【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术的实施方案通常涉及包含第14族元素的球形复合颗粒和包含该颗粒的装置。这些材料通过包括由优先排阻剂促进的多元醇的水热碳化和随后的化学气相渗透(cvi)的方法生产。本专利技术的实施方案通常涉及硅-碳复合材料的生产方法及其物质组合物。所述硅-碳复合物通过如下方法来生产：碳前体材料的水热处理、热解和活化的处理顺序以生产高度微孔的碳颗粒，随后的化学气相渗透以在该微孔的碳颗粒的孔内产生硅，以产生最终的硅-碳复合颗粒。合适的碳前体包括但不限于糖和其它多元醇以及它们的组合。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。通过在升高的温度下将多孔支架暴露于含硅气体(例如硅烷)来实现将硅化学气相渗透(cvi)到所述多孔支架材料的孔中。相关技术描述化学气相渗透cvi是其中气态基材在多孔支架材料内反应的方法。该方法可以用于生产复合材料，例如硅-碳复合物，其中含硅的气体在高温下在多孔碳支架内分解。尽管该方法可以用于制造各种复合材料，但特别关注硅-碳(si-c)复合材料。此类si-c复合材料具有实用性，例如作为储能材料，例如作为锂离子电池组(lib)内的阳极材料。lib有可能替代当前在许多应用中使用的装置。例如，由于在放电期间形成不可逆的、稳定的硫酸盐，当前的铅酸汽车电池组不适于下一代全电动和混合动力电动车辆。锂离子电池组由于其容量和其它考虑因素而成为当前使用的基于铅的系统的可行替代方案。为此，对于开发新的lib阳极材料(特别是硅，其具有比常规石墨高10倍的重量容量)一直存在着浓厚的兴趣。...
【技术保护点】
1.用于制备第14族复合颗粒的方法，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其中所述水性环境任选地包含共溶剂，所述共溶剂包括醇、烷烃、醚、THF、DMSO、DMF、N-甲基吡咯烷酮、乙二醇和乙二醇二甲醚中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中将所述水性环境加热至低于或等于所述优先排阻剂的分解温度的温度。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述多元醇是蔗糖。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述优先排阻剂是：Span 80、聚(丙烯酸)、Triton X或它们的组合。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述多元醇与所述优先排阻剂的比率为1000:1或更低。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述惰性气体是氮气。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述活化气体是二氧化碳、蒸汽或它们的组合。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其还包括搅拌所述水性环境。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述含
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中未浸渍在所述多孔碳骨架内的硅的分数相对于浸渍在所述多孔碳骨架内的硅的分数，Z，小于10。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述将硅浸渍在所述多孔碳骨架内包括将硅纳米颗粒沉积在所述活性炭颗粒的内部骨架内。
13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述第14族颗粒还包含两种或更多种离散的第14族颗粒，并且其中所述离散的第14族颗粒不团聚。
14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述初级活性炭的孔体积为至少0.6cm3/g。
15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中通过化学气相注入(CVI)引入所述含硅气体。
16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其中所述含硅气体是硅烷。
17.如权利要求1-16中任一项所述的方法，其还包括浇铸包含所述第14族颗粒的浆料以制备阳极电极。
18.第14族复合物，其包含：
19.如权利要求18所述的第14族复合物，其中Dv50小于或等于5μm。
20.如权利要求18或19所述的第14族复合物，其中所述多孔碳初级颗粒的单个颗粒是离散的、非团聚的颗粒。
21.如权利要求18-20中任一项所述的第14族复合物，其中Z<5。
22.如权利要求18-21中任一项所述的第14族复合物，其中
23.如权利要求18-21中任一项所述的第14族复合物，其中
24.如权利要求18-23中任一项所述的第14族复合物，其还包含：
25.如权利要求18-24中任一项所述的第14族复合物，其中硅与所述多孔碳初级颗粒的重量百分比为10％至80％。
26.第14族复合物，其包含：
27.包含碳和硅的第14族复合物，其中：
28.如权利要求26或27所述的第14族复合物，其还包含小于30m2/g的表面积。
29.如权利要求26-28中任一项所述的第14族复合物，其还包含通过半电池纽扣电池测量的1300mAh/g的最大容量。
30.如权利要求26-29中任一项所述的第14族复合物，其中Dv50小于或等于5μm。
31.如权利要求26-30中任一项所述的第14族复合物，其中Z<5。
32.如权利要求26-31中任一项所述的第14族复合物，其中phi大于或等于0.2。
33.如权利要求26-31中任一项所述的第14族复合物，其中phi大于或等于0.3。
34.如权利要求26-33中任一项所述的第14族复合物，其中所述多孔碳支架具有0.5至0.8的平均球度。
35.储能装置，其包含权利要求26-34中任一项所述的第14族复合物。
36.如权利要求35所述的储能装置，其中所述储能装置是锂硅电池组或锂离子电池组。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.用于制备第14族复合颗粒的方法，所述方法包括：
2.如权利要求1所述的方法，其中所述水性环境任选地包含共溶剂，所述共溶剂包括醇、烷烃、醚、thf、dmso、dmf、n-甲基吡咯烷酮、乙二醇和乙二醇二甲醚中的一种或多种。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中将所述水性环境加热至低于或等于所述优先排阻剂的分解温度的温度。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其中所述多元醇是蔗糖。
5.如权利要求1-4中任一项所述的方法，其中所述优先排阻剂是：span 80、聚(丙烯酸)、triton x或它们的组合。
6.如权利要求1-5中任一项所述的方法，其中所述多元醇与所述优先排阻剂的比率为1000:1或更低。
7.如权利要求1-6中任一项所述的方法，其中所述惰性气体是氮气。
8.如权利要求1-7中任一项所述的方法，其中所述活化气体是二氧化碳、蒸汽或它们的组合。
9.如权利要求1-8中任一项所述的方法，其还包括搅拌所述水性环境。
10.如权利要求1-9中任一项所述的方法，其中所述含硅气体将硅沉积到所述初级活性炭颗粒的至少一部分表面上。
11.如权利要求1-10中任一项所述的方法，其中未浸渍在所述多孔碳骨架内的硅的分数相对于浸渍在所述多孔碳骨架内的硅的分数，z，小于10。
12.如权利要求11所述的方法，其中所述将硅浸渍在所述多孔碳骨架内包括将硅纳米颗粒沉积在所述活性炭颗粒的内部骨架内。
13.如权利要求1-12中任一项所述的方法，其中所述第14族颗粒还包含两种或更多种离散的第14族颗粒，并且其中所述离散的第14族颗粒不团聚。
14.如权利要求1-13中任一项所述的方法，其中所述初级活性炭的孔体积为至少0.6cm3/g。
15.如权利要求1-14中任一项所述的方法，其中通过化学气相注入(cvi)引入所述含硅气体。
16.如权利要求1-15中任一项所述的方法，其中所述含硅气体是硅烷。
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【专利技术属性】
技术研发人员：亨利·R·克斯坦蒂诺，
申请(专利权)人：一四集团技术公司，
类型：发明
国别省市：
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