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CN119008873A - 负极活性物质和包括该负极活性物质的可再充电锂电池 - Google Patents

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CN119008873A
CN119008873A CN202410383200.3A CN202410383200A CN119008873A CN 119008873 A CN119008873 A CN 119008873A CN 202410383200 A CN202410383200 A CN 202410383200A CN 119008873 A CN119008873 A CN 119008873A
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silicon
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金英旭
金洧庆
吴杜莉
罗载澔
元钟民
金荣敏
姜恩智
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Samsung SDI Co Ltd
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Abstract

提供了一种负极活性物质和包括该负极活性物质的可再充电锂电池。所述负极活性物质包括：无机支撑件，孔形成在无机支撑件中；硅层，涂覆在无机支撑件上；以及碳类材料，定位在无机支撑件的孔的内部和无机支撑件的表面上。

Description

负极活性物质和包括该负极活性物质的可再充电锂电池
技术领域
实施例涉及一种负极活性物质和包括该负极活性物质的可再充电锂电池。
背景技术
最近，使用电池的电子装置(诸如移动电话、膝上型计算机和电动车辆)的快速发展已经导致对具有相对高容量和较轻的重量的可再充电电池的需求的令人惊讶的增加。例如，因为可再充电锂电池具有较轻的重量和高能量密度，所以可再充电锂电池最近作为用于便携式装置的驱动电源已经备受关注。因此，正在积极地进行改善可再充电锂电池的性能的研究。
可再充电锂电池包括包含能够嵌入和脱嵌锂离子的活性物质的正电极和负电极以及电解液，并且如果锂离子嵌入和脱嵌到正电极和负电极中，则可再充电锂电池由于氧化还原反应而产生电能。
发明内容
实施例涉及一种表现出改善的循环寿命特性的负极活性物质。
一些实施例涉及一种包括该负极活性物质的可再充电锂电池。
一些实施例涉及一种负极活性物质，所述负极活性物质包括：无机支撑件，孔形成在无机支撑件中；硅层，涂覆在无机支撑件上；以及碳类材料，定位在硅层上。
在一些实施例中，无机支撑件可以包括Al2O3、ZrO2、SiO2、TiO2、SiC或它们的组合。
在一些实施例中，碳类材料可以定位为完全地或部分地填充孔。
在一些实施例中，碳类材料可以包括非晶碳、结晶碳或它们的组合。在一个或更多个实施例中，碳类材料是非晶碳。
在一些实施例中，硅层可以包括非晶硅。硅层中的硅可以具有约0.5度(°)至约10度(°)的半峰全宽(FWHM)。
在一些实施例中，无机支撑件和硅层的重量比可以是约40:60至70:30。
在一些实施例中，涂覆在无机支撑件的内壁上的硅层可以具有约5nm至约100nm的厚度。
在一些实施例中，定位在无机支撑件的表面上的碳类材料可以以约1nm至约50nm的厚度定位。
在一些实施例中，碳类材料可以具有约5nm或更小的晶体粒度。
在一些实施例中，基于100wt％的负极活性物质，碳类材料的量可以为约5wt％至约30wt％。
在一些实施例中，基于100wt％的负极活性物质，包括在负极活性物质中的硅的量可以是约20wt％至约60wt％。
在一些实施例中，负极活性物质可以通过使用孔隙率是约10％至约90％的多孔无机支撑件来制备。形成在多孔无机支撑件中的孔可以具有约1nm至约100nm的粒径。在多孔无机支撑件中，孔之间的距离可以是约5nm至约150nm。
一些实施例涉及一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括包含所述负极活性物质的负电极、正电极和电解液。
根据实施例的负极活性物质具有优异的循环寿命特性。
附图说明
通过参照附图详细描述示例性实施例，特征对于本领域技术人员将变得明显，在附图中：
图1示意性地示出了根据一些实施例的用于可再充电锂电池的负极活性物质的结构；
图2示意性地示出了根据一些实施例的用于可再充电锂电池的负极活性物质的结构；
图3是示出根据一些实施例的包括在负极活性物质中的多孔无机支撑件的示意图；以及
图4是示出根据一些实施例的可再充电锂电池的示意图。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更充分地描述示例实施例；然而，它们可以以不同的形式实施，并且不应被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供这些实施例使得本公开将是透彻的和完整的，并且将向本领域技术人员充分地传达示例性实施方式。
在附图中，为了清楚地示出，可以夸大层和区域的尺寸。相同的附图标记始终指代相同的元件。
在下文中，详细描述本发明的实施例。然而，这些实施例仅是示例，本发明不限于此，并且本发明由权利要求的范围限定。
在本公开中，当没有另外提供定义时，粒径表示在粒度分布中累积体积是约50体积％的平均粒径或平均粒度(D50)。平均粒度(D50)可以通过本领域技术人员公知的方法进行测量，例如，通过粒度分析仪或者通过透射电子显微镜图像或扫描电子显微镜图像进行测量。可选地，使用动态光散射测量装置来进行数据分析，并且针对每个粒度范围计数颗粒的数量，由此，可以通过计算容易地获得平均粒径(D50)值。
在一个或更多个实施中，可以通过SEM图像或TEM图像来测量厚度，但是不限于此，因此，只要能测量厚度，就可以通过任何技术进行测量。厚度可以是平均厚度。
根据一个或更多个实施例的负极活性物质1包括：无机支撑件3；以及形成在无机支撑件3的内表面上的涂覆层5。
无机支撑件3形成有孔9，并且无机支撑件3的内壁可以涂覆有硅层7。无机支撑件3包括形成在无机支撑件3的内表面上的硅层7。更详细地，无机支撑件3的内壁或内表面可以部分地或完全地涂覆有硅层7。
涂覆层5包括碳类材料，并且可以是定位在硅层7上的碳类材料。例如，碳类材料可以定位在涂覆在无机支撑件的内表面上的硅层上，或者可以定位在涂覆在无机支撑件的内壁上的硅层上。
负极活性物质1包括具有孔9的无机支撑件3，无机支撑件3的内壁涂覆有硅层7，并且孔9可以部分地或完全地被碳类材料填充。例如，无机支撑件3的内壁可以涂覆有硅层7，并且孔9的内部可以被碳类材料填充。如果孔9中的一些被碳类材料填充，则负极活性物质1具有空的孔9，如果所有孔9被碳类材料填充，则负极活性物质1中没有空的孔9。
在一个或更多个实施例中，定位在负极活性物质中的无机支撑件的孔中的硅可以例如以涂覆在无机支撑件3的内壁上的膜的形式呈现为硅层7。孔9的内部可以填充有碳类材料。
这种负极活性物质1的示意性结构在图1和图2中示出。如图1和图2中所示，硅层7涂覆在多孔无机支撑件3的孔9的内壁上。负极活性物质1中的孔9的内部可以用碳类材料完全地填充或部分地填充。例如，如图1中所示，碳类材料可以填充孔9中的一些，或者如图2中所示，孔9可以完全填充有碳类材料。
如果一些孔9被碳类材料填充，则一些孔9是空的，因此如果在充电和放电期间发生硅的体积膨胀，则空的孔9或部分空的孔9内部的空的空间可以吸收体积膨胀，这抑制了负极活性物质1的体积膨胀。
如果所有孔9基本上完全被碳类材料填充，则在充电和放电期间几乎没有任何空间用于将电解液浸渍到负极活性物质中，从而改善循环寿命特性。
例如，一些孔9可以被碳类材料部分地填充，或者所有孔9可以被碳类材料完全地填充，因此，无论填充程度如何，所有情况都是合适的。用碳类材料填充孔9内部可以改善离子电导率。
根据一些实施例的负极活性物质1包括定位在无机支撑件3的外表面上的涂覆层5'，并且该涂覆层可以是定位在涂覆在无机支撑件3的外表面上的硅层7'上的包含碳类材料的涂覆层5'。例如，硅层7'可以被包含碳类材料的涂覆层5'覆盖。
在一个或更多个实施例的负极活性物质1中，硅定位在无机支撑件3的孔9的内部，使得可以包括小尺寸硅，例如纳米硅。无机支撑件3可以防止硅的氧化，使得可以维持纳米硅而不生成氧化硅。
负极活性物质1包括涂覆在无机支撑件3的内壁上的例如这种尺寸(小粒径)的纳米硅，使得与电解质接触的面积小。这抑制了充电和放电期间的体积膨胀，因此，可以改善循环寿命特性并且可以增大容量。
涂覆在无机支撑件3的内壁上的硅层7的厚度可以为约5nm至约100nm，或者约5nm至约50nm。如果硅层7的厚度在该范围内，则可以实现改善的循环寿命特性，并且可以进一步抑制充电和放电期间的体积膨胀。
无机支撑件可以是Al2O3、ZrO2、SiO2、TiO2、SiC或它们的组合。包括在无机支撑件中的Al2O3、ZrO2、SiO2、TiO2、SiC或它们的组合可以提供优异的电化学稳定性，从而降低初始不可逆容量并表现出长的循环寿命。
在一个或更多个实施例中，无机支撑件3可以通过连接无机材料颗粒形成，并且如图3中所示，这样的无机材料颗粒可以连接以形成多个孔9。可以包括由多个孔9限定的孔壁9a。在图3中，t表示孔之间的长度。
基于总100wt％的负极活性物质1，根据一个或更多个实施例的负极活性物质1中包括的硅的量可以是约20wt％至约60wt％，或者约30wt％至约50wt％。如果负极活性物质1中包含的硅的量在该范围内，则可以表现出高得多的容量和效率，并且可以实现进一步改善的循环寿命。在一个或更多个实施例中，硅的量是指通过将涂覆在孔9和支撑件3的外表面上的硅的量相加得到的总量。
在一些实施例中，无论负极活性物质中包括的硅的位置如何，硅的总量都是重要的，而每个位置处的硅的量是无关紧要的。
在一些实施例中，硅层7可以包括非晶硅。如果包括在硅层7中的硅是非晶硅，则可以进一步有效地抑制由于充电/放电期间的体积膨胀引起的劣化，并且可以表现出优异的循环寿命特性。
在一个或更多个实施例中，包括在硅层7中的硅可以具有约0.5度(°)至约10度(°)或者约1.5度(°)至约8度(°)的半峰全宽(FWHM)。半峰全宽可以通过使用CuKα射线的X射线衍射来测量，并且可以是硅的(111)面的半峰全宽。如果硅的半峰全宽在该范围内，则可以表现出长循环寿命和低膨胀。
可以在扫描速度(°/s)为约0.04至约0.06、步长(°/步)为约0.01至约0.03、范围为2θ＝10°至80°、以及优选的每步时间为62.475s的条件下测量X射线衍射分析。
碳类材料可以包括非晶碳、结晶碳或它们的组合，并且根据一个或更多个实施例，碳类材料是非晶碳。如果碳类材料是非晶碳，则锂离子传输速度更快，使得可以很好地形成锂离子连接通道，表现出更好的倍率性能并获得进一步降低的电阻。
非晶碳可以是沥青碳、软碳、硬碳、中间相沥青碳化物、烧制焦炭、碳纤维或它们的组合，并且结晶碳可以是人造石墨、天然石墨或它们的组合。
定位在无机支撑件3的外表面上的碳类材料的厚度(例如，涂覆在无机支撑件3的外表面上的硅层7'上的包含碳类材料的涂覆层5'的厚度)可以是约1nm至约50nm或者约1nm至约20nm。如果包含碳类材料的涂覆层5'的厚度在该范围内，则可以实现更好的电导率、效率和循环寿命。
碳类材料可以具有约2度(°)或更大的半峰全宽(FWHM)，或者约2度(°)至约20度(°)的半峰全宽。半峰全宽可以通过使用CuKα射线的X射线衍射来测量，并且可以是出现在约24度(°)至约26度(°)处的碳类材料的(002)面的半峰全宽。碳类材料可以具有约5nm或更小的晶体粒度，或者约0.1nm至约3nm的晶体粒度。
如果碳类材料的半峰全宽和晶体粒度在该范围内，则可以获得好得多的导电性。
基于100wt％的负极活性物质，负极活性物质中包括的碳类材料的量可以是约5wt％至约30wt％或者约10wt％至约25wt％。如果负极活性物质中包括的碳类材料的量在该范围内，则可以获得非常优异的导电性和输出特性。
在一个或更多个实施例中，包括在负极活性物质中的碳类材料的仅总量是重要的，而每个位置处的各个量是无关紧要的。
在一个或更多个实施例中，无机支撑件3在其内部包括孔9，并且其中未填充硅层7和碳类材料的孔9的直径可以是约1nm至100nm或者约1nm至约50nm。孔隙率可以是约10％至约90％或者约30％至约90％。在多孔无机支撑件中形成的孔的体积可以是约0.4cm3/g至约3cm3/g、约0.4cm3/g至约2cm3/g或者约0.4cm3/g至约1cm3/g。
在一些实施例中，可以通过使用Barrett-Joyner-Halenda(BJH)通过N2吸收等温线来测量孔的直径、孔隙率和孔的体积。例如，无机支撑件通过以约10K/min的速率将温度升高至约523K并在约100mmHg或更低的真空下保持2小时至10小时进行预处理，并且用于测量孔的直径、孔隙率和孔的体积。在将相对压力(P/P0)调节至约0.1或更低的液氮中，氮在相对压力为0.01至0.995下在约32个点处吸附到无机支撑件中，并且氮在相对压力为约0.14下在约24个点处解吸。可以根据被吸附的N2的量来确定孔的体积。可以通过吸附过量N2的压力来获得孔的直径。被吸附的N2的量相对于无机支撑件的体积可以计算为孔隙率。
根据一个或更多个实施例的负极活性物质可以通过以下工序制备。
首先，制备多孔无机支撑件3。可以通过气凝胶工序或喷雾干燥工序制备多孔无机支撑件3，并且在下文中将描述每种工序。
在气凝胶工序中，用水稀释包含SiO2的水玻璃以制备包含SiO2的水玻璃溶液。除了SiO2之外，水玻璃还可以包括Na2O、K2O和Fe2O3。在水玻璃中，基于总100wt％的水玻璃，SiO2的量可以是约20wt％至约40wt％，并且在稀释的包含SiO2的水玻璃溶液中，基于总100wt％的稀释的包含SiO2的水玻璃溶液，SiO2的量可以是约3wt％至约6wt％。如果包含在水玻璃中的SiO2的量在该范围内，则可以自由地控制内部孔。
在一个或更多个实施例中，在包括在水玻璃中的组分之中，可以适当地调节除SiO2的量之外的组分的量。
将水玻璃溶液与酸溶液混合以制备硅溶胶。通过与酸溶液的混合，可以除去包括在水玻璃溶液中的钠组分。如果不执行水玻璃溶液与酸溶液的混合(例如，不执行与酸溶液的中和)，则强碱性的水玻璃不能制备硅溶胶，从而无法制备目标负极活性物质。例如，难以制备具有足够孔的多孔支撑件3，因此，难以在多孔支撑件3的孔9中填充足够量的硅。
酸溶液可以是包括酸(诸如盐酸、硝酸、硫酸、乙酸、氟酸或它们的组合)的溶液，并且溶剂可以是水。酸溶液可以具有约0.2M至约3M的浓度。
水玻璃溶液和酸溶液的混合比可以是约8:2至约6:2的体积比，或者约6:1至约6:0.5的体积比。
此后，将醇加入到硅溶胶中并搅拌成凝胶，从而获得湿凝胶。基于硅溶胶的体积，可以以对应于约40％至约60％的量使用醇。如果醇的用量在该范围内，则可以诱导更均匀的凝胶化。可以进一步执行湿凝胶的洗涤。
可以通过使用非极性有机溶剂和有机硅烷化合物将湿凝胶改性为疏水表面。可以通过将湿凝胶与非极性有机溶剂和有机硅烷化合物混合来进行改性。混合可以进行2小时至4小时。根据混合，可以发生溶剂取代反应，并且可以将凝胶的表面改性为疏水性的。
在混合之前，可以在分离回收之后进一步进行洗涤湿凝胶。
非极性有机溶剂可以是能够将目标材料的表面改性成疏水表面的溶剂。例如，该溶剂可以是异丙醇、正己烷、正庚烷、二甲苯、三甲基氯硅烷、环己烷或它们的组合。
有机硅烷化合物可以包括三甲基氯硅烷、六甲基二硅氮烷、甲基三甲氧基硅烷、三甲基乙氧基硅烷、乙基三乙氧基硅烷、苯基三乙氧基硅烷或它们的组合。
在混合期间，湿凝胶、非极性有机溶剂和有机硅烷化合物的混合比可以是约1:1:1的体积比至约1:1:0.5的体积比或者约1:0.5:0.5的体积比至约1:0.5:0.25的按体积比。
之后，干燥所制备的表面改性的凝胶以制备多孔无机支撑件3。可以在约50℃至约180℃或者约70℃至约160℃下进行干燥。干燥可以进行1小时至5小时或者约1小时至约3小时。
在另一实施例中，可以通过低温干燥和高温干燥两个步骤进行干燥。低温干燥可以在约50℃至约80℃下进行约1小时至约2小时，高温干燥可以在约140℃至约170℃下进行约1小时至约3小时。
可以在大气压下进行干燥。
根据另一实施例的喷雾干燥工序可以通过以下步骤进行：将含M氧化物(其中，M是Al、Zr、Si、Ti或它们的组合)、溶剂和添加剂混合以制备氧化物液体；对氧化物液体进行喷雾干燥以制备多孔氧化物簇；以及热处理。
含M氧化物可以是包括M的氧化物，并且例如可以是Al2O3、ZrO2、SiO2、TiO2或它们的组合，并且SiO2可以是气相(fumed)SiO2。
含M氧化物可以具有约5nm至约100nm、约5nm至约80nm、约5nm至约50nm或者约30nm至约50nm的平均粒径。溶剂可以是水、有机溶剂或它们的混合物。有机溶剂可以是乙醇、异丙醇、丁醇或它们的组合。如果使用有机溶剂与水的混合物，则可以适当地调节混合比，例如，混合比可以是约1:1的体积比至1:0.5的体积比。
添加剂可以是脂肪酸、多糖、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙二醇、羧甲基纤维素或它们的组合，脂肪酸可以是棕榈酸、硬脂酸或它们的组合，多糖可以是蔗糖、葡萄糖、果糖或它们的组合。
含M氧化物和添加剂的混合比可以是约95:5重量比至约60:40重量比。混合物(含M氧化物+添加剂)和溶剂的混合比可以是约5:95的重量比至约30:80的重量比或者约10:90的重量比至约20:80的重量比。
可以在约150℃至约200℃下进行喷雾干燥。
氧化物簇可以具有约5μm至约30μm或者约5μm至约15μm的粒径，并且可以具有约50m2/g至约200m2/g或者约50m2/g至约150m2/g的比表面积。比表面积可以是BET比表面积。
可以在约500℃至约1200℃或者约600℃至约1000℃下进行热处理。可以进行约1小时至约5小时或者约1小时至约3小时热处理。
可以在惰性气氛下进行热处理，并且惰性气氛可以是N2、Ar、氦气或它们的组合的气氛。
通过该工艺，可以制备多孔无机支撑件3，并且所制备的孔9可以具有约1nm至约100nm或者约1nm至约50nm的粒径。孔隙率可以是约10％至约90％或者约30％至约90％。在多孔无机支撑件中形成的孔的体积可以是约0.4cm3/g至约3cm3/g、约0.4cm3/g至约2cm3/g或者约0.4cm3/g至约1cm3/g。如果孔9的粒径在该范围内，则可以进一步适当地控制硅尺寸，然后可以进一步改善循环寿命。如果孔隙率和孔体积在该范围内，则可以适当地控制硅填充速率以获得高得多的容量。
在多孔无机支撑件3中，一个孔9和另一孔9之间的距离可以为约5nm至约150nm、约5nm至约100nm或者约5nm至约50nm。孔9之间的距离表示为图3中的t。如果孔9之间的距离在该范围内，则可以进一步有效地控制孔尺寸和孔隙率。
在一个或更多个实施例中，多孔无机支撑件3具有通过使无机材料颗粒连接而形成的孔9，并且一个孔9与另一孔9之间的距离可以对应于无机材料颗粒的粒径。孔壁由多个孔9限定，使得一个孔9与另一孔9之间的距离可以是孔壁的厚度。
将硅原料气相沉积到所制备的多孔无机支撑件上。气相沉积可以是化学气相沉积(CVD)。硅原料可以是SiH4气体、Si2H6气体、Si3H8气体、SiCl4气体或它们的组合。
可以在待沉积的硅转化为非晶Si(a-Si)的温度(例如，约400℃至约700℃)下进行气相沉积。如果在高于约700℃的温度下进行气相沉积，则待沉积的硅结晶，从而增大在充电和放电期间的体积膨胀并且使循环寿命特性劣化，这是不合适的。如果在低于约400℃的温度下进行，则硅原料不容易分解，并且硅原料作为杂质保留在多孔无机支撑件中，这是不合适的。
在气相沉积中，作为硅原料的气体的流速可以是约0.1L/min至约1L/min或者约0.3L/min至约0.6L/min。通过该工艺，可以将硅填充在多孔无机支撑件3的孔中。
可以进行约0.1小时至约2小时气相沉积。
如果在适当的温度下以适当的气体流速和持续时间进行沉积，则将硅涂覆在多孔无机支撑件3的内壁上以形成硅层7并且通过将一些硅定位在多孔无机支撑件3的表面上而在多孔无机支撑件3的表面上形成硅层7'。在一个或更多个实施例中，用于气相沉积的气体流速和时间可以在所述范围内调节，以在多孔无机支撑件的内壁上涂覆硅而不用硅完全填充孔9。例如，如果气体流速是约0.5L/min至约1L/min，则气相沉积可以进行约0.1小时至约0.2小时，如果气体流速是约0.1L/min，则气相沉积可以进行约1小时至约2小时，或者气体流速是大于约0.1L/min且小于约0.5L/min，则气相沉积可以进行大于约0.2小时且小于约1小时。
在于无机支撑件3的内壁上涂覆硅以形成硅层7的同时，可以通过将一些硅定位在无机支撑件3的表面上来形成硅层7'。
可以适当地调节所使用的硅原料的量，以具有特定重量比的无机支撑件和硅，例如，所得产物中无机支撑件3和硅层7的重量比可以是约40:60重量比至约70:30重量比。如果无机支撑件3和硅(或硅层)的重量比在该范围内，则可以进一步抑制充电和放电期间的膨胀，并且可以表现出更加改善的循环寿命特性。
将碳类材料填充到获得的产物中。
用碳类材料的填充可以通过使用碳前体在气相工序下进行，或者在液相工序或固相工序下进行。
用碳类材料的填充可以允许碳类材料填充在无机支撑件3的内部，并且在形成在无机支撑件3的表面上的硅层7'上形成包含碳类材料的涂覆层5'。
气相工序可以通过使用碳气体作为碳前体的气相沉积来执行。碳气体可以是C2H2气体、CH4气体、C2H4气体或它们的组合。
气相沉积可以通过化学气相沉积(CVD)来执行。化学气相沉积可以是热化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积或低压化学气相沉积。
在气相沉积中，碳气体的流速可以是约0.3L/min(升/分钟)至约1L/min或者约0.4L/min至约0.6L/min。
可以在约700℃至约1000℃或者约800℃至约900℃下进行气相沉积。
可以进行约0.5小时至约4小时或者约1小时至约3小时气相沉积。如果进行上述时间的气相沉积，则碳类材料可以填充在多孔无机支撑件3的孔9的内部以在形成在多孔无机支撑件3的内壁上的硅层7上形成包括碳类材料的涂覆层5，并且碳类材料可以涂覆在多孔无机支撑件3的表面上以在形成在多孔无机支撑件3的表面上的硅层7'上形成包括碳类材料的涂覆层5'。
取决于气相沉积的时间，一些孔9的内部可以局部地填充有碳类材料，或者所有孔9可以填充有碳类材料。例如，如果气相沉积进行约0.5小时至约1小时，则一些孔9的内部可以填充有碳类材料，在另一实施例中，如果气相沉积进行超过1小时并且进行约4小时，则孔9可以完全被填充。
可以通过使用固体碳前体作为碳前体来进行固体工序，并且可以通过使用通过将碳前体添加到溶剂中制备的碳前体液体来进行液体工序。
固体工序可以包括将所得产物与固体碳前体混合并进行热处理，并且液体工序可以包括将所得产物浸入碳前体液体中并进行热处理。碳前体可以是非晶碳前体或结晶碳前体。
非晶碳前体不受限制，只要其是通过热处理制备非晶碳的材料即可，但可以包括：煤沥青、石油沥青、石油类焦炭、煤类焦炭、聚氯乙烯、中间相沥青、焦油、低分子量重油、聚乙烯醇树脂、糠醇(furfuryl alcohol)树脂、曲通(triton)、柠檬酸、硬脂酸、蔗糖、聚偏二氟乙烯、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、再生纤维素、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯、聚丙烯、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、聚丙烯酸、聚丙烯酸钠、聚丙烯腈、葡萄糖、明胶、糖类、酚醛树脂、萘树脂、聚酰胺树脂、呋喃树脂、聚酰亚胺树脂、纤维素树脂、苯乙烯树脂、环氧树脂、氯乙烯树脂、中间相沥青或它们的组合。
结晶碳前体不受限制，只要其可以通过热处理转化为结晶碳即可，但可以是石油基焦炭、煤基焦炭、中间相微珠或它们的组合。
溶剂可以是乙醇、四氢呋喃、甲苯或它们的组合。
所得产物和碳前体的混合比可以是约50:50的重量比至约90:10的重量比或者约60:40的重量比至约85:15的重量比。
可以在约700℃至约1200℃下进行热处理。可以进行约1小时至约7小时，或者可以进行约1小时至约5小时热处理。
根据碳类材料的填充，碳类材料可以填充在无机支撑件3的孔9的内部，无机支撑件3的内壁涂覆有硅层7。这也在覆盖无机支撑件3的表面的硅层7'的表面上形成包含碳类材料的涂覆层5'。
可以调节所使用的碳前体的量，以便在最终产物中将无机支撑件3、硅和碳之间的重量比(无机支撑件:硅:碳)设定为约35:60:5至约65:30:5或者约38:57:5至约66.5:28.5:5。
根据一些实施例的可再充电锂电池100包括负电极20、正电极10和电解液。
负电极20可以包括负极活性物质层和支撑负极活性物质层的负极集流体，负极活性物质层包括根据一个实施例的负极活性物质1、粘结剂和可选的导电材料。
在负极活性物质层中，基于总100wt％的负极活性物质层，负极活性物质1的量可以是约95wt％至约99wt％。
基于总100wt％的负极活性物质层，粘结剂的量可以是约1wt％至约5wt％。
如果进一步包括导电材料，则基于总100wt％的负极活性物质层，负极活性物质1的量可以是约90wt％至约98wt％，并且基于总100wt％的负极活性物质层，粘结剂和导电材料的量分别是约1wt％至约5wt％。
粘结剂改善负极活性物质颗粒彼此之间的粘结性质以及负极活性物质颗粒与负极集流体之间的粘结性质。粘结剂可以是非水性粘结剂、水性粘结剂或它们的组合。
非水性粘结剂可以是乙烯丙烯共聚物、聚丙烯腈、聚苯乙烯、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚酰胺酰亚胺、聚酰亚胺或它们的组合。
水性粘结剂可以是苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯化的苯乙烯-丁二烯橡胶(ABR)、丙烯腈-丁二烯橡胶、丙烯酸橡胶、丁基橡胶、氟橡胶、含环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯、聚环氧氯丙烷、聚磷腈、乙烯丙烯二烯共聚物、聚乙烯吡啶、氯磺化聚乙烯、胶乳、聚酯树脂、丙烯酸树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚乙烯醇或它们的组合。
如果水性粘结剂用作负极粘结剂，则可以进一步使用纤维素类化合物作为增稠剂来提供粘性。纤维素类化合物包括羧甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、甲基纤维素和它们的碱金属盐中的一种或更多种。碱金属可以是Na、K或Li。纤维素类化合物可以用作粘结剂，因此不必限制其量。例如，基于100重量份的负极活性物质，可以以约0.1重量份至约3重量份的量包括增稠剂。
包括导电材料以提供电极导电性，任何电学导电材料可以用作导电材料，除非其引起化学变化。导电材料的示例可以是：碳类材料，诸如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属粉末或金属纤维的金属类材料，包括铜、镍、铝、银等；导电聚合物，诸如聚苯撑衍生物；或者它们的混合物。
负极集流体可以包括选自于铜箔、镍箔、不锈钢箔、钛箔、泡沫镍、泡沫铜、涂覆有导电金属的聚合物基底和它们的组合中的一种。
根据一个或更多个实施例的可再充电锂电池100包括负电极20、正电极10和电解液。
正电极10可以包括正极集流体和形成在正极集流体上的包括正极活性物质的正极活性物质层。
正极活性物质可以包括可逆地嵌入和脱嵌锂离子的锂化嵌入化合物。在一些实施例中，可以使用金属(选自于钴、锰、镍和它们的组合)和锂的一种或更多种复合氧化物。例如，可以使用由以下化学式中的一者表示的化合物。LiaA1-bXbD1 2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5)；LiaA1-bXbO2-c1D1 c1(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c1≤0.05)；LiaE1-bXbO2-c1D1 c1(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c1≤0.05)；LiaE2-bXbO4-c1D1 c1(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c1≤0.05)；LiaNi1-b-cCobXcD1 α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0<α≤2)；LiaNi1-b- cCobXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0<α≤2)；LiaNi1-b-cCobXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbXcD1 α(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbXcO2-αTα(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0<α≤2)；LiaNi1-b-cMnbXcO2-αT2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.5，0<α≤2)；LiaNibEcGdO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0.001≤d≤0.1)；LiaNibCocL1 dGeO2(0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，0≤e≤0.1)；LiaNiGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaCoGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMn1-bGbO2(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMn2GbO4(0.90≤a≤1.8，0.001≤b≤0.1)；LiaMn1-gGgPO4(0.90≤a≤1.8，0≤g≤0.5)；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiZO2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3(0≤f≤2)；Li(3-f)Fe2(PO4)3(0≤f≤2)；以及LiaFePO4(0.90≤a≤1.8)。
在上面的化学式中，A选自于Ni、Co、Mn或它们的组合；X选自于Al、Ni、Co、Mn、Cr、Fe、Mg、Sr、V、稀土元素或它们的组合；D1选自于O、F、S、P或它们的组合；E选自于Co、Mn或它们的组合；T选自于F、S、P或它们的组合；G选自于Al、Cr、Mn、Fe、Mg、La、Ce、Sr、V或它们的组合；Q选自于Ti、Mo、Mn或它们的组合；Z选自于Cr、V、Fe、Sc、Y或它们的组合；J选自于V、Cr、Mn、Co、Ni、Cu或它们的组合；L1选自于Mn、Al或它们的组合。
所述化合物可以具有在表面上的涂覆层，或者可以与具有涂覆层的另一化合物混合。涂覆层可以包括选自于由涂覆元素的氧化物、涂覆元素的氢氧化物、涂覆元素的羟基氧化物、涂覆元素的碳酸氧盐和涂覆元素的羟基碳酸盐组成的组的至少一种涂覆元素化合物。用于涂覆层的化合物可以是非晶的或结晶的。包括在涂覆层中的涂覆元素可以包括Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr或它们的混合物。可以通过在化合物中使用这些元素以对正极活性物质的性质没有不利影响的方法来设置涂覆层，例如，所述方法可以包括任何涂覆方法(诸如喷涂、浸渍等)，但是由于其在本领域中是公知的，因此没有更详细地说明。
在正电极10中，基于正极活性物质层的总重量，正极活性物质的量可以是约90wt％至约98wt％。
在一些实施例中，正极活性物质层还可以包括粘结剂和导电材料。基于正极活性物质层的总量，可以分别以约1wt％至约5wt％的量包括粘结剂和导电材料。
粘结剂改善正极活性物质颗粒彼此之间的粘结性质以及正极活性物质颗粒与正极集流体的粘结性质。粘结剂的示例可以是聚乙烯醇、羧甲基纤维素、羟丙基纤维素、二乙酰纤维素、聚氯乙烯、羧化聚氯乙烯、聚氟乙烯、含环氧乙烷的聚合物、聚乙烯吡咯烷酮、聚氨酯、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、苯乙烯-丁二烯橡胶、丙烯酸酯化的苯乙烯-丁二烯橡胶、环氧树脂、尼龙等。
包括导电材料以提供电极导电性，任何电学导电材料可以用作导电材料，除非其引起化学变化。导电材料的示例可以包括：碳类材料，诸如天然石墨、人造石墨、炭黑、乙炔黑、科琴黑、碳纤维等；金属粉末或金属纤维的金属基材料，包括铜、镍、铝、银等；导电聚合物，诸如聚苯撑衍生物；或者它们的混合物。
正极集流体可以包括Al。
电解液包括非水性有机溶剂和锂盐。
非水性有机溶剂用作用于传输参与电池的电化学反应的离子的介质。
非水性有机溶剂可以包括碳酸酯类溶剂、酯类溶剂、醚类溶剂、酮类溶剂、醇类溶剂或非质子溶剂。
碳酸酯类溶剂可以包括碳酸二甲酯(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。酯类溶剂可以包括乙酸甲酯、乙酸乙酯、乙酸正丙酯、乙酸二甲酯、丙酸甲酯、丙酸乙酯、丙酸丙酯、癸内酯、甲羟戊酸内酯、己内酯等。醚类溶剂可以包括二丁醚、四乙二醇二甲醚、二乙二醇二甲醚、二甲氧基乙烷、2-甲基四氢呋喃、四氢呋喃等。酮类溶剂可以包括环己酮等。醇类溶剂可以包括乙醇、异丙醇等，并且非质子溶剂的示例包括：腈，诸如R-CN(其中，R是C2至C20直链、支链或环状烃，并且可以包括双键、芳环或醚键)；酰胺，诸如二甲基甲酰胺；二氧戊环，诸如1,3-二氧戊环；环丁砜等。
可以单独使用非水性有机溶剂或者以混合物使用非水性有机溶剂。如果以混合物使用非水性有机溶剂，则可以根据期望的电池性能来控制混合比，并且这可以是本领域技术人员公知的。
碳酸酯类溶剂可以包括具有环状碳酸酯和链状碳酸酯的混合物。将环状碳酸酯和链状碳酸酯以约1:1至约1:9的体积比混合在一起，如果所述混合物用作电解质，则它可以具有增强的性能。
除了碳酸酯类溶剂之外，非水性有机溶剂还可以包括芳香烃类有机溶剂。可以以约1:1至约30:1的体积比将碳酸酯类溶剂和芳香烃类有机溶剂混合在一起。
芳香烃类有机溶剂可以是由化学式1表示的芳香烃类化合物。
[化学式1]
在化学式1中，R1至R6相同或不同，并且选自于氢、卤素、C1至C10烷基、卤代烷基或它们的组合。
芳香烃类有机溶剂的一些示例可以选自于苯、氟苯、1,2-二氟苯、1,3-二氟苯、1,4-二氟苯、1,2,3-三氟苯、1,2,4-三氟苯、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、碘苯、1,2-二碘苯、1,3-二碘苯、1,4-二碘苯、1,2,3-三碘苯、1,2,4-三碘苯、甲苯、氟甲苯、2,3-二氟甲苯、2,4-二氟甲苯、2,5-二氟甲苯、2,3,4-三氟甲苯、2,3,5-三氟甲苯、氯甲苯、2,3-二氯甲苯、2,4-二氯甲苯、2,5-二氯甲苯、2,3,4-三氯甲苯、2,3,5-三氯甲苯、碘甲苯、2,3-二碘甲苯、2,4-二碘甲苯、2,5-二碘甲苯、2,3,4-三碘甲苯、2,3,5-三碘甲苯、二甲苯和它们的组合。
电解液还可以包括碳酸乙烯乙酯(vinylethyl carbonate)、碳酸亚乙烯酯、由化学式2表示的碳酸亚乙酯类化合物作为用于改善循环寿命的添加剂。
[化学式2]
在化学式2中，R7和R8相同或不同，并且可以均独立地是氢、卤素、氰基(CN)、硝基(NO2)或C1至C5氟代烷基，前提条件是R7和R8中的至少一个是卤素、氰基(CN)、硝基(NO2)或C1至C5氟代烷基，并且R7和R8不同时是氢。
碳酸亚乙酯类化合物的示例可以是碳酸二氟亚乙酯、碳酸氯代亚乙酯、碳酸二氯亚乙酯、碳酸溴代亚乙酯、碳酸二溴亚乙酯、碳酸硝基亚乙酯、碳酸氰基亚乙酯、碳酸氟代亚乙酯等。用于改善循环寿命特性的添加剂的量可以在适当的范围内使用。
溶解在非水性有机溶剂中的锂盐向电池提供锂离子，使可再充电锂电池基本运行，并且改善锂离子在正电极与负电极之间的传输。锂盐的示例包括选自于以下的支持盐中的至少一种或至少两种：LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiN(SO2C2F5)2、Li(CF3SO2)2N、LiN(SO3C2F5)2、Li(FSO2)2N(双(氟磺酰基)酰亚胺锂：LiFSI)、LiC4F9SO3、LiClO4、LiAlO2、LiAlCl4、LiPO2F2、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中，x和y可以是自然数，例如，约1至约20的整数)、二氟(双草酸)磷酸锂、LiCl、LiI、LiB(C2O4)2(双(草酸)硼酸锂：LiBOB)和二氟(草酸)硼酸锂(LiDFOB)。锂盐的浓度可以在约0.1M至约2.0M的范围。如果以以上浓度范围包括锂盐，则由于最佳的电解液导电性和粘性，电解液可以具有优异的性能和锂离子迁移率。
根据可再充电锂电池的类型，隔膜可以位于正电极10与负电极20之间。隔膜30可以使用聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯或者具有两层或更多层它们的多层，并且可以是混合多层(诸如聚乙烯/聚丙烯双层隔膜、聚乙烯/聚丙烯/聚乙烯三层隔膜、聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯三层隔膜等)。
图4是根据实施例的可再充电锂电池100的分解透视图。根据一些实施例的可再充电锂电池100被示出为棱柱形电池，并且可以包括诸如圆柱形电池、袋电池等的各种形状的电池。
参照图4，根据一些实施例的可再充电锂电池100可以包括电极组件40和容纳电极组件40的壳体50，电极组件40通过卷绕正电极10、负电极20以及位于正电极10与负电极20之间的隔膜30来制造。正电极10、负电极20和隔膜30可以浸渍在电解液(未示出)中。
在下文中，描述对比示例和本发明的示例。然而，这些示例在任何意义上都不应被解释为限制发明的范围。
提供以下示例和对比示例以便突出一个或更多个实施例的特性，但是将理解的是，示例和对比示例不将被解释为限制实施例的范围，对比示例也不将被解释为在实施例的范围之外。此外，将理解的是，实施例不限于在示例和对比示例中描述的特定细节。
(示例1)
用水稀释包括29.8wt％的SiO2的水玻璃以制备包括4.35wt％的SiO2的水玻璃溶液。水玻璃中除了SiO2以外的组分是Na2O、K2O和Fe2O3，只有SiO2的量是关键的，因此没有公开其他组分的量。
从水玻璃溶液中取出60mL并用于后续工艺。
将60mL水玻璃溶液与20mL的0.9M盐酸水溶液混合并搅拌5分钟以制备80mL硅溶胶。在该工艺期间，除去包括在水玻璃中的钠组分。
使用均化器将对应于80mL硅溶胶体积的1/2的甲醇搅拌5分钟。将80mL硅溶胶加入到搅拌后的产物中并搅拌1分钟以发生凝胶化反应以制备湿凝胶。分离并回收湿凝胶，然后用水洗涤两次。
将非极性有机溶剂和有机硅烷化合物加入洗涤后的湿凝胶并在室温25℃下混合3小时，以诱导溶剂取代反应和表面改性反应。
使用异丙醇和正己烷(体积比为50:50)的混合物作为非极性有机溶剂，并且使用三甲基氯硅烷作为有机硅烷化合物。
湿凝胶、非极性有机溶剂和有机硅烷化合物的混合比为1:1:0.5的体积比。
使用干燥烘箱在大气压下在60℃下将制备的表面改性的凝胶进行初步干燥1小时，并在150℃下二次干燥1小时，以制备多孔无机支撑件。在制备的多孔无机支撑件中，孔的平均粒径为20nm，孔体积为1.5cm3/g。孔隙率为75％，并且一个孔与相邻孔之间的距离(由多个孔限定的孔壁的厚度)为10nm至15nm。
使用流速为0.5L/min的SiH4气体在400℃下对多孔无机支撑件进行化学气相沉积30分钟，以在多孔无机支撑件的内壁和表面上涂覆Si，从而形成硅层。调节SiH4气体的用量以使多孔无机支撑件和Si的重量比为55:45。
使用流速为0.3L/min的C2H2气体在700℃下对所得产物进行化学气相沉积1小时，以将软碳填充到多孔无机支撑件的孔的内部，并且在多孔无机支撑件上的硅层的表面上形成软碳涂覆层，从而制备负极活性物质。调节C2H2气体的用量以使SiO2:Si:非晶碳的重量比为49.5:40.5:10。在所制备的负极活性物质中，涂覆在孔上的硅层的厚度为16nm，并且涂覆在无机支撑件的表面上的硅层上的软碳涂覆层的厚度为7nm。在制备的负极活性物质中，孔的内部部分地填充有软碳。
负极活性物质用作第一负极活性物质，人造石墨用作第二负极活性物质。
将97.5wt％的第一负极活性物质和第二负极活性物质(重量比为20:80)的混合负极活性物质、1.5wt％的苯乙烯丁二烯橡胶粘结剂和1.0wt％的羧甲基纤维素增稠剂在水溶剂中溶解，以制备负极活性物质浆料。
将负极活性物质浆料涂覆在Cu箔集流体上，进行干燥，并且在常规工序下进行压制，以制备包括该集流体和在该集流体上的负极活性物质层的负电极。
将96wt％的LiNi0.8Co0.1Al0.1O2正极活性物质、2wt％的聚偏二氟乙烯粘结剂和2wt％的科琴黑导电材料在N-甲基吡咯烷酮溶剂中混合以制备正极活性物质浆料。
将正极活性物质浆料涂覆在Al箔集流体上，进行干燥，并在常规技术下进行压制，以制备包括该集流体和在该集流体上的正极活性物质层的正电极。
使用负电极、正电极和电解液，制造500mAh/g的纽扣全电池。使用溶解在碳酸亚乙酯、碳酸甲乙酯和碳酸二甲酯(体积比为20:10:70)的混合溶剂中的1.5M的LiPF6作为电解液。
(示例2)
通过与示例1相同的工序制备负极活性物质，不同之处在于使用流速为0.3L/min的C2H2气体在700℃下进行化学气相沉积2小时。所制备的负极活性物质包括孔的内部填充有软碳的多孔无机支撑件和在定位在多孔无机支撑件的表面上的硅层的表面上的软碳涂覆层，并且在负极活性物质中，SiO2:Si:非晶碳的重量比为44:36:20。涂覆在无机支撑件的内壁上的硅层的厚度为16nm，并且涂覆在无机支撑件的表面上的软碳涂覆层的厚度为7nm。孔的内部被软碳完全填充。
使用负极活性物质，通过与示例1相同的工序制造负电极和纽扣全电池。
(示例3)
通过与示例1相同的工序制备负极活性物质，不同之处在于将70wt％的产物与30wt％的石油沥青混合，并将混合物在900℃下热处理1小时，而不是根据示例1使用C2H2气体对产物进行化学气相沉积。所制备的负极活性物质包括孔的内部填充有软碳的多孔无机支撑件和在定位在多孔无机支撑件的表面上的硅层的表面上的软碳涂覆层，并且在负极活性物质中，SiO2:Si:非晶碳的重量比为43:35:22。孔的内部被软碳完全填充。
使用负极活性物质，通过与示例1相同的工序制造负电极。使用负电极、示例1的正电极和示例1的电解液制造纽扣全电池。
(对比示例1)
将Si涂覆在无机支撑件的内壁上以形成硅层，并将Si涂覆在无机支撑件的表面上以制备硅层，从而制备根据示例1的无机支撑件。无机支撑件用作负极活性物质。
使用该负极活性物质，通过与示例1相同的工序制造负电极。使用该负电极、示例1的正电极和示例1的电解液制造纽扣全电池。
(对比示例2)
通过PECVD(等离子体增强化学气相沉积)制备粒径为30nm至50nm的Si，并且以与示例1相同的工序，通过使用流速为0.5L/min的C2H2气体对其进行化学气相沉积，以制备表面形成有软碳涂覆层的负极活性物质。
实验示例1)半峰全宽的评估
通过使用CuKα对根据示例1至示例3以及对比示例1和对比示例2的负极活性物质中的硅进行X射线衍射以测量在(111)面处的半峰全宽FWHM(111)。
在扫描速度(°/s)为0.054、步长(°/步)为0.01313和每步时间为62.475s的条件下在2θ＝10°至80°的范围内测量X射线衍射分析。
测量的结果在表1中示出。
实验示例2)容量的评估
测量根据示例1至示例3以及对比示例1和对比示例2的电池的比容量。结果在表1中示出。
实验示例3)效率的评估
将根据示例1至示例3以及对比示例1和对比示例2的电池在0.1C下充电和放电一次。计算放电容量相对于充电容量的比。结果作为效率在表1中示出。
实验示例4)循环寿命特性的评估
将根据示例1至示3和对比示例1至对比示例2的电池在1C下充电并在1C下放电。计算每次循环时的放电容量相对于第1次循环时的放电容量的比。直到容量比(即，容量保持率)达到80％的循环次数在表1中示出。
表1
如表1中所示，示例1至示例3的电池表现出高容量和优异的效率特性。
另一方面，对比示例1表现出低效率，比较示例2表现出高容量和稍微低的效率。
示例1至示例3的电池即使在510至650次充电和放电循环之后也保持80％的容量保持率，因此表现出令人惊讶的优异的循环寿命特性。另一方面，对比示例1和对比示例2的电池表现出在第190次或第110次充电和放电时的容量保持率降低至80％，表明循环寿命特性劣化。
虽然已经结合目前被认为是实际的示例实施例描述了本公开，但是将理解的是，发明不限于所公开的实施例，而是相反，旨在覆盖包括在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等同布置。
在此已经公开了示例实施例，虽然采用了特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上使用和解释，而不是为了限制的目的。在一些情况下，如对于本领域普通技术人员而言明显的是，在提交本申请时，除非另有具体说明，否则结合特定实施例描述的特征、特性和/或元件可以单独使用或者与结合其它实施例描述的特征、特性和/或元件组合使用。因此，本领域技术人员将理解的是，在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (17)

1.一种负极活性物质，所述负极活性物质包括：
无机支撑件，孔形成在所述无机支撑件中；
硅层，涂覆在所述无机支撑件上；以及
碳类材料，定位在所述无机支撑件的所述孔的内部和所述无机支撑件的表面上。
2.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述无机支撑件包括Al2O3、ZrO2、SiO2、TiO2、SiC或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述碳类材料定位为完全地或部分地填充所述孔。
4.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述碳类材料包括非晶碳、结晶碳或它们的组合。
5.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述碳类材料包括非晶碳。
6.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述硅层包括非晶硅。
7.根据权利要求6所述的负极活性物质，其中，所述硅层中的硅具有0.5度至10度的半峰全宽。
8.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述无机支撑件和所述硅层的重量比为40:60至70:30。
9.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，涂覆在所述无机支撑件的内壁上的所述硅层具有5nm至100nm的厚度。
10.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，定位在所述无机支撑件的所述表面上的所述碳类材料以1nm至50nm的厚度定位。
11.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述碳类材料具有5nm或更小的晶体粒度。
12.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，基于100wt％的负极活性物质，所述碳类材料的量为5wt％至30wt％。
13.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，基于100wt％的所述负极活性物质，包括在所述负极活性物质中的硅的量为20wt％至60wt％。
14.根据权利要求1所述的负极活性物质，其中，所述负极活性物质通过使用孔隙率为10％至90％的所述无机支撑件制备。
15.根据权利要求14所述的负极活性物质，其中，形成在所述无机支撑件中的所述孔具有1nm至100nm的粒径。
16.根据权利要求14所述的负极活性物质，其中，在所述无机支撑件中，所述孔之间的距离为5nm至150nm。
17.一种可再充电锂电池，所述可再充电锂电池包括：
负电极，包括根据权利要求1至16中任一项所述的负极活性物质；
正电极；以及
电解液。
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