硅/碳復(fù)合物、硅合金/碳復(fù)合物及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及娃/碳復(fù)合物（娃-碳復(fù)合物）、娃合金/碳復(fù)合物（娃合金-碳復(fù)合 物）及其制備方法。更具體而言，本發(fā)明設(shè)及其中在導(dǎo)電碳材料表面上形成均勻含娃薄膜 的娃/碳復(fù)合物、其中在導(dǎo)電碳材料表面上形成均勻含娃合金薄膜的娃合金/碳復(fù)合物及 其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來想要具有高能量密度的高電壓電儲(chǔ)存器件作為驅(qū)動(dòng)電子器件的電源。裡離 子電池、裡離子電容器等預(yù)期作為該電儲(chǔ)存器件。
[0003] 研究了使用具有高裡吸著能力的材料W實(shí)現(xiàn)電儲(chǔ)存器件所需的輸出和能量密度 提高。已知大容量電儲(chǔ)存器件例如通過使用納米級(jí)娃或納米級(jí)娃合金作為負(fù)極材料（活性 材料）得到。
[0004] 除負(fù)極材料外，目前使用的電儲(chǔ)存器件負(fù)極生產(chǎn)方法使用不直接貢獻(xiàn)于容量提高 的材料（例如粘合劑和導(dǎo)電添加劑）。預(yù)期電儲(chǔ)存器件的容量通過降低運(yùn)些材料的量而提 高。另一方面，進(jìn)行了旨在通過使用導(dǎo)電碳材料和娃的復(fù)合物而提高電儲(chǔ)存器件的容量的 研究。例如，提議碳材料如石墨或碳納米纖維（CN巧和娃的復(fù)合物作為可應(yīng)用于裡離子電 池上的娃/碳復(fù)合物。
[0005] 使用硅烷或揮發(fā)性娃基前體的化學(xué)氣相沉積（CVD)已知是將碳材料用娃涂覆的 方法。然而，不能W均勻的厚度將市售CNF用娃涂覆（例如參見非專利文獻(xiàn)1和2)。非專 利文獻(xiàn)3和4提議將聚偏二氣乙締（PVD巧（有機(jī)粘合劑）與CNF混合，將混合物加熱并進(jìn) 行娃CVD W得到均勻涂覆的娃/CNF復(fù)合物的方法。
[0006] 當(dāng)制備包含碳材料和另一無機(jī)/有機(jī)材料的復(fù)合材料時(shí)，復(fù)合材料的物理化學(xué)特 性明顯受材料之間的親合力影響。研究了 CNF與聚合物或塑料之間的親合力W提供控制其 物理化學(xué)特性（例如電/熱導(dǎo)率和摩擦特性）的新功能復(fù)合材料。還嘗試通過預(yù)處理改進(jìn) CNF的機(jī)械特性。例如，專利文獻(xiàn)1和2公開了將通過電紡絲制備的CNF氧化的方法。專利 文獻(xiàn)3和4公開了將CNF用加熱至Iiocrc或更小的二氧化碳處理的方法。專利文獻(xiàn)5公開 了將CNF用酸溶液處理的方法。
[0007] 專利文獻(xiàn)6公開了娃層可在沉積無定形碳時(shí)均勻地沉積。專利文獻(xiàn)7和8公開了 當(dāng)制備娃/碳多層結(jié)構(gòu)時(shí)，碳層保護(hù)娃層。
[0008] 專利文獻(xiàn)9公開了改進(jìn)與聚合物的親合力，并且復(fù)合物的物理化學(xué)特性（例如電 /熱導(dǎo)率和摩擦特性）通過使用利用乙烘作為碳來源的等離子體CVD處理CNF而改進(jìn)。
[000引[引用目錄]
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【發(fā)明內(nèi)容】

[00巧]如上所述，提議多數(shù)CNF表面處理方法W制備CNF和樹脂的復(fù)合材料，并且旨在改 進(jìn)所得復(fù)合材料的機(jī)械特性。沒有提議設(shè)及電儲(chǔ)存器件應(yīng)用并且僅使用氣相處理的技術(shù)。
[0026] 當(dāng)娃或娃合金直接沉積在市售CNF上時(shí)，顆粒娃或顆粒娃合金傾向于附著在CNF 的表面上，并且不能得到均勻的膜。當(dāng)顆粒娃或顆粒娃合金附著在CNF上時(shí)，容易失去CNF 與娃或娃合金之間的電接觸，并且可用于裡吸著的娃或娃合金的量降低。運(yùn)使得難W實(shí)現(xiàn) 大容量電儲(chǔ)存器件。
[0027] 娃或娃合金的體積在插入或提取裡離子時(shí)很大程度地提高或降低。當(dāng)其中在CNF 表面上未形成均勻（均勻）含娃薄膜或含娃合金薄膜的材料用作負(fù)極材料時(shí)，當(dāng)重復(fù)充電 和放電時(shí)，所得負(fù)極劣化（例如由于娃或娃合金的去除），并且不能得到優(yōu)異的充電-放電 循環(huán)特性。
[0028] 本發(fā)明幾個(gè)方面的目的是解決W上問題中的至少一些，并提供制備可在導(dǎo)電碳材 料表面上形成均勻含娃薄膜的娃/碳復(fù)合物的方法，和制備可在導(dǎo)電碳材料表面上形成均 勻含娃合金薄膜的娃合金/碳復(fù)合物的方法。
[0029] 本發(fā)明幾個(gè)方面的目的是提供在用作用于形成電儲(chǔ)存器件負(fù)極的負(fù)極材料時(shí)可 提供大容量電儲(chǔ)存器件并且顯示出優(yōu)異的充電-放電循環(huán)特性的娃/碳復(fù)合物和娃合金/ 碳復(fù)合物。
[0030] [問題解決方法]
[0031] 構(gòu)思了本發(fā)明W解決W上問題中的至少一些，并且可如下實(shí)現(xiàn)（參見W下方面和 應(yīng)用實(shí)例）：
[00礎(chǔ)應(yīng)用實(shí)例1
[0033] 根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面，制備娃/碳復(fù)合物的方法包括：
[0034] 步驟（a):通過使用含碳?xì)怏w的化學(xué)氣相沉積（下文可縮寫為"CVD")而在導(dǎo)電碳 材料表面上形成含碳薄膜；和
[0035] 步驟化）：通過使用含娃氣體的化學(xué)氣相沉積（CVD)而在導(dǎo)電碳材料上形成含娃 薄膜。
[003引應(yīng)用實(shí)例2
[0037] 在根據(jù)應(yīng)用實(shí)例1的制備娃/碳復(fù)合物的方法中，導(dǎo)電碳材料可W為碳納米纖維 或石墨粉。
[00測應(yīng)用實(shí)例3
[0039] 在根據(jù)應(yīng)用實(shí)例1或2的制備娃/碳復(fù)合物的方法，其中含碳?xì)怏w可W為至少一 種選自如下的氣體：具有1-10個(gè)碳原子且未被取代或者被取代基取代的飽和控、具有2-10 個(gè)碳原子且未被取代或者被取代基取代的不飽和控、具有3-10個(gè)碳原子且未被取代或者 被取代基取代的脂環(huán)族控，和具有6-30個(gè)碳原子且未被取代或者被取代基取代的芳族控。
[0040] 應(yīng)用實(shí)例4
[0041] 在根據(jù)應(yīng)用實(shí)例3的制備娃/碳復(fù)合物的方法中，取代基可W為至少一個(gè)選自如 下的取代基：乙酷基、徑基、簇基、醒基、幾基、氯基、氨基、B、P、S、F和C1。
[004引應(yīng)用實(shí)例5
[0043] 在根據(jù)應(yīng)用實(shí)例1-4中任一項(xiàng)的制備娃/碳復(fù)合物的方法中，含娃氣體可W為由 W下通式（1)表示的氣體：
[0044] Si 化… (1)
[0045] 其中n為1-6的整數(shù)。
[004引應(yīng)用實(shí)例6
[0047] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，制備娃合金/碳復(fù)合物的方法包括：
[0048] 步驟（a):通過使用含碳?xì)怏w的化學(xué)氣相沉積（CVD)而在導(dǎo)電碳材料表面上形成 含碳薄膜；和
[0049] 步驟化）：通過使用含娃氣體和含碳?xì)怏w的化學(xué)氣相沉積（CVD)而在導(dǎo)電碳材料 上形成含娃合金薄膜。
[0050] 應(yīng)用實(shí)例7
[0051] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，制備娃合金/碳復(fù)合物的方法包括：
[0052] 步驟化）：通過使用含娃氣體和含碳?xì)怏w的化學(xué)氣相沉積（CVD)而在導(dǎo)電碳材料 表面上形成含娃合金薄膜。
[00閲應(yīng)用實(shí)例8
[0054] 在根據(jù)應(yīng)用實(shí)例6或7的制備娃合金/碳復(fù)合物的方法中，導(dǎo)電碳材料可W為碳 納米纖維或石墨粉。
[00財(cái)應(yīng)用實(shí)例9
[0056] 在根據(jù)應(yīng)用實(shí)例6-8中任一項(xiàng)的制備娃合金/碳復(fù)合物的方法中，含碳?xì)怏w可W 為至少一種選自如下的氣體：具有1-10個(gè)碳原子且未被取代或者被取代基取代的飽和控、 具有2-10個(gè)碳原子且未被取代或者被取代基取代的不飽和控、具有3-10個(gè)碳原子且未被 取代或者被取代基取代的脂環(huán)族控，和具有6-30個(gè)碳原子且未被取代或者被取代基取代 的芳族控。
[0057] 應(yīng)用實(shí)例10
[005引在根據(jù)應(yīng)用實(shí)例9的制備娃合金/碳復(fù)合物的方法中，取代基可W為至少一個(gè)選 自如下的取代基：乙酷基、徑基、簇基、醒基、幾基、氯基、氨基、B、P、S、F和C1。
[00則應(yīng)用實(shí)例11
[0060] 在根據(jù)應(yīng)用實(shí)例6-10中任一項(xiàng)的制備娃合金/碳復(fù)合物的方法中，含娃氣體可W 為由W下通式（1)表示的氣體：
[006U Si 化… (1)
[0062] 其中n為1-6的整數(shù)。
[006引應(yīng)用實(shí)例12
[0064] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，娃/碳復(fù)合物包含：
[0065] 導(dǎo)電碳材料，其中含碳薄膜通過使用含碳?xì)怏w的化學(xué)氣相沉積（CVD)而在導(dǎo)電碳 材料表面上形成；和
[0066] 通過使用含娃氣體的化學(xué)氣相沉積（CVD)而在