用于鋰離子電化學(xué)電池的非晶態(tài)合金負(fù)極組合物的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，所述用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物具有式SixSnqMyCz，其中q、x、y和z表示摩爾分?jǐn)?shù)，q、x和z大于零，并且M為一種或多種過渡金屬。所提供的電極組合物為非晶態(tài)的并且可通過濺射或球磨制成。通常，0.50≤x≤0.83、0.02≤y≤0.10、0.25≤z≤0.35并且0.02≤q≤0.05。使用所提供的電極組合物制成的電極可包含可為聚丙烯酸鋰的粘結(jié)劑。
【專利說明】用于鋰離子電化學(xué)電池的非晶態(tài)合金負(fù)極組合物
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本公開涉及用于鋰離子電化學(xué)電池中的合金陽極。
【背景技術(shù)】
[0002]鋰離子電化學(xué)電池通常具有負(fù)極、正極和電解質(zhì)。已將石墨基陽極用于鋰離子電化學(xué)電池中。與石墨相比，硅對鋰金屬具有接近三倍的理論體積比容量；因此，硅是用于鋰離子電化學(xué)電池中的具有吸引力的負(fù)極材料。然而，硅在其完全鋰化時的體積膨脹通常過大而不能被用于制造復(fù)合電極的傳統(tǒng)粘結(jié)劑所忍受，從而導(dǎo)致陽極在電化學(xué)電池循環(huán)期間失效。
[0003]包括硅的金屬合金可用作鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極。相對于諸如石墨的插層式陽極而言，這些合金型負(fù)極通常顯示出更高的容量。然而，這種合金的一個問題在于，它們常常顯示出相對較差的循環(huán)壽命和較差的庫侖效率，這是由于在與合金中的組合物變化相關(guān)的膨脹和收縮期間合金粒子破碎的緣故。通常，金屬合金包括晶相和非晶相。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]當(dāng)晶態(tài)活潑金屬元素或合金鋰化時觀察到不均勻的體積膨脹?；顫娊饘僭鼗蚝辖鸬男螒B(tài)取決于其化學(xué)組成及其制備方法。通常，合金負(fù)極材料同時具有非晶相和納米晶相或微晶相。所提供的合金負(fù)極組合物是完全非晶態(tài)的，因此會歷經(jīng)比常規(guī)的合金型負(fù)極組合物更少的內(nèi)應(yīng)力。
[0005]在一個方面，提供了一種用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其包含具有式SixSnqMyCz的合金,其中q、x、y和z表示摩爾分?jǐn)?shù)，q、x和z大于零，并且M為一種或多種過渡金屬，其中電極組合物是非晶態(tài)的。在一些實(shí)施例中，過渡金屬可選自錳、鑰、鈮、鎢、鉭、鐵、銅、鈦、釩、鉻、鎳、鈷、鋯、釔、以及它們的組合。在其它實(shí)施例中，過渡金屬可為鐵、鈦、以及它們的組合。在一些實(shí)施例中，0.50 ^ X ^ 0.83,0.55 ^ X ^ 0.83或甚至
0.60 ^ X ^ 0.83。在一些實(shí)施例中，O ^ y ^ 0.15。在其它實(shí)施例中，0.02 ^ y ^ 0.05。在一些實(shí)施例中，0.18 < z < 0.50。在其它實(shí)施例中，0.25 < z < 0.35。在一些實(shí)施例中，0〈q<0.45。在其它實(shí)施例中，0.02 < 0.10。過渡金屬可能存在或可能不存在。所提供的電極組合物可包括于鋰離子電化學(xué)電池中。當(dāng)y = O時，0〈q≤0.43、0.08≤X≤0.83并且0.15≤z≤0.49。
[0006]在另一方面，提供了一種制備用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物的合金的方法，所述方法包括:向研磨機(jī)加入包含硅、錫、一種或多種過渡金屬硅酸鹽和石墨的混合物，其中娃、錫、過渡金屬和石墨的摩爾分?jǐn)?shù)通過式SixSnqMyCz中的q、x、y和z表示,其中q、x和z大于零，M為一種或多種過渡金屬，0.55≤X≤0.83,0.02 ^ y ^ 0.10,0.25≤z≤0.35、并且0.02 < q < 0.05 ;對混合物進(jìn)行球磨；以及在真空烘箱中干燥混合物。
[0007]在本公開中:
[0008]“非晶態(tài)”是指材料缺乏長程原子秩序并且其X射線衍射圖缺乏尖銳、明確界定的峰；
[0009]“循環(huán)”是指脫鋰化反應(yīng)后的鋰化或反之亦然；
[0010]“負(fù)極”是指放電過程中發(fā)生電化學(xué)氧化和脫鋰化反應(yīng)的電極(通常稱為陽極)；和
[0011]“正極”是指放電過程中發(fā)生電化學(xué)還原和鋰化反應(yīng)的電極(通常稱為陰極)。
[0012]所提供的負(fù)極組合物及其制備方法提供了用于鋰離子電化學(xué)電池中的大容量負(fù)極。它們在鋰化時以均勻的方式發(fā)生體積膨脹，因此電極的內(nèi)應(yīng)力與常規(guī)合金型負(fù)極相比降低。
[0013]以上內(nèi)容并非意圖描述本發(fā)明每種實(shí)施方式的每一個公開實(shí)施例?！緦＠綀D】

【附圖說明】和隨后的【具體實(shí)施方式】更具體地對示例性實(shí)施例進(jìn)行了舉例說明。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1和2為所提供的電極組合物的各實(shí)施例的X射線衍射圖(XRD)。
[0015]圖3a為64-電極印刷電路板電池板的照片(自頂側(cè))。
[0016]圖3b為穿過印刷電路板電池板的橫截面示意圖，其示出電池片與充電器引線的連接。
[0017]圖3c示出印刷電路板的頂部上的引線圖案。
[0018]圖3d示出印刷電路板的底部上的引線圖案。
[0019]圖4 為 Sn-S1-C 體系的吉布斯三角圖(Gibb’s triangle),其示出 Sn1(l(l_x_ySixCy 庫的組成，如通過電子微探針分析所測定。
[0020]圖5a_c描繪出所提供組成的典型“庫閉合”數(shù)據(jù)。
[0021 ] 圖6a_6c (a)來自庫I的選定樣品的XRD圖案；(b)前3個循環(huán)的dQ / dV對電壓的關(guān)系圖；和(C)樣品的容量對循環(huán)次數(shù)、放電容量和充電容量的關(guān)系圖。
[0022]圖7a_7c示出來自庫2的選定樣品的與圖6a_6c相同的曲線圖。
[0023]圖8a_8c示出來自庫2的選定樣品的與圖6a_6c相同的曲線圖。
[0024]圖9a_9c示出由以下各庫的組合庫所指示的組合物的容量(mAh / g)對循環(huán)次數(shù)的圖線:Sn1QQ_x_ySixCy(a)庫 I ; (10〈X〈65 且 y ?20)，(b)庫 2 ; (2〈x〈60 且 y ?30)，以及(c)庫 3 ； (5〈x〈45 且 y ?45)。
[0025]圖1Oa-C為電極的電勢(V)對容量(mAh / g)的圖線，該電極具有以下各庫的組成:來自庫I的Sn34Si47C19 (圖1Oa)、來自庫2的Sn37Si31C32 (圖1Ob)和來自庫3c的Sn35Si22C43 (具有對應(yīng)的微分容量曲線)。
[0026]圖1 la-c為以下各庫的理論和觀測比容量(mAh / g)的圖線:(a) Sn1(l(l_x_ySixCy庫(10<x<65 且 y ?20) ； (b) Sn100_x_ySixCy 庫(2<x<60 且 y ?30)和(c) Sn100_x_ySixCy 庫(5<x<45且y?45)。
[0027]圖12示出來自庫I的樣品的選定的穆斯堡爾效應(yīng)光譜(Mossbaucr effectspectra)的圖線。
[0028]圖13示出來自庫2的樣品的選定的穆斯堡爾效應(yīng)光譜的圖線。
[0029]圖14示出來自庫3的樣品的選定的穆斯堡爾效應(yīng)光譜的圖線。
[0030]圖15a_e為Sn1(l(l_x_ySixCy組合庫I (10〈x〈65且y?20)的雙峰分量的室溫119Sn穆斯堡爾效應(yīng)參數(shù)的圖線(a)四極分裂、(b)中心偏移和(c) Sn-Si組分的相對面積對Sn含量的關(guān)系圖。
[0031]圖16a_c為Sn1。。-x_ySixCy組合庫2 (2〈x〈60且y?30)的雙峰分量的室溫119Sn穆斯堡爾效應(yīng)參數(shù)的圖線。(a)四極分裂、(b)中心偏移和(c) Sn-Si組分的相對面積對Sn含量的關(guān)系圖。
[0032]圖17a_c為Sn1。。-x_ySixCy組合庫3 (5<x<45且y?45)的雙峰分量的室溫119Sn穆斯堡爾效應(yīng)參數(shù)的圖線。(a)四極分裂、(b)中心偏移和(c) Sn-Sl組分的相對面積對Sn含量的關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0033]在以下說明中，參考形成本說明的一部分的附圖，并且其中以圖示方式示出了若干具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的范圍或?qū)嵸|(zhì)的前提下，可以設(shè)想出其他實(shí)施例并進(jìn)行實(shí)施。因此，以下的【具體實(shí)施方式】不具有限制性意義。
[0034]除非另外指明，否則本說明書和權(quán)利要求中使用的表示特征尺寸、數(shù)量和物理特性的所有數(shù)字均應(yīng)該理解為在所有情況下均是由術(shù)語“約”來修飾的。因此，除非有相反的說明，否則上述說明書和所附權(quán)利要求書中列出的數(shù)值參數(shù)均是近似值，根據(jù)本領(lǐng)域的技術(shù)人員利用本文所公開的教導(dǎo)內(nèi)容尋求獲得的所需特性，這些近似值可以變化。通過端值表示的數(shù)值范圍包括該范圍內(nèi)的所有數(shù)字(如，I到5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及該范圍內(nèi)的任何范圍。
[0035]提供了用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物的合金，其為完全晶態(tài)的并且具有式SixSnqMyCz。系數(shù)q、x、y和z表示摩爾分?jǐn)?shù)。在所提供的合金中往往存在碳,從而使x、q和z通常大于零。M可為一種或多種過渡金屬并且包括選自錳、鑰、鈮、鎢、鉭、鐵、銅、鈦、釩、鉻、鎳、鈷、鋯、釔、以及它們的組合的金屬。在一些實(shí)施例中，M還可包括錒系元素和鑭系元素。由于難以分離這些元素，錒系元素和鑭系元素通?？梢曰旌舷⊥两饘?在下文中為Mm)的形式獲得。大多數(shù)混合稀土金屬具有錒系元素和鑭系元素組合并且包括顯著量的鈰。在一些實(shí)施例中，一種或多種過渡金屬可選自鐵和鈦。
[0036]所提供的合金可具有大于或等于8摩爾百分率(“摩爾％”)至小于或等于83摩爾％的硅、大于或等于50摩爾％的硅至小于或等于83摩爾％的硅、大于或等于55摩爾％的硅至小于或等于83摩爾0Z0的硅、大于或等于60摩爾0Z0的硅至小于或等于83摩爾0Z0的硅，或甚至大于或等于65摩爾％的硅至小于或等于83摩爾％的硅。所提供的合金還可具有大于O至約45摩爾％的錫。另夕卜，所提供的合金可具有約O至約15摩爾％、約2摩爾％至約10摩爾％，或甚至約2摩爾％至約5摩爾％的過渡金屬M(fèi)。所提供的合金還包括碳。碳的存在量可為大于O至約50摩爾％、約18摩爾％至約50摩爾％、約10摩爾％至約45摩爾％，或甚至約20摩爾％至約45摩爾％。在一些實(shí)施例中，僅包含硅、錫和碳的所提供的合金可具有約54摩爾％至小于100摩爾％的硅、大于2至約5摩爾％的錫和約25摩爾％至約35摩爾％的碳。
[0037]可在鋰離子電化學(xué)電池中用作陽極或負(fù)極的所提供的負(fù)極組合物可為復(fù)合材料，其中所提供的合金與粘結(jié)劑和導(dǎo)電稀釋劑組合。合適粘結(jié)劑的實(shí)例包括聚酰亞胺、聚偏二氟乙烯和聚丙烯酸鋰(LiPAA)。聚丙烯酸鋰可由用氫氧化鋰中和的聚(丙烯酸)而制成。在本公開中，聚(丙烯酸)可包括丙烯酸或甲基丙烯酸或它們的衍生物的任何聚合物或共聚物，其中共聚物的至少約50摩爾％、至少約60摩爾％、至少約70摩爾％、至少約80摩爾％或至少約90摩爾％是使用丙烯酸或甲基丙烯酸制備的?？捎糜谛纬蛇@些共聚物的有用單體包括(例如)具有含I至12個碳原子的烷基(帶支鏈或不帶支鏈)的丙烯酸或甲基丙烯酸的烷基酯、丙烯腈、丙烯酰胺、N-烷基丙烯酰胺、N，N-二烷基丙烯酰胺、丙烯酸羥烷基酯等等。特別要關(guān)注的是水溶性(特別是在中和或部分中和之后)丙烯酸或甲基丙烯酸的聚合物或共聚物。水溶性通常由聚合物或共聚物和/或組合物的分子量決定。聚(丙烯酸)是高水溶性的，并且優(yōu)選與包含大摩爾分?jǐn)?shù)丙烯酸的共聚物一起使用。聚(甲基丙烯)酸的水溶性稍弱，特別是在較大分子量時。
[0038]可用于本發(fā)明中的丙烯酸和甲基丙烯酸的均聚物和共聚物的分子量(Mw)可大于約10，000克/摩爾、大于約75，000克/摩爾、或甚至大于約450，000克/摩爾、或甚至更高?？捎糜诒景l(fā)明中的均聚物和共聚物的分子量
[0039](Mw)小于約3，000，000克/摩爾、小于約500，000克/摩爾、小于約450，000克/
摩爾或甚至更低?？梢詫⒕酆衔锘蚬簿畚锶芙庥谒蚱渌线m的溶劑(例如四氫呋喃、二甲基亞砜、N，N-二甲基甲酰胺)或一種或多種可與水混溶的其他偶極非質(zhì)子溶劑中，從而中和聚合物或共聚物上的羧酸基。聚合物或共聚物上的羧酸基(丙烯酸或甲基丙烯酸)可以用氫氧化鋰的水溶液滴定。例如，通過滴定20重量％的氫氧化鋰水溶液可以中和34%的聚(丙烯酸)水溶液。通常，以摩爾計羧酸基團(tuán)的50%或更多、60%或更多、70%或更多、80%或更多、90%或更多、100%或更多、107%或更多被鋰化(用氫氧化鋰中和)。當(dāng)超過100%的羧酸基已經(jīng)被中和時，意味著已將足夠多的氫氧化鋰添加到聚合物或共聚物以中和全部基團(tuán)并且存在過量的氫氧化鋰。合適的導(dǎo)電稀釋劑的例子包括炭黑。
[0040]為了制備鋰離子電化學(xué)電池，可將所提供的負(fù)極或正極與電解質(zhì)和正極或陰極(反電極)組合。電解質(zhì)的形式可以為液體、固體或凝膠。固體電解質(zhì)的例子包括聚合物電解質(zhì)，例如聚環(huán)氧乙烷、含氟聚合物和共聚物(例如，聚四氟乙烯)、以及它們的組合。液體電解質(zhì)的例子包括碳酸亞乙酯、碳酸二乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸氟亞乙酯(FEC)、以及它們的組合。電解質(zhì)具有鋰電解質(zhì)鹽。合適鹽的實(shí)例包括LiPF6、LiBF4、雙(乙二酸)硼酸鋰、LiN(CF5SO2)2' LiN(C2F3SO2)2、LiAsF6, LiC(CF3SO2)3^P LiClO40 合適陰極組合物的實(shí)例包括LiCo02、LiCoa2Nia8O2和LiMn204。另外的實(shí)例包括在下列文獻(xiàn)中描述的陰極組合物:美國專利 N0.5，900，385 (Dahn 等人)；N0.6，680，145 (Obrovac 等人)、N0.6，964，828和N0.7，078, 128 (均為Lu等人)、N0.7，211，237 (Ebennan等人)；和美國專利申請公開N0.2003 / 0108793 (Dahn 等人)和 N0.2004 / 0121234 (Le)。
[0041]為制備正或負(fù)電極，將活性粉末材料、任何選定的添加劑如粘結(jié)劑、導(dǎo)電性稀釋劑、填料、增粘劑、用于涂料粘度調(diào)節(jié)的增稠劑如羧甲基纖維素以及本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的其他添加劑在合適的涂料溶劑(如水或N-甲基吡咯烷酮(NMP))中混合，以形成涂料分散體或涂料混合物。將分散體充分混合，然后通過任何適宜的分散體涂布技術(shù)(如刮涂、凹口棒涂、浸涂、噴涂、電噴涂布或凹版涂布)施加到箔集電器上。集電器通常是箔片形式的導(dǎo)電金屬，諸如銅、鋁、不銹鋼或鎳箔。將漿液涂覆到集電器箔片上，再在空氣中干燥，然后通常是在加熱的烘箱中進(jìn)行干燥，通常在約80°C至約300°C下干燥約一個小時，以移除所有溶劑。[0042]所公開的鋰離子電池中可采用多種電解質(zhì)。代表性的電解質(zhì)含有一種或多種鋰鹽以及固體、液體或凝膠形式的電荷傳輸介質(zhì)。示例性鋰鹽在電池電極可操作的電化學(xué)窗口和溫度范圍(如約-30°C到約70°C)內(nèi)穩(wěn)定，可溶于所選電荷傳輸介質(zhì)中，并且在所選鋰離子電池中運(yùn)行良好。示例性的鋰鹽包括LiPF6、LiBF4, LiClO4、雙(乙二酸)硼酸鋰、LiN(CF3SO2)2' LiN(C2F5SO2)2、LiAsF6, LiC(CF3SO2)3 以及它們的組合。示例性的電荷傳輸介質(zhì)在電池電極可工作的電化學(xué)窗口和溫度范圍內(nèi)保持穩(wěn)定而不會凝固或沸騰，能夠溶解足量的鋰鹽以使得適量電荷可由正極傳送至負(fù)極，并且在所選的鋰離子電池中運(yùn)行良好。示例性的固體電荷傳輸介質(zhì)包括聚合物介質(zhì)，例如聚環(huán)氧乙烷、聚四氟乙烯、聚偏二氟乙烯、含氟共聚物、聚丙烯腈、它們的組合以及本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的其他固體介質(zhì)。示例性的液體電荷傳輸介質(zhì)包括碳酸亞乙酯、碳酸亞丙酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸亞丁酯、碳酸亞乙烯酯、碳酸氟亞乙酯(FEC)、碳酸氟亞丙酯、Y-丁內(nèi)酯、二氟乙酸甲酯、二氟乙酸乙酯、二甲氧基乙烷、二甘醇二甲醚(即雙(2-甲氧基乙基)醚)、四氫呋喃、二氧戊環(huán)、它們的組合以及本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的其他介質(zhì)。示例性電荷傳輸介質(zhì)凝膠包括描述于美國專利N0.6，387，570 (Nakamura等人)和N0.6，780，544 (Noh)中的那些?？赏ㄟ^添加合適的共溶劑來改善電荷傳輸介質(zhì)的增溶能力。示例共溶劑包括與包含所選電解質(zhì)的Li離子電池相容的芳族材料。代表性的共溶劑包括甲苯、環(huán)丁砜、二甲氧基乙烷、它們的組合以及本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員熟悉的其它共溶劑。電解質(zhì)可包含本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的其它添加劑。例如，電解質(zhì)可包含氧化還原化學(xué)梭，例如下列文獻(xiàn)中描述過的那些:美國專利 N0.5，709，968 (Shimizu) ;5，763，119 (Adachi) ;5，536，599 (Alamgir等人);5，858, 573 (Abraham 等人);5，882, 812 (Visco 等人);6，004, 698 (Richardson 等人)；6，045，952 (Kerr 等人);6，387，571 (Lain 等人);和 N0.7，648，801 ;Νο.7，811，710 ;和7，615，312 (均授予 Dahn 等人)。[0043]在一些實(shí)施例中，用于鋰離子電化學(xué)電池的所提供的負(fù)極組合物可具有式SixSnqCz,其中My的y為零。由于其與純Si相比具有改善的導(dǎo)電性，因此S1-Sn基材料保持具有吸引力以及可有效地適應(yīng)體積膨脹和保持良好可循環(huán)性的合適非晶態(tài)物質(zhì)的合成。關(guān)于碳對Sn-Si體系的影響的綜合研究還未有報道。
[0044]通過多靶濺射生成三個偽二元組合庫以探測各種Sn-S1-C合金的結(jié)構(gòu)。實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)在下文的實(shí)例部分論述。微探針、X射線衍射圖案、電化學(xué)和穆斯堡爾效應(yīng)光譜的組合提供了 Sn-S1-C合金的微結(jié)構(gòu)和所得性質(zhì)的一致圖像。在電化學(xué)研究和穆斯堡爾效應(yīng)光譜研究中均明顯觀察到增加的碳含量對取決于Sn: Si比率的特性的影響。碳的添加顯示會抑制Sn粒的聚集。三項研究表明，Sn-S1-C合金顯示有希望用作Li離子電池的負(fù)極材料,并且可通過選擇正確的化學(xué)計量法以選擇正確的容量和對應(yīng)的整體體積變化來精確濺射膜的微結(jié)構(gòu)。
[0045]在另一方面，提供了一種制備用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物的方法，其包括向研磨機(jī)加入包含硅、錫、鐵硅酸鹽、石墨和粘結(jié)劑的混合物。加入量通過式SixSnqMyCz中的q、X、y和z的摩爾分?jǐn)?shù)來表示。q、X和z大于零并且M為一種或多種過渡金屬，如上文所述的那些。在一些實(shí)施例中，0.25 ( z<0.35,0.50 ^ X ^ 0.83并且0.02 ^ y ^ 0.10。
[0046]本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)進(jìn)一步通過以下實(shí)例來說明，但這些實(shí)例中列舉的特定材料及其量，以及其他條件和細(xì)節(jié)不應(yīng)解釋為對本發(fā)明的不當(dāng)限制。[0047]SM
[0048]實(shí)例1-3 非晶態(tài) Si^Snfe^^。
[0049]原材料
[0050]硅(Si)-粗粉末、99.8 %純度，可得自挪威馬吉斯圖的?？瞎?Elkem(Majorstua, Norway))。
[0051]錫(Sn)_325目、99.8%純度，可得自馬薩諸塞州沃德希爾的阿法埃莎公司(AlfaAsear(Ward Hill, MA))。
[0052]FeSi50-娃鐵、50重量％的娃、〈1.5mm,可得自俄亥俄州比佛利全球冶金公司(Globe Metallurgical(Beverly, OH))。
[0053]TiSi2-325目、99.5%純度，可得自阿法埃莎公司(Alfa Aesar)。
[0054]C(石墨)-HMREX SFG-44，可得自瑞士波迪歐的特密高公司(TimCal Ltd(Bodio,Switzerland))。
[0055]將適量的原材料(參見表1)與IOkg的0.5英寸(1.25cm)直徑鉻鋼球添加到5L鋼制容器(內(nèi)徑為7.4英寸(18.3cm))。將容器用N2吹掃并且以98rpm(每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))研磨10天。
[0056]M I
[0057]合金組合物(Si
【權(quán)利要求】
1.一種用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其包含具有式SixSnqMyCz的合金，其中q、x、y和z表示摩爾分?jǐn)?shù)，q、x和z大于零,并且M為一種或多種過渡金屬， 其中所述合金為非晶態(tài)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中所述一種或多種過渡金屬選自錳、鑰、鈮、鎢、鉭、鐵、銅、鈦、釩、鉻、鎳、鈷、鋯、釔、混合稀土金屬、以及它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中所述一種或多種過渡金屬選自鐵和鈦。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中.0.50 ^ X ^ 0.83。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中.0.55 ^ X ^ 0.83。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中.0.58 ^ X ^ 0.66。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中O< y < 0.15。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中.0.02 ≤ y ≤ 0.10。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中.0.18 ≤ z ≤ 0.50。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中.0.25 ^ z ^ 0.35。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中0〈q( 0.45。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中.0.02 ^ q ^ 0.05。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中所述一種或多種過渡金屬選自鐵和鈦。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中y= O。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中0〈q( 0.43，.0.08 ≤ X ≤ 0.83，并且 0.18 ≤ z ≤ 0.50。
16.根據(jù)權(quán)利要求1-15中任一項所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其還包含粘結(jié)劑。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物，其中所述粘結(jié)劑為聚丙烯酸鋰。
18.—種鋰離子電化學(xué)電池，其包含根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)極組合物。
19.一種制備用于鋰離子電化學(xué)電池的負(fù)極組合物的合金的方法，所述方法包括: 向研磨機(jī)加入包含硅、錫、過渡金屬硅酸鹽和石墨的混合物，其中硅、錫、一種或多種過渡金屬和石墨的摩爾分?jǐn)?shù)通過式SixSnqMyCz中的q、x、y和z來表示,其中q、x和z大于零，M 為一種或多種過渡金屬，0.50 ≤ X ≤0.83,0.02 ≤y ≤ 0.10,0.25 ≤ z ≤ 0.35，并且.0.02 ≤ q≤ 0.05 ;對所述混合物進(jìn)行球磨；以及在真空烘箱中干燥所述混合物。
【文檔編號】H01M4/134GK103843177SQ201280048874
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2012年10月9日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月10日
【發(fā)明者】黎丁巴, 杰弗里·R·達(dá)恩 申請人:3M創(chuàng)新有限公司