[发明专利]用于锂离子电池的硅基阳极材料

说明书

一种多孔还原二氧化硅纤维材料的直径为约0.1至约20微米，表面积为约5m²/g至约400m²/g。可用该多孔还原纤维材料形成具有高容量和与可比商业硅电极相比改善的循环寿命的电极。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年9月13日提交的标题为“Battery Electrode Materials”(电池电极材料)的美国临时申请号62/558107的优先权，其公开内容整体通过引用结合到本文中。

背景

本公开主要涉及用于锂离子电池的硅基高容量负极(阳极)活性材料。具体地讲，本公开描述一种硅基纤维材料，该材料显示与标准商业级硅相比改善的循环寿命以及与石墨阳极材料相比改善的容量。

锂离子电池在过去的十年里激增，现在是为电子装置、无绳设备和车辆提供便携式电源的首选电源。随着技术变得越来越依赖锂离子电池电源，锂离子电池行业努力扩展其电池(cell)的性能，以便为最终用户提供最大的多功能性。

石墨常用于锂离子电池，这是由于其能够经几百个循环保持稳定并发挥其功能，且几乎没有或没有容量损失。硅显示作为阳极材料的广阔前景，这是由于其相对于当前行业标准的石墨(372mAh/g)的极高容量(4000mAh/g)。然而，硅有在锂化时溶胀350%的限制。这种溶胀可导致严重破坏内部电池结构，并造成容量快速损失，因为电池组件受损，且阳极自身碾压成更小的碎片，并最终失去电连接性。

因此，持续需要改进的硅基阳极材料和制备这种硅基阳极材料的方法。

附图简述

包括以下附图是为了说明本发明的某些方面，而不应将其视为排它性实施方案。所公开的主题能够在形式和功能上进行相当多的修改、变更和等同，这些会被在本领域且受益于本公开的普通技术人员想到。

图1示出包含阳极和阴极的锂离子电池的示意图；

图2为实施例1的还原混合物的x-射线衍射(XRD)扫描图；

图3为在用酸洗涤后实施例1的还原混合物的x-射线衍射(XRD)扫描图；

图4示出根据本公开的实施方案Mg/SiO₂比率对SiO₂转换成Si的百分数的影响；

图5示出根据本公开的实施方案Mg/SiO₂比率对硅基纤维表面积的影响；

图6示出根据本公开的实施方案Mg/SiO₂比率对硅基纤维中值孔径的影响；

图7示出根据本公开的实施方案Mg/SiO₂比率对硅基纤维孔隙率的影响；

图8为商业硅的第一循环结果的曲线图；

图9为商业石墨的第一循环结果的曲线图；

图10为根据本公开的实施方案的实施例3和4的样品1的第一循环结果的曲线图；

图11为根据本公开的实施方案的实施例3和4的样品5的第一循环结果的曲线图；

图12为根据本公开的实施方案的实施例3和4的样品2的第一循环结果的曲线图；

图13为根据本公开的实施方案的实施例3和4的样品10的第一循环结果的曲线图；

图14为根据本公开的实施方案的实施例3和4的样品11的第一循环结果的曲线图；

图15为商业硅的容量对循环的曲线图；

图16为商业石墨的容量对循环的曲线图；

图17为根据本公开的实施方案的实施例3和4的样品1的容量对循环的曲线图；