可用于提供碳材料。在氩气中悬浮前体粉末，由此制备具有蒽和锡的氩气气溶胶气体。使该气溶胶气体穿过具有集中于耦合器中的微波能量的低功率大气压或近大气压等离子。应理解，还可以使用其它方法产生的等离子。除了气溶胶气体，使二次供给的氩气穿过等离子区域。
[0022]不受理论束缚，本发明人认为穿过等离子热区时，前体粉末中的碳经历了形成碳碎片的碳化机制。此外，前体粉末中的锡熔化并当冷却时通过成核过程形成颗粒。碳碎片聚集于相同的核(锡)上，并基于相对混溶性偏析到核的表面。成核颗粒从热区离开进入余辉区，在该区中不发生进一步的生长。
[0023]图3显示了透射电子显微图像，其中使用蒽锡前体粉末制备了具有碳外壳和锡核的复合颗粒，氩气气溶胶气流流量为300立方厘米每分钟(cc/min)，氩等离子气流流量为200cc/min，且发送的微波功率为900瓦。如该图所示，采用碳外壳和锡核制备了外部平均直径为50-100nm的复合颗粒。在该方法的这一步骤，锡核基本占据了碳外壳中的所有内部容积。
[0024]应理解，以上给出的实施例仅用于说明目的，本发明还包括其它制备具有外壳和核的复合颗粒的方法，所述核具有减小的尺寸，使得核可以在外壳中发生膨胀而所述外壳不破坏。
[0025]以上的附图、讨论和描述是对本发明特定实施方案的说明，但其并不意在对本发明的实施的限制。鉴于本文给出的教导，对本领域技术人员来说，本发明的多种修改和变体是显而易见的。在以下权利要求书(包括所有等价物)中界定了本发明的范围。
【主权项】
1.一种材料，包含: 具有外壳和内核的复合颗粒，所述外壳由碳制成，所述内核具有第一容积和任选的第二容积，所述第一容积由锂合金化材料制成，所述锂合金化材料含有选自锡、硅、铝和锗的元素，所述第二容积是孔隙空间； 所述复合颗粒具有小于10nm的外部平均直径； 其中所述外壳具有小于20nm的平均厚度； 且其中所述锂合金化材料选自锡、锡二元合金、锡三元合金和锡四元合金， 其中所述复合颗粒是通过包括如下步骤的方法制备的: 提供具有外壳和内核成分的粉末前体材料； 在氩气气体中悬浮该前体材料的所述粉末以形成气溶胶；和 使气溶胶穿过等离子炬的热区，其中所述前体材料中的碳经历形成碳碎片的碳化机制; 使所述前体粉末中的锡熔化以当冷却时通过成核过程形成颗粒；和 所述碳碎片聚集于所述相同的核上，并基于相对混溶性偏析到核的表面。
2.权利要求1的材料，其中所述复合颗粒具有小于70nm的外部平均直径。
3.权利要求1的材料，其中所述复合颗粒具有小于50nm的外部平均直径。
4.用于锂电池的阳极，所述阳极包含: 具有外壳和内核的复合颗粒，所述外壳由碳制成，所述内核具有第一容积和任选的第二容积，所述第一容积由锂合金化材料制成，所述锂合金化材料含有选自锡、硅、铝和锗的元素，所述第二容积是孔隙空间； 所述复合颗粒具有小于10nm的外部平均直径； 其中所述复合颗粒的所述外壳具有小于20nm的平均厚度； 且其中所述锂合金化材料选自锡、锡二元合金、锡三元合金和锡四元合金， 其中所述复合颗粒是通过包括如下步骤的方法制备的: 提供具有外壳和内核成分的粉末前体材料； 在氩气气体中悬浮该前体材料的所述粉末以形成气溶胶；和 使气溶胶穿过等离子炬的热区，其中所述前体材料中的碳经历形成碳碎片的碳化机制; 使所述前体粉末中的锡熔化以当冷却时通过成核过程形成颗粒；和 所述碳碎片聚集于所述相同的核上，并基于相对混溶性偏析到核的表面。
5.权利要求4的阳极，其中所述复合颗粒具有小于70nm的外部平均直径。
6.权利要求5的阳极，其中所述复合颗粒具有小于50nm的外部平均直径。
7.权利要求4的阳极，还包含粘结剂。
8.用于锂电池的阳极，所述阳极包含: 具有外壳和内核的复合颗粒，所述外壳含有选自碳、氮、氧和硫的元素，所述内核具有第一容积和任选的第二容积，所述第一容积由锂合金化材料制成，所述锂合金化材料含有选自锡、硅、铝和锗的元素，所述第二容积是孔隙空间； 所述复合颗粒具有小于10nm的外部平均直径，且所述外壳具有小于20nm的平均厚度， 其中所述复合颗粒是通过包括如下步骤的方法制备的: 提供具有外壳和内核成分的粉末前体材料； 在氩气气体中悬浮该前体材料的所述粉末以形成气溶胶；和 使气溶胶穿过等离子炬的热区，其中所述前体材料中的碳经历形成碳碎片的碳化机制; 使所述前体粉末中的锡熔化以当冷却时通过成核过程形成颗粒；和 所述碳碎片聚集于所述相同的核上，并基于相对混溶性偏析到核的表面。
9.权利要求8的阳极，其中所述复合颗粒具有小于70nm的外部平均直径。
10.权利要求9的阳极，其中所述复合颗粒具有小于50nm的外部平均直径。
11.权利要求8的阳极，其中所述外壳是碳。
12.权利要求8的阳极，其中所述内核由锂合金化材料制成，所述锂合金化材料选自锡、锡二元合金、锡三元合金和锡四元合金。
13.权利要求8的阳极，还包含粘结剂。
【专利摘要】公开了一种具有复合颗粒的材料。该复合颗粒包括外壳和内核，所述外壳含有如碳、氮、氧和硫的元素，所述内核由锂合金化材料如锡、硅、铝和/或锗制成。如果外壳由碳制成，则复合颗粒的外壳具有小于20nm的平均厚度，且复合颗粒具有小于100nm的外部平均直径。在一些情形中，内核由锡、锡二元合金、锡三元合金和锡四元合金制成。
【IPC分类】H01M4-62, H01M4-36, H01M4-40, H01M4-46, H01M4-38
【公开号】CN104638239
【申请号】CN201510044766
【发明人】C·鲁尔斯, J·菲利普斯, M·N·理查德, K·L·斯塔姆
【申请人】丰田自动车工程及制造北美公司, 新墨西哥大学科技公司
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2009年4月16日
【公告号】CN101609890A, US20090317719