[发明专利]结构化硅电池阳极

权利要求书

1.一种制备涂覆的多孔硅的方法，包括：

(a)在电化学池中，在电流条件下，腐蚀硅以产生多孔硅，所述多孔硅具有孔深度为5-100μm、直径从10nm至10μm的孔，以及

(b)用至少1nm的钝化材料涂覆所述多孔硅，其中所述涂覆的多孔硅具有达至少50个循环的至少1000mAh/g的充电容量。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述腐蚀使用高密度等离子气体或酸。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅是晶体硅、半晶体硅、非晶硅、掺杂的硅、涂覆的硅、预涂覆以硅纳米颗粒的硅或其组合。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述酸包括在二甲基甲酰胺(DMF)中的氢氟酸(HF)。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层是碳或金。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂层是约20nm的金。

7.根据权利要求2所述的方法，其中可以通过降低所述酸浓度和/或提高所述电流来提高孔隙度。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂覆的多孔硅具有5-10μm的孔深度和达至少60个循环的至少2000mAh/g的充电容量。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述涂覆的多孔硅具有约2μm的孔宽度和至少200个循环的使用寿命。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅用硅纳米颗粒预处理，并且所述涂覆的多孔硅具有约少于1μm的孔宽度、5-10μm的深度和至少150个循环的使用寿命。

11.根据权利要求3所述的方法，其中所述电流范围在1-20mA，HF∶DMF的比例范围从1∶5到1∶35，并且施加所述电流30-300分钟。

12.根据权利要求3所述的方法，其中所述电流为8mA，HF∶DMF∶水的比例为1∶10∶1，施加所述电流240分钟，并且所述孔深度为至少6微米，并且孔直径为至少2微米。

13.根据权利要求3所述的方法，其中所述电流为8mA，HF∶DMF的比例为2∶25，并且以约30分钟的间隔施加所述电流达约120分钟，并且所述孔深度为至少5微米。

14.根据权利要求1所述的方法，包括：

(a)在电化学池中，在比例为1∶5-1∶35的HF∶DMF中在恒定电流或间歇电流的条件下，在3-10mA腐蚀晶体硅30-300分钟，以产生多孔硅，所述多孔硅具有孔深度为5-250μm、直径从10nm至10μm的孔，

(b)用5-50nm的金涂覆所述多孔硅，其中所述涂覆的多孔硅具有达至少60个循环的至少3000mAh/g的充电容量。

15.一种阳极，包括如权利要求1所述的涂覆的多孔硅。

16.一种阳极，包括如权利要求14所述的涂覆的多孔硅。

17.一种阳极，包括如权利要求1所述的涂覆的多孔硅，所述涂覆的多孔硅被粉碎、与基体材料结合并且被成型以形成阳极；或者被原样使用，或被脱离块状硅并且被用在任选的基板上，所述任选的基板具有任选的过渡层，所述任选的过渡层被任选地掺杂。

18.一种可充电电池，包括含有如权利要求1所述的涂覆的多孔硅的阳极。

19.一种可充电电池，包括含有如权利要求14所述的涂覆的多孔硅的阳极。

20.一种可充电电池，包括一阳极，所述阳极包括覆盖在任选的基板的顶部上的如权利要求1所述的涂覆的多孔硅的阳极、在所述涂覆的多孔硅和所述基板之间的一任选的过渡层、一分隔物和一阴极材料。

21.根据权利要求20所述的可充电电池，其中所述基板选自由铜、块状硅、碳、碳化硅、碳、石墨、碳纤维、石墨烯片、富勒烯、碳纳米管和石墨烯薄片组成的组及其组合。

22.一种可充电电池，包括一阳极，所述阳极包括如权利要求1所述的多孔硅的阳极、一分隔物和一阴极材料，其中所述电池能够被封装成盘绕式电池、袋状电池、圆柱电池或棱柱电池构型。