[发明专利]多孔、无定形锂存储材料及其制备方法

权利要求书

1.一种制备多孔、无定形锂存储材料的方法，包括：

制备无定形相锂存储材料和与该锂存储材料不溶混的材料的复合颗粒；

在所述复合颗粒内部引发相分离以析出无定形相锂存储材料并形成相分离的复合颗粒；和

从所述相分离的复合颗粒中化学蚀刻所述不溶混材料，由此形成多孔、无定形锂存储材料颗粒。

2.权利要求1中的方法，其中所述复合颗粒的制备包括：

将所述锂存储材料和所述不溶混材料一起熔化以形成混合物；

固化所述混合物以形成包括无定形相锂存储材料的复合物；以及

研磨所述复合物以形成复合颗粒；

其中所述方法进一步地包括：

通过控制被用于形成所述混合物的所述锂存储材料与所述不溶混材料的原子比来调整形成在所述多孔、无定形锂存储材料颗粒中的孔的尺寸；和

控制所述锂存储材料与所述不溶混材料的原子比大于1，从而所述相分离的复合颗粒包括其中嵌有所述不溶混材料的所述无定形相锂存储材料的基质；或

控制所述锂存储材料与所述不溶混材料原子比等于或小于1，从而所述相分离的复合颗粒包括其中嵌有所述无定形相锂存储材料的所述不溶混材料的基质。

3.权利要求2的方法，进一步包括：

从由硅和锗-金属合金构成的组中选择所述锂存储材料；和

从由锡、铝、银、铟和铁构成的组中选择所述不溶混材料。

4.权利要求2的方法，其中固化混合物是通过以约10²K/s至约10⁵K/s的速率冷却所述混合物而完成的，其中研磨是使用冷球磨将所述复合颗粒的尺寸降至20μm以下而完成的，并且其中所述方法进一步包括添加成核添加剂至所述混合物以控制多孔锂存储材料颗粒中所形成的孔的尺寸。

5.权利要求1的方法，其中制备复合颗粒包括：

输送包含锂存储材料前体的第一载体气体和包含不溶混材料前体的第二载体气体至具有预定温度的加热区，由此形成锂存储材料和不溶混材料的合金蒸气；以及

输送所述合金蒸气至具有预定温度的冷却区，由此形成复合颗粒。

6.权利要求5的方法，其中：

所述锂存储材料前体为硅前体；

所述不溶混材料前体为锡前体；

加热区的预定温度为超过1000℃；以及

冷却区的预定温度为低于-20℃；

并且其中所述方法进一步包括控制第一载体气体和第二载体气体中的至少一个的流速，从而控制复合颗粒中的锂存储材料与不溶混材料的原子比。

7.权利要求1的方法，其中引发相分离是通过在从约300℃至约900℃的温度范围对所述复合颗粒退火而完成的，以及其中化学蚀刻是用选自由盐酸、硫酸和硝酸组成的组中的酸而完成的。

8.权利要求1的方法，进一步包括在所述多孔、无定形锂存储材料颗粒表面上施加钝化层。

9.一种锂存储材料，其包含：

具有约100nm至约20μm的尺寸的无定形硅颗粒；和

形成在所述无定形硅颗粒中的孔，所述孔具有约5nm至约1μm的受控的孔径。

10.一种用于锂离子电池的阳极，包含：

无定形锂存储材料颗粒，其包含：

无定形锂存储材料基质；和

形成在所述无定形锂存储材料基质中的孔，所述孔具有约5nm至约1μm的受控的孔径；

粘合剂；以及

导电添加剂。