【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于金属离子电池的电极和相关的材料、电池和方法相关申请的交叉引用本申请要求于2017年03月23日提交的英国专利申请GB1704586.5的优先权，将其全部内容通过引用引入本文中。
本公开内容涉及无基底(基板)的、自支撑的和/或无粘合剂的硅材料，以及相关的制品、系统和方法。硅材料可具有相对大的空体积和/或相对低的密度。示例性制品包括电池电极，例如可再充电金属离子电池电极。示例性系统包括电池，例如可再充电金属离子电池。
技术介绍
可再充电锂离子电池通常用于便携式电子产品以及电动和混合动力车辆中。相对于某些其他电池，可再充电锂离子电池可表现出高的开路电压、很少或没有记忆(存储)效应以及低的自放电率。然而，在某些情况下，锂离子电池可表现出相对低的容量和/或相对长的再充电时间。图1示出了示例性可再充电锂离子电池10，其包括含锂的阳极12、阴极14、电解质16、防止阳极12和阴极14彼此接触的半渗透性隔板18以及电连接至阳极12和阴极14的负载(load)20。图2显示，当使电池10放电以向负载20提供电能时，阳极12中的锂电离而形成锂离子22和电子24。锂离子22溶解在电解质16中、穿过隔板18、放电并作为锂原子进入阴极14。电子24穿过负载20并在阴极14处结合锂离子22，导致锂嵌入到阴极14内。电池10放电的净结果是锂从阳极12移动到阴极14。图3显示，当对电池10再充电时，基本上发生相反的过程：电子24从阴极14移动至负载20至阳极12，以及锂离子从阴极14流动到阳极12，在那里它们与电子24结...
【技术保护点】
1.使用包括阳极、阴极和熔融盐电解质的电解池的方法，所述阴极包括由基底支撑的二氧化硅，所述二氧化硅与所述熔融盐电解质接触，所述方法包括：/n向所述电解池施加电势以在不使来自所述熔融盐电解质的阳离子在所述阴极处沉积的情况下还原二氧化硅，由此提供硅材料；和/n从所述基底移出所述硅材料。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170323 GB 1704586.51.使用包括阳极、阴极和熔融盐电解质的电解池的方法，所述阴极包括由基底支撑的二氧化硅，所述二氧化硅与所述熔融盐电解质接触，所述方法包括：
向所述电解池施加电势以在不使来自所述熔融盐电解质的阳离子在所述阴极处沉积的情况下还原二氧化硅，由此提供硅材料；和
从所述基底移出所述硅材料。
2.使用包括阳极、阴极和熔融盐电解质的电解池的方法，所述阴极包括由基底支撑的二氧化硅，所述二氧化硅与所述熔融盐电解质接触，所述方法包括：
向所述电解池施加电势以还原二氧化硅，从而提供硅材料；和
从所述基底移出所述硅材料，
其中所述硅材料包括硅颗粒和硅针的混合物。
3.权利要求1或权利要求2的方法，其中所述硅材料与实心硅相比具有至少50％的空体积，和/或所述硅材料具有至多1.16g/cm3的密度。
4.前述权利要求中任一项的方法，其中，在从所述基底移出后，所述硅材料是自支撑的、无基底的和/或无粘合剂的。
5.前述权利要求中任一项的方法，其中所述基底包括硅。
6.权利要求5的方法，进一步包括氧化所述基底以提供二氧化硅的表面层。
7.权利要求1至4中任一项的方法，进一步包括将二氧化硅施加到所述基底以提供二氧化硅的表面层。
8.权利要求6或权利要求7中任一项的方法，其中所述二氧化硅的表面层进一步包括导电材料。
9.前述权利要求中任一项的方法，其中所述硅材料不包含另外的导电材料。
10.前述权利要求中任一项的方法，其中收取所述硅材料包括从所述基底移出所述硅材料。
11.权利要求10的方法，其中从所述基底移出所述硅材料包括至少一个选自以下的过程：从所述基底机械地移出所述硅材料和从所述基底以超声的方式移出所述硅材料。
12.权利要求1或3-11中任一项的方法，其中所述硅材料包括硅针和硅颗粒的混合物。
13.权利要求2或权利要求12的方法，其中所述硅针具有小于1×10-6m的平均直径。
14.权利要求2、12或16中任一项的方法，其中所述硅针具有小于1×10-5m的平均长度。
15.权利要求2和12-14中任一项的方法，其中所述硅针具有至少5:1的纵横比。
16.权利要求2和12-15中任一项的方法，其中所述硅颗粒具有小于1×10-6m的平均直径。
17.权利要求2和12-15中任一项的方法，其中所述硅颗粒具有小于1×10-7m的平均直径。
18.权利要求2和12-17中任一项的方法，其中所述硅材料包括硅颗粒的簇。
19.权利要求2和12-18中任一项的方法，其中所述硅针和硅颗粒的混合物是自支撑的和/或无基底的。
20.权利要求2和12-19中任一项的方法，其中所述硅针和硅颗粒的混合物是不含粘合剂的。
21.前述权利要求中任一项的方法，其中所述阴极进一步包括与二氧化硅电接触的电导体。
22.权利要求21所述的方法，其中所述二氧化硅包括二氧化硅颗粒。
23.权利要求21或权利要求22的方法，其中所述阴极进一步包括与所述硅颗粒混合的硅粉末。
24.前述权利要求中任一项的方法，其中所述熔融盐电解质在500℃至1000℃的温度下是液体。
25.前述权利要求中任一项的方法，其中所述熔融盐电解质包括钙、钡、锶或锂的卤化物。
26.权利要求1至24中任一项的方法，其中所述熔融盐电解质由钙、钡、锶或锂的卤化物组成。
27.权利要求1至24中任一项的方法，其中所述熔融盐电解质包括氯化钙。
28.前述权利要求中任一项的方法，其中所述阳极包括碳阳极或惰性阳极。
29.权利要求1至27中任一项的方法，其中所述阳极包括选自以下的成员：掺杂有氧化锑和氧化铜的氧化锡；钛酸钙中的钌酸钙；氧化钌和二氧化钛；铁酸镍；基于镍的合金；基于铁的合金；和铁镍合金。
30.前述权利要求中任一项的方法，进一步包括，在移出所述硅材料之后，使用所述硅材料制造包括该硅材料的电池电极。
31.权利要求30的方法，其中所述电池电极包括金属离子电池电极。
32.权利要求30的方法，其中所述电池电极包括碱金属离子电池电极。
33.权利要求30的方法，其中所述电池电极包括选自锂离子电池电极、钠离子电池电极和钾离子电池电极的电极。
34.权利要求30的方法，其中所述电池电极包括锂离子电池电极。
35.权利要求30至34中任一项的方法，其中使用所述硅材料制造包括该硅材料的电池电极包括将所述硅材料沉积在集流体上。
36.权利要求35的方法，其中所述集流体包括包含碳微纤维的碳纸。
37.权利要求35或权利要求36的方法，其中将所述硅材料沉积在集流体上包括将浆料流延在所述集流体上，所述浆料包括所述硅材料。
38.权利要求35至37中任一项的方法，其中在不使用粘合剂的情况下，将所述硅材料沉积在集流体上。
39.制造用于电池的电极的方法，所述方法包括：
i)提供包括阳极、阴极和熔融盐电解质的电解池，所述阴极包括与所述熔融盐电解质接触的二氧化硅；
ii)向所述电解池施加电势以在不使来自所述熔融盐电解质的阳离子在所述阴极处沉积的情况下还原二氧化硅，其中二氧化硅的还原形成硅反应产物；
iii)从所述电解池收取所述硅反应产物；和
iv)使用收取的硅反应产物形成用于金属离子电池的电极的至少一部分。
40.权利要求39的方法，其中所述二氧化硅是基底上的表面层。
41.权利要求39的方法，其中所述基底包括硅。
42.权利要求40或权利要求41的方法，进一步包括通过用二氧化硅涂覆所述基底而形成二氧化硅的表面层。
43.权利要求41的方法，进一步包括通过氧化所述基底而形成所述二氧化硅的表面层。
44.权利要求40-43中任一项的方法，其中所述二氧化硅的表面层由掺杂的硅或与金属合金化的硅形成。
45.权利要求40-44中任一项的方法，其中收取所述硅反应产物包括从所述基底移出所述硅反应产物。
46.权利要求45的方法，其中机械地或以超声的方式从所述基底移出所述硅反应产物。
47.权利要求39的方法，其中所述二氧化硅包括二氧化硅颗粒。
48.权利要求47的方法，其中所述阴极进一步包括与所述二氧化硅颗粒混合的硅颗粒。
49.权利要求39-48中任一项的方法，其中所述熔融盐电解质在500℃至1000℃的温度下。
50.权利要求39-49中任一项的方法，其中所述熔融盐电解质包括钙、钡、锶或锂的卤化物或由钙、钡、锶或锂的卤化物组成。
51.权利要求50的方法，其中所述熔融盐电解质为氯化钙。
52.权利要求39-51中任一项的方法，其中所述电解池的阳极为碳阳极或惰性阳极。
53.权利要求52的方法，其中所述电解池具有选自以下的惰性阳极：掺杂有氧化锑和氧化铜的氧化锡；钛酸钙中的钌酸钙；氧化钌和二氧化钛；铁酸镍；基于镍的合金；基于铁的合金；和铁镍合金。
54.权利要求39-53中任一项的方法，其中所述硅反应产物包括硅颗粒和硅针的紧密混合物。
55.权利要求54的方法，其中所述硅针具有小于1×10-6m的平均直径和小于1×10-5m的平均长度。
56.权利要求54或权利要求55的方法，其中所述硅颗粒具有小于1×10-6m的平均直径。
57.权利要求54-56中任一项所述的方法，其中在所述紧密混合物中所述硅颗粒和硅针充分地缠绕，使得所述紧密混合物是自支撑的。
58.权利要求39-57中任一项的方法，其中使用所述硅反应产物包括将收取的反应产物沉积在集流体上。
59.权利要求58的方法，其中所述集流体包括包含碳微纤维的碳纸。
60.权利要求58或权利要求59的方法，其中通过如下而将收取的硅反应产物沉积在所述集流体上：形成包括收取的硅反应产物的浆料并且将所述浆料流延在所述集流体上。
61.权利要求58至60中任一项的方法，其中沉积在所述集流体上的收取的硅反应产物在没有粘合剂的情况下自身附着到所述集流体。
62.能通过前述权利要求中任一项的方法获得的材料。
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【专利技术属性】
技术研发人员：DJ弗雷，PR考克森，H金，
申请(专利权)人：黑硅有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB
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