CN107001052B - 用于生产用于电池电极的电极材料的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于生产用于电池电极的电极材料的方法，特别是用于锂离子电池，所述电极材料包括纳米结构的碳化硅。该方法具有以下步骤：a)提供硅源，碳源和掺杂剂的混合物，其中至少硅源和碳源以固体颗粒的微粒一起提供；以及b)将方法步骤a)中提供的混合物在≥1400℃至≤2000℃的温度范围内，特别是在≥1650℃至≤1850℃的范围内处理。方法步骤b)在具有沉积表面的反应器中执行，其沉积表面的温度相对于至少一个另外的内反应器表面而降低。综上所述，上述方法允许简单且便宜的可生产性与高循环稳定性结合。

Description

用于生产用于电池电极的电极材料的方法

技术领域

本发明涉及一种用于生产用于电池电极的电极材料的方法，以及用于电池的电极，特别是例如用于锂离子电池的阳极。

背景技术

电动性和可再生能源的产生通常需要特别有效的高性能能量储存，其中特别地锂离子电池由于其相对较高的能量密度提供有希望的方法。这就是为什么锂离子电池频繁地被使用并且可用于例如电子消费产品、便携式计算机和电动车辆中。

例如，从文献“用于锂离子电池阳极材料的纳米多孔Si/C复合材料”Zheng等，Electrochimica Acta 52(2007)5863-5867，已经知道的是从包括元素硅和碳的复合材料生产用于锂离子电池的电极。

文献JP 2008066128描述了一种用于生产用于锂离子电池的电极的方法，其中从聚硅烷和碳源开始，生产包含基于碳材料的碳化硅的复合材料。

文献US 8734674B1描述了一种提高碳化硅的锂离子容量的方法。为了实现这一点，该文献教导通过限定的温度处理在惰性气氛中执行掺杂碳化硅的石墨化，其中将移除附着在表面上的另外的氧化物。

文献“纳米碳化硅：地平线上的新的锂嵌入阳极材料”Kumar等，RCD Adv,2013,3,15028-15034进一步描述了碳化硅作为用于锂离子电池的阳极材料的应用。这里，详细描述了通过化学气相沉积生产3C硅，其中硅纳米微粒与甲烷反应以形成碳化硅。然而，碳化硅的掺杂似乎是困难的。

文献“经由外延石墨烯的高温真空生长增强的掺杂6H碳化硅(0001)的锂化”Lipson等，J.Phys.Chem.C,2012,116,20949-20957进一步描述了通过在1350℃的回火过程由表面石墨化改进适合于阳极的碳化硅的电化学锂化能力。

然而，在诸如锂离子电池的电池的电极(特别是阳极)的生产中仍然存在改进的空间。特别地，在电池或电极的容量或能量密度和循环稳定性方面有进一步的改进空间，其中特别是有成本效益的解决方案是有利的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种以有成本效益的方式提供具有良好容量和/或良好循环稳定性的电池的解决方案。

该目的根据本发明通过包括权利要求1的特征的方法实现。该目的通过包括权利要求8的特征的电池电极和包括权利要求12的特征的电池进一步实现。本发明的优选实施例在从属权利要求、说明书和示例中公开，其中在从属权利要求或说明书或示例中单独地或以任何组合描述或示出的其它特征可以是本发明的主题，除非相反从上下文中不显而易见。

提出了一种用于生产用于电池电极的电极材料的方法，特别是用于锂离子电池，其中所述电极材料包括纳米结构的碳化硅。该方法包括以下步骤：

a)提供硅源、碳源和掺杂剂的混合物，其中至少硅源和碳源以固体颗粒的微粒共同提供；

b)将步骤a)中提供的混合物在≥1400℃至≤2000℃的范围内的温度下处理，特别是在≥1650℃至≤1850℃的范围内，其中步骤b)在包括沉积表面的反应器中执行，该沉积表面的温度相对于至少一个另外的内反应器表面降低。

通过上述方法，可以提供用于电池，特别是锂离子电池的电极材料，其也可以以简单的方式生产掺杂形式的，并且其进一步可以实现高的循环稳定性。

因此，上述方法用于生产用于电极的电极材料。在这里，电极材料以传统的方式表示单独或可选地与其它材料一起可以与集电器接触的材料，并且因此可以与集电器一起形成电极。特别地，通过上述方法，可以形成用于锂离子电池的阳极。

这里，作为整体的以下方法或步骤a)和/或b)中的单个步骤可以优选地在惰性气体下执行，特别地例如氩气。

为此目的，该方法包括最初根据步骤a)提供硅源、碳源和掺杂剂的混合物，其中至少硅源和碳源以固体颗粒的微粒的形式共同存在。因此，特别优选的是，固体颗粒的每个微粒包括碳源和硅源。硅源和碳源用于进一步工艺中，以通过碳源与硅源的反应实现碳化硅的生产。因此，应该选择硅源和碳源，使得它们能够在下述条件下，特别是在以下温度，例如通过上述方法在常压(1巴)下形成碳化硅。

因此，原则上硅源或碳源的选择不受限制。优选的硅源可以包括原硅酸四乙酯(TEOS)，而优选的碳源可以包括糖，例如蔗糖。例如，可以提供溶解在乙醇中的液态糖和原硅酸四乙酯的混合物作为碳源和硅源的混合物，其中本发明以明显的方式不限于上述示例。

关于掺杂剂，可以基于所需的掺杂选择掺杂剂。在这里，原则上一个或多个掺杂剂可以以可自由选择的形式加入，例如在固体颗粒的制造过程中作为可溶性化合物或可选地基本的，例如作为金属。因此，掺杂剂也可以是固体颗粒的一部分。或者，还可以想到的是，如下文详细描述的，在热处理期间经由气相实现形成的碳化硅的掺杂，例如作为形成的纤维或3C碳化硅纳米晶体。由于用于n-型掺杂的掺杂材料可以优选地使用磷(P)或氮(N)，这对于电极具有很大的优点，或者对于p-型掺杂可以使用硼(B)或铝(Al)。通过掺杂，可以调节电极材料的足够的导电性。

根据步骤b)，该方法还包括将步骤a)中提供的混合物在≥1400℃至≤2000℃的范围内的温度下处理，特别是≥1600℃，例如在≥1650℃至≤1850℃的范围内，特别是在反应器中。在该步骤中，碳化硅能够分别从碳源或从固体颗粒的硅源形成。

在这里，根据选择的确切温度，可以控制生产的碳化硅的具体形式。详细地，以特别有利的方式在常压(1巴)下，在将步骤b)中的温度设置为约≥1650℃至约≤1700℃的范围时，可以形成碳化硅的纳米结构的纤维。这里，温度梯度的形成可以是有利的，使得固体颗粒的材料可以在具有相对较高温度的位置进入气相，并且碳化硅纤维可以在相对较低的温度处沉积，例如在沉积表面。

因此，特别是对于纤维状碳化硅的生产，可以提供与上述温度相比具有降低的温度的沉积表面。换句话说，可以设置步骤b)在包括沉积表面的反应器中执行，该沉积表面的温度相对于至少一个另外的内反应器表面而降低。例如，与反应器中通常设置在≥1400℃至≤2000℃的上述范围内，特别是≥1600℃，例如在≥1650℃至≤1850℃的范围内的的温度相比，沉积表面的温度可以降低至在≥50℃至≤100℃的范围内的温度。特别地，纤维电极材料具有高机械柔性的优点，使得在锂物质的引入或释放期间，例如在电池的充电或放电过程期间，不会期待损坏或过度老化。以这种方式，这种电极可以分别以非常低的老化程度或高的循环稳定性操作。

特别地，通过上述包括沉积表面的实施例，以特别简单的方式并且不需要复杂的设备，通过提供温度梯度，碳化硅能够以期望的方式从气相中沉积，特别是以纤维形式。通过与沉积表面接触，碳化硅可以从气相直接沉积而无需另外的装置。例如，反应器可以实现为顶部开口的容器，例如顶部开口的圆筒，在其中前体被加热至上述温度。在顶部开口上方，可以是圆形和可旋转的沉积表面可以指向容器的内部，使得气相可以与沉积表面接触，使得碳化硅可以在这里沉积，例如以纳米级纤维的形式。

如果在反应器中在常压下设置温度在约>1700℃至约≤1850℃的范围内，可以形成精细的纳米结构的碳化硅微粒。在该实施例中，可以放弃温度梯度，因为以纳米结构的微粒形式的碳化硅分别直接在固体颗粒的位置处形成或在那里结晶。基于该实施例生产的电极材料同样具有高循环稳定性，使得这种电极材料也可以具有优于现有技术的优点。

对于碳化硅纳米微粒的生产，优选地固体颗粒具有非常精细的颗粒尺寸。特别地，在≤10μm的范围内，例如在≥1μm的范围内的微粒尺寸可以是有利的，其中尺寸范围可以特别地光学上确定，例如通过激光衍射学，并且这原则上适用于相应的尺寸范围。此外，即使没有分别明确地指出，上述尺寸规格以及其它提到的尺寸规格可以分别指代，例如D50值、D90值。此外，用于生产纳米晶体3C-SiC粉末的基本材料因此可以具有大约最终产品的尺寸，因为仅发生约30％的体积损失。

关于纤维，这些可以是特别地结构，在其中长度与直径的比率至少大于或等于3:1，而与纤维相反，微粒中长度与直径的比率小于3:1。例如，在本申请中，纤维的长度与直径的比率可以特别地大于或等于10:1，特别是大于或等于100:1，例如大于或等于1000:1。

例如，在碳化硅微粒的生产中，基本材料包括碳和硅的致密混合物是有利的，其中这些不是单独的硅和碳颗粒，而是碳源和硅源存在于每个微粒中。这使得能够以特别有利的方式使反应在Si-C晶粒内的非常有限的区域内发生。

关于纤维形成，这可能是有利的，由于在某些情况下固体颗粒中的硅和碳的紧密混合，Si₂C和Si₂C可能已经存在于气相中，这导致在温度梯度中的不同位置处更容易地形成SiC。因此，SiC气体可能直接存在，尽管其它气体组分可以以对本领域技术人员显而易见的方式存在。

这里，通过温度的调节，生产的碳化硅可以能够是微粒的形式和纤维的形式的纳米晶体，并且详细地实现了碳化硅的立方3C结构。特别地，当碳化硅(SiC)作为碳化硅单晶存在时，优选地作为单晶立方3C-SiC，单晶碳化硅纤维或微粒将高导热性，其对于电池的热管理可能是有利的，以及化学和热稳定性，其对于长期稳定性是有利的，与碳化硅，特别是作为纤维的柔性结合，这对于高循环稳定性是有利的。然而，在本发明的范围内，也可以想到碳化硅的多晶形式。

另外的优点是，碳化硅作为电极材料可以具有高容量，使得如上所述生产的电极材料也可以提供电池的良好性能。

此外，在包括碳源和硅源的固体颗粒中不存在掺杂剂，并且将根据步骤a)的固体颗粒转移到反应器中，在其中进行根据步骤b)的温度处理，掺杂剂可以例如作为气体引入到反应器中，其中根据步骤a)的混合物可以在温度处理之前直接在反应器中形成。如果掺杂剂可以作为气体存在，这是特别有利的。例如，在这种情况下，气态氮可以用作掺杂剂。

纳米结构的碳化硅纳米微粒和纤维适合作为用于锂离子电池或锂离子二次电池(LIA)的阳极材料，对于多次性能提升具有很大的潜力。这些材料可以直接替代当前用作阳极的碳材料(石墨)，而不需要在相应的生产工厂中的重大变化。因此，基本上可以维持传统的生产过程，这允许在这些现有程序或系统中上述方法的特别有利的实现。可用的材料可以针对该具体应用优化，并且生产过程可以以适当的方式调整而无需巨大的努力。

基本上，上述方法提供的优点是包括碳化硅的电极，特别是阳极，比包括传统电极的锂离子二次电池可以具有约五到六倍的容量，并且可以显著的更循环耐受或更循环稳定。

碳化硅的特别高的导热性也可以有助于在充电和放电过程期间以热的形式散发能量损失。因此，通过上述方法生产的电极还具有有效的热管理的优点，这可以进一步增加电极的长期稳定性。

上述方法中的一个重要因素在此是生产的碳化硅材料的纳米级。这可以通过如上所述的分别使用纳米纤维或使用纳米微粒或颗粒状碳化硅来容易地实现。在这里，纳米结构的碳化硅特别地表示在至少一个维度中具有在纳米范围内，特别是小于或等于100nm的最大的空间尺寸的碳化硅，其中下限可以由制造工艺限制。特别地，根据步骤a)的固体颗粒的微粒尺寸可以限定碳化硅的微粒尺寸的下限，因为这里通常可以存在固体颗粒的微粒尺寸或原始尺寸的70％，其中纤维的下限可以由生长位置处的温度，设置的温度梯度和纤维的生长时间确定。

上述方法也是有利的，因为在生产之后立即生产的碳化硅直接适用于上述作为电极材料的应用。因为碳化硅可以因此在电极生产之前立即生产，并且还容易获得，可以防止在碳化硅的表面上形成氧化硅层(SiO₂)。其选择性移除对于根据现有技术的锂离子二次电池的有效操作是重要的，这在现有技术中例如通过氯化或使用氢氟酸完成，然后碳沉积。根据本发明可以放弃这种附加步骤，这可以使该方法特别地有成本效益。

与根据本发明生产的电极材料相比，商业的SiC粉末通常没有足够的纯度并且仅在无意中掺杂。它还经常包括不同SiC多型体的混合物。然而，对于锂离子二次电池，通过使用上述方法特别地可生产的n-型掺杂的纯3C-SiC是特别有利的。

综上所述，上述方法能够将简单且有成本效益的生产与高循环稳定性结合。

在上述方法的优选实施例中，可以设置通过使用溶胶-凝胶过程生产步骤a)中提供的固体颗粒。在这里，溶胶-凝胶过程表示以已知的方式，将待生产的化合物的基本材料，所谓的前体存在于溶剂中的过程，其中这个混合物称为溶胶。在这个过程中，通过干燥或老化形成所谓的凝胶，通过进一步处理，特别是热处理，可以生产出固体。因此，该固体可以通过前体的选择来限定，并且包括用于形成碳化硅的碳源和硅源，并且还可以可选的包括用于掺杂碳化硅的掺杂剂，其可以在溶胶的制备期间已经加入。

溶胶-凝胶过程也可以完全或至少部分地在惰性气氛中执行，特别地在氩气气氛中。

特别地参考上述方法通过使用溶胶-凝胶过程的实施例，可以设置溶胶-凝胶过程至少包括以下步骤：

c)提供包括硅源、碳源和可选地掺杂剂的前体混合物，其中前体混合物存在于溶剂中；

d)特别地在相对于室温(22℃)升高的温度下处理前体混合物，同时干燥前体混合物；以及

e)可选地将干燥的前体混合物加热至≥800℃至≤1200℃的范围内的温度，特别是在≥900℃至≤1100℃的范围内。

因此，根据步骤c)，首先可以提供被加工成固体的前体，并且然后可以分别用作碳源或硅源。此外，在该步骤中已经可以添加掺杂剂。作为步骤c)中的非限制性示例，液态糖和原硅酸四乙酯在乙醇中的混合物可以混合作为溶胶。

根据步骤d)，这可以在排除空气的情况下胶凝化或老化，例如在使用乙醇的溶剂的沸点附近的温度范围内，例如在60-70℃的范围内，其中其可以进一步在高于沸点的温度下干燥。在这里，如果固体微粒的干燥期间，形成约≥1μm至≤2μm的尺寸范围可能是有利的，其中，如上所述，对于纳米晶体碳化硅粉末≥1μm至≤10μm的尺寸范围内的微粒是有利的，并且其中纳米晶体碳化硅纤维>10μm至≤2mm的尺寸范围内的微粒是有利的。这里，上述尺寸范围具有特别的工艺技术优点，例如防止纤维生产期间精细微粒的升高。这样的微粒尺寸例如可以通过在干燥过程期间的搅拌过程实现，其中微粒尺寸可以是可调整的，例如通过使用的搅拌装置，旋转速度和搅拌过程的持续时间或强度，如本领域技术人员基本已知的。

根据步骤e)，然后可选地将干燥的前体混合物加热至≥800℃至≤1200℃的范围内的温度，特别是在≥900℃至≤1100℃的范围内，例如在1000℃下执行。通过该步骤，生产的固体材料可以特别地释放杂质，这使得生产的碳化硅能够特别纯。这能够实现生产的电极的质量特别高。另外通过这种方式，可以提高碳化硅从气相的结晶。

通过步骤d)和可选地e)，根据步骤a)提供或完成混合物。

总之，以这种方式，在一个实施例中，可以使用溶胶-凝胶过程，在其中待处理的材料一起形成凝胶形式的混合物，然后干燥，并且在进一步步骤中在碳热还原中发生碳化硅的结晶，例如纤维的生长。已知为过程本身的溶胶-凝胶过程为生产根据本发明的电极材料或其起始材料的不同基本材料的生产提供了易于管理和广泛变化的可能性。

当将掺杂材料引入溶胶-凝胶合成的湿化学部分时，这是有利的，由此在热处理期间将掺杂剂引入到生长的纤维或微粒中。在这里，掺杂剂可以作为可溶性化合物或以金属形式添加。或者，还可以想到的是，在热处理期间经由气相进行形成的纤维的掺杂。作为掺杂剂，再次可以优选地使用磷(P)或氮(N)或硼(B)或铝(Al)。

如果在另外的溶胶-凝胶过程中后处理期间形成的纤维彼此相互连接，则可获得影响特别是纤维形成的电极层的特性的另一种可能性。以这种方式，通过单个或多个纤维的接触点的区域中的相互连接，从单个纤维形成固态和柔性的纤维复合物，而不需要通过纺织品处理步骤将纤维彼此连接。

在该方法的另一个优选实施例中，可以设置在步骤a)中提供的固体颗粒中，碳相对于硅以大于等摩尔量的量存在。换句话说，碳量可以选择，使得在所有硅生成碳化硅的反应中，仍然存在另外的碳。例如，基于摩尔分数，碳相对于硅可以以≥1/1至1.5/1的量存在。特别地在该实施例中，该方法可以以特别简单的方式执行，因为通过在表面上形成碳层或碳膜，通过因此实现的碳化硅纤维或碳化硅微粒的表面改性，即使当在空气中长时间储存，也可以特别有效地防止氧化硅的形成或硅的氧化。因此，特别是在该实施例中，可以有效地防止为了能够在作为锂离子电池或锂离子二次电池中的电极的操作中有效地引入锂化合物而必需的用于移除氧化硅层的附加步骤。因此，通过在溶胶-凝胶过程期间化学计量的相对简单且不复杂的改进，可以因此生产具有所需抗氧化剂特性的保护层。这里，不需要附加的步骤，这使得该方法特别具有成本效益和节省时间。

取决于待生产的碳化硅的所需的形式，其可以是有利的，例如，在凝胶-溶胶法期间的干燥过程中，例如通过搅拌，如上文关于步骤d)所述调节固体材料的合适的微粒尺寸。例如，为了生产碳化硅纤维，可以优选获得如果微粒尺寸在>10μm至≤2mm的范围内，例如在≥25μm至≤70μm的范围内。当生产<10μm的范围内的固体微粒，例如≤5μm，例如≥1μm时，对于碳化硅微粒的生产可能更有利。

在该方法的另一优选实施例中，可以设置该沉积表面相对于至少一个另外的内反应器表面具有一定的温度，该一定的温度降低了在≥30℃至≤200℃的范围内，优选在≥50℃至≤100℃的范围内的量。在该实施例中，特别是碳化硅纤维的沉积可以特别有效的执行，此外，其中根据工艺技术可容易地调节这种温差。

关于上述方法的进一步优点和技术特征，特此明确地参考该应用、电池电极和电池的描述以及示例，反之亦然。

本发明的主题还是一种用于生产用于电池的电极材料的方法的应用，特别是用于锂离子电池，其中所述电极材料包括纳米结构的碳化硅，如上文详细描述的方法，用于电池电极的生产，特别是用于锂离子电池的阳极的生产。

为此目的，生产的电极材料或纳米结构的碳化硅可以例如与聚合物粘合剂和可选的导电添加剂如石墨结合，以形成物质，并进一步连接到例如施加在其上的电极集电体。这些步骤通常是本领域技术人员已知的，并且这里将不再详细描述。

综上所述，通过使用上述用于生产用于电池的电极的方法，能够因此将简单且有成本效益的生产方法和高循环稳定性结合。

关于上述应用的进一步优点和技术特征，特此明确地参考该方法、电池电极、电池和示例的描述，反之亦然。

本发明的主题还是包括电极材料的电池电极，该电极材料包括纳米结构的碳化硅，并且是根据上述详细描述的方法生产的。

这样的电极，特别是锂离子电池的阳极，因此包括如上所述生产或配置的碳化硅。可以设置碳化硅在其表面上具有碳膜。这允许防止二氧化硅形成时材料的氧化，使得可以提高长期的稳定性。

此外，可以掺杂硅，其中掺杂剂的量可以分别取决于碳化硅或电极所需的导电性。合适的掺杂剂包括例如氮、磷、硼和铝。

例如，碳化硅可以是纳米晶体，并且配置成纳米结构的结晶纤维或微粒或纤维和微粒的混合物。例如，碳化硅可以存在于粘合剂中，其中在粘合剂中还可以存在诸如石墨的导电添加剂。

综上所述，通过上述电池电极，能够将简单且有成本效益的生产与高循环稳定性结合。

关于上述电池电极的进一步优点和技术特征，特此明确地参考该方法、应用、电池的描述以及示例，反之亦然。

此外，本发明的主题是电池，其中该电池包括至少一个如上文详细描述的电池电极。

上述电池可以是锂离子电池。此外，可以设置电池的阳极如上所述配置。

综上所述，上述电池能够将简单且有成本效益的生产与高循环稳定性结合。

关于上述电池的进一步的优点和技术特征，特此明确地参考该方法、应用、电池电极和示例的描述，反之亦然。

具体实施方式

在下文中，将参考优选实施例示例性地说明本发明，其中以下描述的特征各自单独地并且组合可以表示本发明的一个方面，并且其中本发明不限于以下示例。

示例

以下描述的示例涉及通过使用溶胶-凝胶过程生产用于锂离子二次电池的阳极的碳化硅。

对于锂离子二次电池的阳极，3C-SiC(6H)SiC可以优选地以两种形式使用，即作为单晶掺杂的SiC纳米粉末，特别是用表面改性生产的，或者作为单晶掺杂的SiC纳米纤维，也特别是用如下所述的表面改性生产的。

在下文中，首先描述了通过使用溶胶-凝胶过程生产纳米晶体SiC粉末和纳米晶体SiC纤维的过程。

溶胶-凝胶SiC前体的制备：在下列化学组成中，描述了在70℃至200℃下具有不同干燥步骤的溶胶-凝胶过程，以及在1000℃下最终获得的Si-C固体颗粒。

将液态糖，原硅酸四乙酯和乙醇混合作为溶胶，并且在排除空气的情况下在60-70℃胶凝化。制剂的组成为(a)135g作为硅源溶解在168.7g乙醇中的原硅酸四乙酯(TEOS)的胶体悬浮液，以及(b)68g作为碳源的蔗糖，在75g蒸馏水中的溶液，向其中加入37,15g的盐酸(HCl)作为用于形成转化糖的催化剂。随后，在搅拌下将溶液(a)和液态糖(b)混合在一起，或者，代替溶液(b)可以直接使用液态糖(转化糖，122g 70％)。然后不加入水，并且仅加入非常少量的盐酸(5.2g)，因为这仅仅是用于启动胶凝过程需要的。该溶胶在50℃老化，然后在150-200℃干燥。

为了SiC纤维的生产，优选地需要较粗的颗粒(约10μm)，使得在老化和/或干燥过程期间执行暂时的搅拌。对于纳米晶体SiC粉末，永久性搅拌在200℃下进行。从而前体颗粒分解成非常精细的粉末，这对于纳米晶体SiC粉末的生产是优选的。这种颗粒或粉末在氮气或氩气气流中在1000℃下释放剩余的不需要的反应产物，并且如有必要最后研磨。

现在，为了掺杂SiC纳米纤维和SiC纳米粉末的目的，可以进行SiC前体的改性。例如，可以使用氮(示例性添加剂：硝酸、氯化铵、硝酸钾或三聚氰胺)或使用磷(示例性添加剂：磷酸二氢钾或磷酸氢二钠)完成n-型掺杂。例如，可以使用硼(示例性添加剂：四硼酸二钠)或使用铝(添加剂：铝粉)进行p-型掺杂。将掺杂剂加入溶胶中，其中量取决于特定的添加剂和所需的掺杂浓度。

关于碳化硅纤维生产，将得到的固体材料在高温反应器中加热，其中颗粒从1400℃，特别是从1600℃进入气相，并且在温度梯度下单晶碳化硅纤维沉积在旋转的基底上。特别地，用于锂离子二次电池应用的纳米晶体纤维在气相中从1650℃至1700℃，或者在约50-100℃冷却器的沉积表面上增长。

关于SiC纳米粉末生产，它也在高温反应器内操作，但没有温度梯度，其中前体粉末结晶成单晶3C-SiC。

关于表面改性，为了允许锂离子有效的扩散到3C-SiC中，优选地应该满足以下两个条件：高体积掺杂和表面导电性。在SiC生产期间如上所述执行本体掺杂。高纯度纳米微粒(晶体或纤维)的生产可以在惰性气氛中执行。为了防止表面氧化，所有随后的生产步骤，例如用于锂离子二次电池的电流导体(例如金属箔)的涂覆可以在几个小时内或完全排除氧气的情况下进行。通过使用直接具有导电保护层，特别是含碳保护层的表面改性，SiC纳米微粒的生产更实用且电学上更有意义。这是通过前体颗粒中碳和硅的比率以碳的百分之几的优势的变化来实现的。这大大简化了生产过程。

Claims (14)

1.一种用于生产用于电池电极的电极材料的方法，其中所述电极材料包括纳米结构的碳化硅，其中所述碳化硅的表面包括碳膜，其中所述方法包括以下步骤：

a)提供包括硅源、碳源和掺杂剂的混合物，其中至少硅源和碳源以固体颗粒的微粒共同存在；

b)将步骤a)中提供的混合物在≥1400℃至≤2000℃的范围内的温度下处理，其中步骤b)在包括沉积表面的反应器中执行，所述沉积表面的温度相对于至少一个另外的内反应器表面降低；

在步骤a)中提供的所述固体颗粒中，基于摩尔分数，碳相对于硅以＞1/1至≤1.5/1的量存在。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将步骤a)中提供的混合物在≥1650℃至≤1850℃的范围内的温度下处理。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过使用溶胶-凝胶过程制备步骤a)中提供的所述固体颗粒。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述溶胶-凝胶过程至少包括以下步骤：

c)提供包括硅源、碳源和掺杂剂的前体混合物，其中所述前体混合物存在于溶剂中；

d)在升高的温度下处理所述前体混合物，同时干燥所述前体混合物；以及

e)将干燥的所述前体混合物加热至≥800℃至≤1200℃的范围内的温度。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将干燥的所述前体混合物加热至≥900℃至≤1100℃的范围内的温度。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述沉积表面具有一定的温度，所述一定的温度相对于至少一个另外的内反应器表面具有降低了一定量的温度，所述一定量在≥30℃至≤200℃的范围内。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述一定量在≥50℃至≤100℃的范围内。

8.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法用于生产锂离子电池的阳极。

9.一种电池电极，包括电极材料，所述电极材料包括纳米结构的碳化硅，并且通过根据权利要求1至8中任一项的方法来生产；

碳化硅包括在其表面上的碳膜。

10.根据权利要求9所述的电池电极，其特征在于，所述电极材料包括碳化硅纤维。

11.根据权利要求9或10所述的电池电极，其特征在于，所述电极材料包括碳化硅微粒。

12.一种电池，包括至少一个根据权利要求9至11中任一项所述的电池电极。

13.根据权利要求12所述的电池，其特征在于，所述电池是锂离子电池。

14.根据权利要求12或13所述的电池，其特征在于，所述电池电极配置为阳极。