[发明专利]多孔硅复合物簇结构体、其制备方法、用其的碳复合物及各自含其的电极、锂电池和器件

说明书

本发明涉及多孔硅复合物、其制备方法、用其的碳复合物及各自含其的电极、锂电池和器件。多孔硅复合物簇结构体包括：多孔硅复合物簇，其包括多孔硅复合物二次颗粒和在所述多孔硅复合物二次颗粒的至少一个表面上的第二碳薄片；和在所述多孔硅复合物簇上的碳质层，碳质层包括无定形碳，其中所述多孔硅复合物二次颗粒包括两个或更多个硅一次颗粒的聚集体，所述两个或更多个硅一次颗粒包括硅、在硅的表面上的其中0x2的式SiO_x的硅低价氧化物、和在所述硅低价氧化物的至少一个表面上的第一碳薄片，所述硅低价氧化物为膜、基质、或其组合的形式，和第一碳薄片和第二碳薄片各自独立地以膜、颗粒、基质、或其组合的形式存在。

技术领域

本公开内容涉及多孔硅复合物簇结构体、其制备方法、使用所述多孔硅复合物的碳复合物、以及各自包括所述多孔硅复合物簇结构体的电极、锂电池和器件。

背景技术

在用于锂离子电池的负极活性材料中，硅可具有4,200mAh/g的高的理论容量和低的成本，并且因此已经被研究以用作负极材料。然而，由于在电池放电期间产生Li_4.4Si合金，硅可经历体积膨胀，并且可在电极中产生电绝缘的活性材料。此外，硅的提高的比表面积可加速电解质分解反应。更有效地抑制硅的体积膨胀和在硅的体积膨胀期间硅的粉碎现象的结构体将是合乎需要的。因此，仍存在对于改善硅电极材料的需要。

发明内容

提供多孔硅复合物簇结构体和其制备方法。

提供碳复合物，其包括所述多孔硅复合物簇结构体和碳质材料。

提供锂电池，其包括电极，所述电极包含所述多孔硅复合物簇结构体或者包含包括所述多孔硅复合物簇结构体和碳质材料的碳复合物。

提供器件，其包含所述多孔硅复合物簇结构体或者包含包括所述多孔硅复合物簇结构体和碳质材料的碳复合物。所述器件可为场发射器件、生物传感器、半导体器件、或热电器件。

另外的方面将在随后的描述中部分地阐明并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现实施方式的实践而获知。

根据一个方面，多孔硅复合物簇结构体包括：多孔硅复合物簇，其包括多孔硅复合物二次颗粒和在所述多孔硅复合物二次颗粒的至少一个表面上的第二碳薄片(片，flake)；和在所述多孔硅复合物簇上的碳质层，碳质层包括无定形碳，其中所述多孔硅复合物二次颗粒包括两个或更多个硅一次颗粒的聚集体，其中所述两个或更多个硅一次颗粒包括硅、在硅的表面上的其中0x2的式SiO_x的硅低价氧化物(silicon suboxide)、和在所述硅低价氧化物的至少一个表面上的第一碳薄片，所述硅低价氧化物为膜、基质(基体，matrix)、或其组合的形式，和第一碳薄片和第二碳薄片各自独立地以膜、颗粒、基质、或其组合的形式存在。

根据另一方面，制备所述多孔硅复合物簇结构体的方法包括：使分散剂、溶剂、以及包括硅和在硅上的其中0x2的式SiO_x的硅低价氧化物的颗粒接触以获得多孔硅簇；

将碳源气体和所述多孔硅簇的组合热处理以获得多孔硅复合物二次颗粒；和

将包括所述多孔硅复合物二次颗粒(多孔硅复合物簇)、无定形碳、和溶剂的组合物干式混合以制备所述多孔硅复合物簇结构体。

根据另一方面，碳复合物包括所述多孔硅复合物和碳质材料。

根据另一方面，电极包括所述多孔硅复合物簇结构体或所述碳复合物。

根据另一方面，锂电池包括所述电极。

根据另一方面，器件包括所述多孔硅复合物簇结构体或所述碳复合物。