用于金属离子电池的电活性材料的制作方法

技术特征：
1.一种由多个复合粒子组成的颗粒材料，其中所述复合粒子包含：(a)包括微孔和介孔的多孔碳骨架，其中所述微孔和介孔的通过气体吸附测量的总孔体积为p1cm3/g，其中p1表示值为0.4至0.75的自然数字，并且其中基于微孔和介孔的总体积，微孔体积分数在0.5至0.85的范围内；以及(b)位于所述多孔碳骨架的孔隙内的多个纳米尺寸元素硅结构域；其中所述复合粒子中的硅与所述多孔碳骨架的重量比在[0.9
×
p1至1.9
×
p1]∶1的范围内。2.根据权利要求1所述的颗粒材料，其中所述微孔体积分数在0.55至0.85的范围内，并且其中所述复合粒子中的硅与所述多孔碳骨架的重量比在[0.9
×
p1至1.8
×
p1]∶1的范围内。3.根据权利要求1或权利要求2所述的颗粒材料，其中p1的值为至少0.42，或至少0.45，或至少0.47，或至少0.5。4.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中p1的值为至多0.72，或至多0.7，或至多0.67，或至多0.65，或至多0.62，或至多0.6。5.根据权利要求4所述的颗粒材料，其中p1的值小于0.6。6.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中基于微孔和介孔的总体积，所述微孔体积分数为至少0.55，或至少0.56，或至少0.58，或至少0.6，或至少0.62，或至少0.64，或至少0.65。7.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中基于微孔和介孔的总体积，所述微孔体积分数为至多0.84，或至多0.82，或至多0.8，或至多0.78，或至多0.76，或至多0.75。8.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中pd
90
孔径为至多20nm，或至多15nm，或至多12nm，或至多10nm，或至多8nm，或至多6nm，或至多5nm。9.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述多孔碳骨架具有双峰或多峰的孔隙大小分布。10.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中直径在大于50nm至100nm范围内的孔隙的总体积被定义为p2cm3/g，其中p2为至多0.2
×
p1，或至多0.1
×
p1，或至多0.05
×
p1，或至多0.02
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p1，或至多0.01
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p1，或至多0.005
×
p1。11.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中硅与碳的重量比为至少0.95
×
p1，或至少1
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p1，或至少1.05
×
p1，或至少1.1
×
p1，或至少1.15
×
p1，或至少1.2
×
p1。12.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中硅与碳的重量比为至多1.85
×
p1，或至多1.8
×
p1，或1.75
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p1，或至多1.7
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p1，或至多1.65
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p1，或至多1.6
×
p1。13.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述微孔和/或介孔中的至少一部分包括被所述硅完全包封的空隙空间。14.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述复合粒子中的硅的至少80重量％、或至少85重量％、或至少90重量％、或至少95重量％或至少98重量％位于所述多孔碳骨架的内部孔体积内。15.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中当通过tga在空气中以10℃/min的升温速率分析所述颗粒材料时，所述颗粒材料中的硅含量的不超过10％、优选不超过5％、更
优选不超过2％在800℃未被氧化。16.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述复合粒子的d
50
粒径在1至30μm的范围内。17.根据权利要求16所述的颗粒材料，其中所述复合粒子的d
50
粒径为至少2μm，或至少3μm，或至少4μm，或至少5μm。18.根据权利要求16或权利要求17所述的颗粒材料，其中所述复合粒子的d
50
粒径为至多20μm，或至多18μm，或至多16μm，或至多14μm，或至多12μm，或至多10μm。19.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述复合粒子的d
10
粒径为至少0.5μm，或至少0.8μm，或至少1μm，或至少1.5μm，或至少2μm。20.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述复合粒子的d
90
粒径为至多50μm，或至多40μm，或至多30μm，或至多25μm，或至多20μm。21.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述复合粒子的粒度分布跨度为5以下、或4以下、或3以下、或2以下、或1.5以下。22.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述复合粒子的bet表面积为至多100m2/g，或至多80m2/g，或至多60m2/g，或至多50m2/g，或至多40m2/g，或至多30m2/g，或至多25m2/g，或至多20m2/g，或至多15m2/g，或至多10m2/g。23.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述复合粒子的bet表面积为至少0.1m2/g，或至少1m2/g，或至少2m2/g，或至少5m2/g。24.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中在硅的存在下，通过氮气吸附测量的所述复合粒子的微孔和介孔的体积为至多0.15
×
p1，或至多0.10
×
p1，或至多0.05
×
p1，或至多0.02
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p1。25.根据任一前述权利要求所述的颗粒材料，其中所述复合粒子通过将含硅前体化学气相渗透(cvi)到多孔碳骨架的孔隙结构中得到。26.一种组合物，所述组合物包含权利要求1至25中任一项所限定的颗粒材料和至少一种其他组分。27.根据权利要求26所述的组合物，所述组合物包含至少一种另外的颗粒电活性材料。28.根据权利要求27所述的组合物，基于所述组合物的总干重，所述组合物包含15至60重量％、或20至50重量％、或30至50重量％的权利要求1至25中任一项所限定的颗粒材料。29.根据权利要求27或权利要求28所述的组合物，所述组合物包含20至70重量％、或25至65重量％、或30至60重量％的所述至少一种另外的颗粒电活性材料。30.根据权利要求27至29中任一项所述的组合物，其中所述至少一种另外的颗粒电活性材料选自石墨、硬碳、硅、锡、锗、铝和铅。31.根据权利要求26所述的组合物，其中所述组合物基本上不含另外的颗粒电活性材料。32.根据权利要求31所述的组合物，基于所述组合物的总干重，所述组合物包含至少50重量％、或至少60重量％、或至少70重量％、或至少80重量％、或至少90重量％的权利要求1至25中任一项所限定的颗粒材料。33.根据权利要求26至32中任一项所述的组合物，所述组合物包含粘结剂。34.根据权利要求33所述的组合物，基于所述组合物的总干重，所述组合物包含0.5至
20重量％、或1至15重量％、或2至10重量％、或5至10重量％的所述粘结剂。35.根据权利要求26至34中任一项所述的组合物，所述组合物包含一种或多种导电添加剂。36.根据权利要求35所述的组合物，基于所述组合物的总干重，所述组合物包含0.5至20重量％、或1至15重量％、或2至10重量％、或5至10重量％的所述一种或多种导电添加剂。37.一种电极，所述电极包括与集流体电接触的权利要求1至25中任一项所限定的颗粒材料。38.根据权利要求37所述的电极，其中所述颗粒材料是权利要求26至36中任一项所限定的组合物的形式。39.一种可充电金属离子电池，所述可充电金属离子电池包括：(i)阳极，其中所述阳极包括权利要求37或权利要求38中所述的电极；(ii)阴极，所述阴极包含能够释放和再吸收金属离子的阴极活性材料；以及(iii)在所述阳极和所述阴极之间的电解质。40.权利要求1至25中任一项所限定的颗粒材料作为阳极活性材料的用途。41.根据权利要求40所述的用途，其中所述颗粒材料是权利要求26至36中任一项所限定的组合物的形式。

技术总结
本发明涉及由多个复合粒子组成的颗粒材料，其中所述复合粒子包含：(a)包括微孔和介孔的多孔碳骨架，所述微孔和介孔的总体积为0.4至0.75cm3/g，其中基于微孔和介孔的总体积，微孔体积分数在0.5至0.85的范围内；和(b)相对于微孔和介孔的体积为限定量的位于多孔碳骨架的微孔内的硅。的微孔内的硅。


技术研发人员：查尔斯
受保护的技术使用者：奈克松有限公司
技术研发日：2020.05.20
技术公布日：2021/12/14