【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】微晶纳米级硅颗粒及其在二次锂离子电池中作为活性阳极材料的用途
[0001]本专利技术涉及用于制造纳米级微晶硅颗粒的方法
、
由其制备的颗粒以及利用该颗粒作为二次电化学电池的负极活性材料的二次电化学电池
。
技术介绍
[0002]为了实现
《
联合国气候公约
》
下
《
巴黎协定
》
的目标,大幅增加可再生能源使用量和使目前社会上使用化石燃料能源的许多部门实现电气化是必要的
。
实现这些目标的一个重要部分是获得具有优异比能量的可充电电池
。
[0003]锂具有相对非常低的
0.534g/cm3的密度,并且对于半反应
Li0→
Li
+
+e
‑
也是
‑
3.045V
的高标准还原电势
。
这使得锂成为制造具有高能量密度的电化学电池的有吸引力候选
。
然而,具有金属锂负极的二次
(
可再充电
)
电化学电池已经显示出在充电时持续存在枝晶形成的问题,该问题倾向于在几个充放电循环后使电化学电池短路
。
[0004]通过应用能够通过插入可释放地存储锂原子的负极来解决枝晶问题
。
这种电池被称为二次锂离子电池
(LIB)。LIB
的电化学性质直接受到负极活性材料的物理和化学性质的影响
。
活性材料的材料选 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.
含硅颗粒,其中
‑
所述颗粒具有根据
ISO 9277:2010
通过
Brunauer
‑
Emmet
‑
Teller(BET)
分析确定的
25.8
至
182m2/g
的表面积,其特征在于
‑
所述含硅颗粒包括下式的化学化合物:
Si
(1
‑
x)
M
x
,其中
0.0005≤x≤0.20
,并且
M
是选自
C、N
或它们的组合的至少一种取代元素,并且
‑
所述含硅颗粒的化学化合物包括通过
Rietveld
法确定的1至
15nm
范围内的晶粒尺寸
。2.
根据权利要求1所述的含硅颗粒,其中所述含硅颗粒包括下式的化学化合物:
Si
(1
‑
x)
M
x
,并且
M
是选自
C、N
或它们的组合的至少一种取代元素,并且其中
0.001≤x≤0.15
,优选
0.005≤x≤0.10
,更优选
0.0075≤x≤0.075
,更优选
0.01≤x≤0.05
,并且最优选
0.02≤x≤0.03。3.
根据权利要求1或2所述的含硅颗粒,其中所述颗粒具有根据
ISO 9277:2010
通过
Brunauer
‑
Emmet
‑
Teller(BET)
分析确定的
34
至
136m2/g、
优选在
39
至
109m2/g
范围内
、
更优选在
45
至
91m2/g
范围内并且最优选在
54
至
68m2/g
范围内的
BET
表面积
。4.
根据前述权利要求中任一项所述的含硅颗粒,其中所述含硅颗粒的化学化合物具有通过
Rietveld
精修确定的在2至
12nm
范围内
、
优选在3至
10nm
范围内
、
更优选在4至
8nm
范围内并且最优选在5至
6nm
范围内的晶粒尺寸,在
Rietveld
精修中,仪器布拉格峰轮廓由基本参数计算并被精修,以考虑由于小粒度而导致的洛伦兹和高斯样品加宽,以及然后使用谢乐公式从样品对形状因子为
0.89
的半峰全宽
(FWHM)
的贡献计算粒度
。5.
根据前述权利要求中任一项所述的含硅颗粒,其中所述颗粒进一步包括厚度为
0.2
‑
10nm、
优选在
1.5
至
8nm
范围内
、
更优选在2至
6nm
范围内并且最优选在3至
4nm
范围内的碳涂层
。6.
根据权利要求1至4中任一项所述的含硅颗粒,其中所述颗粒包括覆盖至少部分所述颗粒表面的涂层,并且其中所述涂层是来自所述含硅颗粒的表面与气态一氧化碳
CO
反应的反应产物
。7.
根据权利要求6所述的含硅颗粒,其中所述涂层具有通过高分辨率亮场透射电子显微镜
(TEM)
测定的在
0.1
至
3nm
范围内
、
优选
0.2
至
2nm、
更优选
0.3
至
1.5nm、
更优选
0.4
至
1.0nm、
更优选
0.5
至
0.8nm
并且最优选
0.6
至
0.7nm
的厚度
。8.
一种用于制造根据权利要求1至7中任一项所述的含多晶硅的颗粒的方法,其中所述方法包括以下工艺步骤:
‑
形成含硅化合物的第一前体气体和含取代元素
M
的化合物的至少一种第二前体气体的均匀气体混合物,其中
M
是
C
或
N/
或它们的组合,
‑
将第一前体气体和第二前体气体的所述均匀气体混合物注入到反应器空间,在所述反应器空间中,前体气体被加热至
700
至
900℃
范围内的温度,使得所述前体气体反应并形成主要含无定形硅的颗粒;
‑
在
800
至
900℃
范围内的温度下,在惰性气氛中,使所述主要含无定形硅的颗粒经受热处理
0.1
至4小时的时间段,以将所述含无定形硅的颗粒转化为含多晶硅的颗粒,以及
‑
冷却并且收集所述含多晶硅的颗粒,并且其中
‑
调整所述第一前体气体和所述第二前体气体的相对量,使得形成的颗粒获得在
[0.005
,
0.25]
范围内的原子比
M:Si。
9.
...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。