负极活性物质和锂电池制造技术

提供一种包含涂覆有高容量负极材料的超导纳米颗粒的负极活性物质和包括该负极活性物质的锂电池，其中所述超导纳米颗粒具有多环纳米片沿着与第一平面垂直的方向彼此堆叠的结构。所述多环纳米片包括六个碳原子相互连接的六边形环，其中第一碳和第二碳在它们之间具有距离L1，L2为第三碳和第四碳之间的距离，并且布置所述多环纳米片使得L1≥L2。所述超导纳米颗粒被用作锂电池中的负极活性物质，且所述超导纳米颗粒提高了容量，从而改善了锂电池的容量和寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术的一个或多个实施方式涉及负极活性物质和包括该负极活性物质的锂电池。
技术介绍
锂二次电池因为用作小型便携式电子设备的电源而引人关注。因为锂二次电池包含有机电解液，所以它们具有的放电电压为包括含水碱性电解液的普通电池的至少两倍， 因而具有更高的能量密度。具有允许锂离子嵌入结构的锂-过渡金属氧化物，如LiCo02、LiMn2O4或 LiNi1^xCoxO2 (0 < χ < 1)，可用作锂二次电池的正极活性物质。已对允许锂离子嵌入和解嵌的多种形式的含碳材料，如人造石墨、天然石墨和硬碳，进行了研究。此外，已对非含碳材料如硅(Si)进行了研究以用作负极活性物质。这种非含碳材料显示出非常高的、至少为石墨十倍的容量密度。然而，其循环寿命特性因充放电过程中锂的体积膨胀和收缩而劣化。
技术实现思路
本专利技术实施方式的一方面涉及具有高容量和长寿命的负极活性物质，其包括涂覆有高容量负极材料的超导纳米颗粒。本专利技术实施方式的一方面涉及包括上述负极活性物质的锂电池。其他方面将在以下说明书中部分阐述，并且其部分内容在说明书中是显然的，或者可通过所提供的实施方式的实施而了解。根据本专利技术一个或多个实施方式，提供一种包括涂覆有高容量负极材料的超导纳米颗粒的负极活性物质，其中所述超导纳米颗粒具有η个多环纳米片与第一平面垂直地彼此堆叠的结构，其中所述多环纳米片中的每一个包括六个碳原子相互连接的六边形环，所述六边形环彼此稠合并排列在所述第一平面上，其中η为2至100的整数；且第一碳和第二碳以L1 ^ L2的方式选自所述超导纳米颗粒的所述η个多环纳米片中，其中L1表示所述第一碳和所述第二碳之间的距离，且L2表示由所述η个多环纳米片中任选的第三碳和第四碳之间的距离，所述第三碳和所述第四碳彼此不相同，也不与所述第一碳和第二碳相同，在三维(3D)x、y和ζ坐标系中，相对于位于原点Α(0，0，0)的所述第一碳，所述第二碳位于B(a， b，c)，其中a和b各自独立地为约10 μ m或更小(或者10 μ m或更小)，且c为约IOOnm或更小(或者IOOnm或更小)。所述高容量负极材料可选自由硅(Si)、镍(Ni)、铝(Al)、锡(Sn)、锗(Ge)、Si合金、Ni合金、Al合金、Sn合金、Ge合金、Si氧化物、Ni氧化物、Al氧化物、Sn氧化物、Ge氧化物、Si合金氧化物、Ni合金氧化物、Al合金氧化物、Sn合金氧化物、Ge合金氧化物和它们的任意混合物组成的组。在所述多环纳米片中相邻的碳原子可通过Sp2键连接。所述多环纳米片中的每一个的厚度可在(碳原子直径)士约0. Inm(或士0. Inm) 的范围内。η可为2至10的整数。c可在约0. Inm至约50nm (或0. Inm至50nm)的范围内。c可在约0. Inm至约20nm (或0. Inm至20nm)的范围内。所述负极活性物质的尺寸可在约3μπ 至约60μ (或3μπ 至60μ )的范围内。所述负极活性物质可进一步包括未涂覆的超导纳米颗粒。所述负极活性物质的表面可涂覆有浙青。根据本专利技术的一个或多个实施方式，锂电池包括包括正极活性物质的正极；包括负极活性物质的负极，所述负极活性物质包括涂覆有高容量负极材料的超导纳米颗粒； 和电解液，其中所述超导纳米颗粒具有η个多环纳米片沿着与第一平面垂直的方向彼此堆叠的结构，其中所述多环纳米片中的每一个包括六个碳原子相互连接的六边形环，所述六边形环彼此稠合并排列在所述第一平面上，其中η为2至100的整数；且第一碳和第二碳以 L1 ^ L2的方式选自所述超导纳米颗粒的所述η个多环纳米片中，其中L1表示所述第一碳和所述第二碳之间的距离，L2表示由所述η个多环纳米片中任选的第三碳和第四碳之间的距离，所述第三碳和所述第四碳彼此不相同，也不与所述第一碳和第二碳相同，在三维(3D) χ、 y和ζ坐标系中，相对于位于原点Α(0，0，0)的所述第一碳，所述第二碳位于B(a，b，c)，其中 a和b各自独立地为约10 μ m或更小(或者10 μ m或更小)，且c为约IOOnm或更小(或者 IOOnm或更小)。所述高容量负极材料可选自由硅(Si)、镍(Ni)、铝(Al)、锡(Sn)、锗(Ge)、Si合金、Ni合金、Al合金、Sn合金、Ge合金、Si氧化物、Ni氧化物、Al氧化物、Sn氧化物、Ge氧化物、Si合金氧化物、Ni合金氧化物、Al合金氧化物、Sn合金氧化物、Ge合金氧化物和它们任意混合物组成的组。在所述多环纳米片中相邻的碳原子可通过Sp2键连接。所述多环纳米片中的每一个的厚度可在(碳原子直径)士约0. Inm(或士0. Inm) 的范围内。η可为2至10的整数。c可在约0. Inm至约50nm(或0. Inm至50nm)的范围内。c可在约0. Inm至约20nm(或0. Inm至20nm)的范围内。所述负极活性物质的尺寸可在约3 μ m至约60μ (或3μπ 至60μ )的范围内。所述负极活性物质可进一步包括未涂覆的超导纳米颗粒。所述负极活性物质的表面可涂覆有浙青。附图说明从以下结合附图对实施方式的说明中，这些和/或其他方面将变得显然且更容易理解，其中图1是用于本专利技术实施方式的超导纳米颗粒的示意图；图2是图1中由虚线圆划定的区域T1的分子水平放大示意图；图3是图1中由虚线圆划定的区域T2的放大示意图；图4是第一碳和第二碳在三维(3D)x、y和ζ坐标系中的示意图，其中相对于位于原点Α(0，0，0)的第一碳，第二碳位于B (a，b，c)，且第一碳和第二碳布置在虚拟六面体的顶点上以表示它们之间的最大距离；图5是根据本专利技术实施方式的锂电池的分解透视图；图6A是说明根据本专利技术一个实施方式的负极活性物质的截面示意图；图6B是说明根据本专利技术另一个实施方式的负极活性物质的截面示意图；图7是根据本专利技术实施方式的球形负极活性物质的放大的扫描电子显微镜(SEM) 图片；图8是根据对比例1的球形负极活性物质的放大的SEM图片；图9A是根据制备例1制备的超导纳米颗粒粉末的SEM图片；图9B是制备例1的超导纳米颗粒的透射电子显微镜(TEM)图片；图10是制备例1的超导纳米颗粒粉末的粒度分布曲线图；图11是说明根据实施例1以及对比例1和2制造的锂电池的容量特性曲线图；和图12是说明实施例1以及对比例1和2的锂电池的充电/放电特性曲线图。具体实施例方式现将对各实施方式进行详细说明，其实施例在附图中说明，其中相似的附图标记在全文中指代相似的元件。在这点上，本专利技术的实施方式可具有不同形式，并不应解释为受文中所作说明的限制。因此，以下参照附图说明各实施方式仅用于解释本专利技术的各方面。尽管硅(Si)、锡(Sn)和镍(Ni)类活性物质具有高理论容量，但它们由于在充电和放电过程中的体积膨胀和锂(Li)沉淀而不能实际应用于锂电池。通常，在制备Si-C (硅-碳)复合材料时，难以用石墨或含碳材料覆盖纳米级的 Si。由于Si和C的比重明显不同，且Si具有IOOnm或更大的较大尺寸，所以在将Si通过孔隙加入到球形石墨中，或者用造粒装置将Si和石墨的混合物成粒状时，Si和C相彼此分开。因此，优选在形成Si-C复合材料的初期将Si和C彼此结合。此外，由于退化的Si破碎成碎片，优选用C相覆盖Si并用载体本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种负极活性物质，包括涂覆有高容量负极材料的超导纳米颗粒，其中：所述超导纳米颗粒具有ｎ个多环纳米片沿着相对于第一平面垂直的方向彼此堆叠的结构，所述多环纳米片中的每一个包括六个碳原子相互连接的六边形环，所述六边形环彼此稠合并排列在所述第一平面上，ｎ为２至１００的整数，第一碳和第二碳以Ｌ１≥Ｌ２的方式选自所述超导纳米颗粒的所述ｎ个多环纳米片中，Ｌ１表示所述第一碳和所述第二碳之间的距离，Ｌ２表示由所述ｎ个多环纳米片中任选的第三碳和第四碳之间的距离，所述第三碳和所述第四碳彼此不相同，也不与所述第一碳和所述第二碳相同，在三维ｘ、ｙ和ｚ坐标系中，相对于位于原点Ａ（０，０，０）的所述第一碳，所述第二碳位于Ｂ（ａ，ｂ，ｃ），ａ和ｂ各自独立地为１０μｍ或更小，且ｃ为１００ｎｍ或更小。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：李邵罗，金载明，朱圭楠，李琮熙，金泰植，都义松，金荣洙，金德炫，郑求现，金汎权，刘容美，申昌洙，
申请(专利权)人：三星SDI株式会社，
类型：发明
国别省市：KR