[發明專利]納孔硅和由其形成的鋰離子電池負極

在審

• 申請號: 201380026769.4
• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN104396062A
• 公開（公告）日: 2015-03-04
• 發明（設計）人: C.周;M.葛;J.榮;X.方
• 申請（專利權）人: 南加州大學
• 主分類號: H01M4/38
• 分類號: H01M4/38;H01M4/583;H01M10/0525;B82B1/00
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 宋莉;凌志軍

1.用于鋰離子電池的電極，所述電極包括：

納孔硅結構體，各納孔硅結構體限定多個孔；

粘結劑；和

導電基底，

其中所述納孔硅結構體與所述粘結劑混合以形成組合物，且所述組合物粘附至所述導電基底以形成所述電極。

2.權利要求1的電極，其中所述納孔硅結構體為納孔硅納米線。

3.權利要求1的電極，其中所述納孔硅結構體為具有10μm或更小、1μm-10μm、1-100nm、50-150nm、或者50-500nm的平均直徑的納孔硅顆粒。

4.權利要求3的電極，其中所述納孔硅結構體為由粉末硅納米顆粒、塊體冶金級硅、或者由硅前體通過等離子體或化學氣相沉積方法形成的納孔硅顆粒。

5.權利要求1的電極，進一步包括炭黑，其中所述炭黑與所述納孔硅結構體以及所述粘結劑混合以形成所述組合物。

6.權利要求1的電極，其中所述納孔硅結構體中孔的平均直徑在1nm-200nm范圍內。

7.權利要求1的電極，其中所述納孔硅結構體中相鄰的孔之間的距離在1nm-200nm范圍內。

8.權利要求1的電極，其中所述納孔硅結構體是用碳包覆的。

9.權利要求8的電極，其中所述納孔硅結構體是用還原的氧化石墨烯包覆的。

10.權利要求1的電極，其中所述納孔硅結構體是用硼、砷、磷、鐵、鉻、鋁、或者其組合摻雜的。

11.權利要求1的電極，其中在室溫下所述粘結劑的粘度在100cP-2000cP范圍內。

12.權利要求11的電極，其中所述粘結劑包括海藻酸鹽。

13.權利要求1的電極，其中所述電極為用于鋰離子電池的負極。

14.權利要求1的電極，其中在0.4A/g的充電/放電速率下在100次循環之后，所述電極的比容量超過1000mAh/g。

15.鋰離子電池，其包括權利要求1的電極。

16.包括鋰離子電池的設備，所述鋰離子電池包括權利要求1的電極。

17.一種方法，包括：

將其中各納孔硅結構體限定多個孔的納孔硅結構體與粘結劑組合以形成混合物；和

將所述混合物成型以得到用于鋰離子電池的電極，其中在0.4A/g電極的充電/放電速率下在100次循環之后，所述電極的比容量超過1000mAh/g。

18.權利要求17的方法，進一步包括在將所述納孔硅結構體與所述粘結劑組合之前，用包括金屬鹽和強酸的第一蝕刻劑溶液蝕刻實心硅結構體以得到所述納孔硅結構體。

19.權利要求18的方法，其中所述實心硅結構體選自硅晶片、硅納米顆粒、冶金級硅顆粒、以及由硅前體以等離子體或化學氣相沉積方法制備的硅顆粒。

20.權利要求19的方法，其中所述實心硅結構體為冶金級硅顆粒，并且進一步包括在蝕刻所述實心硅結構體之前對所述金級硅顆粒進行球磨。

21.權利要求18的方法，其中所述實心硅結構體為具有至少95％且小于99.9％、小于99.8％、小于99.5％、小于99％、小于98％、或小于96％的純度的冶金級硅的顆粒。

22.權利要求18的方法，其中所述實心硅結構體是用硼、砷、磷、鐵、鉻、鋁、或者其組合摻雜的。

23.權利要求18的方法，其中所述強酸包括氫氟酸、氟化銨、硝酸、硫酸、鹽酸、或者其組合。

24.權利要求18的方法，其中所述金屬鹽為硝酸銀。

25.權利要求18的方法，其中所述金屬鹽包括硝酸鐵、氯金酸、硝酸銅、氯化銅、硝酸鈷(III)、氯化鈷(III)、或者其組合。

26.權利要求18的方法，進一步包括用包括強酸和氧化劑的第二蝕刻劑溶液蝕刻所述納孔硅結構體。

27.權利要求26的方法，其中所述氧化劑包括過氧化氫。