CN101005133A - 负极活性物质和含有该负极活性物质的可再充电锂电池 - Google Patents

Abstract

用于可再充电锂电池的负极活性物质和含有该负极活性物质的可再充电锂电池，所述负极活性物质包含Si或Sn活性金属颗粒和金属基质，该金属基质由至少两种围绕该活性金属颗粒但不与之发生反应的金属元素组成。

Description

负极活性物质和含有该负极活性物质的可再充电锂电池

技术领域

本发明涉及一种用于可再充电锂电池的负极活性物质和含有该负极活性物质的可再充电锂电池。更具体地，本发明涉及一种具有高容量和优异循环寿命特性的用于再充电锂电池的负极活性物质以及含有该负极活性物质的可再充电锂电池。

背景技术

可再充电锂电池使用能够在正负极中可逆地嵌入或脱出锂离子的物质，并且包括位于正负极之间的有机电解质溶液或聚合物电解质。可再充电锂电池通过正负极的锂离子嵌入/脱出期间的氧化/还原反应产生电能。

对于正极活性物质，已经研究过复合金属氧化物，如LiCoO₂，LiMn₂O₄，LiNiO₂，LiNi_1-xCo_xO₂(0＜x＜1)，LiMnO₂，等等。

常规地，使用锂金属作为可再充电锂电池的负极活性物质。然而，当使用锂金属时，因枝晶的形成而导致的电池短路会引起爆炸。因此，近来利用碳质材料如多孔碳、结晶体碳等代替锂金属作为负极活性物质。可是，这类碳质材料最初几个循环中具有5～30％的不可逆地容量，这浪费了锂离子并阻碍至少一种活性物质完全充电和放电。因此，减小了能量密度。

另外，近来已经获知，据推测具有高容量的金属负极活性物质如Si和Sn等具有赋予不可逆性容量特性的问题。而且，作为碳质负极活性物质的替代物，日本Fuji Film有限公司公开的锡氧化物已经引起人们的关注。然而，由于所包含的金属负极活性物质为30％或更少，所以降低了初始的库仑效率。此外，由于锂持续地嵌入和脱出生成锂-金属合金，所以容量显著降低，而且容量保持率在重复150次充放电循环后严重地恶化，从而导致无法在商业上应用。因此，近来已经进行相当多的研究以提高这些特性。

发明内容

本发明的一个实施方案提供一种用于具有高容量和优异循环寿命特性的可再充电锂电池的负极活性物质。

本发明的另一个实施方案提供一种包含该负极活性物质的可再充电锂电池。

根据本发明的一个实施方案，用于可再充电锂电池的负极活性物质包含：Si和/或Sn活性金属颗粒；及金属基质，其包含至少两种不与活性金属颗粒发生反应的金属元素，且该金属基质按围绕活性金属颗粒的方式配置。

优选金属基质包含Cu和Al。进一步优选金属基质包含至少一种选自Zn，Mg，Mn，Cr，Ti，及Ge中的元素。

优选活性金属颗粒和金属基质优选包括合金。该合金优选由下面的式1表示：

xA-yB-zC  (1)

式中：A和B是相同的或者分别为Si或Sn；x范围为0～70wt％，y范围为0～70wt％，x+y范围为30～80wt％，z范围为20～70wt％，以及C为Cu-aAl-bM，其中M是能形成合金的金属，a范围为0～50wt％，及b范围为0～20wt％。

优选负极活性物质包含数量范围为20～70wt％的金属基质及数量范围为80～30wt％的活性金属颗粒。更优选负极活性物质包含数量范围为30～70wt％的金属基质及数量范围为70～30wt％的活性金属颗粒。

优选活性金属颗粒具有范围为50～1000nm的平均粒径。更优选活性金属颗粒具有范围为50～500nm的平均粒径。

根据本发明的另一个实施方案，可再充电锂电池包括：包含负极活性物质的负极，该负极活性物质包含Si和/或Sn活性金属颗粒及金属基质，所述金属基质包含至少两种不与活性金属颗粒反应的金属元素，并按围绕活性金属颗粒的方式配置；正极，其包含能可逆地嵌入和脱出锂离子的正极活性物质；以及电解质溶液。

优选金属基质包含Cu和Al。进一步优选该金属基质包含至少一种选自Zn，Mg，Mn，Cr，Ti，及Ge中的元素。

优选活性金属颗粒和金属基质包括合金。优选该合金由下面的式1表示：

xA-yB-zC  (1)

式中：A和B是相同的或者分别为Si或Sn；x范围为0～70wt％，y范围为0～70wt％，x+y范围为30～80wt％，z范围为20～70wt％，以及C为Cu-aAl-bM，其中M是能形成合金的金属，a范围为0～50wt％，及b范围为0～20wt％。

优选负极活性物质包含数量范围为20～70wt％的金属基质和数量范围为80～30wt％的活性金属颗粒。更优选负极活性物质包含数量范围为30～70wt％的金属基质和数量范围为70～30wt％的活性金属颗粒。

优选活性金属颗粒具有范围为50～1000nm的平均粒径。更优选活性金属颗粒具有范围为50～500nm的平均粒径。

优选正极活性物质包含锂化的嵌入化合物，该嵌入化合物包含至少一种选自下面的式(2)至式(15)所示的化合物：

LiAO₂                     (2)

LiMn₂O₄                   (3)

Li_aNi_bB_cM_dO₂              (4)

(0.95≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)

Li_aNi_bCo_cMn_dMeO₂          (5)

(0.95≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)

Li_aAM_bO₂                  (6)

(0.95≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)

Li_aMn₂M_bO₄                (7)

(0.95≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)

DX₂                       (8)

LiDS₂                     (9)

V₂O₅                      (10)

LiV₂O₅                    (11)

LiEO₂                     (12)

LiNiVO₄                   (13)

Li_3-xF₂(PO₄)₃             (14)

(0≤x≤3)

Li_3-xFe₂(PO₄)₃            (15)

(0≤x≤2)

其中，在式(2)至式(15)中：

A选自由Co，Ni，及Mn组成的组；

B为Co或Mn；

D选自由Ti，Mo，及Mn组成的组；

E选自由Cr，V，Fe，Sc，及Y组成的组；

F选自由V，Cr，M，Co，Ni，及Cu组成的组；

M为至少一种选自Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr，及V中的金属；及

X为O或S。

附图说明

通过结合附图并参照下面的具体说明，可以更完整地了解本发明及很多与之相伴的优点，进而更好地离解本发明，附图中相同的附图标记代表相同或相似的组成部分，其中：

图1是根据本发明实施方案的可再充电锂电池的透视图。

图2是本发明的Cu-Al二元相图。

图3是根据对比例1的负极活性物质的200倍放大率的光学显微图。

图4是根据对比例2的负极活性物质的10000倍放大率的扫描电子显微镜(SEM)图。

图5是根据本发明的实施例1的负极活性物质的10000倍放大率的SEM图。

图6是根据本发明的实施例1制备的负极活性物质的20000倍放大率的SEM图。

图7是根据本发明的实施例2制备的负极活性物质的10000倍放大率的SEM图。

图8是根据本发明的实施例3制备的负极活性物质的10000倍放大率的SEM图。

图9是根据本发明的实施例4制备的负极活性物质的10000倍放大率的SEM图。

图10是根据本发明的实施例5制备的负极活性物质的10000倍放大率的SEM图。

图11是根据本发明的实施例6制备的负极活性物质的10000倍放大率的SEM图。

图12是根据本发明的实施例7制备的负极活性物质的10000倍放大率的SEM图。

图13A和13B是根据本发明的实施例7制备的负极活性物质的XRD图。

图14根据对比例2制备的负极活性物质的XRD图。

图15A和15B是根据本发明的对比例2和例1制备的负极活性物质的XRD图。

图16根据实施例1以及4～6制备的负极活性物质的XRD图。

图17是根据本发明实施例7制备的负极活性物质的电化学性能曲线。

图18A和18B是含有根据本发明实施例7制备的负极活性物质的可再充电锂电池的循环寿命特性和库仑效率图。

具体实施方式

下面将参考附图详述本发明的示例性实施方案。

本发明的实施方案提供用于可再充电锂电池的负极活性物质，其采用作为高容量负极活性物质进行研究的Si和/或Sn。

由于Si和Sn都能提供给电池高容量，所以它们作为要求具有更高容量的可再充电锂电池的负极活性物质而日益受到关注。然而，在包含Si或Sn负极活性物质的电池进行充电和放电时，它们的体积急剧地膨胀，所以采用Si或Sn会使电池的循环寿命恶化。这是Si和Sn作为电池负极活性物质进行商业使用的障碍。

本发明的实施方案提供具有能够解决体积膨胀问题的结构的负极活性物质。

本发明的实施方案中的负极活性物质包含Si和/或Sn的活性金属颗粒，以及由两种以上围绕Si或Sn金属颗粒但不与之反应的金属元素组成的金属基质。该负极活性物质的结构的更具体的说明是，粉末颗粒包含许多Si和/或Sn颗粒，这些颗粒通过非常有韧性的金属合金彼此牢固地连接。金属基质围绕着Si和/或Sn颗粒。

金属基质可由包含Cu和Al的二元金属合金形成。当金属基质仅由Cu形成时，Cu与Si反应生成脆性Cu₃Si化合物，这不是解决Si体积膨胀问题的合适产物。当使用Cu和Al时，Cu与Al反应以阻止Cu与Si反应，如图2中所示。此外，也可以形成包含三至五种金属元素的金属合金基质，所述金属元素除了Cu和Al外还包括至少一种选自Zn，Mg，Mn，Cr，Ti，Ge，及其混合物中的元素。

在本实施方案的具有上述结构的负极活性物质中，金属基质以及Si和/或Sn以合金形式存在。它们可以用下面化学式1表示：

xA-yB-zC  (1)

在上述式1中：A和B是相同的或者分别为Si和/或Sn；x范围为0～70wt％，y范围为0～70wt％，x+y范围为30～80wt％，z范围为20～70wt％，以及C为Cu-aAl-bM，其中M是能形成合金的金属，a范围为0～50wt％，而b范围为0～20wt％。M的非限定性实例包括Zn，Mg，Mn，Cr，Ti和Ge。

x，y和z是合金中各种组分的重量百分比(wt％)，z是C组分的含量。如上所述，由于C包含Cu和Al和任选的M，所以C占整个合金的20～70wt％。而且由于a是整个合金中Al的含量，b是整个合金中M的含量，通过从20～70wt％中减掉Al和M的含量，即可得到Cu的含量。

在本实施方案的负极活性物质中，金属基质的含量范围可以为20～70wt％，特别是为30～70wt％。此外，Si或Sn颗粒的含量可以为30～80wt％，特别是为30～70wt％。当金属基质的含量低于20wt％时，金属基质不能成型为金属基质围绕Si和/或Sn颗粒的带状。当其高于70wt％时，容量恶化。

当包含Cu和Al的二元合金用作金属基质时，金属合金基质中Cu的含量范围为70～95wt％，特别是为84～91wt％。当金属基质由包含3～5种金属元素(即Cu、Al和至少一种由化学式1中的β表示的元素)的金属合金构成时，Cu的含量可以相同。当金属合金基质中的金属元素的混合比例超出上述范围时，不能形成Cu-Al的β相，导致Si与Cu反应，这是不希望的。

Si或Sn颗粒的尺寸范围为50～1000nm，特别是为50～500nm。当颗粒尺寸大于1000nm时，金属基质变得太薄，以致于体积膨胀引起相当大的变形，这是不希望的。几乎不可能形成小于50nm的颗粒。

具有上述结构的负极活性物质是通过下述方法制备的：将Si或Sn与不与它们反应的金属混合，在等于或大于1500℃的温度下以槽熔法(arkdissolving method)熔化这些金属，并以快速带式固化方法(rapid ribbonsolidification method)固化熔融的溶液，在该方法中将熔融的溶液喷射到旋转的K(kappa)形辊上。淬火速度就是K形辊的旋转速度，在本实施例中该值为于2000～4000rpm。除了快速带式固化方法之外，只要能达到足够的淬火速度，可以使用任何其它固化方法。

根据本实施方案中的包含负极活性物质的可再充电锂电池包括负极，正极和电解液。正极可包含一种能够进行电化学氧化和还原的活性物质，并且可包含一种一般用在可再充电锂电池领域中的锂化的嵌入化合物。锂化的嵌入化合物的例子包含至少一种选自由下述式(2)到(15)代表的化合物组成的组中：

LiAO₂                             (2)

LiMn₂O₄                           (3)

Li_aNi_bB_cM_dO₂                      (4)

(0.95≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)

Li_aNi_bCo_cMn_dMeO₂                  (5)

(0.95≤a≤1.1，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0.001≤e≤0.1)

Li_aAM_bO₂                          (6)

(0.95≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)

Li_aMn₂M_bO₄                        (7)

(0.95≤a≤1.1，0.001≤b≤0.1)

DX₂                               (8)

LiDS₂                             (9)

V₂O₅                              (10)

LiV₂O₅                            (11)

LiEO₂                             (12)

LiNiVO₄                           (13)

Li_3-xF₂(PO₄)₃                     (14)

(0≤x≤3)

Li_3-xFe₂(PO₄)₃                    (15)

(0≤x≤2)

其中，在式(2)到(15)中：

A选自由Co，Ni和Mn组成的组中；

B是Co或Mn；

D选自由Ti，Mo，和Mn组成的组中；

E选自由Cr，V，Fe，Sc和Y组成的组中；

F选自由V，Cr，M，Co，Ni和Cu组成的组中；

M是选自由Al，Cr，Mn，Fe，Mg，La，Ce，Sr和V组成的组中的至少一种金属；以及

X是O或S。

电解质溶液包含非水有机溶剂和锂盐。

锂盐溶解在非水有机溶剂中以在电池中提供锂离子。它能完成可再充电锂电池的基本运行，并且促进锂离子在正负极间的转移。锂盐的非限定性实例包含至少一种LiPF₆，LiBF₄，LiSbF₆，LiAsF₆，LiCF₃SO₃，LiN(CF₃SO₂)₃，Li(CF₃SO₂)₂N，LiC₄F₉SO₃，LiClO₄，LiAlO₄，LiAlCl₄，LiN(C_xF_2x+1SO₂)(C_yF_2y+1SO₂)(其中x和y是自然数)，LiCl，及LiI的支持电解质盐。锂盐的浓度优选范围为0.1～2.0M。当锂盐的浓度小于0.1M时，由于低的离子导电性使电解液性能恶化。当锂盐的浓度大于2.0M时，由于电解液粘性的增加使锂离子的迁移率降低。

非水有机溶剂充当传输离子的介质，参与电池的电化学反应。非水有机溶剂可以包括但是不限于苯，甲苯，氟代苯，1，2-二氟代苯，1，3-二氟代苯，1，4-二氟代苯，1，2，3-三氟代苯，1，2，4-三氟代苯，氯苯，1，2-二氯苯，1，3-二氯苯，1，4-二氯苯，1，2，3-三氯苯，1，2，4-三氯苯，碘代苯，1，2-二碘代苯，1，3-二碘代苯，1，4-二碘代苯，1，2，3-三碘代苯，1，2，4-三碘代苯，氟代甲苯，1，2-二氟代甲苯，1，3-二氟代甲苯，1，4-二氟代甲苯，1，2，3-三氟代甲苯，1，2，4-三氟代甲苯，氯甲苯，1，2-二氯甲苯，1，3-二氯甲苯，1，4-二氯甲苯，1，2，3-三氯甲苯，1，2，4-三氯甲苯，碘代甲苯，1，2-二碘代甲苯，1，3-二碘代甲苯，1，4-二碘代甲苯，1，2，3-三碘代甲苯，1，2，4-三碘代甲苯，R-CN(式中R为C₂-C₅₀的直链、支链或环状烃，双键，芳环，或者醚键)，二甲基甲酰胺，乙酸二甲酯，二甲苯，环己烷，四氢呋喃，2-甲基四氢呋喃，环己酮，乙醇，异丙醇，碳酸二甲酯，碳酸甲乙酯，碳酸二乙酯，碳酸甲丙酯，碳酸亚丙酯，丙酸甲酯，丙酸乙酯，乙酸甲酯，乙酸乙酯，乙酸丙酯，二甲氧基乙烷，1，3-二氧戊环，二甘醇二甲醚，四甘醇二甲醚，碳酸亚乙酯，碳酸亚丙酯，γ-丁内酯，环丁砜，戊内酯，癸内酯，及甲羟戊内酯(mevalolactone)。非水有机溶剂可以单独使用或以混合物使用。当使用有机溶剂混合物时，根据所需的电池性能对混合比例进行控制。

图1是根据本发明一个实施方案中具有上述结构的可再充电锂电池的视图。图1表示的柱状锂离子电池1包括负极2，正极4，设置在负极2和正极4之间的隔板3，渗透到隔板3中的电解液，电池盒5，密封电池盒5的密封元件6。不必说，根据本实施例的可再充电锂电池不局限于上述的形状，也可以形成棱镜状，袋状等等。

下述实施例详细解释本发明的实施方案。但是，应当理解本发明不限于这些实施例。

实施例1：

用于可再充电锂电池并且在Cu-Al金属基质中含有Si的负极活性物质通过下述方法制备：以Si 60wt％、Cu 35.08wt％和Al 4.92wt％的组成比例，混合Si、Cu和Al，并以槽熔方法在等于或大于1500℃的温度下将它们熔化，由此制得SiCuAl合金，再以快速带式固化方法将SiCuAl合金固化。淬火速度，即K形辊的旋转速度为2000rpm。按上述方法制得的负极活性物质包含Si 60wt％、Cu 35.08wt％和Al 4.92wt％。

实施例2

除淬火速度为4000rpm外，其它按照与实施例1同样的方法制备负极活性物质。

实施例3

除淬火速度为3000rpm外，其它按照与实施例1同样的方法制备负极活性物质。

实施例4

除Si、Cu和Al的含量分别变为50wt％、44.15wt％和5.85wt％，及淬火速度为2000rpm之外，其它按照与实施例1同样的方法制备负极活性物质。

实施例5

除Si、Cu和Al的含量分别变为40wt％、52.98wt％和7.02wt％，及淬火速度为2000rpm之外，其它按照与实施例1相同的方法制备负极活性物质。

实施例6

除Si、Cu和Al的含量分别变为30wt％、61.81wt％和8.19wt％外，其它按照与实施例1同样的方法制备负极活性物质。

实施例7

除Si、Cu和Al的含量分别变为50wt％、44.15wt％和5.85wt％，及淬火速度为3000rpm之外，其它按照与实施例1同样的方法制备负极活性物质。

实施例8

除旋转速率为4000rpm外，其它按照与实施例1同样的方法制备负极活性物质。

实施例9

除旋转速率为4000rpm外，其它按照与实施例3同样的方法制备负极活性物质。

实施例10

除旋转速率为4000rpm外，其它按照与实施例4同样的方法制备负极活性物质。

实施例11

除旋转速率为4000rpm外，其它按照与实施例6同样的方法制备负极活性物质。

实施例12

除旋转速率为2000rpm外，其它按照与实施例6的同样的方法制备负极活性物质。

对比例1

通过在槽熔方法中熔融Si和Pb来制备负极活性物质。Si的含量为70wt％。

对比例2

通过在槽熔方法中熔融Si和Cu，并在快速带式固化方法中固化合金溶液来制备Si-Cu负极活性物质。Si的含量为40wt％。

对比例3

除Si的含量为60wt％外，按照与对比例1中同样的方法来制备负极活性物质。

SEM照片：

图3示出了按照对比例1制备的Si-Pb合金的微观结构。图3示出了Pb围绕主要的固相Si的结构，这意味着最初形成的金属核。

图4示出了根据对比例2制备的负极活性物质10000倍放大倍率的扫描电子显微镜(SEM)照片。图4示出了Cu基合金围绕主要固相Si的结构，即，晶界或Si颗粒的分布。然而，金属基质是由Si-Cu基的金属间化合形成的。

图5示出了根据例1制备的负极活性物质10000倍放大倍率的SEM照片，图6显示了负极活性物质的20000倍放大倍率的SEM照片。

当比较图4与图5时，对比例2的Si-Cu负极活性物质(图4)的微观结构和实施例1的Si-Cu-Al负极活性物质(图5)的微观结构上有细微差别。

图3到图6也显示了对比例1的Si-Pb负极活性物质、对比例2的Si-Cu负极活性物质与实施例1的Si-Cu-Al负极活性物质之间的细微差别。简而言之，尽管根据对比例1-2以及实施例1制备的负极活性物质的结构是一样的，但是对比例1中的负极活性物质不能用于可再充电锂电池，对比例2中的负极活性物质也不能用于可再充电锂电池，因为它们形成了Si-Cu金属间化合物。

基于淬火速度的颗粒变化：

图5，7和8显示根据实施例1到3制备的负极活性物质的10000倍放大倍率的SEM照片。如图5，7和8所示，随着淬火速度增加，负极活性物质的粒径变小，并且Cu-Al合金不完全围绕Si颗粒，并且在它们之间简单地形成包含Si的枝晶。

基于组成的颗粒变化

图5，9和11显示根据例1，4，5和6制备的负极活性物质的10000倍放大倍率的SEM照片。从图5，9和11能够看出，随着Cu的含量增加，Si颗粒变的更细小和均一。这种结果可以通过Cu的热导电性来解释。同其它金属相比由于Cu具有优异的热导电性，在淬火期间Cu很容易散热，因此它具有较高的淬火速度。继而，当淬火速度增加时Si颗粒变的细小。

参考图11，根据实施例6制备的金属合金的微观结构显示出非常细小的Si颗粒尺寸，其范围为100～300nm，并且Cu-Al合金键均一地围绕着Si颗粒。因此，可以看出金属合金有效地减小了由于Si收缩和膨胀引起的应力。

另外，图12提供了根据实施例7制备的负极活性物质10000倍放大倍率的SEM照片，其显示粒径小于500nm的Si颗粒均一的分布。图13A和13B的XRD结果显示除了Si外，还存在Cu和Al。从SEM照片和XRD结果可以看出，Cu-Al合金键均一地围绕着Si颗粒。

X-射线衍射(XRD)测定：

在淬火步骤后，测定对比例2的负极活性物质的XRD并示于图14中。从图14可以看出，Si-Cu二元合金中的大部分Cu在淬火前后以Cu₃Si和Cu₄Si的形式存在。换句话说，通过热处理或淬火，不可能抑制金属间化合物的形成。由于金属间化合物具有高强度和脆性，因此不能有效的抑制Si的膨胀。

图15A和15B显示根据实施例1和对比例2制备的负极活性物质的XRD结果。图15A和15B表明在实施例1和对比例2的负极活性物质中都出现Si峰。并且，图15A显示对比例2中也出现Cu₃Si和Cu₄Si的峰，图15B显示实施例1的负极活性物质出现新的β峰同时Cu₃Si和Cu₄Si峰消失。简而言之，可以看出加入的Al抑制了Cu-Si基金属间化合物的形成。

测量根据实施例1，4，5和6制备的负极活性物质的XRD，并显示在图16中。如图16所示，尽管Si，Cu和Al的组成发生了变化，但是制备了与实施例1中相同的Si和β负极活性物质。

容量和循环寿命特性结果：

通过使用快速带式固化方法根据实施例7制备了硬币型电池，并对其性能进行评价。评价结果显示在图17中。如图17显示，初始效率超过82％，并且初始放电容量是1600mAh/g。

而且，使用实施例7的负极以常规方法制备了可再充电锂电池。对可再充电锂电池在0.4C(2.1mA)下进行50次循环的充电和放电，并且测量了基于循环的放电容量，即循环寿命特性。测定结果示于图18中。

对基于循环的库仑效率(C.E.)也进行了测定，并显示在图18B中。

在循环寿命特性和C.E.测试期间，将截止电压分别变化到5、50、60和70mV，并测定由此产生的差异。从图18可以看出，当截止电压增加时，循环寿命特性得到了提高。这是因为当截止电压低于70mV时形成了Li₁₅Si₄。

本实施例的负极活性物质提供了高容量和优异的循环寿命特性。

尽管结合目前认为是实际的示例性实施方案描述了本发明，但是应当理解本发明并不限于所公开的实施方案，相反的，本发明意欲包括所附的权利要求的实质和范围内的各种改进和等同方式。

Claims (18)

1.一种用于可再充电锂电池的负极活性物质，包含：

Si和/或Sn活性金属颗粒；及

金属基质，其包含至少两种不与所述活性金属颗粒反应的金属元素，且该金属基质按照围绕该活性金属颗粒的形式配置。

2.根据权利要求1的负极活性物质，其中该金属基质包含Cu和Al。

3.根据权利要求2的负极活性物质，其中该金属基质还包含至少一种选自Zn，Mg，Mn，Cr，Ti，及Ge中的元素。

4.根据权利要求1的负极活性物质，其中该活性金属颗粒和金属基质包括合金。

5.根据权利要求4的负极活性物质，其中该合金由下面的式1表示：

xA-yB-zC  (1)

式中：A和B是相同的或者分别为Si或Sn；x范围为0～70wt％；y范围为0～70wt％；x+y范围为30～80wt％；z范围为20～70wt％；以及C是Cu-aAl-bM，其中M是能形成合金的金属，a范围为0～50wt％，及b范围为0～20wt％。

6.根据权利要求1的负极活性物质，其中该负极活性物质包含数量范围为20～70wt％的金属基质及数量范围为80～30wt％的活性金属颗粒。

7.根据权利要求6的负极活性物质，其中该负极活性物质包含数量范围为30～70wt％的金属基质及数量范围为70～30wt％的活性金属颗粒。

8.根据权利要求1的负极活性物质，其中该活性金属颗粒具有范围为50～1000nm的平均粒径。

9.根据权利要求8的负极活性物质，其中该活性金属颗粒具有范围为50～500nm的平均粒径。

10.一种可再充电锂电池，包括：

含负极活性物质的负极，该负极活性物质包含Si和/或Sn活性金属颗粒以及金属基质，该金属基质包含至少两种不与活性金属颗粒反应的金属元素，并且该金属基质按围绕所述活性金属颗粒的方式配置；

包含可逆地嵌入和脱出锂离子的正极活性物质的正极；及

电解质溶液。

11.根据权利要求10的可再充电锂电池，其中所述金属基质包含Cu和Al。

12.根据权利要求11的可再充电锂电池，其中所述金属基质还包含至少一种选自Zn，Mg，Mn，Cr，Ti，及Ge中的元素。

13.根据权利要求11的可再充电锂电池，其中所述活性金属颗粒和金属基质包括合金。

14.根据权利要求13的可再充电锂电池，其中所述合金由下式1表示：

xA-yB-zC  (1)

式中：A和B是相同的或者分别为Si或Sn；x范围为0～70wt％；y范围为0～70wt％；x+y范围为30～80wt％；z范围为20～70wt％；以及C是Cu-aAl-bM，其中M是能形成合金的金属，a范围为0～50wt％，及b范围为0～20wt％。

15.根据权利要求11的可再充电锂电池，其中所述负极活性物质包含数量范围为20～70wt％的金属基质和数量范围为80～30wt％的活性金属颗粒。

16.根据权利要求15的可再充电锂电池，其中所述负极活性物质包含数量范围为30～70wt％的金属基质和数量范围为70～30wt％的活性金属颗粒。

17.根据权利要求11的可再充电锂电池，其中所述活性金属颗粒具有范围为50～1000nm的平均粒径。

18.根据权利要求17的可再充电锂电池，其中所述活性金属颗粒具有范围为50～500nm的平均粒径。

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