[发明专利]MOF-硅-碳-复合材料-阳极材料

说明书

本发明涉及制备多孔硅‑复合材料的方法，特别是制备硅‑碳‑和/或‑金属‑复合材料的方法和/或制备用于锂‑电池和/或锂‑电池组的阳极材料的方法。为了提供用于特别是高能的锂‑电池和/或锂‑电池组，例如锂离子‑电池和/或锂离子‑电池组的改进的阳极材料，在该方法中将包含硅的金属‑有机骨架化合物(1)热解和/或还原和/或煅烧和/或氧化和/或腐蚀(1000)。此外，本发明涉及硅‑复合材料、阳极材料以及锂‑电池和/或锂‑电池组。

本发明涉及制备多孔硅-复合材料和/或用于锂-电池和/或锂-电池组的阳极材料的方法、硅-复合材料、阳极材料以及锂-电池和/或锂-电池组。

现有技术

硅是用于锂离子-电池的很有希望的阳极材料，因为其可以提供对锂在大约 0.4V下例如3670 mAh/g以及因此传统石墨的大约十倍的非常高的容量，并此外容易可得且无毒。

但是，硅具有低的导电性以及受限的反应动力学和锂离子渗透深度，因此在传统上使用硅纳米颗粒作为阳极材料。

此外，硅在配备其的电池的循环时经历例如高达300 %的极度体积变化，这可能导致机械完整性的损失并因此可能导致该阳极材料和配备其的电池的低循环耐受性。

印刷文献WO 2012/028989 A1涉及制备包含碳的复合材料的方法。

发明公开内容

本发明的主题是制备多孔硅-复合材料，特别是硅-碳-和/或-金属-复合材料，例如硅-碳-金属-复合材料和/或用于锂-电池和/或锂-电池组，例如用于锂离子-电池和/或锂离子-电池组的阳极材料的方法。

在该方法中，特别地将包含硅的金属-有机骨架化合物热解和/或还原和/或煅烧和/或氧化和/或腐蚀。

金属-有机骨架化合物（MOF；英语：Metall-organic Framework）可以被理解为特别是指结晶的，特别是多孔的材料，特别是无机-有机杂化材料，其包含金属离子和有机分子，这些金属离子和有机分子形成节结点和节结点之间的连接元，所谓的连接体，由其构成一维、二维或三维骨架。在此，金属离子，特别是个别（einzeln）金属离子，例如过渡金属离子和/或特别是元素周期表的第二、第三和/或第四主族的金属离子，和/或金属离子簇，例如过渡金属离子和/或第二、第三和/或第四主族的金属离子的簇可以用作节结点，且有机分子可以用作连接元，这也称为传统的金属-有机骨架化合物（MOF）。但是，也可以将有机分子用作节结点，且金属离子，特别是个别金属离子，例如过渡金属离子和/或第二、第三和/或第四主族的金属离子，和/或金属离子簇，例如过渡金属离子和/或第二、第三和/或第四主族的金属离子的簇用作连接元，这也称为反转金属-有机骨架化合物（IMOF；英语：Inverted Metall-organic Framework）。特别地，所述节结点和连接元可以构成二维或三维，特别是三维骨架。该金属-有机骨架化合物可以特别是多孔的，例如是微孔和/或介孔的。

热解可以被理解为特别是指有机化合物通过例如≥ 200℃至≤ 1000℃，例如≥500℃至≤ 1000℃的高温，并且特别是在没有额外输入氧气的情况下，例如在排除氧气（厌氧）的情况下的热化学裂解，其中强迫使大分子内发生键断裂而产生更小分子，并且特别是留下元素碳。

煅烧可以被理解为特别是指将化学的，例如有机的化合物在空气或氧气存在下加热到例如≥ 500℃至≤ 1200℃的高温。

腐蚀可以被理解为特别是指通过腐蚀剂将化学的，例如有机的化合物化学除去，例如溶解。