专利汇可以提供用于锂离子电池的带正电荷的硅专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于 锂离子 电池 的 负极材料 ,该负极材料包含 硅 并且具有经过化学处理或涂布的表面,从而影响该表面的电动电位。活性材料由包含含有硅的一种核心的颗粒或颗粒和线材组成,其中这些颗粒在pH3.5与9.5之间并且优选地在pH4与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。该核心是用 氨 基官能金属 氧 化物来进行化学处理,或者该核心至少部分地被OySiHx基团 覆盖 ,其中1 y,或者该核心被 吸附 的无机纳米颗粒或阳离子型多价 金属离子 或氧化物覆盖。,下面是用于锂离子电池的带正电荷的硅专利的具体信息内容。
1.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面携带OySiHx基团,其中1
2.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面至少部分地被由无机纳米颗粒组成的一个涂层覆盖,该材料在pH3.5与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
3.如权利要求2所述的负极材料,其中这些无机纳米颗粒是一种铝化合物、锌化合物以及锑化合物中的任一种。
4.如权利要求3所述的负极材料,其中该铝化合物是铝或Al2O3,该锌化合物是锌或氧化锌,并且该锑化合物是锑或氧化锑。
5.如权利要求2至4中任一项所述的负极材料,其中所吸附的纳米颗粒在该核心上形成一个第一涂层,该第一涂层具有小于10nm的厚度。
6.如权利要求5所述的负极材料,其中这些颗粒进一步包含位于该核心与所吸附的纳米颗粒之间的一个第二涂层,该第二涂层包含碳或铝。
7.如权利要求5或6所述的负极材料,其中该第一涂层具有在1与5nm之间,并且优选地在2与5nm之间的厚度。
8.如权利要求5至7中任一项所述的负极材料,其中该第一涂层是共形的或多孔的。
9.如权利要求6或7所述的负极材料,其中该第一和第二涂层的任一个或两个具有电化学活性。
10.如权利要求2至9中任一项所述的负极材料,其中所吸附的纳米颗粒由一种前体材料组成,该前体材料易于通过还原而转化成铝、锌以及锑中的任一种。
11.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面至少部分地被吸附的阳离子型多价金属离子所覆盖,该材料在pH3.5与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
12.如权利要求11所述的负极材料,其中这些金属离子是下组中的任一种或多种,该组由Al-、Sb-、Fe-、Ti-以及Zn-离子组成。
13.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面至少部分地被硅烷醇基团所覆盖,这些基团被共价键合至氨基官能金属化合物,其中该金属是下组中的任一种或多种,该组由Si、Al以及Ti组成,该材料在pH3.5与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
14.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面至少部分地被阳离子型多价金属氧化物的吸附的纳米颗粒所覆盖,该材料在pH3.5与
9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
15.如权利要求14所述的负极材料,其中这些金属氧化物是下组中的任一种或多种,该组由Al-氧化物、Ca-氧化物、Mg-氧化物、Pb-氧化物、Sb-氧化物、Fe-氧化物、Ti-氧化物、Zn-氧化物以及In-氢氧化物组成。
16.如权利要求1至15中任一项所述的负极材料,该材料在pH4与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
17.如权利要求1至15中任一项所述的负极材料,其中该材料在pH4或更高,优选地在pH7或更高具有一个零电荷点。
18.如权利要求1至17中任一项所述的负极材料,该材料由颗粒或颗粒与线材的一种混合物组成。
19.如权利要求18所述的负极材料,其中这些颗粒与这些线材均是纳米大小的,并且其中这些颗粒的平均粒径是这些线材的平均宽度的至少5倍,并且优选地是这些线材的平均宽度的至少10倍。
20.如权利要求1至17中任一项所述的负极材料,其中该核心具有在20nm与200nm之间的平均粒径并且由以下各项中的任一项组成:
-纯硅;或
-一种一氧化硅粉末,它由纳米尺度的Si和SiO2的一种混合物组成;或
-具有一个SiOx表面层的硅,其中0
-硅氧化物与金属氧化物的一种均匀混合物,该混合物具有化学式SiOx.(MaOb)y,其中
0
-一种合金Si-X,其中X是下组中的任一种或多种金属,该组由Sn、Ti、Fe、Ni、Cu、Co以及Al组成。
2
21.如权利要求1至20中任一项所述的负极材料,其中该材料具有在1与60m/g之间,
2
并且优选地在20与60m/g之间的BET值。
22.如权利要求1至21中任一项所述的负极材料在负电极中的用途,该负电极进一步包含一种水溶性或一种N-甲基吡咯烷酮可溶性粘合剂材料。
23.如权利要求1至21中任一项所述的负极材料在负电极中的用途,该负电极进一步包含石墨。
24.一种用于制备根据权利要求2或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,
-将该硅材料分散在水中,
-将一定量的阳离子型多价金属离子提供在该分散液之中,
-将该分散液的pH调整到在2与3.5之间,并且优选地在2与2.5之间的值,并且此后-将该分散液的pH调整到在pH3.5与4之间的一个值,
-测定该分散液的电动电位,并且如果该电动电位是负的,
-进一步将该分散液的pH调整到高于前述pH值0.5的值,并且测定该溶液的电动电位,并且
-重复该调整步骤直到测量出一个正电动电位。
25.根据权利要求24所述的方法,其中通过添加HCl来进行将该分散液的pH调整到在2与3.5之间的值的步骤,并且其中通过添加NaOH来进行将该分散液的pH调整到在3.5与4之间的值的步骤和适用时,进一步将该分散液的pH调整到高于前述pH值0.5的值的步骤。
26.一种用于制备根据权利要求2至10或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,
-在一个反应室中、在至少1毫巴的真空和50℃与500℃之间的温度下,利用气态有机铝、有机锌或有机锑流和水蒸汽,使该硅材料经受一个原子层沉积过程,直到形成具有在2与10nm之间的厚度的一个层。
27.根据权利要求26所述的方法,其中该有机铝化合物是三甲基铝。
28.一种用于制备根据权利要求11或12或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,并且将该硅材料分散在水中,
-将一定量的阳离子型多价金属离子提供在该分散液之中,
-混合该分散液,借此该硅材料至少部分地被吸附的阳离子型多价金属离子所覆盖,并且
-干燥该金属离子-硅混合物。
29.根据权利要求28所述的方法,包括以下另外的步骤:
-将该干燥的金属离子-硅混合物重新分散在水中,并且
-将该分散液酸化至2与6之间的pH。
30.根据权利要求28或29所述的方法,其中这些金属离子是下组中的任一种或多种,该组由Al-、Sb-、Fe-、Ti-以及Zn-离子组成。
31.一种用于制备根据权利要求13或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,
-将该硅材料分散在包含铵离子的水中,该硅材料的表面覆盖有硅烷醇基团,-将一种氨基官能金属氧化物化合物提供到该混合物之中,
-搅拌该混合物,借此该硅烷醇基团被共价键合至这些氨基官能金属化合物,并且-干燥该混合物。
32.根据权利要求31所述的方法,其中该金属是下组中的任一种或多种,该组由Si、Al以及Ti组成。
33.一种用于制备根据权利要求14或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,
-将该硅材料分散在水中,
-将一定量的阳离子型多价金属氧化物的纳米颗粒添加至该分散液之中,-搅拌该分散液,借此该硅材料的表面至少部分地被阳离子型多价金属氧化物的吸附的纳米颗粒所覆盖,并且
-干燥该金属氧化物-硅混合物。
34.根据权利要求33所述的方法,其中这些金属养花物是下组中的任一种或多种,该组由Al-氧化物、Ca-氧化物、Mg-氧化物、Pb-氧化物、Sb-氧化物、Fe-氧化物、Ti-氧化物、Zn-氧化物以及In-氢氧化物组成。
35.根据权利要求24至34中任一项所述的方法,其中该硅材料由颗粒或颗粒与线材的一种混合物组成,其中这些颗粒与这些线材均是纳米大小的,并且其中这些颗粒的平均粒径是这些线材的平均宽度的至少5倍,并且优选地是这些线材的平均宽度的至少10倍。
36.根据权利要求24至35中任一项所述的方法,其中该硅材料由以下各项中的任一项组成:
-纯硅;或
-一种一氧化硅粉末,它由纳米尺度的Si和SiO2的一种混合物组成;或
-具有一种SiOx表面层的硅,其中0
-硅氧化物与金属氧化物的一种均匀混合物,该混合物具有化学式SiOx.(MaOb)y,其中
0
-一种合金Si-X,其中X是下组中的任一种或多种金属,该组由Sn、Ti、Fe、Ni、Cu、Co以及Al组成。
37.一种用于制备可充电Li离子电池的电极组件的方法,该电极组件包含根据权利要求1至21中任一项所述的负极材料,该方法包括以下步骤:
-将根据权利要求1至21中任一项所述的负极材料分散在一种水溶液中,从而获得一种第一浆料,
-将该第一浆料的pH调整到其中该负极材料的电动电位是正的区间内的一个值,-将一种CMC盐溶解于水中,以便获得粘合剂材料的一种水溶液,
-将粘合剂材料的该水溶液的pH调整到其中该负极材料的该电动电位是正的区间内的一个值,优选地该第一浆料的该pH值,
-将该第一浆料与粘合剂材料的该水溶液进行混合以便获得一种第二浆料,-将导电碳分散在该第二浆料之中,
-将该第二浆料展布在一个集电器上,优选地一个铜箔,并且
-在105℃与175℃之间的一个温度下固化包含该第二浆料的该电极组件。
38.根据权利要求37所述的用于制备电极组件的一种方法,其中粘合剂材料的该水溶液具有浓度为1wt%至4wt%的Na-CMC。
1.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面携带OySiHx基团,其中1
2.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面至少部分地被由无机纳米颗粒组成的一个涂层覆盖,该材料在pH3.5与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
3.如权利要求2所述的负极材料,其中这些无机纳米颗粒是一种铝化合物、锌化合物以及锑化合物中的任一种。
4.如权利要求3所述的负极材料,其中该铝化合物是铝或Al2O3,该锌化合物是锌或氧化锌,并且该锑化合物是锑或氧化锑。
5.如权利要求2至4中任一项所述的负极材料,其中所吸附的纳米颗粒在该核心上形成一个第一涂层,该第一涂层具有小于10nm的厚度。
6.如权利要求5所述的负极材料,其中这些颗粒进一步包含位于该核心与所吸附的纳米颗粒之间的一个第二涂层,该第二涂层包含碳或铝。
7.如权利要求5或6所述的负极材料,其中该第一涂层具有在1与5nm之间,并且优选地在2与5nm之间的厚度。
8.如权利要求5至7中任一项所述的负极材料,其中该第一涂层是共形的或多孔的。
9.如权利要求6或7所述的负极材料,其中该第一和第二涂层的任一个或两个具有电化学活性。
10.如权利要求2至9中任一项所述的负极材料,其中所吸附的纳米颗粒由一种前体材料组成,该前体材料易于通过还原而转化成铝、锌以及锑中的任一种。
11.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面至少部分地被吸附的阳离子型多价金属离子所覆盖,该材料在pH3.5与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
12.如权利要求11所述的负极材料,其中这些金属离子是下组中的任一种或多种,该组由Al-、Sb-、Fe-、Ti-以及Zn-离子组成。
13.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面至少部分地被硅烷醇基团所覆盖,这些基团被共价键合至氨基官能金属化合物,其中该金属是下组中的任一种或多种,该组由Si、Al以及Ti组成,该材料在pH3.5与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
14.一种用于锂可充电电池的负极材料,该材料包含含有硅的一种核心,其中该核心的表面至少部分地被阳离子型多价金属氧化物的吸附的纳米颗粒所覆盖,该材料在pH3.5与
9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
15.如权利要求14所述的负极材料,其中这些金属氧化物是下组中的任一种或多种,该组由Al-氧化物、Ca-氧化物、Mg-氧化物、Pb-氧化物、Sb-氧化物、Fe-氧化物、Ti-氧化物、Zn-氧化物以及In-氢氧化物组成。
16.如权利要求1至15中任一项所述的负极材料,该材料在pH4与9.5之间的区间内具有一个正电动电位。
17.如权利要求1至15中任一项所述的负极材料,其中该材料在pH4或更高,优选地在pH7或更高具有一个零电荷点。
18.如权利要求1至17中任一项所述的负极材料,该材料由颗粒或颗粒与线材的一种混合物组成。
19.如权利要求18所述的负极材料,其中这些颗粒与这些线材均是纳米大小的,并且其中这些颗粒的平均粒径是这些线材的平均宽度的至少5倍,并且优选地是这些线材的平均宽度的至少10倍。
20.如权利要求1至17中任一项所述的负极材料,其中该核心具有在20nm与200nm之间的平均粒径并且由以下各项中的任一项组成
-纯硅;或
-一种一氧化硅粉末,它由纳米尺度的Si和SiO2的一种混合物组成;或
-具有一个SiOx表面层的硅,其中0
-硅氧化物与金属氧化物的一种均匀混合物,该混合物具有化学式SiOx.(MaOb)y,其中
0
-一种合金Si-X,其中X是下组中的任一种或多种金属,该组由Sn、Ti、Fe、Ni、Cu、Co以及Al组成。
2
21.如权利要求1至20中任一项所述的负极材料,其中该材料具有在1与60m/g之间、
2
并且优选地在20与60m/g之间的BET值。
22.如权利要求1至21中任一项所述的负极材料在负电极中的用途,该负电极进一步包含一种水溶性或一种N-甲基吡咯烷酮可溶性粘合剂材料。
23.如权利要求1至21中任一项所述的负极材料在负电极中的用途,该负电极进一步包含石墨。
24.一种用于制备根据权利要求2或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,
-将该硅材料分散在水中,
-将一定量的阳离子型多价金属离子提供在该分散液之中,
-将该分散液的pH调整到在2与3.5之间、并且优选地在2与2.5之间的值,并且此后-将该分散液的pH调整到在pH3.5与4之间的一个值,
-测定该分散液的电动电位,并且如果该电动电位是负的,
-进一步将该分散液的pH调整到高于前述pH值0.5的值,并且测定该溶液的电动电位,并且
-重复该调整步骤直到测量出一个正电动电位。
25.根据权利要求24所述的方法,其中通过添加HCl来进行将该分散液的pH调整到在2与3.5之间的值的步骤,并且其中通过添加NaOH来进行将该分散液的pH调整到在3.5与4之间的值的步骤和适用时,进一步将该分散液的pH调整到高于前述pH值0.5的值的步骤。
26.一种用于制备根据权利要求2至10或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,
-在一个反应室中、在至少1毫巴的真空和在50℃与500℃之间的温度下,利用气态有机铝、有机锌或有机锑流和水蒸汽,使该硅材料经受一个原子层沉积过程,直到形成具有在
2与10nm之间的厚度的一个层。
27.根据权利要求26所述的方法,其中该有机铝化合物是三甲基铝。
28.一种用于制备根据权利要求11或12或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,并且将该硅材料分散在水中,
-将一定量的阳离子型多价金属离子提供在该分散液之中,
-混合该分散液,借此该硅材料至少部分地被吸附的阳离子型多价金属离子所覆盖,并且
-干燥该金属离子-硅混合物。
29.根据权利要求28所述的方法,包括以下另外的步骤
-将该干燥的金属离子-硅混合物重新分散在水中,并且
-将该分散液酸化至2与6之间的pH。
30.根据权利要求28或29所述的方法,其中这些金属离子是下组中的任一种或多种,该组由Al-、Sb-、Fe-、Ti-以及Zn-离子组成。
31.一种用于制备根据权利要求13或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,
-将该硅材料分散在包含铵离子的水中,该硅材料的表面覆盖有硅烷醇基团,-将一种氨基官能金属氧化物化合物提供到该混合物之中,
-搅拌该混合物,借此该硅烷醇基团被共价键合至这些氨基官能金属化合物,并且-干燥该混合物。
32.根据权利要求31所述的方法,其中该金属是下组中的任一种或多种,该组由Si、Al以及Ti组成。
33.一种用于制备根据权利要求14或16至21中任一项所述的负极材料的方法,该方法包括以下步骤:
-提供一种纳米大小的硅材料,
-将该硅材料分散在水中,
-将一定量的阳离子型多价金属氧化物的纳米颗粒添加至该分散液之中,-搅拌该分散液,借此该硅材料的表面至少部分地被阳离子型多价金属氧化物的吸附的纳米颗粒所覆盖,并且
-干燥该金属氧化物-硅混合物。
34.根据权利要求33所述的方法,其中这些金属氧化物是下组中的任一种或多种,该组由Al-氧化物、Ca-氧化物、Mg-氧化物、Pb-氧化物、Sb-氧化物、Fe-氧化物、Ti-氧化
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