包含碳化硅和碳颗粒的复合物制造技术

提供了用于电化学电池中的电极中的硅颗粒。所述硅颗粒可以具有提供小于约87.2°的平均接触角的表面。所述硅颗粒还可以具有从表面延伸约20nm深度的外部区域。所述外部区域可以包含一定量的铝，使得整体测量的所述铝占所述硅颗粒的至少约0.01重量％。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包含碳化硅和碳颗粒的复合物相关申请的交叉引用本申请要求于2017年12月7日提交的第62/596,071号美国临时申请的权益。以上援引的申请的全部内容通过援引并入本文。背景领域本申请总体上涉及硅颗粒。具体地，本申请涉及用于蓄电池电极中的硅颗粒以及包含硅颗粒的复合材料。相关技术描述锂离子蓄电池(battery)通常包括在阳极与阴极之间的分隔物和/或电解质。在一类蓄电池中，分隔物、阴极和阳极材料分别形成片或膜。将阴极、分隔物和阳极的片顺序地堆叠或轧制，使分隔物将阴极与阳极(例如，电极)分隔，以形成蓄电池。典型的电极包括在导电金属(例如，铝和铜)上的电化学活性材料层。可以将膜轧制或切割成块，然后将其层叠成堆叠体。堆叠体具有交替的电化学活性材料以及在它们之间的分隔物。
技术实现思路
在某些实施方案中，提供硅颗粒。硅颗粒可以用于电化学电池中的电极中。硅颗粒可以具有提供小于约87.2°的平均接触角的表面。例如，平均接触角可以为约82°至约87.1°。硅颗粒还可以具有从表面延伸约20nm深度的外部区域。外部区域可以包含一定量的铝，使得整体测量的铝占硅颗粒的至少约0.01重量％。例如，整体测量的铝可以占硅颗粒的约0.01重量％至约1重量％。在一些情况下，整体测量的铝可以占硅颗粒的至少约0.05重量％。例如，整体测量的铝可以占硅颗粒的约0.05重量％至约1重量％。在一些情况下，整体测量的铝可以占硅颗粒的至少约0.1重量％。例如，整体测量的铝可以占硅颗粒的约0.1重量％至约1重量％。作为另一个实例，整体测量的铝可以占硅颗粒的约0.1重量％至约0.6重量％。一些硅颗粒中的外部区域可以包含氧化铝和/或硅化铝。在某些实施方案中，还提供用于包含硅颗粒的各种实施方案的电化学电池中的电极。在各种实施方案中，提供复合材料膜。复合材料膜可以包含大于0重量％且小于约99重量％的硅颗粒。例如，复合材料膜可以包含占复合材料膜的50重量％至99重量％的硅颗粒。作为另一个实例，复合材料膜可以包含占复合材料膜的70重量％至99重量％的硅颗粒。硅颗粒可以具有包含碳化硅或碳和碳化硅的混合物的表面涂层。硅颗粒可以具有从表面涂层延伸约20nm深度的区域。所述区域可以包含一定量的铝，使得整体测量的铝占硅颗粒的至少约0.01重量％。在一些情况下，整体测量的铝可以占硅颗粒的至少约0.1重量％。例如，整体测量的铝可以占硅颗粒的约0.1重量％至约1重量％。作为另一个实例，整体测量的铝可以占硅颗粒的约0.1重量％至约0.6重量％。一些硅颗粒中的区域可以包含氧化铝和/或硅化铝。复合材料膜可以还包含大于0重量％且小于约90重量％的一种或多种类型的碳相。一种或多种类型的碳相中的至少一种可以是基本上连续的相。在一些情况下，为基本上连续的相的一种或多种类型的碳相中的至少一种可以是电化学活性的和导电的。在复合材料膜的一些实施方案中，硅颗粒的平均粒度可以为约0.1μm至约40μm。例如，硅颗粒的平均粒度可以为约1μm至约20μm。在一些情况下，硅颗粒可以为约90％的纯硅至约99％的纯硅。表面涂层可以包含一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)或硅氧化物(SiOx)。表面涂层可以是基本上连续的层。复合材料膜可以是自支撑的。在各种实施方案中，还提供包含复合材料膜的锂离子蓄电池电极。在某些实施方案中，提供形成复合材料的方法。方法可以包括提供包含前驱体和硅颗粒的混合物。方法还可以包括热解前驱体以将前驱体转化成一种或多种类型的碳相。方法还可以包括在硅颗粒的表面上形成碳化硅。硅颗粒可以具有从表面延伸约20nm深度的区域。所述区域可以包含一定量的铝，使得整体测量的铝占硅颗粒的至少约0.01重量％。在一些情况下，整体测量的铝可以占硅颗粒的至少约0.1重量％。例如，整体测量的铝可以占硅颗粒的约0.1重量％至约1重量％。作为另一个实例，整体测量的铝可以占硅颗粒的约0.1重量％至约0.6重量％。在一些情况下，硅颗粒可以包含氧化铝和/或硅化铝。在方法的一些实施方案中，硅颗粒的表面可以提供小于约87.2°的平均接触角。例如，平均接触角可以为约82°至约87.1°。在方法的一些情况中，提供混合物可以包括提供水分处理的硅颗粒。例如，水分处理的硅颗粒可以包括用水处理的硅颗粒、用醇处理的硅颗粒、液体煮沸的硅颗粒、液体倾析的硅颗粒、蒸制的硅颗粒、用水分热处理的硅颗粒和/或用氧化试剂处理的硅颗粒。氧化试剂可以包括氢氧化钾和/或过氧化氢。在方法的一些情况中，提供混合物可以包括向前驱体提供水分。前驱体可以包含聚合物和溶剂。向前驱体提供水分可以包括向聚合物提供水分和/或向溶剂提供水分。溶剂可以包括N-甲基-吡咯烷酮(NMP)和/或水。前驱体可以包含水溶性聚合物。在一些实施方案中，碳化硅和/或一种或多种类型的碳相中的一种可以在硅颗粒上形成基本上连续的层。形成碳化硅可以包括使一种或多种类型的碳相中的一种与硅颗粒反应。使一种或多种类型的碳相中的一种与硅颗粒反应可以包括使一种或多种类型的碳相与硅颗粒的自然硅氧化物层反应。热解前驱体可以包括将混合物加热至约500℃至约1300℃的温度。例如，热解前驱体可以包括将混合物加热至约800℃至约1200℃的温度。作为另一个实例，热解前驱体可以包括将混合物加热至约1175℃的温度。在一些情况下，热解可以包括向混合物提供水分。在方法的一些实施方案中，方法可以包括将混合物浇铸在衬底上、干燥混合物以形成膜、从衬底上移除膜以及将膜放置在热压机中。浇铸混合物可以包括向混合物提供水分。干燥混合物可以包括热处理具有水分的混合物。将膜放置在热压机中可以包括向膜提供水分。附图说明图1A示出了形成复合材料的方法的实施方案，所述方法包括形成包含前驱体的混合物、浇铸混合物、干燥混合物、固化混合物以及热解前驱体；图1B是在硅颗粒上形成碳化硅的示意图示；图2A和图2B是从较大的硅颗粒磨碎的微米尺寸的硅颗粒的一个实施方案的SEM显微照片；图2C和图2D是在表面上具有纳米尺寸特征的微米尺寸的硅颗粒的一个实施方案的SEM显微照片；图2E示出了形成复合材料的方法的示例性实施方案；图3A示意性地示出了示例性水分处理的硅颗粒；图3B示出了形成复合材料的方法的示例性实施方案；图4是在C/2.6的平均倍率下的放电容量的图绘；图5是在C/3的平均倍率下的放电容量的图绘；图6是在C/3.3的平均倍率下的放电容量的图绘；图7是在C/5的平均倍率下的放电容量的图绘；图8是在C/9的平均倍率下的放电容量的图绘；图9是放电容量的图绘；图10是在C/9的平均倍率下的放电容量的图绘；图11A和图11B是对于20重量％Si的固定百分比，作为来自2611c的PI衍生的碳和石墨颗粒的各个重量百分比的函数的可逆容量和不可逆容量的图绘；图12是作为碳的重量百分比的函数的首次循环放电容量的图绘；图13是作为热解温度的函数的可逆(放电)容量和不可逆容量的图绘；图14是4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于电化学电池的电极中的硅颗粒，所述硅颗粒包括：/n提供小于约87.2°的平均接触角的表面；以及/n从所述表面延伸约20nm深度的外部区域，所述外部区域包含一定量的铝以使得整体测量的所述铝占所述硅颗粒的至少约0.01重量％。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171207 US 62/596,0711.用于电化学电池的电极中的硅颗粒，所述硅颗粒包括：
提供小于约87.2°的平均接触角的表面；以及
从所述表面延伸约20nm深度的外部区域，所述外部区域包含一定量的铝以使得整体测量的所述铝占所述硅颗粒的至少约0.01重量％。


2.如权利要求1所述的硅颗粒，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的约0.01重量％至约1重量％。


3.如权利要求1所述的硅颗粒，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的至少约0.05重量％。


4.如权利要求3所述的硅颗粒，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的约0.05重量％至约1重量％。


5.如权利要求1所述的硅颗粒，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的至少约0.1重量％。


6.如权利要求5所述的硅颗粒，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的约0.1重量％至约1重量％。


7.如权利要求6所述的硅颗粒，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的约0.1重量％至约0.6重量％。


8.如权利要求1至7中任一项所述的硅颗粒，其中所述外部区域包含氧化铝。


9.如权利要求1至8中任一项所述的硅颗粒，其中所述外部区域包含硅化铝。


10.如权利要求1至9中任一项所述的硅颗粒，其中所述平均接触角为约82°至约87.1°。


11.用于电化学电池的电极，所述电极包含权利要求1至10中任一项所述的硅颗粒。


12.复合材料膜，包含：
大于0重量％且小于约99重量％的硅颗粒，其中所述硅颗粒具有包含碳化硅、或碳和碳化硅的混合物的表面涂层，其中所述硅颗粒包括从所述表面涂层延伸约20nm深度的区域，并且其中所述区域包含一定量的铝以使得整体测量的所述铝占所述硅颗粒的至少约0.01重量％；以及
大于0重量％且小于约90重量％的一种或多种类型的碳相，其中所述一种或多种类型的碳相中的至少一种是基本上连续的相。


13.如权利要求12所述的复合材料膜，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的至少约0.1重量％。


14.如权利要求13所述的复合材料膜，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的约0.1重量％至约1重量％。


15.如权利要求14所述的复合材料膜，其中所述整体测量的所述铝占所述硅颗粒的约0.1重量％至约0.6重量％。


16.如权利要求12至15中任一项所述的复合材料膜，其中所述区域包含氧化铝。


17.如权利要求12至16中任一项所述的复合材料膜，其中所述区域包含硅化铝。


18.如权利要求12至17中任一项所述的复合材料膜，其中所述复合材料膜包含占所述复合材料膜的50重量％至99重量％的所述硅颗粒。


19.如权利要求18所述的复合材料膜，其中所述复合材料膜包含占所述复合材料膜的70重量％至99重量％的所述硅颗粒。


20.如权利要求12至19中任一项所述的复合材料膜，其中所述硅颗粒的平均粒度为约0.1μm至约40μm。


21.如权利要求20所述的复合材料膜，其中所述硅颗粒的平均粒度为约1μm至约20μm。


22.如权利要求12至21中任一项所述的复合材料膜，其中所述硅颗粒为约90％的纯硅至约99％的纯硅。


23.如权利要求12至22中任一项所述的复合材料膜，其中所述表面涂层包含一氧化硅(SiO)、二氧化硅(SiO2)或硅氧化物(SiOx)。


24.如权利要求12至23中任一项所述的复合材料膜，其中所述表面涂层是基本上连续的层。


25.如权利要求12至24中任一项所述的复合材料膜，其中所述复合材料膜是自支撑的。


26.如权利要求12至25中任一项所述的复合材料膜，其中为基本上连续的相的所述一种或多种类型的碳相中的至少一种是电化学活性的和导电的。


27.锂离子蓄电池电极，包括权利要求12至26中任一项所述的复合材料膜。


28.形成复合材料的方法，包括：
提供包含前驱体和硅颗粒的混合物；以及
热解所述前驱体以将所述前驱体转化成一种或多种类型的碳相；以及
在硅颗粒的表面上形成碳化硅，其中所述硅颗粒包括从所述表面延伸约20nm深度的区域，并且其中所述区域包含一定量的铝以使得整体测量的所述铝占所述硅颗粒的至少约...

【专利技术属性】
技术研发人员：本杰明·容·朴，吉尔·R·佩斯塔纳，刘晓华，弗雷德里克·博恩霍姆，
申请(专利权)人：新强能电池公司，
类型：发明
国别省市：美国;US