CN102842720B - 负极活性物质、其制法及含其的负极和可再充电锂电池 - Google Patents

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Abstract

提供负极活性物质、其制法、以及含其的负极和可再充电锂电池，所述负极活性物质包括基于碳的材料，其在使用CuKα射线的XRD图案中具有在20°～30°的2θ处2.5°～6.0°的FWHM以及1.0～100.0在20°～30°的2θ处的FWHM与在50°～53°的2θ处的FWHM之间的峰面积比。

Description

负极活性物质、其制法及含其的负极和可再充电锂电池
技术领域
本公开内容涉及用于可再充电锂电池的负极活性物质、其制备方法、以及包括其的负极和可再充电锂电池。
背景技术
作为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至少两倍于使用碱性水溶液的常规电池的放电电压，并且因此具有高的能量密度。
这样的可再充电锂电池是通过将电解质注入到包括包含能够嵌入和脱嵌锂的正极活性物质的正极、及包含能够嵌入和脱嵌锂的负极活性物质的负极的电池单元中而使用的。
正在研究既具有所述可再充电锂电池的优点又具有超级电容器的优点的下一代电池，即，具有高能量密度、优异的循环寿命和稳定性特性等的电池。
发明内容
一个实施方式提供具有高容量、以及优异的高倍率能力和在高倍率下的循环寿命的用于可再充电锂电池的负极活性物质。
另一实施方式提供制备所述用于可再充电锂电池的负极活性物质的方法。
又一实施方式提供包括所述负极活性物质的用于可再充电锂电池的负极。
再一实施方式提供包括所述负极活性物质的可再充电锂电池。
根据一个实施方式，提供用于可再充电锂电池的负极活性物质，其包括基于碳的材料(碳类材料)。所述基于碳的材料在使用CuKα射线的XRD图案中具有在20°～30°范围内的2θ处2.5°～6.0°范围内的半高宽(FWHM)，以及在1.0～100.0范围内的在50°～53°范围内的2θ处的峰相对于在20°～30°范围内的2θ处的峰的峰面积比。
在一些实施方式中，所述基于碳的材料可具有约2.0～约4.0的RAB值，其中RAB为XRD图案中峰高度(B)对背景高度(A)之比。
在一些实施方式中，所述基于碳的材料可包括具有的晶面间距d(002)的碳。
所述基于碳的材料在使用CuKα射线的XRD图案中可具有在20°～30°范围内的2θ处3.5°～5.5°范围内的FWHM。
所述基于碳的材料在使用CuKα射线的XRD图案中可具有在1.0～100.0范围内的在42°～45°范围内的2θ处的峰相对于在20°～30°范围内的2θ处的峰的峰面积比。
所述基于碳的材料在使用CuKα射线的XRD图案中可具有在0.1～50.0范围内的在50°～53°范围内的2θ处的峰相对于在42°～45°范围内的2θ处的峰的峰面积比。
在所述基于碳的材料中，碳具有在范围内的Lc晶格常数。
所述基于碳的材料可具有在2.5～20m2/g范围内的比表面积。
所述基于碳的材料可具有在0.30～1.00g/cm3范围内的振实密度和在1.00～3.00g/cm3范围内的真实密度。
根据一个实施方式，提供所述用于可再充电锂电池的负极活性物质的制造方法，其包括将基于碳的前体材料(碳类前体材料)在900～1500°C范围内的温度下焙烧。在一些实施方式中，所述基于碳的前体材料的焙烧温度可为900～1200°C。
根据又一实施方式，提供包括所述负极活性物质的用于可再充电锂电池的负极。
根据又一实施方式，提供可再充电锂电池，其包括：包含所述负极活性物质的负极；正极；和电解质。
在以下详细描述中包括其它实施方式的具体说明。
因此，本实施方式可提供具有高容量、以及优异的高倍率能力和在高倍率下的循环寿命的可再充电锂电池，特别是用于具有高输入和输出的混合动力车的锂离子电池。
附图说明
图1为根据一个实施方式的可再充电锂电池的示意图。
图2A和2B示意性地显示根据实施例1和对比例2的各负极活性物质的SEM(扫描电子显微镜)照片。
图3提供显示根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质的XRD(X射线衍射)图案的图。
图4提供根据实施例1的负极活性物质的EDS(能量色散光谱法)分析图。
图5提供显示实施例1和对比例2的可再充电锂电池在高倍率下的循环寿命特性的图。
具体实施方式
在下文中将详细地描述本公开内容的示例性实施方式。然而，这些实施方式仅是实例并且本公开内容不限于此。
根据一个实施方式的用于可再充电锂电池的负极活性物质包括基于碳的材料(碳类材料)。
所述基于碳的材料在使用CuKα射线的XRD图案中可具有在20°～30°范围内的2θ处2.5°～6.0°范围内且在一些实施方式中3.5°～5.5°范围内的半高宽(FWHM)。此外，所述基于碳的材料可具有在1.0～100.0范围内且在一些实施方式中在1.0～50.0范围内的在50°～53°范围内的2θ处的峰相对于在20°～30°范围内的2θ处的峰的峰面积比。具有在所述范围内的FWHM和峰面积比的所述基于碳的材料具有低结晶度。当使用所述低结晶的基于碳的材料作为负极活性物质时，其可通过如下因素保证高容量、高倍率能力和在高倍率下的循环寿命：由于层的有缺陷结构引起的孔；剖面线；以及由于分子簇之中的分子桥联反应而引起的层间隙。
FWHM(半高宽)表示在峰强度的最低和最高点之间的50%处的全宽度。
所述峰的面积可通过积分计算。一些实施方式涉及在XRD图案的20°～30°范围内的2θ的峰中的峰高度(B)对背景高度(A)之比(RAB)。在一些实施方式中，所述基于碳的材料具有约2.0～约4.0的RAB值。
所述背景高度(A)是指在XRD图案中峰的2θ的最小值和最大值之间的高度，和所述峰高度(B)是指在0和XRD图案中峰的强度的最大值之间的高度。
另外，所述基于碳的材料在使用CuKα射线的XRD图案中可具有1.0～100.0的在42°～45°范围内的2θ处的峰相对于在20°～30°范围内的2θ处的峰的峰面积比。此外，所述基于碳的材料在使用CuKα射线的XRD图案中可具有在0.1～50.0范围内且在一些实施方式中在0.1～20.0范围内的在50°～53°范围内的2θ处的峰相对于在42°～45°范围内的2θ处的峰的峰面积比。具有在所述范围内的峰面积比的所述基于碳的材料具有低结晶。当使用所述低结晶的基于碳的材料作为负极活性物质时，可再充电锂电池可具有高倍率能力以及优异的在高倍率下的循环寿命特性。
所述基于碳的材料可特别地为具有在所述范围内的FWHM和峰面积比的低结晶的软碳。软碳是通过热处理温度的增加由于石墨颗粒以有序方式聚集而容易变为层状结构的碳材料。
所述基于碳的材料可具有在5～20μm且在一些实施方式中5～15μm范围内的平均粒径(D50)。当使用具有在所述范围内的平均粒径(D50)的所述基于碳的材料作为负极活性物质时，所述低结晶的基于碳的材料可实现电池的优异的高倍率能力和在高倍率下的循环寿命特性。
在所述基于碳的材料中，碳具有在约3.00～约例如范围内的晶面间距d(002)。此外，所述基于碳的材料可具有在约1000～约范围内的La和在约10～约范围内的Lc且在一些实施方式中在约1000～约范围内的La和在约20～约的范围内Lc的晶格常数。当使用具有在所述范围内的晶面间距d(002)和晶格常数的基于碳的材料作为负极活性物质时，所述基于碳的材料可为低结晶的且实现优异的高倍率能力和在高倍率下的循环寿命特性。
所述基于碳的材料可具有在2.5～20m2/g且在一些实施方式中1～10m2/g范围内的比表面积。当使用具有在所述范围内的比表面积的基于碳的材料作为负极活性物质时，所述基于碳的材料可为低结晶的并且可导致优异的高倍率能力和在高倍率下的循环寿命特性。
所述基于碳的材料可具有在0.30～1.00g/cm3且在一些实施方式中0.60～1.00g/cm3范围内的振实密度。此外，所述基于碳的材料可具有在1.00～3.00g/cm3且在一些实施方式中1.50～2.50g/cm3范围内的真实密度。当具有在所述范围内的振实密度和真实密度的基于碳的材料用作负极活性物质时，所述基于碳的材料可为低结晶的和实现优异的高倍率能力和在高倍率下的循环寿命特性。
所述低结晶的基于碳的材料可通过将基于碳的前体材料在在900～1500°C范围内的温度下在惰性气氛下焙烧5-12小时而制备。在一些实施方式中，所述基于碳的前体材料的焙烧温度可为900～1200°C。
所述基于碳的前体材料可为软碳。
下文中，参照图1描述包括所述负极活性物质的可再充电锂电池。
图1为根据一个实施方式的可再充电锂电池的示意图。
参照图1，根据一个实施方式的可再充电锂电池3为包括如下的棱柱形电池：在电池壳8中的电极组件4，其包括正极5、负极6、以及介于所述正极和负极6之间的隔板7；和通过电池壳8的上部注入的电解质；以及密封所述壳的盖板11。然而，根据一个实施方式的可再充电锂电池不限于棱柱形电池，而是可具有任何形状例如圆柱形、硬币、袋等，只要所述可再充电锂电池包括根据一个实施方式的用于可再充电锂电池的负极活性物质。
所述负极包括负极集流体和设置在所述负极集流体上的负极活性物质层。
所述负极集流体可为铜箔。
所述负极活性物质层可包括负极活性物质和粘合剂，并其还可包括导电材料。
所述负极活性物质可为上述低结晶的基于碳的材料。
所述粘合剂改善所述负极活性物质颗粒彼此的粘合性以及与集流体的粘合性。所述粘合剂的实例包括选自以下的至少一种：聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸酯化的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等，但是不限于此。
可使用任何电传导材料作为导电材料，除非其引起化学变化。所述导电材料的实例包括：基于碳的材料(碳类材料)例如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；基于金属的材料(金属类材料)，例如金属粉末或金属纤维，包括铜、镍、铝、银等；导电聚合物，例如聚亚苯基衍生物；其混合物。
所述负极可通过包括如下的方法制造：将所述负极活性物质、所述导电材料和所述粘合剂在溶剂中混合以提供负极活性物质层组合物，和将所述负极活性物质层组合物涂布在所述集流体上。所述溶剂可为N-甲基吡咯烷酮，但是不限于此。
包括作为负极活性物质的低结晶的基于碳的材料的负极可具有在2.0～10.0mg/cm2且在一些实施方式中2.0～8.0mg/cm2范围内的活性物质水平。此外，所述负极可具有在45～100μm且在一些实施方式中45～80μm范围内的厚度。此外，所述负极可具有在1.00～4.00S/m且在一些实施方式中1.50～3.50S/m范围内的电导率。此外，所述负极可具有在0.50～6.00gf/mm且在一些实施方式中2.00～6.00gf/mm范围内的粘合性。具有在所述范围内的活性物质水平、厚度、电导率和粘合性的负极可实现具有优异的高倍率能力和在高倍率下的循环寿命特性的可再充电锂电池。
所述正极包括集流体和设置在所述集流体上的正极活性物质层。所述正极活性物质层包括正极活性物质、粘合剂和任选的导电材料。
所述集流体可为铝(Al)，但是不限于此。
所述正极活性物质包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的锂化插层化合物。所述正极活性物质可包括包含选自钴、锰和镍的至少一种以及锂的复合氧化物。特别地，可使用以下化合物：
LiaA1-bBbD2(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，和0≤b≤0.5)；LiaE1-bBbO2-cDc(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，和0≤c≤0.05)；LiE2-bBbO4-cDc(其中，在上式中，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05)；LiaNi1-b-cCobBcDα(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α≤2)；LiaNi1-b-cCobBcO2-αXα(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2)；LiaNi1-b-cCobBcO2-αX2(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbBcDα(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbBcO2-αXα(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2)；LiaNi1-b-cMnbBcO2-αX2(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2)；LiaNibEcGdO2(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，和0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocMndGeO2(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，和0.001≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，和0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，和0.001≤b≤0.1)；LiaMnGbO2(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，和0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(其中，在上式中，0.90≤a≤1.8，和0.001≤b≤0.1)；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiRO2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)；和LiFePO4。
在所述式中，A为Ni、Co、Mn、或者其组合；B为Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素、或者其组合；D为O、F、S、P、或者其组合；E为Co、Mn、或者其组合；X为F、S、P、或者其组合；G为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V、或者其组合；Q为Ti、Mo、Mn、或者其组合；R为Cr、V、Fe、Sc、Y、或者其组合；J为V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu、或者其组合。
所述化合物可在表面上具有包覆层，或者可与具有包覆层的化合物混合。所述包覆层可包括选自如下的至少一种包覆元素化合物：包覆元素的氧化物、包覆元素的氢氧化物、包覆元素的羟基氧化物、包覆元素的碳酸氧盐、和包覆元素的羟基碳酸盐。用于包覆层的化合物可为无定形或者结晶性的。用于包覆层的包覆元素可包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr、或者其混合物。所述包覆层可以不对正极活性物质的性能具有负面影响的方法通过将这些元素包括在所述化合物中而形成。例如，所述方法可包括任何涂布方法例如喷涂、浸渍等，但是未更详细地说明，因为其是相关领域中的技术人员公知的。
所述粘合剂改善所述正极活性物质颗粒彼此的粘合性以及与集流体的粘合性。所述粘合剂的实例包括选自如下的至少一种：聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰基纤维素、聚氯乙烯、羧化的聚氯乙烯、聚氟乙烯、含亚乙基氧的聚合物、聚乙烯基吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、丁苯橡胶、丙烯酸类改性的丁苯橡胶、环氧树脂、尼龙等，但是不限于此。
可使用任何电传导材料作为导电材料，除非其引起化学变化。所述导电材料的实例包括天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维；金属粉末或金属纤维，包括铜、镍、铝、银等；和聚亚苯基衍生物。
所述正极可通过包括如下的方法制造：将所述活性物质、导电材料和粘合剂在溶剂中混合以提供活性物质组合物，和将所述组合物涂布在所述集流体上。
电极制造方法是公知的并且因此在本说明书中不详细地描述。所述溶剂可为N-甲基吡咯烷酮，但是不限于此。
所述电解质包括非水有机溶剂和锂盐。
所述非水有机溶剂起到用于输运参与电池的电化学反应的离子的介质的作用。所述非水有机溶剂可包括基于碳酸酯的溶剂(碳酸酯类溶剂)、基于酯的溶剂(酯类溶剂)、基于醚的溶剂(醚类溶剂)、基于酮的溶剂(酮类溶剂)、基于醇的溶剂(醇的类溶剂)、或者非质子溶剂。
所述基于碳酸酯的溶剂可包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸二丙酯(DPC)、碳酸甲丙酯(MPC)、碳酸乙丙酯(EPC)、碳酸甲乙酯(MEC)、碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸亚丁酯(BC)等。
当混合链状碳酸酯化合物和环状碳酸酯化合物时，可提供具有高介电常数和低粘度的有机溶剂。所述环状碳酸酯和所述链状碳酸酯以在约1:1～约1:9范围内的体积比混合在一起。
所述基于酯的溶剂的实例可包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸叔丁酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、γ-丁内酯、癸内酯、戊内酯、甲瓦龙酸内酯、己内酯等。所述基于醚的溶剂的实例包括二丁基醚、四甘醇二甲醚、二甘醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃等，和所述基于酮的溶剂的实例包括环己酮等。所述基于醇的溶剂的实例包括乙醇、异丙醇等。
所述非水有机溶剂可单独使用或者以混合物使用。当所述有机溶剂以混合物使用时，可根据期望的电池性能控制混合比。
所述非水电解质可进一步包括过充抑制剂添加剂例如亚乙烯基碳酸酯、焦碳酸酯等。
所述锂盐在电池中供应锂离子、运转可再充电锂电池的基本运行并且改善正极和负极之间的锂离子输运。
所述锂盐的实例包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO3C2F5)2、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y为自然数)、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2(双草酸硼酸锂，LiBOB)、或者其组合。
所述锂盐可以在约0.1M～约2.0M范围内的浓度使用。当在以上浓度范围包括所述锂盐时，由于最佳的离子电导率和粘度，电解质性能和锂离子迁移率可增强。
所述隔板可为单层或多层，并且可例如包括聚乙烯、聚丙烯、聚偏氟乙烯、或者其组合。
所述可再充电锂电池包括作为负极活性物质的所述低结晶的基于碳的材料，其可具有改善的可逆容量。特别地，所述可再充电锂电池可具有在250～400mAh/g且在一些实施方式中250～350mAh/g范围内的可逆容量。所述可逆容量是在0.2C的条件下测量的。
下文中，参照实施例对实施方式进行更详细的说明。然而，以下是示例性实施方式而不是限制性的。
本领域普通技术人员可充分地理解本实施方式的未具体描述的部分。
负极活性物质的制备
实施例1
使用具有9.8μm的平均粒径(D50)的低结晶的软碳作为负极活性物质。这里，所述低结晶的软碳是通过将软碳(GS Caltex Co.)在950°C在惰性气氛下焙烧5小时获得的。
对比例1
使用具有10μm的平均粒径(D50)的石墨作为负极活性物质。
对比例2
使用具有10μm的平均粒径(D50)的软碳(Hitachi Ltd.)作为负极活性物质。
评价1：负极活性物质的SEM照片分析
图2A和2B提供根据实施例1和对比例2的负极活性物质的SEM(扫描电子显微镜)照片。
参照图2A和2B，实施例1的负极活性物质具有比对比例2的负极活性物质低的结晶度。
评价2-1：负极活性物质的XRD图案分析
图3提供显示根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质的XRD(X射线衍射)图案的图。此外，表1-1显示图3中显示的XRD图案中的峰的面积。
XRD图案是使用40Kv的管电压和30mA的管电流通过使用CuKα射线在10°～90°的范围内以0.02°的步长以0.5秒/步的速度测量的。
表1-1
2θ(度) 实施例1 对比例1 对比例2
20°～30° 1,069,762 12,505 5,596,428
42°～45° 3,594,512 2,928,339 3,463,052
50°～53° 4,064,299 3,320,066 3,964,013
参照图3，包括根据一个实施方式的低结晶的基于碳的材料的实施例1具有在20°～30°范围内的2θ处约4.18°的FWHM，而对比例1具有约0.34°的FWHM，和对比例2具有约1.82°的FWHM。
此外，参照图3和表1-1，实施例1具有约3.8的在50°～53°范围内的2θ的峰相对于在20°～30°范围内的2θ的峰的峰面积比，而对比例1具有约265.5的在50°～53°范围内的2θ的峰相对于在20°～30°范围内的2θ的峰的峰面积比，和对比例2具有约0.71的在50°～53°范围内的2θ的峰相对于在20°～30°范围内的2θ的峰的峰面积比。
因此，实施例1中使用的基于碳的材料为低结晶的。
评价2-2：负极活性物质的XRD图案分析
在图3的XRD图案的20°～30°范围内的2θ的峰中，
表1-2显示实施例1及对比例1和2的RAB。
RAB是在XRD图案的20°～30°范围内的2θ的峰中峰高度(B)对背景高度(A)之比。
表2
实施例1 对比例1 对比例2
A 211 169 208
B 517 14759 1363
RAB 2.4 87.3 6.5
评价3：负极活性物质的EDS(能量色散光谱法)分析
图4提供根据实施例1的负极活性物质的EDS(能量色散光谱法)分析图。
参照图4，实施例1的负极活性物质不包括除碳之外的其它材料。
评价4：负极活性物质的晶体结构分析
以如下方法对根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质进行晶体结构分析。结果提供于下表2中。
在XRD图案中，以布拉格定律从峰的2θ获得晶格面之间的距离，基面间距(d)。因此，对XRD图案中的所有峰进行位置分析以确定在晶体结构中的晶格上的分布。
表2
参照表2，确定根据一个实施方式的作为负极活性物质使用的基于碳的材料为低结晶的。
评价5：负极活性物质的比表面积
通过使用分散分析仪(Lumisizer)测量根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质的比表面积。结果，实施例1的负极活性物质具有3m2/g的比表面积，对比例1具有2m2/g的比表面积，并且对比例2具有2m2/g的比表面积。
评价6：负极活性物质的振实密度和真实密度分析
通过使用振实密度分析仪(TDA-2)分析根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质的振实密度。结果，实施例1的负极活性物质具有0.939g/cm3的振实密度，对比例1具有1.08g/cm3的振实密度，并且对比例2具有1.09g/cm3的振实密度。
此外，通过使用顺序自动粉末真实密度仪测量根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质的真实密度。结果，实施例1的负极活性物质具有1.941g/cm3的真实密度，对比例1具有3.05g/cm3的真实密度，并且对比例2具有3.08g/cm3的真实密度。
因此，确定根据一个实施方式的负极活性物质为低结晶的基于碳的材料。
可再充电锂电池单元的制造
将85重量%的根据实施例1以及对比例1和2的低结晶的软碳分别与10重量%的聚偏氟乙烯(PVDF)和5重量%的乙炔黑混合。将该混合物分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中，制备负极活性物质层组合物。接着，将所述负极活性物质层组合物涂布在铜箔上，然后干燥和压缩，制造负极。此处，包括实施例1的负极活性物质的负极具有60μm的厚度，包括对比例1的负极活性物质的负极具有53μm的厚度，并且包括对比例2的负极活性物质的负极具有65μm的厚度。
将85重量%的具有5μm平均粒径的LiCoO2与6重量%的聚偏氟乙烯(PVDF)、4重量%的乙炔黑、和5重量%的活性炭混合。将该混合物分散到N-甲基-2-吡咯烷酮中，制备正极活性物质层组合物。将所述正极活性物质层组合物涂布在20μm厚铝箔上，然后干燥和压缩，制造正极。
对所述正极和负极以及25μm厚聚乙烯材料隔板进行卷绕和压缩，制造50mAh袋型可再充电锂电池单元。
此处，通过如下制备电解质溶液：将碳酸亚乙酯(EC)、碳酸甲乙酯(EMC)和碳酸二甲酯(DMC)以3:3:4的体积比混合，和将LiPF6溶解在该混合溶液中为1.15M浓度。
评价7：负极的活性物质水平评价
使用电子天平测量分别使用根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质制造的各负极的每面积的重量以分析活性物质水平。结果，实施例1的负极具有5.05mg/cm2的活性物质水平，而对比例1的负极具有5.12mg/cm2的活性物质水平并且对比例2的负极具有5.52mg/cm2的活性物质水平。
评价8：负极的电导率评价
对通过分别使用根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质制造的各负极的电导率进行分析。结果，实施例1的负极具有2.504S/m的电导率，对比例1的负极具有0.683S/m的电导率，并且对比例2的负极具有2.093S/m的电导率。
因此，根据一个实施方式的负极包括低结晶的基于碳的材料并且因此具有高的电导率，实现优异的在高倍率下的循环寿命。
评价9：负极的粘合性评价
对通过分别使用根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质制造的各负极的粘合性进行分析。所述负极的粘合性通过如下评价：测量在将胶带附着到所述负极后当所述负极活性物质从铜箔分离时的压力。通过抗张强度测量设备(Instron Co.)测量所述压力。结果，实施例1的负极具有4.05gf/mm的粘合性，对比例1负极具有3.24gf/mm的粘合性，并且对比例2的负极具有3.24gf/mm的粘合性。
因此，根据一个实施方式的负极包括低结晶的基于碳的材料并且具有高的粘合性，实现优异的在高倍率下的循环寿命。
评价10：可再充电锂电池单元的不可逆容量评价
将分别使用实施例1以及对比例1和2的负极活性物质制造的各可再充电锂电池单元在表3中描述的以下条件下充电和放电。表4提供所述可再充电锂电池单元的容量。
表3
表4
实施例1 对比例1 对比例2
10次循环的不可逆容量(mAh/g) 18.50 3.11 18.84
5次循环的放电容量(mAh/g) 68.27 58.67 49.28
不可逆容量保持率(%)* 21.32 5.03 27.65
*不可逆容量保持率(%)=10次循环的不可逆容量/(10次循环的不可逆容量+5次循环的放电容量)*100
参照表4，与对比例2相比，包括根据一个实施方式的作为负极活性物质的低结晶的基于碳的材料的实施例1在不可逆容量方面具有更好的效果。
评价11：可再充电锂电池单元在高倍率下的循环寿命评价
分别包括根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质的各可再充电锂电池单元在以下条件下充电和放电并且评价其在高倍率下的循环寿命。结果提供在下表5中。
所述可再充电锂电池单元在CC模式下充电直至4.2V和在CV模式下充电直至0.05C，并且在CC模式下放电至2.0V，然后截止。
以下充电容量保持率(%)和放电容量保持率(%)为在50C下容量相对于在1C下的容量的百分数。
表5
参照表5，与对比例1和2相比，包括根据一个实施方式的作为负极活性物质的低结晶的基于碳的材料的实施例1具有优异的高倍率充电和放电特性。
评价12：可再充电锂电池单元在高倍率下的循环寿命评价
分别包括根据实施例1以及对比例1和2的负极活性物质的各可再充电锂电池单元在以下条件下充电和放电并且测量其在高倍率下的循环寿命。结果提供于图5中。
30C充电模式：在30C充电电流下充电30秒
30C放电模式：在30C放电电流下放电30秒
图5提供显示实施例1和对比例2的可再充电锂电池单元在高倍率下的循环寿命的图。
参照图5，实施例1的可再充电锂电池单元在120000次循环之后没有循环寿命恶化，而对比例2的可再充电锂电池单元在50000次循环之后具有循环寿命恶化。
虽然已经结合当前认为是实践性的示例性实施方式的内容描述了本公开内容，然而将理解本实施方式不限于所公开的实施方式，而是相反，意图涵盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种改进和等同排列。

Claims (13)

1.用于可再充电锂电池的负极活性物质，包括低结晶的软碳，
其中所述低结晶的软碳在使用CuKα射线的XRD图案中具有在20°～30°范围内的2θ处2.5°～6.0°范围内的半高宽FWHM、在1.0～100.0范围内的在50°～53°范围内的2θ处的峰相对于在20°～30°范围内的2θ处的峰的峰面积比，
其中在50°～53°范围内的2θ处的峰的峰强度大于在20°～30°范围内的2θ处的峰的峰强度，
和其中所述低结晶的软碳具有在5～20μm范围内的中值粒径(D50)。
2.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳具有2.0～4.0的RAB值，其中RAB为XRD图案中峰高度B对背景高度A之比。
3.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳包括具有的晶面间距d(002)的碳。
4.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳在使用CuKα射线的XRD图案中具有在20°～30°范围内的2θ处3.5°～5.5°范围内的FWHM。
5.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳在使用CuKα射线的XRD图案中具有在1.0～100.0范围内的在42°～45°范围内的2θ处的峰相对于在20°～30°范围内的2θ处的峰的峰面积比。
6.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳在使用CuKα射线的XRD图案中具有在0.1～50.0范围内的在50°～53°范围内的2θ处的峰相对于在42°～45°范围内的2θ处的峰的峰面积比。
7.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳具有在2.5～20m2/g范围内的比表面积。
8.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳中的碳具有在范围内的Lc晶格常数。
9.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳具有在0.30～1.00g/cm3范围内的振实密度。
10.权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质，其中所述低结晶的软碳具有在1.00～3.00g/cm3范围内的真实密度。
11.制造权利要求1的用于可再充电锂电池的负极活性物质的方法，包括：
提供低结晶的软碳的前体材料；和
将所述低结晶的软碳的前体材料在900℃～1500℃的温度下焙烧。
12.用于可再充电锂电池的负极，其包括权利要求1-10任一项的负极活性物质。
13.可再充电锂电池，包括：
正极，
包括权利要求1-10任一项的负极活性物质的负极，
隔板；
和电解质。
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