JP2012533498A - バッテリ電極のためのナノ構造化ケイ素−炭素複合材料 - Google Patents
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Abstract
Description
1.μmまたはnmスケールの粉末形状の純粋なケイ素からなるアノード;
2.不活性マトリックス中に分散されたSi;
3.活性マトリックス中に分散されたSi;
4.種々のバインダを有するケイ素アノード;
5.Siから成る薄層。
熱分解/CVD/TVD−方法
種々のポリシロキサン、たとえばポリメチルフェニルシロキサン(PMPS)およびポリフェニルセスキシロキサン(PPSSO)の熱分解は、不活性化された炭化ケイ素に対しては1300℃を上回る温度で、たとえばC2.9SiOHy(式中、y=0〜1)に対しては約1000℃で実施する。これらの材料はアモルファスであり、450mAh/gの可逆容量で、約300mAh/gの不可逆的損失を示すことが、Dahnら(Solid State lonics 74 (1994) 249)により開示されている。
(A)少なくとも以下の成分
(a1)モノヒドロキシ芳香族化合物および/またはポリヒドロキシ芳香族化合物、および
(a2)アルデヒド、および
(a3)触媒、
を反応器中に装入して、その際、75〜200℃の反応温度T、および80〜2400kPaの圧力、および0.001〜1000000sの時間tAで、前記成分を触媒の存在下で互いに反応させて組成物を得られ、その際、前ゲル生成物(Vorgelat)が得られ、かつ、
(B)少なくとも以下の成分
(b1)結晶またはアモルファスのサブミクロンのケイ素粉末を、工程(A)中または工程(A)後に得られた組成物に導入し、かつ、引き続いて、
(C)工程(B)により得られた生成物を、(a3)塩基性触媒の場合には酸、あるいは(a3)酸性触媒の場合にはアルカリから選択された中和剤中に導入し、その際、微粒子状の生成物が得られ、かつ、
(D)工程(C)中または工程(C)後に得られた生成物を乾燥させ、かつ、引き続いて
(E)工程(D)後に得られた生成物を、500〜1200℃の温度で炭化する、
ことを含む。
Claims (12)
- ナノ構造化ケイ素−炭素−複合材料を製造するための方法において、
(A)少なくとも以下の成分
(a1)モノヒドロキシ芳香族化合物および/またはポリヒドロキシ芳香族化合物、および
(a2)アルデヒド、および
(a3)触媒、
を反応器中に導入し、その際、反応温度Tが75〜200℃であり、かつ、圧力が80〜2400kPaであり、かつ、0.001〜1.000.000sの時間tAの間に、これらの成分を触媒の存在下で互いに反応させて組成物が得られ、その際、前ゲル生成物が得られ、かつ、
(B)少なくとも以下の成分
(b1)結晶またはアモルファスの形のサブミクロンのケイ素粉末、
を、工程(A)中または工程(A)後に得られた生成物中に導入し、かつ引き続いて、
(C)工程(B)後に得られた生成物を、(a3)塩基性触媒の場合には酸から選択された中和剤中に導入するか、あるいは(a3)酸性触媒の場合にはアルカリから選択された中和剤中に導入し、その際、微粒子状の生成物が得られ、かつ、
(D)工程(C)中または工程(C)後に得られた生成物を乾燥させ、かつ、引き続いて
(E)工程(D)後に得られた生成物を500〜1200℃の温度で炭化する、
工程を含む、前記方法。 - 工程(A)中で、成分(a1)をモノヒドロキシベンゾール、ジヒドロキシベンゾール、トリヒドロキシベンゾールまたはこれら化合物の混合物から選択する、請求項1に記載の方法。
- 工程(B)中で、成分(b1)を、工程(E)後に得られる複合材料の質量に対して1〜80質量%の量で導入する、請求項1に記載の方法。
- 無機相(b1)の粒子が表面変性されている、請求項1から3までのいずれか1項に記載の方法。
- 工程(C)中に、工程(B)後に得られた生成物を、吹き付けによってか、あるいは強力な攪拌下で導入する、請求項1から4までのいずれか1項に記載の方法。
- 工程(A)中で、さらなる成分である
(a4)孔成形剤、この場合、これはエチレングリコール、ポリエチレングリコール、ブチレングリコール、ジエチレングリコール、トリエチレングリコール、γ−ブチロラクトン、プロピレンカーボネート、ジメチルホルムアミド、モノエタノールアミン、N−メチル−2−ピロリジノン、またはこれらの混合物から選択されるもの、を使用する、請求項1に記載の方法。 - 工程(E)後に得られたナノ構造化ケイ素−炭素−複合材料を造粒し、この複合材料が粒子である場合には、その平均粒度は10μm未満である、請求項1から6までのいずれか1項に記載の方法。
- 請求項1から7までのいずれか1項に記載の方法によって得られた、ナノ構造化ケイ素−炭素−複合材料。
- 平均粒度<40μm、
メソ孔容積0.005〜3cm3/g、
炭素含量20〜99質量%、
無機相の割合1〜80質量%、
を有する、ナノ構造化ケイ素−炭素−複合材料。 - エネルギー貯蔵系におけるアノード材料としての、請求項8または9に記載のナノ構造化ケイ素−炭素−複合材料の使用。
- ナノ構造化ケイ素−炭素−複合材料を有する、リチウムイオンセル。
- ナノ構造化ケイ素−炭素−複合材料を有する、リチウムイオンバッテリ。
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