复合负极活性物质、包括其的锂电池、及其制备方法技术

复合负极活性物质包括：包括结晶碳质材料的芯部分；包括沉积在所述芯部分的至少一部分上的多个复合颗粒的壳部分，其中所述复合颗粒各自包括：与锂能合金化的金属芯；和在所述金属芯的表面上的呈岛图案的包括金属氮化物的包覆层。还提供包括所述复合负极活性物质的锂电池和制备所述复合负极活性物质的方法。

Composite negative electrode active material, lithium battery including the same, and preparation method thereof

Composite anode active material includes a core part of the crystallization of carbonaceous materials; including deposition in the core part of at least a portion of the plurality of composite particles shell, wherein the composite particles each comprising: with lithium metal core alloying; including metal nitride layer and coated on the surface of the metal the core was the island pattern. A lithium battery including the composite negative electrode active material and a method for preparing the composite negative electrode active material are also provided.

【技术实现步骤摘要】
复合负极活性物质、包括其的锂电池、及其制备方法对相关申请的交叉引用本申请要求在韩国知识产权局于2015年9月18日提交的韩国专利申请No.10-2015-0132602的优先权和权益，其全部内容通过参考引入本文中。
本公开内容的实施方式的一个或多个方面涉及复合负极活性物质、包括其的锂电池、和制备所述复合负极活性物质的方法。
技术介绍
对于用于在信息通信的便携式电子装置、电动自行车、电动车、和/或类似物中使用的二次电池的需求正在快速增加。这样的便携式电子装置的实例包括个人数字助理(PDA)、移动电话、和笔记本电脑。锂电池且特别是锂离子电池(LIB)由于它们的高的能量密度和容易制造而作为电源用在便携式信息技术(IT)装置中和电动车中以及用于电力存储。LIB的所需性质包括高的能量密度和/或长的寿命。碳质材料如石墨常常在锂电池中用作负极活性物质。然而，碳质材料如石墨在高容量锂电池中的使用受其约360mAh/g的理论放电容量限制。锂能合金化的金属材料如Si或Sn作为石墨的负极材料替代物正在吸引注意。Si具有约4,200mAh/g的理论容量。然而，当单独使用Si时，在充电和放电期间可发生约300％或更多的体积膨胀，导致负极集流体和活性物质之间的弱的粘附、连同在容量方面的降低。为了克服该容量降低，代替单独使用锂能合金化的金属材料如Si或/和Sn，将锂能合金化的金属材料与碳质负极活性物质和/或碱金属材料混合以抵偿所述负极活性物质。然而，即使当使用这些负极活性物质时，容量、寿命特性、和初始效率特性的改善也常常是可忽略的。因此，存在开发具有进一步改善的初始效率、充电和放电容量、和寿命特性的负极活性物质、以及包括所述负极活性物质的锂电池、和制备所述负极活性物质的方法的需要。本背景部分中公开的以上信息仅被包括用于增强本公开内容的背景的理解，且因此可包含不形成对于本领域普通技术人员而言在本国已经知晓的现有技术的信息。
技术实现思路
本公开内容的一个或多个实例实施方式的方面涉及具有改善的初始效率、充电和放电容量、和寿命特性的复合负极活性物质。本公开内容的一个或多个实例实施方式的方面涉及包括所述复合负极活性物质的锂电池。本公开内容的一个或多个实例实施方式的方面涉及制备所述复合负极活性物质的方法。额外的方面将部分地在随后的描述中阐明，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所提供的实施方式的实践获悉。根据一个或多个实例实施方式，复合负极活性物质包括：包括结晶碳质材料的芯部分；和包括所述芯部分的至少一部分上的多个复合颗粒的壳部分，所述复合颗粒各自包括与锂能合金化的金属芯和在所述金属芯的表面上的呈岛图案的包括金属氮化物的包覆层。根据一个或多个实例实施方式，锂电池包括：包括正极活性物质的正极；包括所述复合负极活性物质的负极；以及在所述正极和所述负极之间的电解质。根据一个或多个实例实施方式，制备复合负极活性物质的方法包括：制备多个复合颗粒；将所述复合颗粒和结晶碳质材料芯部分混合以获得混合物；和干燥所述混合物以使所述复合颗粒沉积在所述结晶碳质材料芯部分的至少一部分上以形成壳部分，其中所述复合颗粒各自包括与锂能合金化的金属芯、和在所述金属芯的表面上的呈岛图案的包括金属氮化物的包覆层。附图说明由结合附图考虑的实例实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易理解，其中：图1为根据实例实施方式的复合负极活性物质的示意图；图2A为根据实例实施方式的复合负极活性物质的示意图，且图2B为图2A中所示的壳部分的放大示意图；图3A为根据实例实施方式的复合负极活性物质的示意图；图3B为根据实例实施方式的复合负极活性物质的示意图；图4A和4B分别显示根据实施例2制备的复合负极活性物质在2,000x和5,000x放大倍率下的扫描电子显微镜(SEM)照片；图5显示根据实施例3制备的复合负极活性物质的碳质芯部分在5,000x放大倍率下的SEM照片；图6A显示实施例2的复合负极活性物质的高角度环形暗场-扫描透射电子显微镜(HAADF-STEM)照片；图6B至6D分别显示在图6A的方形区域中的氮、硅、和钛元素的元素分布面扫描照片；图7A说明根据实施例9和对比例7制造的锂电池的最高达第80次循环的容量保持率的图；图7B说明根据实施例10和对比例8制造的锂电池的最高达第14次循环的容量保持率的图；图7C说明根据实施例9和实施例12制造的锂电池的最高达第50次循环的容量保持率的图；和图8说明根据实例实施方式的锂电池的分解透视图。具体实施方式现在将更详细地对实例实施方式进行介绍，其实例说明于附图中。在附图中，相同的附图标记始终指的是相同的元件，且将不提供其重复描述。在这点上，本实例实施方式可具有不同的形式且不应被解释为限于本文中阐明的描述。因此，下面仅通过参照附图描述实例实施方式，以说明本描述的方面。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关列举项目的一个或多个的任意和全部组合。表述如“的至少一个(种)”、“之一”、“选自……的至少一个(种)”和选自……的一个(种)”，当在要素列表之前或之后时，修饰整个要素列表且不修饰所述列表的单独要素。在附图中，为了清楚，可放大层、膜、面板、区域等的厚度。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者还可存在中间元件。相反，当一个元件被称为“直接在”另外的元件“上”时，不存在中间元件。下面将各自描述根据本公开内容的实例实施方式的复合负极活性物质、包括所述复合负极活性物质的锂电池、和制备所述复合负极活性物质的方法。然而，这些描述在本文中仅作为实例提供，且不限制本公开内容的范围。本文中的术语“金属”是指包括金属和半金属的广义概念。本公开内容的实施方式的方面提供复合负极活性物质，其包括：包括结晶碳质材料的芯部分；和包括所述芯部分的至少一部分上的多个复合颗粒的壳部分，所述复合颗粒各自包括与锂能合金化的金属芯和在所述金属芯的表面上的呈岛图案的包括金属氮化物的包覆层。图1为根据实例实施方式的复合负极活性物质10的示意图。根据本公开内容的实施方式的复合负极活性物质10包括结晶碳质材料芯部分1和总体壳部分3，总体壳部分3包括沉积在结晶碳质材料芯部分1上的多个复合颗粒2。复合负极活性物质10可被视为包括芯部分、中间部分、和包覆部分。芯部分可对应于复合物的包括结晶碳质材料1的部分，中间部分可对应于在总体壳部分3内的复合颗粒2各自的芯，且包覆部分可对应于在总体壳部分3内的复合颗粒2各自上的包覆层。更详细地，芯部分可对应于结晶碳质材料，中间部分可对应于与锂能合金化的金属芯，且包覆层可对应于包括金属氮化物的包覆层。包括结晶碳质材料的芯部分可形成复合负极活性物质的骨架，且可充当导电通道。中间部分即与锂能合金化的金属芯可保持(保住，retain)电池容量的大部分。包覆部分即包括金属氮化物的包覆层可抑制中间部分(例如，与锂能合金化的金属芯)的过度体积膨胀、和与电解质的副反应，由此导致寿命特性的改善。在中间部分(例如，与锂能合金化的金属芯)的表面上，包括金属氮化物的包覆层可以岛图案形成。如本文中使用的，术语“岛图案”指的是其中材料的岛以设定的(例如预定的)间隔以实质上不连续的方式布置的结构。当包括金属氮化物的本文档来自技高网...

【技术保护点】
复合负极活性物质，包括：包括结晶碳质材料的芯部分；和包括在所述芯部分的至少一部分上的多个复合颗粒的壳部分，其中所述复合颗粒各自包括：与锂能合金化的金属芯；和在所述金属芯的表面上的包括金属氮化物的包覆层。

【技术特征摘要】
2015.09.18 KR 10-2015-01326021.复合负极活性物质，包括：包括结晶碳质材料的芯部分；和包括在所述芯部分的至少一部分上的多个复合颗粒的壳部分，其中所述复合颗粒各自包括：与锂能合金化的金属芯；和在所述金属芯的表面上的包括金属氮化物的包覆层。2.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中所述包覆层包括在所述金属芯的表面上的呈岛图案的金属氮化物。3.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中所述金属芯是球形的或椭圆形的。4.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中所述金属芯的平均粒径在1μm-10μm的范围内。5.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中所述金属芯包括选自如下的至少一种：硅、锡、锗、锑、铝、铅、镓、铟、镉、银、汞、和锌。6.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中基于100重量份的所述复合颗粒，所述金属芯的量在10重量份-60重量份的范围内。7.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中所述金属氮化物包括选自如下的至少一种氮化物：钛、钒、钪、铬、锰、铁、镍、钴、钇、锆、铌、钼、钌、铑、钽、钯、钨、锇、铱、金、和铂。8.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中所述芯部分包括选自如下的至少一种结晶碳质材料：人造石墨、天然石墨、碳纤维、和中间相碳微球(MCMB)。9.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中所述芯部分在所述结晶碳质材料中具有多个孔。10.如权利要求8所述的复合负极活性物质，其中所述复合颗粒在所述孔的至少一个中。11.如权利要求1所述的复合负极活性物质，其中所述复合负极活性物质中的所述包括结晶碳质材料的芯部分对所述复合颗粒的重量比在60:40-80:20的范围内。12.如权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭枝砚，金英旭，崔希瑄，金然甲，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：韩国,KR