一种负极活性物质，其包括金属纳米晶体复合物，该金属纳米晶体复合物包括具有２０ｎｍ或更低的颗粒直径的金属纳米晶体和形成于该金属纳米晶体表面上的碳涂层。所述负极活性物质包括被碳层涂布的金属纳米晶体，使得在充电／放电循环过程中体积变化的绝对值减小，因而由充电／放电循环过程中金属与碳材料之间的体积变化率的不同引起的负极活性物质中的裂纹更少地形成。因此，能够得到高充电／放电容量和改善的容量保持能力。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种负极活性物质及其制备方法，以及包含该负极活性物质 的阳极和锂电池，更具体地，本专利技术涉及一种具有大充电/方文电容量和优异容 量保持能力的负极活性物质及其制备方法，以及包含该负极活性物质的阳极 和锂电池。
技术介绍
包括锂化合物充当阳极的非水电解液二次电池具有高电压和高能量密 度。由于这些优点，对非水电解液二次电池正在进行大量的研究。具体地， 当金属锂由于锂的高电池容量而用作阳极时，金属锂已经吸引了许多注意 力。然而，当金属锂用作阳极时，在充电过程中于锂的表面上能形成许多锂 枝晶，使得充电/放电效率会降低，阳极可能与阴极发生短路，并且由于其不 稳定性，即，它的高反应性和爆炸性，金属锂对于热和撞击敏感。由于这些 缺点，包括由金属锂形成的阳极的电池不能商业化。这类由使用金属锂产生 的问题可以通过利用碳质阳极来克服。碳质阳极不包含金属锂，并利用存在 于电解液中的锂离子进行氧化和还原反应，锂离子在充电/放电循环过程中在 碳质电极的晶体表面之间嵌入或脱嵌，其为摇椅型。通过利用碳质阳极，可以克服许多由使用金属锂而产生的问题，因而锂 电池能够商业化。然而，随着需要更小、质量更轻和性能更高的便携式装置， 二次锂电池的高容量成为问题。通常，包括碳质阳极的锂电池因碳的多孔结 构自然具有低电池容量。例如，即使是在各种碳质材料中具有最高结晶度的石墨，当它的组成为LiC6时，也仅具有约372 mAh/g的理论容量，而金属 锂却具有3860 mAh/g的理论容量。即，石墨具有与金属锂的10%—样小的 理论容量。因此，虽然使用金属阳极导致很多问题，但是对为了改善电池容 量而用于阳极中的金属锂的研究又在积极地进行中。众所周知，锂、锂-铝、锂-铅、锂-锡和锂-硅能够提供比碳质材料更大的电容量。然而，当这些合金或金属单独使用时，锂枝晶会沉淀出来。因此， 对于金属锂的研究正在沿着这些合金或金属适当地与碳质材料混合以改善 电容量同时防止短路的方向进行。然而，这些合金或金属与碳质材料的这种混合导致其它的问题。例如， 在氧化和还原反应过程中，碳质材料与这些金属材料显示出不同的膨胀率， 并且金属材料与电解液反应。当电池充电时，锂离子进入阳极，因而阳极膨 胀，使得能够获得更紧凑的结构。接着，当电池放电时，锂离子以离子态的 形式离开阳极，因而阳极收缩。因为石 材料与金属材料具有不同的膨胀率， 所以碳质材料和金属材料的这种收缩导致真正空间的形成，甚至形成宽的裂 紋，使得能够产生电断路的部分，因而电子不能平稳地迁移，从而降低电池 的效率。另外，当充电和放电时，金属材料能够与电解液反应，使得电解液 的寿命降低，因此包含金属材料的电池具有短寿命和低效率。因此，需要研制出一种负极活性物质，其通过解决由使用常规阳极材料 而产生的这些问题，而具有比石墨更高的充电/放电容量和优异的容量保持能 力。
技术实现思路
本专利技术提供一种负极活性物质，其具有高的充电/放电容量和改善的容 量保持能力。本专利技术还提供包含该负极活性物质的阳极。 本专利技术还提供包含所述负极活性物质的锂电池。 本专利技术还提供制备所述负极活性物质的方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种负极活性物质，其包括第一金属纳米晶体复合物颗粒，该第一金属纳米晶体复合物颗粒包括具有20nm或更低 的颗粒直径的金属纳米晶体；及形成于该金属纳米晶体上的碳涂层。所述负极活性物质还可以包括第二金属纳米晶体复合物颗粒，该第二金 属纳米晶体复合物颗粒包括多个通过所述碳涂层连接在一起的第一金属纳 米晶体复合物颗粒。金属纳米晶体的颗粒直径可以为10nm或更^f氐。所述多个第一金属纳米晶体的颗粒直径的标准偏差可以为该金属纳米 晶体的平均直径的±20%或更低。第二金属纳米晶体复合物颗粒的颗粒直径可低于1 ^mi。 覆盖金属纳米晶体的碳涂层可以具有均匀的厚度。 金属纳米晶体可以具有核/壳结构。在所述负^l活性物质中，石灰涂层可以包含^f氐于0.1%重量的氩。 在所述负极活性物质中，金属纳米晶体可以包括至少一种选自2族金属，3族金属，4族金属，及其合金中的金属。在所述负极活性物质中，金属纳米晶体可以包括至少一种选自Si， Sn，Ge，及其合金中的金属。在所述负极活性物质中，金属纳米晶体包括不与锂反应的金属。 该不与锂反应的金属可以包括至少一种选自Co， Fe， Ni, Cu，及Ti中的金^~根据本专利技术的另一个方面，提供包含所述负极活性物质的阳极。 根据本专利技术的另一个方面，提供包括阳极的锂电池，该阳极包含所述负 极活性物质。根据本专利技术的另一个方面，提供一种制备负极活性物质的方法，该方法 包括制备以有机分子覆盖的金属纳米晶体，得到以有机分子覆盖的金属纳 米晶体；及碳化覆盖金属纳米晶体的有机分子，得到涂有碳层的金属纳米晶 体复合物。所述被有机分子覆盖的金属纳米晶体可以利用化学湿式合成法制得。 所述覆盖金属纳米晶体的有机分子可以包括选自C广Cu)烷基，C3~C10 芳烷基，C广do烷基芳基，及C广C,o烷氧基中的一种化合物。 金属纳米晶体的直径可以为20nm或更低。覆盖金属纳米晶体的有机分子可以通过在惰性气氛下烧结用有机分子 覆盖的金属纳米晶体进行碳化。 烧结温度可以为500 1000°C。 烧结时间可以为1 5小时。用有机分子覆盖的金属纳米晶体可以通过使金属纳米晶体前体与还原 剂在溶液中反应制得。在该方法中，所述金属纳米晶体前体的金属可以选自2族金属，3族金 属，4族金属，及其合金。金属纳米晶体前体的金属可以包括至少一种选自Si， Sn, Ge， Al， Pb,及其合金中的金属。金属纳米晶体前体的金属可以包括不与锂反应的金属。不与锂反应的金属可以包括至少一种选自Co， Fe， Ni， Cu，及Ti中的金属。金属纳米晶体前体可以包括至少 一种选自金属卣化物中的化合物。 还原剂可以为有机金属化合物。有机金属化合物包括至少一种选自萘基钠(sodium naphthalenide)，萘基 钟(potassium naphthalenide)， 蒽基钠(sodium anthracenide), 及蒽基钟 (potassium anthracenide)中的化合物。使金属纳米晶体前体与还原剂在溶液中反应可以包括向其中加入具有 覆盖金属纳米晶体的官能团的化合物。用有机分子覆盖金属纳米晶体可以包括金属纳米晶体前体与还原剂在 Pt催化剂的存在下于溶液中的反应。Pt催化剂可以包括至少一种选自H2PtCl6， (NH4)2PtCl4， (NH4)2PtCl6, K2PtCl4,及K2PtCl6中的化合物。与包括混合的金属颗粒和碳质材料的常规负极活性物质相比，根据本发 明的负极活性物质包括被碳层涂布的金属纳米晶体，使得在充电/放电循环过 程中体积变化的绝对值减小，因而由充电/放电循环过程中金属与碳材料之间 体积变化率的不同引起的负极活性物质中的裂紋更少地形成。因此，能够获 得高充电A^文电容量和改善的容量保持能力。附图说明通过参照附图详述其示例性实施方案，本专利技术的上述及其它特点和优点 将变得更加显而易见，附图中图1为利用高分辨率透射电子显微镜得到的根据实施例1制得的第一金 属纳米晶体复合物颗粒的剖视照片；图2为利用高分辨率透射电子显微镜得到的根据实施例1制本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种包括第一金属纳米晶体复合物颗粒的负极活性物质，该第一金属纳米晶体复合物颗粒包括： 具有２０ｎｍ或更低的颗粒直径的金属纳米晶体；及 形成于该金属纳米晶体上的碳涂层。
【技术特征摘要】
...
【专利技术属性】
技术研发人员：金翰秀，朴晋焕，杜锡光，曹在弼，李孝真，权有正，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]
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