用在锂离子基二次电池中的纳米结构化硅材料及制造方法技术

本发明专利技术涉及由至少硅颗粒组成的硅基材料，其中所述硅颗粒是纳米结构化的且是微米尺寸的，其中颗粒的纳米多孔结构包括完全穿透所述硅颗粒并连接所述颗粒的两个相对表面的定向通道，并且本发明专利技术涉及用于制造由至少如上所述的硅颗粒组成的硅基材料的方法，包括通过低共熔金属硅熔体的受控的定向固化过程产生由金属硅化物相和硅相组成的固化的低共熔金属硅化物硅结构，以及通过化学刻蚀过程溶出固化的低共熔金属硅化物硅结构中的金属硅化物相来形成纳米多孔结构化硅

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用在锂离子基二次电池中的纳米结构化硅材料及制造方法


[0001]本专利技术涉及用于制造硅基颗粒的方法
。
本专利技术还涉及这样的颗粒，其中所述颗粒具有纳米多孔结构
。
[0002]此外，本专利技术涉及包含所述硅材料的锂基电池的阳极和具有这种阳极的锂基电池
。

技术介绍

[0003]硅是一种非常高容量的锂主体材料
。
与石墨相比，它具有十倍的储存锂离子的容量
。
因此，硅可用作高能量密度锂离子基二次电池中的阳极材料
。
然而，硅的应用的主要障碍是与锂
‑
硅合金化过程相关的高体积变化
。
这种体积变化引起含硅阳极中的机械失效，例如颗粒的断裂或硅颗粒与阳极或金属电极中的其它材料的断开
。
为了克服这种失效，还必须很好地设计这种阳极中的阳极组成和硅的结构
。
[0004]已知，当粒径大于约
0.5
μ
m
的硅粉在电池循环下被转变成锂硅合金时，硅粉将断裂和破裂
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
用于制造硅基颗粒的方法，包括：
‑
由作为成分的金属和硅产生低共熔金属
‑
硅熔体；
‑
使所述低共熔金属
‑
硅熔体与过冷衬底接触，同时控制所述衬底与所述熔体接触的时间，以通过所述低共熔金属硅熔体的受控定向固化过程产生由金属硅化物相和硅相组成的固化的低共熔金属硅化物硅板或片，其中形成在垂直于所述衬底的方向上所述硅相的片层或棒和所述金属硅化物相的片层或棒彼此平行的层状或棒状低共熔铸造结构；
‑
通过将所述固化的低共熔金属硅化物硅板或薄片暴露于研磨步骤和蚀刻步骤来产生纳米结构化的和微米尺寸的硅基颗粒，其中所述蚀刻步骤包括暴露于选择性化学蚀刻过程，所述选择性化学蚀刻过程被配置为溶解定向固化的层状或棒状低共熔铸造结构中的所述金属硅化物相的片层或棒，以及在所述硅相中在所述金属硅化物相的溶解的片层或棒的位置处形成平行定向的通道，使得所述硅基颗粒各自在所述金属硅化物相的每个溶解的片层或棒的位置处配置有完全穿透所述硅基颗粒并连接所述硅基颗粒的至少两个表面的通道
。2.
根据权利要求1所述的方法，其中所述硅基颗粒具有在所述至少两个表面之间彼此平行定向的多个通道
。3.
根据前述权利要求1或2中任一项所述的方法，还包括在所述蚀刻步骤之后研磨所述固化的低共熔金属硅化物硅板或片的步骤
。4.
根据前述权利要求1或2中任一项所述的方法，还包括在所述蚀刻步骤之前研磨所述固化的低共熔金属硅化物硅板或片的步骤
。5.
根据前述权利要求1至4中任一项所述的方法，其中所述研磨过程选自球磨
、
鼓磨
、
喷射研磨
。6.
根据权利要求3所述的方法，还包括，当所述研磨步骤在所述蚀刻步骤之后时：
‑
在所述研磨过程期间通过添加含碳材料来提供碳基团聚物在所述硅基颗粒的外表面上的化学键合，所述含碳材料包含选自炭黑
、
石墨
、
硬碳
、
碳纳米管
、
石墨烯
、
乙炔黑和碳纤维中的至少一种
。7.
根据权利要求6所述的方法，包括在所述硅基颗粒的外表面上产生碳基团聚物或碳基颗粒
。8.
根据权利要求7所述的方法，包括在所述硅基颗粒和所述碳基团聚物或碳基颗粒的外表面之间形成碳化硅层
。9.
根据前述权利要求1至8中任一项所述的方法，其中所述金属硅熔体中的金属是铬，并且在所述受控定向固化期间所述低共熔金属硅化物硅结构的结晶速度等于或大于
0.1mm/s。10.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述硅基颗粒中的所述平行定向的通道的直径为
100nm
至
1000nm。11.
根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述硅基颗粒中的两个平行定向的通道之间的壁的最小厚度为
100nm
至
1000nm。12.
由至少硅基颗粒的纳米结构化的且微米尺...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿克塞尔，
申请(专利权)人：易玛吉公司，
类型：发明
国别省市：