【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】硅
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碳复合材料的制造
技术介绍
[0001]本专利技术的实施方案一般地涉及具有克服了提供在多孔碳内夹带非晶纳米尺寸的硅的挑战的性质的硅
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碳复合材料的制造方法。经由化学渗透化学气相渗透以将非晶纳米尺寸硅浸渍到多孔支架的孔内来生产所述硅
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碳复合材料。合适的多孔支架包括但不限于多孔碳支架,例如具有包括微孔(小于2nm)、中孔(2至50nm)和/或大孔(大于50nm)的孔体积的碳。碳支架的合适前驱体包括但不限于糖和多元醇、有机酸、酚化合物、交联剂和胺化合物。合适的复合材料包括但不限于硅材料。硅的前驱体包括但不限于含硅气体,例如硅烷、高阶硅烷(例如二硅烷、三硅烷和/或四硅烷)和/或氯硅烷(例如单氯硅烷、二氯硅烷、三氯硅烷和四氯硅烷)及其混合物。通过在升高的温度下将所述多孔支架暴露于含硅气体(例如,硅烷)来实现硅化学气相渗透(CVI)到多孔支架材料的孔中。多孔碳支架可以是颗粒多孔碳。
[0002]在这方面的关键成果在于获得所需形式的呈所需形状的硅,即非晶纳米尺寸的硅。此外,另一个关键成果在于实现硅浸渍到多孔碳的孔内。还一个关键成果在于实现含硅气体的高利用率,即,实现将高比例的引入CVI反应器中的硅转化成呈非晶纳米尺寸的硅的形式的浸渍到多孔碳的孔中的硅。此类制造方法及由此制造的材料,例如硅
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碳复合材料,可以用作能量存储装置(例如,锂离子电池)的阳极材料。
[0003]相关技术描述
[0004]CVI是其中气态基材在多孔支架材料内反应的方法。该方法 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.制备硅
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碳复合物颗粒的方法,所述方法包括:a.提供包含孔体积的碳支架,其中所述孔体积包含大于70%的微孔;b.将所述多孔碳支架加热至350℃至550℃的温度;c.使所述碳支架与对应于Y
CVI
小于0.5的硅烷原料气体接触,其中Y
CVI
=(硅烷原料气体的摩尔数/小时)/(碳支架的摩尔数);以及d.其中所述方法的X
Si
大于60%,其中X
Si
=100
×
(硅
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碳复合物中的硅的摩尔数)/(硅烷原料气体的摩尔数),其中所述硅
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碳复合物中的硅的摩尔数通过热重分析从所述硅
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碳复合物中的硅含量测定。2.制备硅
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碳复合物颗粒的方法,所述方法包括:a.提供包含孔体积的碳支架,其中所述孔体积包含大于70%的微孔;b.将所述多孔碳支架加热至350℃至550℃的温度;c.使所述碳支架与对应于Y
CVI
小于0.3的硅烷原料气体接触,其中Y
CVI
=(硅烷原料气体的摩尔数/小时)/(碳支架的摩尔数);以及d.其中所述方法的X
Si
大于70%,其中X
Si
=100
×
(硅
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碳复合物中的硅的摩尔数)/(硅烷原料气体的摩尔数),其中所述硅
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碳复合物中的硅的摩尔数通过热重分析从所述硅
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碳复合物中的硅含量测定。3.如权利要求2所述的制备硅
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碳复合物颗粒的方法,其中所述方法的X
Si
大于85%,其中X
Si
=100
×
(硅
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碳复合物中的硅的摩尔数)/(硅烷原料气体的摩尔数),其中所述硅
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碳复合物中的硅的摩尔数通过热重分析从所述硅
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碳复合物中的硅含量测定。4.制备硅
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碳复合物颗粒的方法,所述方法包括:a.提供包含孔体积的碳支架,其中所述孔体积包含大于90%的微孔;b.将所述多孔碳支架加热至350℃至550℃的温度;c.使所述碳支架与对应于Y
CVI
小于0.3的硅烷原料气体接触,其中Y
CVI
=(硅烷原料气体的摩尔数/小时)/(碳支架的摩尔数);d.其中所述方法的X
Si
大于85%,其中X
Si
=100
×
(硅
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碳复合物中的硅的摩尔数)/(硅烷原料气体的摩尔数),其中所述硅
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碳复合物中的硅的摩尔数通过热重分析从所述硅
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碳复合物中的硅含量测定;以及e.其中所述硅
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碳复合物颗粒包含:i.按重量计40%至60%的硅含量;ii.小于10的Z,其中Z=1.875
×
[(M1100
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M)/M1100]
×
100%,其中M1100是硅
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碳复合物在1100℃下的质量,并且M是当硅
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碳复合物在空气中从约25℃加热到约1100℃时,硅
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碳复合物在800℃至1100℃之间的最小质量,通过热重分析所测定;iii.小于30m2/g的表面积;以及iv.大于或等于0.1的其中其中/(区域III中的最大峰高dQ/dV),其中在半电池纽扣电池中测量dQ/dV,并且区域I是0.8V
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0.4V以及区域III是0.15V
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0V。5.如权利要求1所述的制备硅
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碳复合物颗粒的方法,其中所述孔体积包含大于90%的微孔。
6.如权利要求2所述的制备硅
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碳复合物颗粒的方法,其中所述孔体积包含大于90%的微孔。7.如权利要求3所述的制备硅
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碳复合物颗粒的方法,其中所述孔体积包含大于90%的微孔。8.如权利要求1所述的制备硅
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碳复合物颗粒的方法,其中所述硅
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碳复合物颗粒包含小于10m2/g的表面积。9.如权利要求2所述的制备硅
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碳复合物颗粒的方法,其中所述硅
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碳复合物颗粒包含小于10m2/g的表面积。10.如权利要求3所述的制备硅
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碳复合物颗粒的方法,其中所述硅
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碳复合物颗粒包含小于10m2/g的表面积。11.如权利要求4所述的制备硅
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