硅复合材料制造技术

本发明专利技术大体上涉及制备包含纳米级硅和碳的硅复合材料的方法，该方法包括以下步骤：制备硅纳米颗粒和选定形式的碳的分散体；喷雾干燥分散体，以形成基本上球状的硅纳米颗粒；热处理硅纳米颗粒，以热解和/或燃烧掉任何聚合物，并强化硅纳米颗粒；用碳涂覆硅纳米颗粒，以形成Si:C复合材料；以及任选地，在加热步骤(c)或涂覆步骤(d)过程中或在随后的热处理步骤过程中，向复合材料添加诸如锂、镁、氮和卤素气体的额外元素。本发明专利技术还涉及通过这种方法制备的复合材料、由该复合材料制成的负极或正极以及包含该负极或正极的电池。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】

本专利技术涉及在锂基电池中用作负极材料的硅复合材料。尽管下文会参考优选实施方案来描述本专利技术，但本领域技术人员应当认识到，本专利技术的精神和范围可以以许多其他形式体现。

技术介绍

1、在整个说明书中对现有技术的任何讨论都不应视为承认该现有技术是众所周知的或构成本领域公知常识的一部分。

2、随着社会的进步，在电子设备、可再生能源发电系统和电动汽车等领域，能源需求的增加越来越明显。解决这一日益增长的需求的一种方法是借助于改进的电池技术。

3、锂离子电池(lib)由于其高能量密度和稳定的循环寿命，被认为是满足便携式电子设备以及电动汽车和混合动力汽车日益增长的需求的候选者。

4、典型的lib由被液态电解质隔开的锂金属正极和负极组成，液态电解质在两个电极之间传递锂。电池经由电解质将锂从负极向正极放电来提供电力。到目前为止，大多数锂离子电池使用由石墨制成的负极，石墨是排列成六边形的碳片层。这些层之间的宽阔空间为储存电池充电和放电时进出负极的锂原子提供了完美的位置。在负极中能够储存的最大锂量决定了电池的容量，限制了汽车在需要充电之前本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.硅复合材料，其包含重量比为约75:25至约99:1(硅:碳)的纳米级硅和碳，并且其孔隙的体积分数为约20％至约70％。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述纳米级硅与碳的重量比为约90:10至约96:4。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的复合材料，其中所述孔隙的体积分数为约50％至约60％。

4.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料的孔隙在锂化-脱锂化过程中容纳高达约300％的膨胀。

5.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述碳是纤维形式的碳，例如碳纳米管(CNT)和/或薄纳米板，例如石墨烯或氧化...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】

1.硅复合材料，其包含重量比为约75:25至约99:1(硅:碳)的纳米级硅和碳，并且其孔隙的体积分数为约20％至约70％。

2.根据权利要求1所述的复合材料，其中所述纳米级硅与碳的重量比为约90:10至约96:4。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的复合材料，其中所述孔隙的体积分数为约50％至约60％。

4.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述复合材料的孔隙在锂化-脱锂化过程中容纳高达约300％的膨胀。

5.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其中所述碳是纤维形式的碳，例如碳纳米管(cnt)和/或薄纳米板，例如石墨烯或氧化石墨烯或还原氧化石墨烯，或其组合。

6.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其还包含由诸如糖的聚合物前体热解产生的碳，所述糖包含葡萄糖、蔗糖、果糖等。

7.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其用适当厚度的碳涂层密封。

8.根据权利要求7所述的复合材料，其中所述涂层将所述si:c颗粒的可用(有效)表面积减少约50％至约80％。

9.根据权利要求7或8所述的复合材料，其中所述涂层的厚度小于约500nm。

10.根据前述权利要求中任一项所述的复合材料，其用作锂基电池的负极或正极。

11.用于锂基电池的负极或正极，其包含根据权利要求1-9中任一项所述的硅复合材料。

12.用于锂离子电池的半电池，其包含根据权利要求11所述的负极或正极、黏合剂和导电添加剂，复合材料、黏合剂与导电添加剂的重量比为约8:1:1、约9:0.5:0.5、约95:0.2:0.3或约97:1:2。

13.根据权利要求12所述的半电池，其中所述黏合剂为羧甲基纤维素(cmc)/丁苯橡胶(sbr)，且所述导电添加剂为imerys c45炭黑。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的半电池，其中对电极是锂金属。

15.锂离子电池，其包含根据权利要求11所述的负极、正极、电解质和隔膜。

16.制备根据权利要求1-10中任一项的包含纳米级硅和碳的硅复合材料的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：G·爱德华兹，
申请(专利权)人：斯科纳电池技术私人有限公司，
类型：发明
国别省市：