[发明专利]拓扑量子框架、包括其的复合负极活性材料、负极、锂电池、半导体和器件、及其制备方法

说明书

本发明涉及拓扑量子框架、包括其的复合负极活性材料、负极、锂电池、半导体和器件、及其制备方法。拓扑量子框架包括设置在不同的方向上且彼此连接的多个一维纳米结构体，其中所述多个一维纳米结构体的一维纳米结构体包括包含能够引入和脱出锂的金属的第一成分，和其中所述拓扑量子框架是多孔的。

对相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年8月2日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2017-0098070的优先权和权益、以及由其产生的所有权益，将其内容全部引入本文中作为参考。

技术领域

本公开内容涉及拓扑量子框架(topological quantum framework)，包括拓扑量子框架的复合负极活性材料，包括拓扑量子框架的负极、锂电池、半导体和器件(装置)，以及制备拓扑量子框架的方法。

背景技术

用于锂电池的负极活性材料的实例为碳质材料例如石墨。石墨具有优异的容量保持力和电位特性。而且，石墨在锂的嵌入/脱嵌期间不经历体积变化，且因而包括石墨的电池的稳定性是高的。石墨的理论容量为约372毫安时/克(mAh/g)，且石墨的不可逆容量可为适宜地小的。

作为用于锂电池的负极活性材料，可使用可与锂合金化的金属。可与锂合金化的金属的实例包括Si、Sn和Al。可与锂合金化的金属的电容量可为高的。例如，可与锂合金化的金属的电容量可为石墨的电容量的超过10倍大。然而，由于可与锂合金化的金属在充电/放电过程期间经历大的体积膨胀和收缩，因此在电极中活性材料颗粒可变成隔离的(绝缘的)。所述大的体积膨胀和收缩还可导致增加的表面积，这可导致由于比表面积的增加所致的增加的电解质分解。结果，包括可与锂合金化的金属的电池的寿命特性是差的。

因此，提供在具有改善的容量(例如比得上可与锂合金化的金属)的同时能够抑制电池的恶化的材料将是合乎需要的。

发明内容

提供具有新型结构的拓扑量子框架。

提供通过包括所述拓扑量子框架而具有改善的寿命特性的复合负极活性材料。

提供包括所述复合负极活性材料的负极。

提供包括所述负极的锂电池。

提供通过包括所述拓扑量子框架而能够控制带隙的半导体。

提供包括所述半导体的器件。

提供制备所述拓扑量子框架的方法。

根据一个实施方式的方面，拓扑量子框架包括：设置在不同的方向上且彼此连接的多个一维纳米结构体，其中所述多个一维纳米结构体的一维纳米结构体包括包含能够引入和脱出(deincorporate)锂的金属的第一成分，和其中所述拓扑量子框架是多孔的。

根据另一实施方式的方面，复合负极活性材料包括所述拓扑量子框架，其中所述拓扑量子框架包括：设置在不同的方向上且彼此连接的多个一维纳米结构体，其中所述多个一维纳米结构体包括包含能够引入和脱出锂的金属的第一成分，和其中所述拓扑量子框架是多孔的。

根据另一实施方式的方面，负极包括所述复合负极活性材料。

根据另一实施方式的方面，锂电池包括所述负极。

根据另一实施方式的方面，半导体包括所述拓扑量子框架。

根据另一实施方式的方面，器件包括所述半导体。

根据另一实施方式的方面，制备拓扑量子框架的方法包括：提供包含能够引入和脱出锂的金属的负极；提供锂对电极和将所述负极充电直至所述负极的理论容量的约20％-约60％以制备预锂化的负极；在包括正极和所述预锂化的负极的电池中将所述预锂化的负极充电直至所述负极的理论容量的约100％以制备锂化的负极；和将所述锂化的负极放电以获得包括拓扑量子框架的电极。