技術領域

本發(fā)明涉及包含介孔中空硅顆粒的陽極。本發(fā)明還涉及介孔中空硅顆粒的制備方法。

背景技術

二次、或可再充電鋰離子電池常用于許多固定和便攜式設備，例如在消費電子、汽車和航天工業(yè)中遇到的那些。出于包括相對高的能量密度、相對于其他種類的可再充電電池而言一般不太顯著的任何記憶效應、相對低的內(nèi)阻以及不使用時低的自放電速率在內(nèi)的各種原因，鋰離子類電池已經(jīng)得到普及。鋰離子電池在其使用壽命內(nèi)經(jīng)受重復的功率循環(huán)的能力，使得它們成為引人注目和可靠的動力源。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開了包含介孔中空硅顆粒的陽極。本文還公開了介孔中空硅顆粒的制備方法。在該方法的一個實施例中，形成了具有二氧化硅固體核和二氧化硅介孔殼的二氧化硅球。使用鎂蒸氣將該二氧化硅介孔殼轉化為硅介孔殼。去除該二氧化硅固體核、任何殘留的二氧化硅以及任何含鎂副產(chǎn)物以形成介孔中空硅顆粒。

具體地，本發(fā)明包括以下方面：

1.一種介孔、中空硅顆粒的制備方法，包括：

提供具有二氧化硅固體核和二氧化硅介孔殼的二氧化硅球；

使用鎂蒸氣將所述二氧化硅介孔殼轉化為硅介孔殼；以及

去除所述二氧化硅固體核、任何殘留的二氧化硅以及任何含鎂副產(chǎn)物以形成所述介孔、中空硅顆粒。

2.方面1所限定的方法，其中所述提供步驟包括用四乙氧基硅烷／致孔劑混合物和非多孔二氧化硅球形成所述二氧化硅球。

3.方面1所限定的方法，其中所述轉化步驟是采用基于擴散公式t=x²／q_iD的尺寸依賴反應實現(xiàn)的，其中：

t等于擴散時間；

x是平均擴散距離；

q_i是數(shù)值常量，其對于一維擴散來說為2、對于二維擴散來說為4或?qū)τ谌S擴散來說為6；以及

D是鎂原子的擴散系數(shù)。

4.方面1所限定的方法，其中在約620℃至約680℃的溫度實現(xiàn)所述轉化步驟。

5.方面4所限定的方法，其中在惰性環(huán)境下實現(xiàn)所述轉化步驟。

6.方面5所限定的方法，其中所述惰性環(huán)境是氬氣。

7.方面1所限定的方法，其中所述去除步驟是通過如下步驟實現(xiàn)的：

清洗其上具有硅介孔殼的二氧化硅固體核；和

將其上具有硅介孔殼的所述二氧化硅固體核暴露于酸蝕刻。

8.方面7所限定的方法，其中：

所述清洗是用5wt％的醋酸溶液實現(xiàn)的；和

所述酸蝕刻是用1wt％的氫氟酸溶液實現(xiàn)的。

9.一種顆粒，其包含：

中空核；和

圍繞所述中空核的硅介孔殼，

所述顆粒具有約100m²／g至約600m²／g的表面積。

10.方面9所限定的顆粒，其中所述顆粒的直徑為約250nm至約3μm。

11.方面9所限定的顆粒，其中所述硅介孔殼包含具有約2nm至約30nm的平均直徑的多個孔。

12.方面9所限定的顆粒，其中所述中空核具有約200nm至約1.5μm的直徑。

13.一種用于鋰離子電池的陽極，包含：

介孔、中空硅顆粒，所述介孔、中空硅顆粒的每一個包含：

中空核；以及

圍繞所述中空核的硅介孔殼；

海藻酸鈉；以及

石墨烯。

14.方面13所限定的陽極，其中：

所述介孔、中空硅顆粒占所述陽極的約64wt％；

所述海藻酸鈉占所述陽極的約15wt％；以及

所述石墨烯占所述陽極的約21wt％。

15.方面13所限定的陽極，其中，每個所述顆粒的直徑為約250nm至約3μm。

16.方面13所限定的陽極，其中，所述硅介孔殼包含具有約2nm至約30nm的平均直徑的多個孔。

17.方面13所限定的陽極，其中所述中空核具有約200nm至約1.5μm的直徑。

附圖說明

通過參見以下詳細說明和附圖，本公開的實施例的特征和優(yōu)點將會變得顯而易見，其中相似的附圖標記對應相似的部件，盡管也許不完全相同。為了簡便起見，附圖標記或具有之前已描述過的功能的特征在結合出現(xiàn)了它們的其他附圖時可能進行說明也可能不進行說明。