本发明专利技术涉及负极活性物质、制法、锂二次电池用负极和锂二次电池。用于可再充电锂电池的负极活性物质包括由式1表示的Si-Al-Fe合金。所述Si-Al-Fe合金包括Si相和合金相，和所述合金相包括原子百分数比为约3∶3∶2的Si、Al和Fe，其中50原子%≤x≤90原子%，5原子%≤y≤30原子%，5原子%≤z≤30原子%，和x+y+z=100原子%。式1?xSi-yAl-zFe。
【技术实现步骤摘要】
本公开内容涉及负极活性物质、其制备方法、包括所述负极活性物质的锂二次电池用负极、和包括所述负极的锂二次电池。
技术介绍
用于便携式电子设备(例如个人数字助理(PDA)、移动电话、笔记本电脑)、电动自行车、电动车等的锂二次电池具有为常规电池的放电电压的至少两倍高的放电电压。因此，锂二次电池呈现高的能量密度。典型的锂二次电池包括电极组件，所述电极组件包括正极、负极、以及填充正极和负极之间的空间的有机电解质溶液或聚合物电解质。正极和负极各自包括容许嵌入和脱嵌锂离子的活性物质。在该结构中，当锂离子在正极和负极之间嵌入和脱嵌时，发生氧化和还原反应,并且由此产生电能。锂二次电池的正极活性物质可为容许嵌入锂离子的锂和过渡金属的氧化物，例如锂钴氧化物(LiCoO2)、锂镍氧化物(LiNiO2)、或者锂镍钴锰氧化物(例如，Li02或Li O2)。已经进行了对容许嵌入和脱嵌锂离子的负极活性物质例如各种类型的碳质材料(包括人造和天然石墨以及硬碳)和非碳质材料例如Si的研究。然而，非碳质材料例如Si在锂离子的嵌入和脱嵌期间反复地经历体积膨胀和收缩，并且因此，包括这样的非碳质材料的负极具有不稳定的结构和降低的循环寿命。为了解决关于碳质和非碳质活性物质的问题，已经进行了对基于Si的合金的研究。基于Si的合金可为，例如，S1-T1-Ni合金。S1-T1-Ni合金包括在该合金中的其中Si对Ti对Ni的原子百分数(原子％)比为7:4:4的Si7Ti4Ni4基体相(matrix phase)。然而，该基体相含有相对大量的Si，并且因此该合金中的大量Si被消耗在不与锂反应的非活性相中。此外，S1-T1-Ni合金的原料成本高。
技术实现思路
本专利技术实施方式的各方面涉及具有改善的初始放电容量和循环特性的负极活性物质。 本专利技术的一个或多个实施方式包括制备所述负极活性物质的方法。本专利技术的一个或多个实施方式包括包含所述负极活性物质的锂二次电池用负极。本专利技术的一个或多个实施方式包括包含所述负极的锂二次电池。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由式I表示的S1-Al-Fe合金,其中所述S1-Al-Fe合金包括Si相和合金相，并且所述合金相包括原子百分数比为约3:3:2的S1、Al和Fe:式IxS1-yAl-zFe其中50原子％彡X彡90原子％，5原子％彡y彡30原子％，5原子％彡z彡30原子 %,且 x+y+z=100 原子 ％。当使用j Ml A的CuK-α X射线波长测量时，所述合金相可在约20° -约60°的布拉格角2 Θ处显示出(register) X射线衍射峰。当使用1.541 A的CuK-α X射线波长测量时，所述合金相可在在约44.7±1.0°的布拉格角2 Θ处显示出主( primary) X射线衍射峰。当使用1.541 A的CuK-α X射线波长测量时，所述合金相可在约24.6±1.0°的布拉格角2 Θ处显示出第一次级(secondary)X射线衍射峰，和/或当使用1.541 A的CuK-α X射线波长测量时，所述合金相可在约47.0± 1.0°的布拉格角2 Θ处显示出第二次级X射线衍射峰。在式I中，y可大于z。所述S1-Al-Fe合金可进一步包括第二合金相，并且所述第二合金相可包括原子百分数比为约I或更大的Al和Fe。所述S1-Al-Fe合金的至少一部分可包括所述Si相和所述合金相的均匀分散体。所述S1-Al-Fe合金中所述Si相的Si原子％对所述合金相的Si原子％的比可为约 0.5:1-约 12:1。所述合金相可为基体相。所述Si相可包括Si活性金属颗粒。所述Si活性金属颗粒可具有约IOnm-约200nm的平均粒度。所述S1-Al-Fe合金可包括以约IO3K/秒-约IO7K/秒的速率急冷(quench)的急O 口益ο所述S1-Al-Fe合金可包括S1、Al和Fe,并且所述S1、Al和Fe的至少一种可用选自如下的过渡金属掺杂:N1、Co、Cu、Cr、Zr、T1、Mn、V、Zn、及其组合。所述S1、Al、和Fe的所述至少一种可用约0.1原子％-约5原子％的量的所述过渡金属掺杂,基于S1、Al和Fe中的相应元素各自的原子数。制造用于可再充电锂电池的负极活性物质的方法包括制备包括由式I表示的S1-Al-Fe合金的母合金:式IxS1-yAl-zFe其中50原子％彡X彡90原子％，5原子％彡y彡30原子％，5原子％彡z彡30原子％,和x+y+z=100原子％ ;冷却所述母合金来制备合金带(ribbon)以形成Si相和合金相，所述合金相包括原子百分数比为约3:3:2的S1、Al和Fe ;和将所述合金带粉碎以制备合金粉末作为负极活性物质。制备所述母合金包括真空感应熔炼、电弧熔炼或机械合金化。冷却所述母合金包括将所述母合金以约IO3K/秒-约IO7K/秒的速率急冷。所述急冷包括熔体旋淬(melt spinning)或气体雾化。所述合金粉末具有约0.1 μ m-约10 μ m的中值粒径(D50)。可再充电锂电池包括:包含所述负极活性物质的负极；包含正极活性物质的正极；和电解质。附图说明图1为根据实施例1制备的由S1、Al和Fe的合金构成的负极活性物质的X射线衍射(XRD)分析结果的图。图2为根据实施例2制备的由S1、Al和Fe的合金构成的负极活性物质的XRD分析结果的图。图3为根据对比例I制备的由S1、Ti和Ni的合金构成的负极活性物质的XRD分析结果的图。图4为根据对比例2制备的由S1、Al和Fe的合金构成的负极活性物质的XRD分析结果的图。图5为根据实施例1的负极活性物质的粒度分布的图。图6为根据本专利技术实施方式的锂二次电池的分解透视图。图7为对根据实施例3和4以及对比例3和4制造的锂二次电池的初始充电/放电效率进行比较的图。图8为对实施例3和4以及对比例3和4的锂二次电池的循环特性进行比较的图。具体实施例方式下文中，将参照附图详细地描述负极活性物质、其制备方法、包括所述负极活性物质的锂二次电池用负极、和包括所述负极的锂二次电池的一个或多个实施方式。然而，这些实施方式仅出于说明目的提供并且不意图限制本专利技术的范围。根据本专利技术的实施方式，负极活性物质包括由下式I表示的S1-Al-Fe合金，其中所述S1-Al-Fe合金包括Si相和合金相，所述合金相包括原子百分数比为3:3:2的S1、Al和Fe。式IxS1-yAl-zFe其中50原子％彡X彡90原子％，5原子％彡y彡30原子％，5原子％彡z彡30原子 %,和 x+y+z=100 原子 ％。在所述S1-Al-Fe合金中，50原子％彡x彡90原子％，5原子％彡y彡30原子％，和5原子％ < z < 30原子％。在一些实施方式中，60原子％ < X < 90原子％，和在另外的实施方式中，65原子％ < X < 90原子％。在一些实施方式中，5原子％ < y < 25原子％，和在另外的实施方式中，5原子％ < y < 20原子％。在一些实施方式中，5原子％ < z < 25原子％，和在另外的实施方式中，5原子％彡z ( 20原子％。在一些实施方式中，y>z。在所述负极活性物质中，所述S1-Al-Fe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，其包括由式1表示的Si?Al?Fe合金，所述Si?Al?Fe合金包括Si相和合金相，所述合金相包括原子百分数比为3:3:2的Si、Al和Fe：式1xSi?yAl?zFe其中50原子%≤x≤90原子%，5原子%≤y≤30原子%，5原子%≤z≤30原子%，和x+y+z=100原子%。
【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：文圣晥，金哉赫，权升旭，郑昶义，朴燿翰，徐淳星，李天珪，崔钟书，Y马图勒维赫，
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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