[发明专利]包含硅和锂的颗粒

说明书

本发明提供了组合物，所述组合物包含含硅涂覆颗粒，其中涂层由碳和一种或多种硅酸锂组成，相对于所述涂覆颗粒的总重量，所述含硅涂覆颗粒具有约0.10重量％或更高的碳含量和约1重量％或更高的锂含量。还提供了用于制备这些组合物的方法。

技术领域

本发明涉及包含硅和/或氧化硅的颗粒，所述颗粒被包含碳和硅酸锂的层涂覆。

背景技术

氧化硅常常在锂离子电池中用作阳极(负电极)活性材料，以提高电池的能量密度。在锂离子电池的第一周期中，据信活性锂的不可逆损失是由于氧化硅与锂形成硅酸锂的副反应而引起的，这是一些锂从阴极和电解质中的不可逆损失。

为了抑制形成对充放电没有贡献的锂化合物的不可逆反应并提高初始充放电效率，已经研究了氧化硅的锂掺杂，这种锂掺杂在氧化硅中形成硅酸锂。用于氧化硅的锂掺杂的已知方法一般涉及两个步骤，并且常常需要惰性气氛。

发明内容

本发明提供了含硅颗粒，所述颗粒具有包含碳和硅酸锂的涂层，其中含硅颗粒通常是硅颗粒和/或包含一种或多种氧化硅的颗粒，或硅颗粒与包含一种或多种氧化硅的颗粒的混合物。包含一种或多种氧化硅的颗粒常常包含一些单质硅；硅颗粒常常包含少量的一种或多种氧化硅。有利地，可以在一个步骤中在颗粒上形成涂层，并且据信所述涂层是基本上均匀的。

本发明的一个实施方案是一种组合物，所述组合物包含含硅涂覆颗粒，其中涂层由碳和一种或多种硅酸锂组成。相对于含硅涂覆颗粒的总重量，含硅涂覆颗粒具有约0.10重量％或更高的碳含量和约1重量％或更高的锂含量。

本发明的另一个实施方案是一种用于形成组合物的工艺，所述组合物包含上面具有涂层的含硅颗粒，所述涂层由碳和一种或多种硅酸锂组成。相对于含硅涂覆颗粒的总重量，含硅涂覆颗粒具有约0.10重量％或更高的碳含量和约1重量％或更高的锂含量。所述工艺包括将含硅颗粒与包含液体介质、碳前体和锂前体的前体混合物组合并混合，以形成湿润的混合物；以及加热所述湿润的混合物的至少一部分，以在含硅颗粒上形成涂层。

本发明的这些和其它实施方案和特征从随后的描述、图式和所附权利要求书将更加显而易见。

附图说明

图1是按照实施例1制备的含硅涂覆颗粒的粉末XRD图。

图2是按照实施例2制备的含硅涂覆颗粒的粉末XRD图。

具体实施方式

如本文献通篇使用的词语“层”具有与词语“涂层”相同的含义。关于含硅颗粒使用的每个术语“层”和“涂层”指示，此种颗粒的表面的至少一部分，优选此种颗粒的基本上所有或所有表面都被“层”或“涂层”覆盖或者与“层”或“涂层”接触。类似地，关于含硅颗粒的术语“涂覆”指示，颗粒表面的至少一部分，优选颗粒的基本上所有或所有表面都被一种或多种物质覆盖或者与一种或多种物质接触，所述颗粒据称为被所述一种或多种物质“涂覆”。而且，在本文献通篇，短语“涂覆颗粒”与短语“含硅涂覆颗粒”可互换使用。

据信本发明的组合物具有核-壳结构，其中壳是包含碳和硅酸锂的涂层或层，并且一般呈非晶态的硅和/或一种或多种氧化硅是核。核的硅和/或一种或多种氧化硅有时分别被称为块状硅或块状氧化硅。

在本文献通篇，短语“氧化硅颗粒”与短语“一种或多种氧化硅的颗粒”可互换使用。

本发明的组合物是含硅涂覆颗粒，所述颗粒一般具有约0.005微米或更大，优选约0.05微米或更大的平均粒度。通常，涂覆颗粒具有约0.05微米至约25微米的平均粒度；优选地，平均粒度为约0.1微米至约20微米，更优选地为约0.1微米至约15微米，并且甚至更优选地为约1微米至约15微米。

涂覆颗粒是含硅颗粒，所述颗粒由硅和/或一种或多种氧化硅组成。当颗粒由硅组成时，颗粒通常包含约95％或更多的硅，优选约99％或更多的硅，而忽略杂质，其中杂质被定义为除硅和氧以外的元素，因为硅颗粒常常包含少量的一种或多种氧化硅。