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公開番号2024045509
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-02
出願番号2024019408,2019194574
出願日2024-02-13,2019-10-25
発明の名称多孔性シリコン含有複合体、それを利用した炭素複合体、それを含んだ、電極、リチウム電池及び電子素子
出願人三星電子株式会社,Samsung Electronics Co.,Ltd.,三星エスディアイ株式会社,SAMSUNG SDI Co., LTD.
代理人個人,個人,個人
主分類C01B 33/02 20060101AFI20240326BHJP(無機化学)
要約【課題】多孔性シリコン含有複合体、それを利用した炭素複合体、それを含んだ、電極、リチウム電池及び電子素子を提供する。
【解決手段】多孔性シリコン複合体二次粒子を含む多孔性コアと、多孔性コアの少なくとも一面上の第1グラフェンを含むシェルと、を含む多孔性シリコン含有複合体であり、多孔性シリコン複合体二次粒子は、2以上のシリコン複合体一次粒子の凝集体を含み、前記多孔性シリコン複合体二次粒子は、第1シリコンを含有する第1一次粒子と、構造体を含む第2一次粒子と、前記第1一次粒子と前記第2一次粒子との少なくとも一面上の第2グラフェンと、の凝集体を含有し、前記第1一次粒子と第2一次粒子は、形状(shape)及び酸化度のうちから選択された1以上が異なる多孔性シリコン含有複合体が提示される。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項1】
多孔性シリコン複合体二次粒子を含む多孔性コアと、前記多孔性コアの少なくとも一面上の第1グラフェンを含むシェルと、を含む多孔性シリコン含有複合体であり、
前記多孔性シリコン複合体二次粒子は、2以上のシリコン複合体一次粒子の凝集体を含み、
前記多孔性シリコン複合体二次粒子は、第1シリコンを含有する第1一次粒子と、構造体を含む第2一次粒子と、前記第1一次粒子と前記第2一次粒子との少なくとも一面上の第2グラフェンと、の凝集体を含有し、
前記第1一次粒子と第2一次粒子は、形状(shape)及び酸化度のうちから選択された1以上が異なる多孔性シリコン含有複合体。
続きを表示(約 1,000 文字)【請求項2】
前記構造体は、第2シリコン、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)のうちから選択された1以上、その合金、またはその組み合わせ物を含むことを特徴とする請求項1に記載の多孔性シリコン含有複合体。
【請求項3】
前記構造体は、第2シリコンであることを特徴とする請求項1に記載の多孔性シリコン含有複合体。
【請求項4】
前記第1シリコンは、板状型シリコン、針状型シリコン、キュービック型シリコン、ロッド型シリコンのうちから選択された1以上であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の多孔性シリコン含有複合体。
【請求項5】
前記構造体は、球形、ナノワイヤ、スフィアのうちから選択された1以上であることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の多孔性シリコン含有複合体。
【請求項6】
前記第1シリコンは、酸素含量が3原子%ないし15原子%であるシリコンであり、
前記第2シリコンは、酸素含量が0.01原子%以上であり、3原子%未満であるシリコンであることを特徴とする請求項3に記載の多孔性シリコン含有複合体。
【請求項7】
前記第1一次粒子と前記第2グラフェンとの間には、シリコンサブオキサイド(SiO

)(0<x<2)をさらに含むことを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の多孔性シリコン含有複合体。
【請求項8】
第1一次粒子と第2一次粒子は、互いに異なる形状を有し、
前記多孔性シリコン含有複合体は、ナノチューブ、ナノロッド、ナノリボン、及びその組み合わせ物のうちから選択された1以上の第3一次粒子がさらに含まれることを特徴とする請求項3に記載の多孔性シリコン含有複合体。
【請求項9】
前記構造体は、第1シリコンによって連結され、ネックワークが形成されるか、あるいは該構造体は、第1シリコンに埋め込まれたことを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の多孔性シリコン含有複合体。
【請求項10】
前記第2シリコンの大きさは、第1シリコンの大きさと同一であるか、あるいはそれよりも小さいことを特徴とする請求項3に記載の多孔性シリコン含有複合体。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、多孔性シリコン含有複合体、それを利用した炭素複合体、それを含んだ、電極、リチウム電池及び電子素子に関する。
続きを表示(約 1,200 文字)【背景技術】
【0002】
従来のリチウムイオン電池用負極活物質中のシリコンは、理論容量が4,200mAh/gと非常に大きく、低廉であり、負極素材として活用しようとする研究が活発に進められている。ところで、シリコンは、放電時、Li
4.4
Si合金が生成されながら、体積膨脹を伴い、電極内において電気的に孤立する活物質を発生させ、活物質の比表面積増大による電解質分解反応を深化させるというような問題点を抱いている。それを克服するために、シリコンの体積膨脹を低減させ、体積膨脹時、粉砕現象が少ない構造を開発したり、シリコン表面に炭素などからなるコーティング層を形成したりする方法が提案された。
【0003】
ところで、これまで開発されたシリコン材料を利用すれば、体積膨脹低減効果、及び電池の充放電効率において、満足すべきレベルに達することができていないのである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明が解決しようとする課題は、新規の多孔性シリコン含有複合体を提供することである。
【0005】
本発明が解決しようとする課題は、また、前述の多孔性シリコン含有複合体と炭素系材料とを含む炭素複合体を提供することである。
【0006】
本発明が解決しようとする課題は、また、前記多孔性シリコン含有複合体、または前記多孔性シリコン含有複合体と炭素系材料とを含む炭素複合体を含む電極を含み、寿命、容量及び効率が改善されたリチウム電池を提供することである。
【0007】
本発明が解決しようとする課題は、また、前記多孔性シリコン含有複合体、または前述の多孔性シリコン含有複合体と炭素系材料とを含む炭素複合体を含む素子を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
一側面により、
多孔性シリコン複合体二次粒子を含む多孔性コアと、前記多孔性コアの少なくとも一面上の第1グラフェンを含むシェルと、を含む多孔性シリコン含有複合体であり、
前記多孔性シリコン複合体二次粒子は、2以上のシリコン複合体一次粒子の凝集体を含み、
前記多孔性シリコン複合体二次粒子は、第1シリコンを含有する第1一次粒子と、構造体を含む第2一次粒子と、前記第1一次粒子と前記第2一次粒子との少なくとも一面上の第2グラフェンと、の凝集体を含有し、
前記第1一次粒子と第2一次粒子は、形状(shape)及び酸化度のうちから選択された1以上が異なる多孔性シリコン含有複合体が提供される。
【0009】
前記構造体は、第2シリコン、ゲルマニウム(Ge)、スズ(Sn)、アルミニウム(Al)、亜鉛(Zn)、アンチモン(Sb)のうちから選択された1以上、その合金、またはその組み合わせ物でもある。
【0010】
構造体は、第2シリコンである。
(【0011】以降は省略されています)

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