[发明专利]硅/碳复合物、硅合金/碳复合物及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及硅/碳复合物(硅-碳复合物)、硅合金/碳复合物(硅合金-碳复 合物)及其制备方法。更具体而言，本发明涉及其中在导电碳材料表面上形 成均匀含硅薄膜的硅/碳复合物、其中在导电碳材料表面上形成均匀含硅合 金薄膜的硅合金/碳复合物及其制备方法。

背景技术

近年来想要具有高能量密度的高电压电储存器件作为驱动电子器件的 电源。锂离子电池、锂离子电容器等预期作为该电储存器件。

研究了使用具有高锂吸着能力的材料以实现电储存器件所需的输出和 能量密度提高。已知大容量电储存器件例如通过使用纳米级硅或纳米级硅 合金作为负极材料(活性材料)得到。

除负极材料外，目前使用的电储存器件负极生产方法使用不直接贡献 于容量提高的材料(例如粘合剂和导电添加剂)。预期电储存器件的容量通 过降低这些材料的量而提高。另一方面，进行了旨在通过使用导电碳材料 和硅的复合物而提高电储存器件的容量的研究。例如，提议碳材料如石墨 或碳纳米纤维(CNF)和硅的复合物作为可应用于锂离子电池上的硅/碳复合 物。

使用硅烷或挥发性硅基前体的化学气相沉积(CVD)已知是将碳材料用 硅涂覆的方法。然而，不能以均匀的厚度将市售CNF用硅涂覆(例如参见 非专利文献1和2)。非专利文献3和4提议将聚偏二氟乙烯(PVDF)(有机 粘合剂)与CNF混合，将混合物加热并进行硅CVD以得到均匀涂覆的硅 /CNF复合物的方法。

当制备包含碳材料和另一无机/有机材料的复合材料时，复合材料的物 理化学特性明显受材料之间的亲合力影响。研究了CNF与聚合物或塑料之 间的亲合力以提供控制其物理化学特性(例如电/热导率和摩擦特性)的新功 能复合材料。还尝试通过预处理改进CNF的机械特性。例如，专利文献1 和2公开了将通过电纺丝制备的CNF氧化的方法。专利文献3和4公开了 将CNF用加热至1100℃或更小的二氧化碳处理的方法。专利文献5公开 了将CNF用酸溶液处理的方法。

专利文献6公开了硅层可在沉积无定形碳时均匀地沉积。专利文献7 和8公开了当制备硅/碳多层结构时，碳层保护硅层。

专利文献9公开了改进与聚合物的亲合力，并且复合物的物理化学特 性(例如电/热导率和摩擦特性)通过使用利用乙炔作为碳来源的等离子体 CVD处理CNF而改进。

[引用目录]

[专利文献]

[PTL1]CN-A-102074683

[PTL2]KR-A-2005-0014033

[PTL3]KR-A-2003-0095694

[PTL4]韩国专利No.100744832

[PTL5]韩国专利No.101315486

[PTL6]WO2013/060790

[PTL7]US-A1-2012/0264020

[PTL8]US-A1-2014/0021415

[PTL9]JP-A-2006-213569

[非专利文献]

[NPL1]GerardK.Simon，BenjiMaruyama，MichaelF.Durstock， DavidJ.Burton，TarunGoswami，JournalofPowerSources，196， 10254-10257，2011

[NPL2]JaneY.Howe，DavidJ.Burton，YueQi，HarryM.MeyerIII， MaryamNazri，G.AbbasNazri，AndrewC.Palmer，PatrickD.Lake， JournalofPowerSources，221，455-461，2013

[NPL3]C.K.Chan，H.Peng，G.Liu，K.McIlwrath，X.F.Zhang， R.A.Huggins，Y.Cui，NatureNanotechnol.，3，31，2008

[NPL4]L.-F.-Cui，Y.Yang，C.-M.Hsu，Y.Cui，NanoLett.，9，3370， 2009

发明内容