为用于小型便携式电子设备的电源，可再充电锂电池近来已经引起关注。它们使用有机电解质溶液，并且因此具有使用碱性水溶液的常规电池的放电电压的至少两倍高的放电电压。因此，可再充电锂电池具有高的能量密度。可嵌入锂的锂-过渡元素复合氧化物如LiCoOyLiMn2CVLiNilICoxO2 (0〈χ〈1)等已用作用于可再充电锂电池的正极活性物质。无定形和结晶碳已用作用于可再充电锂电池的负极活性物质。但是，由于碳理论上每六个碳原子包括一个锂原子(LiC6)且具有372mAh/g的理论最大容量，因此近来已研究各种非基于碳的(非碳类)材料。例如，已知硅、锡、或其合金与锂可逆地电/化学地反应以形成化合物，而不是嵌入锂，其中锂插入活性物质的层之间。因此，当硅、锡、或其合金用作负极活性物质(称为基于金属的(金属类)负极活性物质)时，负极活性物质具有4200mAh/g的理论最大容量，其与基于碳的(碳类)负极活性物质相比高得多。但是，由于基于金属的负极活性物质不像基于碳的负极活性物质一样嵌入锂，因此锂离子在其中缓慢地扩散。因此，当基于金属的负极活性物质为大体积的(bulky)粉末时，其可在反复的充电和放电期间导致在基于金属的负极活性物质层的表面上的严重的裂纹且变得粉碎。因此，基于金属的负极活性物质的增加的表面积增加地与电解质溶液接触且与其反应，消耗锂且使总电导率恶化。另外`，当负极活性物质粉碎，增加表面积时，部分活性物质可进入裂纹中并导致电隔离(electrical isolation)。换句话说,可产生“死的”活性物质。这些现象随着反复的循环不断地重复，使电极恶化。因此，仍然需要具有改善的容量和循环寿命特性的可再充电锂电池用负极活性物质。
技术实现思路
本专利技术的实施方式的方面涉及具有改善的容量和循环寿命特性的可再充电锂电池用负极活性物质。本专利技术的实施方式的其它方面涉及包括所述用于可再充电锂电池的负极活性物质的可再充电锂电池。在本专利技术的一个实施方式中，用于可再充电锂电池的负极活性物质包括:包括S1-X基(S1-x based)合金的基体，其中X不是Si且选自碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素、及其组合；和分散在所述基体中的硅。所述负极活性物质还包括20原子％或更少的氧，基于所述负极活性物质中原子的总数。所述S1-X基合金可选自S1-Co基合金、S1-Ni基合金、S1-Mn基合金、S1-T1-Ni基合金、S1-Al-Fe基合金、S1-Al-Mn基合金、S1-Mg-Zn基合金、S1-T1-Zn基合金、及其组合。可包括15原子％或更少的在所述负极活性物质中的氧，基于所述负极活性物质中原子的总数。在一些实施方式中，包括10原子％或更少的在所述负极活性物质中的氧，基于所述负极活性物质中原子的总数。所述负极活性物质可具有I μ m-8 μ m的平均粒径。所述负极活性物质可具有Im2/g-8m2/g的比表面积。所述负极活性物质可具有lm2/g-4m2/g的比表面积。所述负极活性物质可进一步包括基于碳的(碳类)材料。所述基于碳的材料可为结晶碳材料、无定形碳材料、或其组合。可包括30重量％-99重量％的所述基于碳的材料，基于所述负极活性物质的总重量。在本专利技术的一个实施方式中，可再充电锂电池包括用于可再充电锂电池的负极活性物质，其包括:包括S1-X基合金的基体，其中X不是Si且选自碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素、及其组合；和分散在所述基体中的硅。所述负极活性物质还包括20原子％或更少的氧，基于所述负极活性物质中原子的总数。在本专利技术的一个实施方式中，形成用于可再充电锂电池的负极活性物质的方法包括:提供包括基体和分散在所述基体中的Si的起始材料，所述基体包括S1-X基合金，其中X不是Si且选自碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素、及其组合；研磨所述起始材料；和控制所述起始材料的研磨以添加氧以形成所述负极活性物质，其中在所述负极活性物质中包括20原子％或更少的氧，基于所述负极活性物质中原子的总数。所述研磨可包括选 自如下的处理(process):干式球磨机处理、湿式球磨机处理、油漆振荡器(paint shaker)处理、磨碎机处理、空气喷射磨机处理、行星式磨机处理、及其组合。控制所述研磨可包括:干式球磨机处理I分钟-200小时；湿式球磨机处理I分钟-40小时；油漆振荡器处理I分钟-2小时；或磨碎机、空气喷射磨机、或行星式磨机处理I分钟-200小时。附图说明由结合附图的以下详细描述，本专利技术的实施方式的特征和方面将更加明晰。图1是根据一个实施方式的可再充电锂电池的示意图。图2是根据实施例1的用于可再充电锂电池的负极活性物质的SEM(扫描电子显微镜)照片。 图3是根据实施例2的用于可再充电锂电池的负极活性物质的SEM照片。图4是根据实施例3的用于可再充电锂电池的负极活性物质的SEM照片。图5是根据实施例4的用于可再充电锂电池的负极活性物质的SEM照片。图6是根据实施例6的用于可再充电锂电池的负极活性物质的SEM照片。图7是根据实施例7的用于可再充电锂电池的负极活性物质的SEM照片。图8是根据对比例I的用于可再充电锂电池的负极活性物质的SEM照片。图9是根据实施例8的用于可再充电锂电池的负极活性物质的SEM照片。具体实施例方式以下将详细描述本公开内容的示例性实施方式。但是，这些实施方式仅是示例性的，且本公开内容不限于此。在图中，为了清楚，可放大层、膜、板、区域等的厚度。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。将理解，当一个元件如层、膜、区域或基底被称作“在”另外的元件上时，其可直接在所述另外的元件上，或还可存在中间元件。相反，当一个元件被称作“直接在”另外的元件上时，不存在中间元件。根据一个实施方式，用于可再充电锂电池的负极活性物质包括:包括S1-X基合金的基体(其中X不是Si且为碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素、或其组合)；和分散在所述基体中的硅(Si)。在所述负极活性物质中还包括20原子％或更少的氧(O)，基于所述负极活性物质中原子的总数。所述氧通过Si的氧化形成。例如，在一些实施方式中，可包括15原子％或更少的所述氧，基于所述负极活性物质中原子的总数。所述基体可通过如下防止或减少所述负极活性物质的粉碎:在可再充电锂电池的充电和放电期间缓冲所述负极活性物质，减小Si的体积变化的影响。所述S1-X基合金可选自S1-Co基合金、S1-Ni基合金、S1-Mn基合金、S1-T1-Ni基合金、S1-Al-Fe基合金、S1-Al-Mn基合金、S1-Mg-Zn基合金、S1-T1-Zn基合金、及其组合，但不限于此。所述负极活性物质可以如下方法制备。通过熔 融和纺丝过程制备约I μ m-约50 μ m厚且约0.5mm-约500mm宽的带形结构体，其包括S1-X基合金(其中X不是Si且为碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素、或其本文档来自技高网...
【技术保护点】
用于可再充电锂电池的负极活性物质，包括：包括Si?X基合金的基体，其中X不是Si且选自碱金属、碱土金属、13族元素、14族元素、15族元素、16族元素、过渡元素、稀土元素、及其组合；分散在所述基体中的硅；和在所述负极活性物质中的氧，基于所述负极活性物质中原子的总数，包括20原子%或更少的所述氧。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金哉赫，文圣皖，权升旭，徐淳星，郑昶义，朴燿翰，李天珪，M尤里，崔钟书，
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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