SI/C电活性材料的组合物制造技术

一种组合物，所述组合物包含至少50重量％的第一颗粒电活性材料和3-15重量％的包含伸长碳纳米结构体和炭黑的碳添加剂混合物，其中：所述伸长碳纳米结构体包含至少第一伸长碳纳米结构体材料和不同的第二伸长碳纳米结构体材料；并且伸长碳纳米结构体∶炭黑的重量比在3∶1至20∶1的范围内。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】SI/C电活性材料的组合物专利
本专利技术涉及包含电活性材料的粒子和添加剂的组合物，以及所述组合物在包括燃料电池和可再充电金属离子电池的装置中的用途。专利技术背景可再充电金属离子电池，例如锂离子电池，广泛地用于便携式电子设备如移动电话和笔记本电脑，并且在电动车和混合动力车中发现了越来越多的应用。可再充电金属离子电池具有阳极层；能够释放和再插入金属离子的阴极层；和在阳极层和阴极层之间的电解质。当电池组电池完全充电时，金属离子已经通过电解质从含有金属离子的阴极层被输送至阳极层中。在锂离子电池的石墨基阳极层的情况中，锂与石墨反应以产生化合物LixC6(0＜＝x＜＝1)。作为复合材料阳极层中的电化学活性材料，石墨具有372mAh/g的最大容量。可以具有比石墨更高容量的硅基活性阳极材料的使用也是已知的。WO2009/010758公开了侵蚀硅粉末以便制造在锂离子电池中使用的硅材料。Xiao等人，J.Electrochem.Soc.，第157卷，第10期，A1047-A1051页(2010)，“用于Li离子电池的硅阳极的稳定化(StabilizationofSiliconAnodeforLi-ionBatteries)”公开了包含硅粒子和科琴黑碳(Ketjenblackcarbon)的阳极。Lestriez等人，ElectrochemicalandSolid-StateLetters(电化学与固态快报)，第12卷，第4期，A76-A80页(2009)，“用于高能Si负极的桥接碳纳米管和纳米纤维的分层和弹性导电网络(HierarchicalandResilientConductiveNetworkofBridgedCarbonNanotubesandNanofibersforHigh-EnergySiNegativeElectrodes)”公开了含有多壁碳纳米管和气相生长的纳米纤维的复合材料电极。US2011/163274公开了硅的电极复合材料、碳纳米管和碳纳米纤维。本专利技术的一个目的是提供一种用于能够维持高容量的金属离子电池的阳极组合物。本专利技术的另一个目的是提供一种用于由浆料形成金属离子电池的阳极的组合物。专利技术概述在第一方面中，本专利技术提供一种组合物，所述组合物包含至少50重量％的第一颗粒电活性材料和至少3-15重量％的包含伸长碳纳米结构体和炭黑的碳添加剂，其中：所述伸长碳纳米结构体包含至少第一伸长碳纳米结构体材料和第二伸长碳纳米结构体材料；并且伸长碳纳米结构体∶炭黑的重量比在3∶1至20∶1的范围内。任选地，所述第一颗粒电活性材料是含硅材料。任选地，所述组合物包含至多80重量％、任选60-80重量％的第一颗粒电活性材料。任选地，所述第一颗粒电活性材料包含具有粒子核心和从所述粒子核心延伸的电活性柱状物的粒子。任选地，所述含硅粒子的所述柱状物是硅柱状物。任选地，所述含硅粒子的所述核心包含硅。任选地，所述含硅粒子基本上由n-或p-掺杂的硅组成，并且其中所述柱状物与所述核心构成整体。任选地，所述第一伸长纳米结构体具有至少100nm的中数平均直径。任选地，所述第二伸长碳纳米结构体材料具有不大于90nm的中数平均直径，任选在40-90nm范围内的中数平均直径。任选地，第一伸长纳米结构体∶第二伸长纳米结构体的重量比在2.5∶1至20∶1的范围内。任选地，所述至少第一和第二伸长碳纳米结构体各自独立地具有至少50的纵横比。任选地，所述第一和第二碳伸长纳米结构体材料各自独立地选自碳纳米管和碳纳米纤维。任选地，所述第一碳伸长纳米结构体材料是纳米纤维并且所述第二伸长碳纳米结构体材料是纳米管。任选地，以在所述组合物的0.1-15重量％范围内的总量提供所述至少第一和第二伸长碳纳米结构体材料。任选地，所述伸长碳纳米结构体材料中的一种或多种具有官能化的表面，任选地，用含氮基团或含氧基团官能化的表面。任选地，所述组合物还包含石墨。任选地，在所述组合物中以1-30重量％、任选1-20重量％、任选1-15重量％、任选1-12重量％、任选1-6重量％的量提供所述石墨。任选地，所述组合物包含3-12重量％的所述碳添加剂混合物。任选地，所述石墨的微晶长度Lc任选为至少50nm，任选至少100nm。任选地，以所述组合物的至少0.5重量％、并且任选小于所述组合物的10重量％、任选小于所述组合物的4重量％的量提供所述炭黑。在第二方面中，本专利技术提供一种金属离子电池，所述金属离子电池包括阳极、阴极和在所述阳极和所述阴极之间的电解质，其中所述阳极包含根据第一方面所述的组合物。在第三方面中，本专利技术提供一种浆料，所述浆料包含根据第一方面所述的组合物和至少一种溶剂。在第四方面中，本专利技术提供一种形成根据第二方面所述的金属离子电池的方法，所述方法包括下列步骤：通过将根据第三方面的浆料沉积到导电材料上并且将所述至少一种溶剂蒸发而形成阳极。在第五方面中，本专利技术提供一种组合物，所述组合物包含颗粒电活性材料；第一伸长碳纳米结构体材料；和第二伸长碳纳米结构体材料，其中所述第一伸长碳纳米结构体材料具有至少100nm的中数平均直径；所述第二伸长碳纳米结构体材料具有小于90nm的中数平均直径，并且其中所述第一颗粒电活性材料包含粒子，所述粒子具有粒子核心和从所述粒子核心延伸的电活性材料的柱状物。第五方面的组合物的第一颗粒电活性材料、第一伸长碳纳米结构体和第二伸长纳米结构体可以选自在本文中所描述的、包括如在第一方面中描述的材料，并且可以以如在本文中所描述的、包括如在第一方面中描述的重量百分数和/或比值提供。第五方面的组合物可以包含一种或多种另外的组分，例如粘合剂、炭黑和/或石墨，并且所述一种或多种另外的组分可以以如在本文中所描述的、包括如在第一方面中描述的重量百分数和/或比值提供。在第六方面中，本专利技术提供一种组合物，所述组合物包含第一颗粒电活性材料；第一伸长碳纳米结构体材料；和第二伸长碳纳米结构体材料，其中所述第一伸长碳纳米结构体材料具有至少100nm的中数平均直径；所述第二伸长碳纳米结构体材料具有在40-90nm范围内的中数平均直径。第六方面的组合物的第一颗粒电活性材料、第一伸长碳纳米结构体和第二伸长纳米结构体可以选自参照第一方面描述的材料，并且可以以如在本文中所描述的、包括如在第一方面中描述的重量百分数和/或比值提供。第六方面的组合物可以包含一种或多种另外的组分，例如，如在本文中所描述的、包括如在第一方面中描述的粘合剂、炭黑和/或石墨，并且所述一种或多种另外的组分可以以如在本文中所描述的、包括如在第一方面中描述的重量百分数和/或比值提供。在第七方面中，本专利技术提供一种组合物，所述组合物包含粘合剂；第一颗粒电活性材料和碳添加剂，所述碳添加剂包含第一伸长碳纳米结构体材料；第二伸长碳纳米结构体材料；石墨；和炭黑。第七方面的组合物的第一颗粒电活性材料、第一伸长碳纳米结构体、第二伸长纳米结构体、粘合剂、炭黑和石墨可以选自在本文中任何地方所描述的、包括如参照第一方面所描述的材料，并且可以以如在本文中所描述的、包括如在第一方面中描述的重量百分数和/或比值提供。在第八方面中，本专利技术提供一种组合物，所述组合物包含粘合剂；第一颗粒电活性材料；碳纳米结构体添加剂，所述碳纳米结构体添加剂包含第一伸长碳纳米结构体材本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种组合物，所述组合物包含至少50重量％的第一颗粒电活性材料和3‑15重量％的包含伸长碳纳米结构体和炭黑的碳添加剂混合物，其中：所述伸长碳纳米结构体包含至少第一伸长碳纳米结构体材料和不同的第二伸长碳纳米结构体材料；并且伸长碳纳米结构体∶炭黑的重量比在3∶1至20∶1的范围内。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2012.01.30 GB 1201541.8;2012.01.30 GB 1201540.01.一种组合物，所述组合物包含至少50重量％的第一颗粒电活性材料和3-15重量％的包含伸长碳纳米结构体和炭黑的碳添加剂混合物，其中：所述伸长碳纳米结构体包含至少第一伸长碳纳米结构体材料和不同的第二伸长碳纳米结构体材料；并且伸长碳纳米结构体:炭黑的重量比在3:1至20:1的范围内。2.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一颗粒电活性材料是含硅材料。3.根据任一项前述权利要求所述的组合物，其中所述第一颗粒电活性材料包含具有粒子核心和从所述粒子核心延伸的电活性柱状物的粒子。4.根据权利要求1所述的组合物，其中所述第一颗粒电活性材料是含硅材料，所述第一颗粒电活性材料包含具有粒子核心和从所述粒子核心延伸的电活性柱状物的粒子，并且所述含硅粒子的所述柱状物是硅柱状物。5.根据权利要求4所述的组合物，其中所述含硅粒子的所述核心包含硅。6.根据权利要求4或5所述的组合物，其中所述含硅粒子基本上由n-或p-掺杂的硅组成，并且其中所述柱状物与所述核心构成整体。7.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中所述第一伸长纳米结构体具有至少100nm的中数平均直径。8.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中所述第二伸长碳纳米结构体材料具有不大于90nm的中数平均直径。9.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中所述第二伸长碳纳米结构体材料具有在40-90nm范围内的中数平均直径。10.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中第一伸长纳米结构体:第二伸长纳米结构体的重量比在2.5:1至20:1的范围内。11.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中所述至少第一和第二伸长碳纳米结构体各自独立地具有至少50的纵横比。12.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中所述第一和第二碳伸长纳米结构体材料各自独立地选自碳纳米管和碳纳米纤维。13.根据权利要求12所述的组合物，其中所述第一碳伸长纳米结构体材料是纳米纤维并且所述第二伸长碳纳米结构体材料是纳米管。14.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中以在所述组合物的0.1-15重量％范围内的总量提供所述至少第一和第二伸长碳纳米结构体材料。15.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中所述伸长碳纳米结构体材料中的一种或多种具有官能化的表面。16.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中所述伸长碳纳米结构体材料中的一种或多种具有用含氮基团或含氧基团官能化的表面。17.根据权利要求1、2、4和5中任一项所述的组合物，其中所述组合物还包含石墨。18.根据权利要求17所述的组合物，其中在所述组合物中以1-30重量％的量提供所述石墨。19.根据权利要求17所述的组合物，其中在所述组合物中以1-20重量％的量提供所述石墨。20.根据权利要求17所述的组合物，其中在所述组合物中以1-15重量％的量提供所述石墨。21.根据权利要求17所述的组合物，其中在所述组合物中以...

【专利技术属性】
技术研发人员：马姆杜·埃塞伊德·阿卜杜勒萨拉姆，法兹尔·库沃，
申请(专利权)人：奈克松有限公司，
类型：发明
国别省市：英国;GB