著改变尺寸(如，改变了超过约10%)，且已知从开始形成更稳定的SE I。
[0067]壳的其它类型和壳材料的层可用于不同应用中的各种目的。
[0068]图3说明根据其它示例实施方式引入功能性壳的另一示例电池电极组合物的设计。如图所示，图3的复合颗粒300包含活性材料102和其中配置有活性材料102的多孔、导电性支持基质104，以及至少部分地包裹活性材料102和支持基质104的壳308。这里，壳308包含活性材料层，而不是如图2的设计中的保护层。配置在支持基质内的活性材料102由第一活性材料形成，而活性材料壳层308由第二活性材料形成可以是有利的。
[0069]一般而言，两种类型的活性材料可用于此类复合材料:(i)所谓的“高容量”活性材料，其在电池(或其它电化学能量储存设备)运行期间经历显著的体积变化(如，大于约10%)，和(ii) “常规”或“中-至-低容量”活性材料，其在电池(或其它电化学能量储存设备)运行期间经历小的体积变化(如，小于约8%)。“常规”活性材料的一个常见实例为“嵌入式(intercalat1n-type) ”材料，其中电解质离子嵌入至存在于此类材料中的小开口(如，间隙位置(interstitial posit1ns)) /从该小开口中脱嵌。在Li离子电池的情况下，锂金属氧化物(如锂钴氧化物、锂锰氧化物、锂锰钴氧化物、锂锰镍钴氧化物、锂金属磷酸盐，仅举几例)在此类“嵌入式”正极材料的实例中，石墨或钛酸锂在此类“嵌入式”负极材料的实例中。在Li离子电池的情况中，转换式电极(如金属氟化物、硫化物、氧化物、氮化物、磷化物和氢化物)或合金式电极(如，硅、锗、锡、铅、锑、镁等)在此类“高容量”活性材料的实例中。
[0070]因此，回到图3，使用两种不同的活性材料用于活性材料102和活性材料壳层308可以是有利的。特别地，活性材料102用第一活性材料可选择为具有比可选择为中-至-低容量活性材料的活性材料壳层308的第二活性材料实质上高的容量的高容量活性材料。这样，提供了有利结合上文讨论的高容量材料和一种(或多种)低-至-中容量活性材料(如，对于L1-离子电池负极为小于约400mAh/g，对于L1-离子电池正极为约250mAh/g)的混合结构。
[0071]低-至-中容量(如，嵌入式)层可为复合材料提供高速率能力，而较高容量的活性纳米颗粒增强了复合材料的(离子储存)能量储存性质。结果，由这种包含低容量壳层和分布于多孔支持基质内的高容量活性纳米颗粒的复合材料生产的电池电极可提供比常规嵌入式电极高的能量密度，和比单独由高容量纳米颗粒组成的电极高的功率密度。另外，此类复合材料可提供增强的结构稳定性，这是因为低容量壳层常常在电池运行期间显现小的体积变化(低于约8体积％)。
[0072]图4说明根据其它示例实施方式引入功能性壳的另一示例电池电极组合物的设计。如图所示，图4的复合颗粒400包含活性材料102和其中配置有活性材料102的多孔、导电性支持基质104，以及至少部分地包裹活性材料102和支持基质104的壳408。这里，壳408包含多孔层(如，电子导电性和离子导电性多孔碳)，而不是如图2的设计中的保护层或如图3的设计中的活性材料层。在某些设计中，对于提供具有与支持基质104相比不同孔隙率的、且特别是具有比支持基质104小的平均孔径的多孔壳层408可以是有利的。
[0073]这样，可通过在复合颗粒内具有两种类型的多孔结构一一种在复合颗粒的核中，另一种在复合颗粒的壳层中一来提供优势。核部分可例如具有较大的孔和/或较大的孔分数(fract1n)以使填充有高容量活性纳米颗粒的复合颗粒的体积分数最大化。外壳层可例如具有较小或较少的孔和更刚性的结构，这帮助改进整个复合颗粒的机械稳定性。外壳层还可具有不同的微结构和表面化学，以便当透过有高容量活性纳米颗粒时，大部分纳米颗粒将成核并在支持基质内的核中生长。在该情况下，壳层可具有较小的高体积变化高容量活性颗粒的分数，这再次反过来改进复合材料的稳定性。
[0074]如上述参考图3所讨论的，某些优势可通过在复合颗粒中使用两种不同类型的活性材料来提供，以便利用它们各自的性质同时减轻它们各自的缺点。因此，当如图4的设计中使用多孔壳层时，第二活性材料可经壳的孔并入所得复合材料结构内。下文将更详细地讨论该配置。
[0075]图5说明根据其它示例实施方式引入具有第二活性材料的功能性壳的另一示例电池电极组合物的设计。如图所示，图5的复合颗粒500包含活性材料102和其中配置有活性材料102的多孔、导电性支持基质104，以及至少部分地包裹活性材料102和支持基质104的壳508。这里，壳508包含如图4的设计中的多孔层，但多孔层的孔至少部分地填充有与配置在支持基质104内的活性材料102不同的第二活性材料。因此，在本实例中，配置在支持基质104内的活性材料102可由第一活性材料形成，而壳508的多孔层中的至少某些孔渗透有第二活性材料。
[0076]作为实例，壳508的多孔层可渗透有在循环期间经历小的体积变化的低-至-中容量(如，嵌入式)活性材料。在某些应用中(例如，如果用作在电池运行期间形成SEI的L1-离子电池中的负极)，该配置可进一步提供在其上形成电解液溶剂不可透过层的稳定的平台，从而防止溶剂渗透至支持基质内。在壳的多孔层材料具有比低-至-中容量活性材料高的导电性的情况下，图5的设计中活性材料渗透的壳可提供与图3的设计中的纯活性材料层壳相比改进的导电性。
[0077]还在其它实施方式中，壳可为包含多个层的复合材料，例如两个以上的上述功能性层，或如对于给定应用所期望的其它层。
[0078]图6说明根据其它示例实施方式引入多层功能性壳的示例电池电极组合物的设计。如图所示，图6的复合颗粒600包含活性材料102和其中配置有活性材料102的多孔、导电性支持基质104，以及具有内层610和外层612的、各自至少部分地包裹活性材料102和支持基质104的多层化复合材料壳。出于说明目的，仅示出610、612两层，因为可根据需要使用额外的介入层(intervening layers)，且可选择各层来为不同应用提供不同功能性。
[0079]在图6中示出的具体实例中，内层610为具有比支持基质104小的平均孔径的多孔层。在孔足够小于下面的支持基质的孔的情况下，以该方式形成多孔内层壳(innerporous layer shell)可帮助简化额外外层的沉积。本实例中的外层612为由对电解质溶剂分子(electrolyte solvent molecules)实质上不可透过的材料形成的保护层，如图2的设计。
[0080]图7说明根据其它示例实施方式引入多层功能性壳的另一示例电池电极组合物的设计。如图所示，图7的复合颗粒700包含活性材料102和其中配置有活性材料102的多孔、导电性支持基质104，以及具有内层710和外层712的、各自至少部分地包裹活性材料102和支持基质104的多层复合材料壳。在图7中说明的具体实例中，内层710再次为具有比支持基质104小的平均孔径的多孔层，如图6的设计。然而，本实例中的外层712为由与配置在支持基质104内的活性材料不同的活性材料形成的活性材料层，如图3的设计。
[0081]图8说明根据其它示例实施方式的替代示例电池电极组合物的设计。如图所示，图8的复合颗粒800包含活性材料102和如图1的设计其中配置有活性材料102但在活性材料核806周围形成的多孔、导电性支持基质104。这里，配置在支持基质104内的活性材料102可由第一活性材料形成，而活性材料核806可由第二活性材料形成。
[0082]如上关于图3的活性材料壳层308的讨论，使用两种不同的活性材料用于活性材料102和活性材料核806可同样是有利的。特别地，活性材料102用第一活性材料可选择为具有比可选择为中-至-低容量活性材料的活性材料核806的第二活性材料实质上高的容量的高容量活性材料。这样，提供了有利结合上文讨论的高容量材料的益处和一种(或多种)低-至-中容量活性材料的益处的混合结构。
[0083]特别地，低-至-中容量(如，嵌入式)颗粒可为所得复合材料提供高速率能力，同时高容量活性纳米颗粒增强复合材料的(离子储存)能量储存性质。结果，由这种包含低容量颗粒和分布于多孔支持基质内的高容量活性纳米颗粒的复合材料生产的电池电极可提供比常规嵌入式电极高的能量密度和比单独由高容量纳米颗粒组成的电极高的功率密度。另外，此类复合材料可提供增强的结构稳定性，这是因为低容量颗粒在电池运行期间通常显现小的体积变化(低于约8体积％)。
[0084]应理解的是，除了特殊说明的图8中构成活性材料核806的颗粒，几种此类颗粒可根据需要组合使用。此外，此类颗粒可为不同化学性质(chemistry)，且以各种形式共混/混合在一起，从而产生复合颗粒，通过不同类型活性材料的互穿网络(interpenetratingnetwork)提供本文所述的优势。通过使用不同颗粒的组合，电极的电压分布和电极的功率密度vs.能量密度均可调整为期望的规格。
[0085]下面提供针对制造上述类型的混合复合材料结构的几种示例方法。方法可至少在某些方面与之前讨论的制造方法相似。
[0086]根据一个示例方法，高容量活性颗粒可经化学气相沉积(CVD)引入在嵌入式低容量活性材料颗粒周围的预制造的多孔碳支持壳中。
[0087]根据另一示例方法，高容量活性颗粒可经蒸汽渗透和/或毛细管凝结引入在嵌入式低容量活性材料颗粒周围的预制造的多孔碳支持壳中。
[0088]根据另一示例方法，活性颗粒可通过下述引入预制造的多孔碳支持壳:(i)将活性颗粒或活性颗粒前体溶于溶剂中；(ii)在常压下、在加压下或在真空下将溶液渗透入预制造的多孔碳基质的孔中；(iii)蒸发溶剂；和(iv)(如果需要)将前体转化成活性颗粒。在某些情况下，其中一些步骤可重复以增加活性材料的纳米颗粒引入多孔碳基质中的总量。
[0089]根据另一示例方法，活性颗粒通过下述引入预制造的多孔碳支持壳:⑴将活性颗粒或活性颗粒前体溶于溶剂中；(ii)在常压下、在加压下或在真空下将溶液渗透入预制造的多孔碳基质的孔中；(iii)通过例如添加非溶剂、改变离子强度或溶液的PH，或改变体系的温度/压力来将纳米颗粒从溶液异相沉淀在碳内表面上；和(iv)(如果需要)将前体转化成活性颗粒。在某些情况下，其中一些步骤可重复以增加活性材料的纳米颗粒引入多孔碳基质中的总量。
[0090]根据另一示例方法，活性颗粒可通过在常压下、在加压下或在真空下使用悬浮渗透法将活性材料的纳米颗粒渗透入预形成的多孔碳的孔中而引入预制造的多孔碳支持壳中。
[0091]根据另一示例方法，可进行下述:(i)(如，通过在活性纳米颗粒的表面和聚合物前体纳米颗粒的表面上引入相反电荷)使活性纳米颗粒可首先吸附至碳形成用聚合物前体的纳米颗粒的表面上；(ii)活性纳米颗粒-聚合物混合物可涂布在大尺寸(如，直径大于约0.5微米)嵌入式低容量活性材料颗粒的表面上；(i