CN106558687B - 高性能硅阳极用多孔碳化复合材料 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于电化学电池的电极材料，例如锂离子电池或锂硫电池。所述电极可为负的阳极。所述电极材料包括一种复合材料，所述复合材料包括含有碳化材料的多孔基质。所述电极材料进一步包括多个均匀地分散在碳化材料的多孔基质中的硅颗粒。所述多个硅颗粒的每一个都具有大于或等于约5纳米且小于或等于约20微米的平均粒径。

Description

高性能硅阳极用多孔碳化复合材料
技术领域
本发明涉及电化学装置用电极材料，更具体地，涉及用于锂离子和锂硫电化学装置的高性能含硅电极、制造这种含硅电极的方法及其使用方法。
背景技术
该部分提供与本发明内容相关的背景信息，它并不一定是现有技术。
高能密度电化电池，诸如锂离子电池、锂硫电池等等，可用于各种消费品和车辆，比如混合动力电动车(HEVs)和电动车(EVs)等等。典型的锂离子和锂硫电池包括第一电极(例如阴极)、第二电极(例如阳极)、电解质材料和隔板。通常电池组被电连接以增加整体输出。常规的锂离子和锂硫电池通过将锂离子可逆地穿过负极和正极之间来运行。隔板和电解质设置在负极和正极之间。电解质适用于传导锂离子，可以是固体或液体形式。锂离子在电池充电过程中从阴极(正极)移向阳极(负极)，电池放电时以相反的方向移动。
阳极和阴极材料可与电解质接触，在电极之间形成一个电位。当电子电流在电极之间的外部电路产生时，电位靠电池组内的电化学反应来维持。叠层体中的负极和正极的每一个与集电器相连接(尤其是金属，如铜阳极和铝阴极等)。在电池使用过程中，与两个电极相关的集电器通过外部电路连接，其允许电子产生的电流在电极之间穿过以补偿锂离子的传输。
典型的用于形成阳极的电化学活性材料，包括锂石墨嵌入化合物、锂硅嵌入化合物、锂锡嵌入化合物、锂合金。虽然石墨化合物最为普遍，但是近年来，高比容的阳极材料(与常规石墨相比)越来越受重视。例如，硅为人所知具有的锂离子理论容量最高，使其成为可充电锂离子电池最有前途的材料之一。然而，当前含硅的阳极材料具有明显的不足之处。含硅材料在锂插入或提取期间(例如嵌入和脱出)的较大的体积变化(例如，体积膨胀或收缩)会导致阳极开裂、电化学循环性能的下降和库仑充电容量减少(容量衰减)，以及周期寿命受限。
将可取的是，开发高性能负极材料，包含用于高功率锂离子电池的硅，其克服了目前阻碍它们的商业用途普及上，特别是在车辆应用上的缺点。为了长期高效的使用，含硅阳极材料应在锂离子电池长期使用中实现容量衰减最小化和充电容量最大化。
发明内容
这个部分提供了一般性内容，而不是其全部范围或其所有功能的全面公开。
在某些变型中，本发明提供了一种电化学电池用的电极材料，如锂离子电池或锂硫电池等等。电极可以是负极。电极材料包括电化学活性复合材料，其包括包含碳化材料的多孔基质。电极材料进一步包括多个均匀地分散在碳化材料的多孔基质中的颗粒。颗粒可包含硅，包括氧化硅。在备选方面，颗粒可包含其他对酸具有低灵敏度的负极材料。多个可选的颗粒的每一个的平均粒径大于或等于约5纳米且小于或等于约20微米。
在某些其他方面，本发明提供一种包括负极、正极、隔板和电解质的电化学电池。负极包括电化学活性复合材料，其包括包含碳化材料的多孔基质。颗粒可以包含硅，包括氧化硅。在备选方面，颗粒可包含其他对酸具有低灵敏度的负极材料。多个可选的颗粒的每一个的平均粒径大于或等于约5纳米且小于或等于约20微米。
在其他方面，本发明提供了一种电化学电池用的负极材料的制作方法，该电化学电池可以是锂离子电池或锂硫电池。方法包括将pH低于或等于约3的酸与含硅前体和糖的混合物反应，以形成固态多孔前体复合材料。方法进一步包括，将固态多孔前体复合材料加热至大于或等于约300℃或至小于或等于约900℃的温度，持续大于或等于约30分钟，以形成包含基质的多孔复合电极材料，所述基质包含具有多个均匀分散的分布在其中的硅颗粒的碳化材料。在某些方面，加热可以在还原气氛中、惰性气氛中或在负压下进行。
从本文所提供的描述中，其他领域的应用将显而易见。本内容中的说明和具体示例仅是以说明性为目的，而不是旨在限定本发明的范围。
附图说明
本文描述的附图仅仅是为了举例说明选定实施例的目的，而并不是旨在用来限制本发明的范围。
图1是一个示例性的电化学电池组的示意图；
图2A–2D是扫描/透射电子显微图像。图2A(扫描电子显微图像)和2B(透射电子显微图像)示出了根据本发明的某些方面的分层结构的复合颗粒。同时，图2C和2D根据本发明的某些方面是被一层非晶碳包覆的硅纳米颗粒的透射电子显微图像；
图3示出了两种材料的拉曼光谱:根据本发明的一种复合电极材料；以及通过类似方法制成的无硅颗粒的多孔碳化材料；接下来
图4示出了具有硅/碳阳极的锂离子电池的具体容量，根据本发明，其具有超过180个充电和放电周期。
在所有的附图中，对应的附图标记都指代对应的部件。
具体实施方式
现在参考附图，更详细地描述示例性实施例。
通过提供示例性实施例，使得本发明较为详尽，并且将向本领域的技术人员充分传达发明范围。阐述了许多特定细节，诸如特定部件、装置和方法，以便实现对本发明实施例的彻底理解。对于本领域的技术人员显而易见的是，不需要借助具体的描述，示例性实施例可以体现在多种不同的形式，也不应被理解为限制本发明的范围。在一些示例性实施例中，公知的方法、装置结构和技术就不详细来描述了。
本文所使用的术语只是用于描述特定的示例性实施例，而不是旨在使其受限制。如本文所使用，单数形式“一”、“一个”和“所述”可能旨在包含复数形式，除非上下文有明确指出。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”，是包括性的，用来说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件，但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件和/或组件的存在或增加。本文所述的方法步骤、过程和操作不应理解为必定需要以所讨论或所示的具体次序进行，除非特别表明了执行顺序。还可理解的是，可采用附加或替代的步骤。
当元件或层被称为“在”、“接合至”、“连接到”、或“联接到”另一个元件或层上时，它可能是直接在、接合至、连接到或联接到另一元件或层上，或存在中间的元件或层。反之，当元件称为“直接在”、“直接接合至”、“直接连接到”、或“直接联接到”另一元件或层上时，可能就不存在中间的元件或层。其他用来描述元件之间关系的词语应以类似的方式来解释(例如，“在......之间”和“直接在......之间”、“与......相邻”和“与......直接相邻”)。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列出的事物的任何组合和所有组合。
虽然“第一”、“第二”、“第三”等术语在本文可用于描述各种元件、组件、区域、层和/或段，但是这些元件、组件、区域、层和/或段不应被这些术语限制。这些术语可能只是用于将一个元件、组件、区域、层或段与另一区域、层或段区分开。除非上下文中清楚指出，否则当诸如“第一”、“第二”和其他此类的数词用于本文时，不暗含顺序或次序。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或段可以被称为第二元件、部件、区域、层或段，而不脱离开本示例性实施例的教导。
与空间相关的术语，诸如“内部”、“外部”、“在......之下”、“在......下面”、“下”、“在……上面”、“上”等等，可能在本文如同在附图中所示那样，用于便于描述一个元件或特征与另一个元件或特征的关系。与空间相关的术语可旨在包括除了图中描绘的方位之外的在使用或操作中的装置的不同方位。例如，如果附图中的装置被反转，则被描述为在其他元件或特征“在……下面”或“在......之下”的元件将被定向为所述其他元件或特征的“在……上面”。因此，示例性术语“在……下面”可包括在上面和在下面两个方位。装置可以另外的方式定向(旋转90度或者处于其他方位)，并且可以由此相应地解释本文使用的与空间相关的描述词汇。
在整个本发明中，数值代表近似度量或范围限定，包括很小地背离给定值和具有所述数值及确切具有所说数值的实施例。除了在发明详述末尾提供的工作示例之外，无论“约”是否实际出现在数值之前，包括附属权利要求在内的本说明书中的所有参数数值(例如，用量参数数值或条件参数数值)在所有情况下都应被理解为由术语“约”修饰。“约”表示所述数值允许一些轻微的不精确(一定程度上近似于数值中的精确值；近似地或合理地接近数值；几乎)。如果由“约”提供的不精确不在本领域中作此通常意义的另外理解，则本文所使用的“约”表示至少多种变化，其可来自测量及使用这些参数的普通方法。此外，范围的公开包括所有数值的公开及在整个范围内进一步划分的范围，包括所述范围给定的端点。
如本文所使用，术语“组合物”和“材料”被互换使用，泛指至少包含优选的化合物的物质，但其还可以包含包括杂质在内的附加物质或化合物。
本发明技术涉及改进的电化学电池，包括电池组，特别是可用于汽车应用中的锂离子电池和锂硫电池。图1中示出了电池20代表性的示意图。电池可以是锂离子电化学电池或锂硫电化学电池。电池20包括负极22、正极24、及设置在电极22和电极24之间的隔板30(例如，微孔聚合物隔板)。隔板26包括电解质30，其也可存在于负极22和正极24中。负极集流器32可置于或靠近置于负极22，正极集流器34可置于或靠近置于正极24。负极集流器32和正极集流器34分别将游离电子收集和移动到外电路40，及从外电路40收集和移动游离电子。可中断外电路40和负载42连接负极22(通过其集流器32)和正极24(通过其集流器34)。负极22、正极24及隔板26中每一个可进一步包括可传导锂离子的电解质30。隔板26通过夹在负极22和正极24之间用作电绝缘体和机械支架，来阻止物理接触，进而阻止发生短路。除了为电极22和电极24之间提供物理障碍之外，隔板26还能够提供用于锂离子(和相关离子)内部通道的最小电阻路径，从而有利于促进电池20的功能。
当负极22包含相对大量的嵌入锂离子时，外电路40闭合(连接到负极22和正极24)。此时，电池20在通过可逆电化学反应引起的放电期间，能够产生电流。正极24和负极22之间的化学电势差，驱使通过负极22上的嵌入锂的氧化产生的电子，经由外电路40朝向正极24运动。同样由负极产生的锂离子能同时经由电解质30和隔板26转移到正极24。电子流经外电路40，锂离子迁移穿过电解质30中的隔板26，从而在正极24处形成嵌入锂。流经外电路18的电流能用于引导通过负载装置42，直到负极22中的嵌入锂耗尽，电池20的容量减小。
通过连接将外部电源连接到锂离子电池20，以转变电池放电期间所发生的电化学反应，可随时对电池20进行充电或再补充电能。将外部电源连接到电池20可迫使正极24处的嵌入锂发生原本非自发的氧化，从而产生电子和锂离子。经由外电路40流回负极22的电子，和穿过隔板26回到负极22的电解质30携带的锂离子，在负极22处重新结合，并用嵌入锂重新充满负极22以用于在下一次电池放电循环中消耗。可用于为电池20充电的外部电源可根据电池20的大小、构造及具体最终用途而变化。一些显著的、示范性的外部电源包括但不限于:AC壁装电源插座和机动车交流发电机。在很多锂离子电池和锂硫电池的构造中，负极集电器32、负极22、隔板26、正极24及正极集流器34的每个都制备为相对较薄的层(例如，厚度为微米、毫米或更薄)并以并联连接方式多层组装，从而形成合适的能量套件。
另外，电池20可包括各种其他本文未做描述的组件，但都是本领域技术人员已知的。例如，锂离子电池20可包括壳体、垫片、端子盖帽及其他任何可置于电池20的常规组件或材料，包括在负极22、正极24、和/或隔板26之间或周围，作为非限定性的示例。如上所述，电池20的大小和形状可根据其设计的具体应用而变化。例如，蓄电池车辆和手持式消费者电子装置是电池20最有可能设计为不同大小、容量及输出功率规格的两个示例。如果负载装置42对其有需要，电池20还可以与其他类似的锂离子电池或电池相互串联或并联，以产生更大的电压输出和功率密度。
因此，电池20可为负载装置42产生电流，该装置可被可操作地连接到外电路40。当锂离子电池20放电时，负载装置42可完全或部分地由经过外电路40的电流来供电。虽然负载装置42可以是任何数量的已知的电动装置，几个电力消耗负载装置具体的示例包括用于混合动力车辆或全电动车辆的电动机、笔记本电脑、平板电脑、移动电话和无绳电动工具或仪器，作为非限制性的示例。负载装置42还可以是电力产生设备，其出于储存能量的目的对电池20进行充电。
任何适当电解质30，无论是固体形式还是溶液形式，能够在负极22和正极24之间传导锂离子，就可用于锂离子电池20。在某些方面，电解质溶液可以是无水液体电解质溶液，其包括溶解于有机溶剂或有机溶剂的混合物中的锂盐。多种常规的无水液体电解质30溶液可用于锂离子电池20中。可溶解于有机溶剂中来形成无水液体电解质溶液的锂盐的非限制性列表中，包括LiPF6、LiClO4、LiAlCl4、LiI、LiBr、LiSCN、LiBF4、LiB(C6H5)4、LiAsF6、LiCF3SO3、LiN(CF3SO2)2和它们的组合。这些锂盐和其他类似的锂盐可溶解于多种有机溶剂中，包括但不限于:多种碳酸烷基酯，诸如环状碳酸酯(碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯(BC))、无环碳酸酯(碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸甲乙酯(EMC))、脂族羧酸酯(甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯)、γ-内酯(γ-丁酸内酯、γ-戊酸内酯)、链结构醚(1，2-二甲氧基乙烷、1-2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷)、环状醚(四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃)以及它们的混合物。
在一个实施例中，隔板30可包括包含了聚烯烃的微孔聚合物隔板。聚烯烃可以是均聚物(来自单个单体组分)或杂聚物(来自多于一种的单体组分)，其可以是直链性或支链性。如果杂聚物来自两种单体组分，聚烯烃可假设为任何共聚物链的组合，包括那些嵌段共聚物或无规共聚物。类似地，如果聚烯烃是来自多于两种的单体组分的杂聚物，它同样可以是嵌段共聚物或无规共聚物。在某些方面，聚烯烃可以是聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)或PE和PP的混合物。
当隔板30是微孔聚合物隔板时，其可以是单层或多层层压体，该层压体可用干式或湿式工艺制造。例如，在一个实施例中，单层的聚烯烃可形成整个微孔聚合物隔板30。在其他方面，隔板30可以是具有大量在相对表面之间延伸的孔的纤维膜，并且(例如)可具有小于1mm的厚度。然而作为另一个示例，相似或不相似的聚烯烃的多个分立层可组装形成微孔聚合物隔板30。微孔聚合物隔板30还可包括除了聚烯烃以外的其他聚合物，诸如但不限于，聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVDF)和/或聚酰胺。聚烯烃层和其他可选的聚合物层可进一步包括在微孔聚合物隔板30中，作为纤维层来帮助向微孔聚合物隔板30提供适当的结构和孔隙特征。可想到的是，多种用于形成隔板30的常规可用的聚合物和商业产品，以及许多可用于产生这种微孔聚合物隔板30的制造方法。
在锂离子电池中，正极24可以由锂基活性材料形成，该材料可足以经受在作为锂离子电池20的正极端子期间的锂的嵌入和脱出。正极24可包括聚合物粘合材料，用以结构性地强化锂基活性材料。一个示例性的常见的可用于形成正极24的已知材料的类别是层状锂过渡金属氧化物。例如，在某些实施例中，正极24可包括至少一种尖晶石，其包括过渡金属如锂锰氧化物(Li(1+x)Mn(2-x)O4，其中0≤x≤1，其中典型x值为小于0.15，包括LiMn2O4、锂锰镍氧化物(LiMn(2x)NixO4，其中0≤x≤1(例如，LiMn1.5Ni0.5O4))、锂钴氧化物(LiCoO2)、锂锰氧化物(LiMn2O4)、锂镍氧化物(LiNiO2)、锂镍锰钴氧化物(Li(NixMnyCoz)O2，其中0≤x≤1，0≤y≤1，0≤z≤1，并且x+y+z＝1，包括LiMn0.33Ni0.33Co0.33O2)、锂镍钴金属氧化物(LiNi(1-xy)CoxMyO2)，其中0<x<1，y<1，并且M可以是铝、锰等、其他已知的锂-过渡金属氧化物或混合氧化物锂铁磷酸盐，或铁锂阴离子氧化物，如磷酸铁锂(LiFePO4)或铁锂氟磷酸盐(Li2FePO4F)。这样的活性材料可以与至少一种聚合物粘合剂进行混合，例如通过浆料浇铸活性材料与以下粘合剂，如聚偏二氟乙烯(PVDF)、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)橡胶或羧甲基纤维素(CMC)。正极集流器34可以由铝或本领域已知的技术人员的任何其他适当的导电材料来形成。
在锂硫电池中，正极包括作为正极活性材料的硫基化合物。硫基化合物可选自以下中至少一种:单质硫、Li2Sn(其中n大于或等于1)、溶解于阴极电解液的Li2Sn(其中n大于或等于1)、有机硫化合物和碳硫聚合物((C2Sx)n:其中x＝2.5，并且n大于或等于2)。正极也可包括能有助于电子在正极中的移动的导电材料。例如，石墨、碳基材料或传导性聚合物。作为非限制性的示例，碳基材料可包括凯琴黑、登卡黑、乙炔黑、碳、黑等等。传导性聚合物的示例包括聚苯胺、聚噻吩、聚乙炔、聚吡咯等等。传导性材料可被单独使用或是作为两种或多种材料混合物使用。正极也可包括如前面所述的聚合物粘合剂。
在某些方面，电极可以是负极(例如，阳极)。电极材料包括电化学活性复合材料。电极材料包括包含了多孔基质的复合材料，该多孔基质包括可以是碳的碳化材料，并且多个颗粒均匀地分散在碳化材料的多孔基质中。颗粒可包括硅、氧化硅和其他对酸不敏感的负极材料。作为示例，包含硅的颗粒可包括硅或含硅的二元和三元合金和/或含锡合金，诸如Si-Sn、SiSnFe、SiSnAl、SiFeCo、SnO2等等。在某些变型中，多个颗粒中的每个具有大于或等于约5纳米以及小于或等于约20微米的平均粒径。在某些变型中，平均粒径可在大于或等于约5纳米到小于或等于约200纳米之间，可选地可在大于或等于约50纳米到小于或等于约150纳米之间，并且在某些变型中可为约100纳米。多个含硅颗粒能够在电化学电池充电期间接受锂离子的插入(“嵌入”)以及在电化学电池放电期间放出锂离子(“脱出”)。另外，多孔基质中的碳化材料是导电的。因此，多孔基质是电化学活性多孔基质。在某些变型中，碳化材料的多孔基质可包括多个分层复合颗粒，每个分层复合颗粒包括多个硅纳米颗粒。多个分层复合颗粒中的每个具有大于或等于约0.5微米以及小于或等于约50微米的平均粒径。
如上所述，含硅颗粒在嵌入期间经受了明显的体积膨胀。例如，锂插入后的硅颗粒的体积可以是在锂插入前或锂放出后的硅的体积的四(4)倍大。碳化材料的基质中的孔能够在充电期间接受含硅颗粒的大体积膨胀。在某些方面，本发明的多孔材料是有利的，因为其减少了循环过程中颗粒间电接触损失的发生，由此增加了电极的整体性。
在某些方面，碳化材料的多孔基质中的多个硅颗粒的装载密度大于或等于约0.1毫克/平方厘米且小于或等于约20毫克/平方厘米。电化学活性复合材料中包含硅的多个颗粒的堆积密度可大于或等于约5％，且小于或等于约90％。在另一个实施例中，复合材料中的多个颗粒的堆积密度大于或等于约5％且小于或等于约80％。在其他变型中，复合材料中的多个颗粒的堆积密度大于或等于约5％且小于或等于约75％。分层复合材料颗粒的平均直径的广泛范围，实现了高堆积密度。较高的堆积密度是有利的，因为它们产生了更高的能量密度。然而，较低的堆积密度是理想的，可用以引起并允许更大的硅扩展。因此，在较高的堆积密度下增加电极的孔隙率可能是有益的。
本发明的负极材料可在常规电极形成工艺中使用。可在更高的堆积密度下增加电极的孔隙率。负极可包括本发明的负极材料和聚合物粘合剂，其可以是离聚物。本发明的电极材料的导电性可以使粘合剂中不需含碳黑。因此，在一些方面，本发明构想了一种基本上不含碳黑颗粒的负极。“基本上不含”是指碳黑颗粒并非有意添加到负极中。
图2A是多个分层复合材料颗粒200的扫描电子显微图像。多个分层复合材料颗粒200中的每个包括碳化基质210和多个硅纳米颗粒220。因此，分层复合材料颗粒可认为是簇或分层复合材料颗粒的网络。在某些变型中，多个分层复合材料颗粒200中的每个具有大于或等于约0.5微米且小于或等于约50微米的平均直径。
图2B是单个分层复合材料颗粒230的透射电子显微图像。分层复合材料颗粒230包括一个碳化基质240和多个硅纳米颗粒250。
图2C是硅纳米颗粒260的透射电子显微图像。图2D是硅纳米颗粒270的高分辨率透射电子显微图像。硅纳米颗粒270的表面272涂覆有一层碳化材料280。应注意的是，硅纳米颗粒的至少一部分被涂覆有一层碳化材料。例如，在某些变型中，一个硅纳米颗粒大于或等于约30％的表面积上涂覆有碳化材料，可选地大于或等于约40％，可选地大于或等于约50％，可选地大于或等于约60％，可选地大于或等于约70％，可选地大于或等于约80％，可选地大于或等于约90％，可选地大于或等于约95％，可选地大于或等于约97％，可选地大于或等于约98％，可选地大于或等于约99％，并且在某些变型中，硅纳米颗粒的100％涂覆有碳化材料。
还提供了一种制造锂离子电池或锂硫电池中使用的负极材料的方法。在一个实施例中，方法包括:令含硅前体与糖的混合物和pH值至少约为3的酸进行反应，以形成复合材料前体材料。方法可将复合材料前体材料加热到大于或等于约300℃至小于或等于约900℃的温度，可选地大于或等于约500℃至小于或等于约900℃的温度。加热可在大于或等于三十(30)分钟的持续时间进行。虽然加热和该方法可在大气条件下进行(例如，在空气中)，但在某些方面，该方法在惰性环境(在惰性气氛下)、还原环境(还原气氛下)、或在真空(负压气氛下)内进行，以减小或防止硅的氧化。
硅和糖混合物可以是基本上均匀的。起始混合物中硅前体与糖的重量比可为约1:4至约9:1。在某些变型中，使用1:1的含硅前体与糖的重量比。含硅前体可以是一种粉末。例如，含硅前体可为具有约100纳米平均粒度的纳米粉末。
可以使用包含碳、氢和氧的任何糖。在某些方面，糖可以选自:蔗糖、麦芽糖、乳糖、果糖、葡萄糖、半乳糖以及它们的组合。在一种变型中，可以使用低成本而广泛使用的糖，如蔗糖(C12H22O11)。
在某些实施例中，酸的pH为小于或等于约3，可选地小于或等于约2，可选地小于或等于约1.5，并且在某些方面，可选地小于或等于约1。酸可以是具有高浓度的硫酸(H2SO4)，例如，按在水中的重量计，可选地大于或等于约90％。酸与硅糖混合物的重量比可为约10:1至约1:1。酸可以引入到硅糖混合物中。例如，酸可以直接倒入硅糖混合物。不需要搅拌，反应有放热。因此，通过该反应发生了脱水过程。所得物质是膨胀多孔前体碳纤维复合材料，整个均匀地分布有硅颗粒。例如，在浓硫酸倒入硅颗粒和糖的混合物中时，脱水过程通过下列反应产生一种膨胀复合材料:C12H22O11(固)+H2SO4(水溶液)+1/2O2(气)→11C(固)+CO2(固)+12H2O(气)+SO2(气)。
膨胀多孔前体碳纤维复合材料接下来被加热以形成根据本发明各种方面的碳化碳复合材料。在一个实施例中，方法包括加热多孔前体碳纤维复合材料到至少300℃。在其他方面中，方法包括多孔前体碳纤维复合材料加热到至少500℃。温度可以保持大于或等于约30分钟。例如，在一个实施例中，至少500℃的高温保持2小时。在其他实施例中，温度可高达900℃。这个过程用于进一步还原并碳化基质中的材料。
电极材料是整个均匀分布有含硅颗粒的多孔电化学活性碳复合材料。更具体地，每个含硅颗粒可涂覆有一薄层碳化材料。碳包覆的含硅颗粒接下来分布在整个碳化基质中。颗粒之间的自由空间可容纳含硅颗粒在充电过程中接受锂离子而产生的膨胀。与传统的含硅电极材料相比，本发明的电极材料中的自由空间，减少了电极裂化，增加了电化学循环性能，增加了库仑充电容量，并延长了周期寿命。另外，该方法提供了用碳材料涂覆含硅颗粒，并用碳基质键合含硅颗粒，以增强导电性。如其他地方所讨论，由于高导电性复合材料，碳化基质可能无需添加任何导电碳黑颗粒到电极。
示例:
在一个实验中，10克100纳米直径的硅纳米粉末前体与30克蔗糖(C12H22O11)相混合。硅糖混合物在大气条件下，加入到玻璃烧杯中。20毫升90％水中重量的硫酸(H2SO4)倒在硅糖混合物上，无需搅拌。糖与硫酸之间的放热反应产生一种多孔复合材料，其包括多孔碳基质和多个均匀分散的硅颗粒。然后该多孔碳基质被加热到500℃，并在500℃保持2小时以使得多孔基质碳化。
使用常规电极制造工艺，就可以形成一种包含前述过程的材料和褐藻酸钠粘合剂的电极。
在图3中，y轴显示了拉曼强度(210)，同时在x轴上以cm-1显示了波数(200)。无内嵌硅颗粒的多孔碳化碳材料如220所示。包含碳化基质的多孔复合材料如230所示，所示碳化基质具有根据本发明的内嵌硅。如约500cm-1(240)处的峰值所指示，至少部分硅颗粒与碳化材料键合。这些碳-硅键增加了电极材料的导电性。
在图4中，y轴比容量(310)的单位为mAh/g，同时循环数显示在x轴(300)上。包含硅纳米粉的常规电极如320所示。本示例的多孔复合电极如330所示。与包含硅纳米粉的常规电极相比，结果通常表明本发明的多孔复合电极材料的循环性能得到了改善。
在某些变型中，本发明提供了一种用于电化学电池的电极材料，例如锂离子电池或者锂硫电池。电极可以是负的阳极。电极材料包括电化学活性复合材料，所述电化学活性复合材料包括包含碳化材料的多孔基质。电极材料进一步包括多个均匀地分散在碳化材料的多孔基质中的颗粒。颗粒可以包含硅。多个颗粒中的每一个可选地具有大于或等于约5纳米以及小于或等于约20微米的平均粒径，或者以上所讨论的任一平均粒径。多个颗粒在电化学电池或者蓄电池的充电期间能够接受锂离子的嵌入，并且在电化学电池或者蓄电池的放电期间能够释放锂离子。在某些方面，多个颗粒中的每一个的部分表面都涂覆有一层碳化材料。如上所述，在某些方面，该部分表面可以涵盖基本上所有暴露的颗粒表面，例如，多至100％的表面积。碳化材料可选地包括多个分层复合颗粒，其中所述多个分层复合颗粒中的每一个都具有大于或等于约5纳米以及小于或等于约20微米的平均粒径。
碳化材料的多孔基质中的多个硅颗粒的装载密度大于或等于约0.1mg/cm2且小于或等于约20mg/cm2。复合材料中的多个硅颗粒的填充密度按体积计大于或等于约5％且小于或等于约90％。在其他变型中，复合材料中的多个硅颗粒的填充密度按体积计大于或等于约5％且小于或等于约75％。多个硅颗粒中的至少一部分与碳化材料化学键合。
在其他方面，本发明构想了一种电化学电池，其可以是锂离子电池或锂硫电池。电化学电池可包括负极、正极、隔板和电解液。负极可以是前面段落中所述的任何材料。例如，负极包括电化学活性复合材料，所述电化学活性复合材料包括碳化材料的多孔基质。电化学活性复合材料还包括均匀地分散在多孔基质中的多个含硅颗粒。多个颗粒中的每一个可选地具有大于或等于约5纳米以及小于或等于约20微米的平均粒径。负极可基本上不含碳黑颗粒。在某些变型中，电化学电池的正极可包括电化学活性含硫材料。
在其他变型中，本发明提供了一种制备电化学电池的负极材料的方法，所述电化学电池可为锂离子电池或者锂硫电池。方法包括将pH低于或等于约3的酸与含硅前体和糖的混合物反应，以形成固态多孔前体复合材料。方法还包括将固态多孔前体复合材料加热至大于或等于约500℃至小于或等于约900℃的温度，持续大于或等于30分钟，以形成包括含有碳化材料的基质的多孔复合电极材料，所述碳化材料具有多个均匀分散的硅颗粒分布其中。
在某些方面，硅前体是颗粒尺寸(例如，平均粒径)为约100纳米的粉末。糖可以选自:蔗糖、麦芽糖、乳糖、果糖、葡萄糖、半乳糖及它们的组合。在某些方面，糖可以是蔗糖(C12H22O11)。酸可包括浓度可选地地大于或等于约90％的硫酸(H2SO4)。在其他方面，硅前体和糖的混合物的重量比为1:4至1:9，并且可选地为1:1。在其他方面，硅前体和糖的混合物与酸的重量比为10:1至1:1。
出于说明和描述的目的，之前已提供了对实施例的描述。其并不旨在是穷举的或者限制本发明。特定实施例的单个元素或者特征通常并不限于特定实施例，但是，在适用的情况下是可以互换的，并且可以用于选定的实施例，即使未具体示出或者描述。同样的情况还可以以许多方式变化。这种变化不应视为背离本发明，并且所有的这种修改都旨在包括在本发明的范围内。

Claims (4)

1.一种制备电化学电池的负极材料的方法，所述方法包括：
将pH低于或等于3的酸与含硅前体和糖的混合物反应，以形成固态多孔复合前体材料；以及
将所述固态多孔前体复合材料加热至大于或等于500℃至小于或等于900℃的温度，持续大于或等于三十分钟，以形成包含基质的多孔复合电极材料，所述基质包括碳化材料和多个分布其中的含硅的均匀分散的颗粒，
其中所述含硅前体是平均粒径大于或等于5纳米以及小于或等于20微米的粉末，并且所述酸包括硫酸。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述糖包括蔗糖。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述糖选自：蔗糖、麦芽糖、乳糖、果糖、葡萄糖、半乳糖及它们的组合。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述含硅前体与所述糖的所述混合物具有硅与糖的重量比为1:4至9:1，所述含硅前体和糖的混合物与所述酸的重量比在10:1至1:1的范围内。
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Families Citing this family (34)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10326136B2 (en) 2015-09-29 2019-06-18 GM Global Technology Operations LLC Porous carbonized composite material for high-performing silicon anodes
US10396360B2 (en) 2016-05-20 2019-08-27 Gm Global Technology Operations Llc. Polymerization process for forming polymeric ultrathin conformal coatings on electrode materials
US10164245B2 (en) 2016-09-19 2018-12-25 GM Global Technology Operations LLC High performance silicon electrodes having improved interfacial adhesion between binder, silicon and conductive particles
US10424784B2 (en) 2016-10-28 2019-09-24 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode including silicon nanoparticles having a carbon coating thereon
WO2018165825A1 (en) 2017-03-13 2018-09-20 GM Global Technology Operations LLC Methods to stabilize lithium titanate oxide (lto) by surface coating
CN110603679B (zh) 2017-03-13 2022-08-02 通用汽车环球科技运作有限责任公司 通过电解质预处理稳定钛酸锂氧化物(lto)的方法
US10622621B2 (en) 2017-03-31 2020-04-14 GM Global Technology Operations LLC Methods for making patterned, thick, silicon-containing electrodes
US11133498B2 (en) * 2017-12-07 2021-09-28 Enevate Corporation Binding agents for electrochemically active materials and methods of forming the same
US10637048B2 (en) * 2018-05-30 2020-04-28 GM Global Technology Operations LLC Silicon anode materials
GB201818235D0 (en) 2018-11-08 2018-12-26 Nexeon Ltd Electroactive materials for metal-ion batteries
GB2580033B (en) 2018-12-19 2021-03-10 Nexeon Ltd Electroactive materials for metal-Ion batteries
GB201818232D0 (en) 2018-11-08 2018-12-26 Nexeon Ltd Electroactive materials for metal-ion batteries
US10508335B1 (en) 2019-02-13 2019-12-17 Nexeon Limited Process for preparing electroactive materials for metal-ion batteries
JP2022515227A (ja) 2018-12-21 2022-02-17 ネクシオン リミテッド 金属イオン電池用電気活性材料を作製する方法
US10950846B2 (en) * 2019-01-03 2021-03-16 GM Global Technology Operations LLC Method for in situ growth of axial geometry carbon structures in electrodes
US10892481B2 (en) 2019-02-13 2021-01-12 GM Global Technology Operations LLC Methods of pre-lithiating electroactive material and electrodes including pre-lithiated electroactive material
US11374218B2 (en) 2019-08-21 2022-06-28 GM Global Technology Operations LLC Multilayer siloxane coatings for silicon negative electrode materials for lithium ion batteries
US11316142B2 (en) 2019-09-17 2022-04-26 GM Global Technology Operations LLC Methods for fabricating silicon-based electrodes comprising naturally occurring carbonaceous filaments and battery cells utilizing the same
US11398622B2 (en) 2019-10-25 2022-07-26 Lyten, Inc. Protective layer including tin fluoride disposed on a lithium anode in a lithium-sulfur battery
US11342561B2 (en) 2019-10-25 2022-05-24 Lyten, Inc. Protective polymeric lattices for lithium anodes in lithium-sulfur batteries
US11489161B2 (en) 2019-10-25 2022-11-01 Lyten, Inc. Powdered materials including carbonaceous structures for lithium-sulfur battery cathodes
US11309545B2 (en) 2019-10-25 2022-04-19 Lyten, Inc. Carbonaceous materials for lithium-sulfur batteries
US11843110B2 (en) 2019-10-30 2023-12-12 GM Global Technology Operations LLC Methods for controlling formation of multilayer carbon coatings on silicon-containing electroactive materials for lithium-ion batteries
US11749832B2 (en) 2019-11-20 2023-09-05 GM Global Technology Operations LLC Methods for pre-lithiating lithium ion batteries
US10964940B1 (en) 2020-09-17 2021-03-30 Nexeon Limited Electroactive materials for metal-ion batteries
KR20210113878A (ko) 2020-03-09 2021-09-17 삼성전자주식회사 전고체 이차 전지 및 그 제조방법
US11735724B2 (en) 2020-10-30 2023-08-22 GM Global Technology Operations LLC Silicon-containing negative electrodes, electrochemical cells, and methods of making the same
CN114597348A (zh) 2020-12-02 2022-06-07 通用汽车环球科技运作有限责任公司 通过轧制制得电极的制造方法
US11367895B1 (en) 2021-07-23 2022-06-21 Lyten, Inc. Solid-state electrolyte for lithium-sulfur batteries
US11404692B1 (en) 2021-07-23 2022-08-02 Lyten, Inc. Lithium-sulfur battery cathode formed from multiple carbonaceous regions
US11735745B2 (en) 2021-06-16 2023-08-22 Lyten, Inc. Lithium-air battery
US11670826B2 (en) 2021-07-23 2023-06-06 Lyten, Inc. Length-wise welded electrodes incorporated in cylindrical cell format lithium-sulfur batteries
US11600876B2 (en) 2021-07-23 2023-03-07 Lyten, Inc. Wound cylindrical lithium-sulfur battery including electrically-conductive carbonaceous materials
EP4343889A1 (en) * 2021-11-27 2024-03-27 Lanxi Zhide Advanced Materials Co., Ltd. Nano-silicon-oxygen-carbon structure composite material and preparation method therefor, negative electrode and electrochemical device

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1767234A (zh) * 2005-09-12 2006-05-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种室温下制备硅/碳复合锂离子电池负极材料的方法
CN101299397A (zh) * 2008-03-21 2008-11-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 多孔碳电极材料及其制备方法
CN102089240A (zh) * 2008-07-15 2011-06-08 杜伊斯堡-艾森大学 插入硅和/或锡的多孔碳基底
CN102509781A (zh) * 2011-10-27 2012-06-20 上海交通大学 硅碳复合负极材料及其制备方法
CN103137953A (zh) * 2011-11-22 2013-06-05 三星电子株式会社 复合负极活性材料、其制备方法和包括其的锂二次电池

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5352493A (en) * 1991-05-03 1994-10-04 Veniamin Dorfman Method for forming diamond-like nanocomposite or doped-diamond-like nanocomposite films
CN100456533C (zh) * 2005-11-14 2009-01-28 松下电器产业株式会社 非水电解质二次电池用负极及其制造方法、以及二次电池
US8828481B2 (en) 2007-04-23 2014-09-09 Applied Sciences, Inc. Method of depositing silicon on carbon materials and forming an anode for use in lithium ion batteries
US7736805B2 (en) 2007-05-16 2010-06-15 Gm Global Technology Operations, Inc. Lithium hydride negative electrode for rechargeable lithium batteries
KR100998618B1 (ko) * 2007-06-29 2010-12-07 (주)넥센나노텍 탄소 나노 섬유를 혼성화시킨 실리콘계 리튬 이차전지용음극 활물질
US9356281B2 (en) 2008-05-20 2016-05-31 GM Global Technology Operations LLC Intercalation electrode based on ordered graphene planes
US8399138B2 (en) 2009-10-14 2013-03-19 GM Global Technology Operations LLC Liquid rechargeable lithium ion battery
US8420259B2 (en) 2009-10-14 2013-04-16 GM Global Technology Operations LLC Electrodes including an embedded compressible or shape changing component
US8101152B1 (en) 2010-08-18 2012-01-24 GM Global Technology Operations LLC Sonochemical synthesis of titanium-containing oxides
US20120100403A1 (en) 2010-10-26 2012-04-26 Gm Global Technology Operations, Inc. Electrolytic cell and method of estimating a state of charge thereof
US9153819B2 (en) 2011-02-27 2015-10-06 GM Global Technology Operations LLC Negative electrode for a lithium ion battery
US20120229096A1 (en) 2011-03-08 2012-09-13 GM Global Technology Operations LLC Method of depositing silicon on carbon nanomaterials and forming an anode for use in lithium ion batteries
US8642201B2 (en) 2011-03-25 2014-02-04 GM Global Technology Operations LLC Liquid-metal negative electrode for lithium-ion batteries
US8658295B2 (en) 2011-03-25 2014-02-25 GM Global Technology Operations LLC Self healing lithium-ion battery negative electrodes, product including same, and methods of making and using same
US8835056B2 (en) 2011-05-24 2014-09-16 GM Global Technology Operations LLC Lithium ion secondary battery electrode and method of forming same
US8679680B2 (en) 2011-06-03 2014-03-25 GM Global Technology Operations LLC Mitigation of mechanical degradation in lithium battery materials using biconcave electrode particles
US20120328927A1 (en) 2011-06-24 2012-12-27 GM Global Technology Operations LLC Electrochemical devices and rechargeable lithium ion batteries
US9142830B2 (en) 2011-09-16 2015-09-22 GM Global Technology Operations LLC Phase separated silicon-tin composite as negative electrode material for lithium-ion batteries
US20130099159A1 (en) 2011-10-25 2013-04-25 GM Global Technology Operations LLC Production of metal or metalloid nanoparticles
CN103107315B (zh) * 2011-11-10 2016-03-30 北京有色金属研究总院 一种纳米硅碳复合材料及其制备方法
US8440350B1 (en) 2011-11-10 2013-05-14 GM Global Technology Operations LLC Lithium-ion battery electrodes with shape-memory-alloy current collecting substrates
US9362551B2 (en) 2011-12-20 2016-06-07 GM Global Technology Operations LLC Reinforced battery electrodes
US9583767B2 (en) 2012-01-05 2017-02-28 GM Global Technology Operations LLC Methods for making battery electrode systems
US9139441B2 (en) * 2012-01-19 2015-09-22 Envia Systems, Inc. Porous silicon based anode material formed using metal reduction
US9012075B2 (en) 2012-01-23 2015-04-21 GM Global Technology Operations LLC Fade-resistant high capacity electrodes for a lithium-ion battery
US9362552B2 (en) 2012-06-01 2016-06-07 GM Global Technology Operations LLC Lithium ion battery electrode materials and methods of making the same
US9034519B2 (en) 2013-01-18 2015-05-19 GM Global Technology Operations LLC Ultrathin surface coating on negative electrodes to prevent transition metal deposition and methods for making and use thereof
US9093705B2 (en) 2013-03-15 2015-07-28 GM Global Technology Operations LLC Porous, amorphous lithium storage materials and a method for making the same
WO2015176241A1 (en) 2014-05-21 2015-11-26 GM Global Technology Operations LLC Distributing conductive carbon black on active material in lithium battery electrodes
US9379374B2 (en) 2014-07-15 2016-06-28 GM Global Technology Operations LLC Methods for forming negative electrode active materials for lithium-based batteries
US10326136B2 (en) 2015-09-29 2019-06-18 GM Global Technology Operations LLC Porous carbonized composite material for high-performing silicon anodes
US10164245B2 (en) 2016-09-19 2018-12-25 GM Global Technology Operations LLC High performance silicon electrodes having improved interfacial adhesion between binder, silicon and conductive particles

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1767234A (zh) * 2005-09-12 2006-05-03 中国科学院上海硅酸盐研究所 一种室温下制备硅/碳复合锂离子电池负极材料的方法
CN101299397A (zh) * 2008-03-21 2008-11-05 中国科学院上海硅酸盐研究所 多孔碳电极材料及其制备方法
CN102089240A (zh) * 2008-07-15 2011-06-08 杜伊斯堡-艾森大学 插入硅和/或锡的多孔碳基底
CN102509781A (zh) * 2011-10-27 2012-06-20 上海交通大学 硅碳复合负极材料及其制备方法
CN103137953A (zh) * 2011-11-22 2013-06-05 三星电子株式会社 复合负极活性材料、其制备方法和包括其的锂二次电池

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