[发明专利]包含介孔中空硅颗粒的阳极以及制备介孔中空硅颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及包含介孔中空硅颗粒的阳极。本发明还涉及介孔中空硅颗粒的制备方法。

背景技术

二次、或可再充电锂离子电池常用于许多固定和便携式设备，例如在消费电子、汽车和航天工业中遇到的那些。出于包括相对高的能量密度、相对于其他种类的可再充电电池而言一般不太显著的任何记忆效应、相对低的内阻以及不使用时低的自放电速率在内的各种原因，锂离子类电池已经得到普及。锂离子电池在其使用寿命内经受重复的功率循环的能力，使得它们成为引人注目和可靠的动力源。

发明内容

本文公开了包含介孔中空硅颗粒的阳极。本文还公开了介孔中空硅颗粒的制备方法。在该方法的一个实施例中，形成了具有二氧化硅固体核和二氧化硅介孔壳的二氧化硅球。使用镁蒸气将该二氧化硅介孔壳转化为硅介孔壳。去除该二氧化硅固体核、任何残留的二氧化硅以及任何含镁副产物以形成介孔中空硅颗粒。

具体地，本发明包括以下方面：

1.一种介孔、中空硅颗粒的制备方法，包括：

提供具有二氧化硅固体核和二氧化硅介孔壳的二氧化硅球；

使用镁蒸气将所述二氧化硅介孔壳转化为硅介孔壳；以及

去除所述二氧化硅固体核、任何残留的二氧化硅以及任何含镁副产物以形成所述介孔、中空硅颗粒。

2.方面1所限定的方法，其中所述提供步骤包括用四乙氧基硅烷／致孔剂混合物和非多孔二氧化硅球形成所述二氧化硅球。

3.方面1所限定的方法，其中所述转化步骤是采用基于扩散公式t=x²／q_iD的尺寸依赖反应实现的，其中：

t等于扩散时间；

x是平均扩散距离；

q_i是数值常量，其对于一维扩散来说为2、对于二维扩散来说为4或对于三维扩散来说为6；以及

D是镁原子的扩散系数。

4.方面1所限定的方法，其中在约620℃至约680℃的温度实现所述转化步骤。

5.方面4所限定的方法，其中在惰性环境下实现所述转化步骤。

6.方面5所限定的方法，其中所述惰性环境是氩气。

7.方面1所限定的方法，其中所述去除步骤是通过如下步骤实现的：

清洗其上具有硅介孔壳的二氧化硅固体核；和

将其上具有硅介孔壳的所述二氧化硅固体核暴露于酸蚀刻。

8.方面7所限定的方法，其中：

所述清洗是用5wt％的醋酸溶液实现的；和

所述酸蚀刻是用1wt％的氢氟酸溶液实现的。

9.一种颗粒，其包含：

中空核；和

围绕所述中空核的硅介孔壳，

所述颗粒具有约100m²／g至约600m²／g的表面积。

10.方面9所限定的颗粒，其中所述颗粒的直径为约250nm至约3μm。

11.方面9所限定的颗粒，其中所述硅介孔壳包含具有约2nm至约30nm的平均直径的多个孔。

12.方面9所限定的颗粒，其中所述中空核具有约200nm至约1.5μm的直径。

13.一种用于锂离子电池的阳极，包含：

介孔、中空硅颗粒，所述介孔、中空硅颗粒的每一个包含：

中空核；以及

围绕所述中空核的硅介孔壳；

海藻酸钠；以及

石墨烯。

14.方面13所限定的阳极，其中：

所述介孔、中空硅颗粒占所述阳极的约64wt％；

所述海藻酸钠占所述阳极的约15wt％；以及

所述石墨烯占所述阳极的约21wt％。

15.方面13所限定的阳极，其中，每个所述颗粒的直径为约250nm至约3μm。

16.方面13所限定的阳极，其中，所述硅介孔壳包含具有约2nm至约30nm的平均直径的多个孔。

17.方面13所限定的阳极，其中所述中空核具有约200nm至约1.5μm的直径。

附图说明

通过参见以下详细说明和附图，本公开的实施例的特征和优点将会变得显而易见，其中相似的附图标记对应相似的部件，尽管也许不完全相同。为了简便起见，附图标记或具有之前已描述过的功能的特征在结合出现了它们的其他附图时可能进行说明也可能不进行说明。