1.一種微粒材料,所述微粒材料由包含選自硅、鍺或其混合物的電活性材料的多個多孔粒子組成,其中所述多孔粒子具有在大于5至25μm范圍內的D50粒徑、在30至90%范圍內的粒子內孔隙度以及通過水銀孔率法確定的在50至小于400nm范圍內具有至少一個峰的孔徑分布。
2.根據權利要求1的微粒材料,其中所述微粒材料包含至少60重量%,優(yōu)選至少70重量%,更優(yōu)選至少75重量%,更優(yōu)選至少80重量%并且最優(yōu)選至少85重量%的所述電活性材料。
3.根據權利要求1或權利要求2的微粒材料,其中所述電活性材料包含至少90重量%,優(yōu)選至少95重量%,更優(yōu)選至少98重量%,更優(yōu)選至少99重量%的硅。
4.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述微粒材料包含少量的選自鋁、銻、銅、鎂、鋅、錳、鉻、鈷、鉬、鎳、鈹、鋯、鐵、鈉、鍶、磷、錫、釕、金、銀的一種或多種附加元素以及其氧化物。
5.根據權利要求4的微粒材料,其中所述微粒材料包含少量的鋁、鎳、銀或銅,優(yōu)選鋁。
6.根據權利要求5的微粒材料,其中所述微粒材料包含至少60重量%的硅和至多40重量%的鋁,優(yōu)選至少70重量%的硅和至多30重量%的鋁,更優(yōu)選至少75重量%的硅和至多25重量%的鋁,更優(yōu)選至少80重量%的硅和至多20重量%的鋁,更優(yōu)選至少85重量%的硅和至多15重量%的鋁,更優(yōu)選至少90重量%的硅和至多10重量%的鋁并且最優(yōu)選至少95重量%的硅和至多5重量%的鋁。
7.根據權利要求5或權利要求6的微粒材料,其中所述微粒材料包含至少0.01重量%的鋁,至少0.1重量%的鋁,至少0.5重量%的鋁,至少1重量%的鋁,或至少2重量%的鋁或至少3重量%的鋁。
8.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有至少6μm,至少7μm,至少8μm或至少10μm的D50粒徑。
9.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有不大于20μm,不大于18μm,不大于15μm或不大于12μm的D50粒徑。
10.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有至少1μm,優(yōu)選至少2μm,更優(yōu)選至少3μm的D10粒徑。
11.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有不大于40μm,優(yōu)選不大于30μm,更優(yōu)選不大于25μm,并且最優(yōu)選不大于20μm的D90粒徑。
12.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有不大于50μm,更優(yōu)選不大于40μm,更優(yōu)選不大于30μm,并且最優(yōu)選不大于25μm的D99粒徑。
13.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有5以下,優(yōu)選4以下,更優(yōu)選3以下,更優(yōu)選2以下,并且最優(yōu)選1.5以下的粒度分布跨度。
14.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有至少40%,優(yōu)選至少50%,并且更優(yōu)選至少60%的粒子內孔隙度。
15.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有不大于87%,優(yōu)選不大于86%,更優(yōu)選不大于85%,更優(yōu)選不大于80%,并且最優(yōu)選不大于75%的粒子內孔隙度。
16.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述微粒材料具有如通過水銀孔率法確定的在小于380nm,優(yōu)選小于360nm,并且更優(yōu)選小于350nm的孔尺寸處具有至少一個峰的孔徑分布。
17.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述微粒材料具有如通過水銀孔率法確定的在大于60nm,優(yōu)選大于80nm,并且更優(yōu)選大于100nm的孔尺寸處具有至少一個峰的孔徑分布。
18.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子是球形粒子,所述球形粒子具有至少0.70,優(yōu)選至少0.85,更優(yōu)選至少0.90,優(yōu)選至少0.92,更優(yōu)選至少0.93,更優(yōu)選至少0.94,更優(yōu)選至少0.95,更優(yōu)選至少0.96,更優(yōu)選至少0.97,更優(yōu)選至少0.98并且最優(yōu)選至少0.99的平均球形度Sav。
19.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子具有小于3∶1,優(yōu)選不大于2.5∶1,更優(yōu)選不大于2∶1,優(yōu)選不大于1.8∶1,更優(yōu)選不大于1.6∶1,更優(yōu)選不大于1.4∶1并且最優(yōu)選不大于1.2∶1的平均縱橫比。
20.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,所述微粒材料具有小于300m2/g,優(yōu)選小于200m2/g,更優(yōu)選小于150m2/g,更優(yōu)選小于120m2/g的BET表面積。
21.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,所述微粒材料具有至少10m2/g,至少15m2/g,至少20m2/g或至少50m2/g的BET表面積。
22.根據前述權利要求中任一項的微粒材料,其中所述多孔粒子包含互連不規(guī)則細長結構元件的網絡,優(yōu)選其中所述多孔粒子包含縱橫比為至少2∶1并且更優(yōu)選至少5∶1的結構元件。
23.根據權利要求22的微粒材料,其中所述多孔粒子包含最小尺寸為小于300nm,優(yōu)選小于200nm,更優(yōu)選小于150nm,并且最大尺寸為所述最小尺寸的至少兩倍,并且優(yōu)選至少五倍的結構元件。
24.根據權利要求22或權利要求23的微粒材料,其中所述多孔粒子包含最小尺寸為至少10nm,優(yōu)選至少20nm,優(yōu)選至少30nm的結構元件。
25.一種用于制備微粒材料的方法,所述微粒材料由包含電活性材料的多個多孔粒子組成,所述方法包括以下步驟:
(a)提供多個合金粒子,其中所述合金粒子通過將熔融合金冷卻而獲得,所述熔融合金包含:(i)11至45重量%的選自硅、鍺及其混合物的電活性材料組分和(ii)基體金屬組分,其中所述合金粒子具有在大于5至25μm范圍內的D50粒徑,并且其中所述合金粒子包含分散在所述基體金屬組分中的離散的含電活性材料的結構;
(b)溶浸來自步驟(a)的所述合金粒子以除去所述基體金屬組分的至少一部分并且至少部分地暴露所述含電活性材料的結構;
其中所述多孔粒子包含不大于40重量%的所述基體金屬組分。
26.根據權利要求25的方法,其中所述合金粒子具有至少6μm,優(yōu)選至少7μm,更優(yōu)選至少8μm并且最優(yōu)選至少10μm的D50粒徑。
27.根據權利要求25或權利要求26的方法,其中所述合金粒子具有不大于20μm,優(yōu)選不大于18μm,更優(yōu)選不大于15μm并且最優(yōu)選不大于12μm的D50粒徑。
28.根據權利要求25至27中任一項的方法,其中所述合金粒子具有至少1μm,優(yōu)選至少2μm并且最優(yōu)選至少3μm的D10粒徑。
29.根據權利要求25至28中任一項的方法,其中所述合金粒子具有不大于40μm,優(yōu)選不大于30μm,更優(yōu)選不大于25μm并且最優(yōu)選不大于20μm的D90粒徑。
30.根據權利要求25至29中任一項的方法,其中所述合金粒子具有不大于40μm,優(yōu)選不大于30μm并且最優(yōu)選不大于25μm的D99粒徑。
31.根據權利要求25至30中任一項的方法,其中所述合金粒子具有5以下,優(yōu)選4以下,更優(yōu)選3以下,更優(yōu)選2以下,并且最優(yōu)選1.5以下的粒度分布跨度。
32.根據權利要求25至31中任一項的方法,其中所述合金粒子具有至少0.70,優(yōu)選至少0.85,更優(yōu)選至少0.90,優(yōu)選至少0.92,更優(yōu)選至少0.93,更優(yōu)選至少0.94,更優(yōu)選至少0.95,更優(yōu)選至少0.96,更優(yōu)選至少0.97,更優(yōu)選至少0.98并且最優(yōu)選至少0.99的平均球形度Sav。
33.根據權利要求25至32中任一項的方法,其中所述合金粒子具有小于3∶1,優(yōu)選不大于2.5∶1,更優(yōu)選不大于2∶1,優(yōu)選不大于1.8∶1,更優(yōu)選不大于1.6∶1,更優(yōu)選不大于1.4∶1并且最優(yōu)選不大于1.2∶1的平均縱橫比。
34.根據權利要求25至33中任一項的方法,其中所述合金粒子的所述電活性材料組分包含至少90重量%,優(yōu)選至少95重量%,更優(yōu)選至少98重量%,更優(yōu)選至少99重量%的硅。
35.根據權利要求25至34中任一項的方法,其中所述合金粒子包含至少11.2重量%,更優(yōu)選至少11.5重量%,更優(yōu)選至少11.8重量%,更優(yōu)選至少12重量%并且最優(yōu)選至少12.2重量%的所述電活性材料組分。
36.根據權利要求25至35中任一項的方法,其中所述合金粒子包含小于40重量%,優(yōu)選小于35重量%,優(yōu)選小于30重量%,更優(yōu)選小于25重量%,更優(yōu)選小于20重量%并且最優(yōu)選小于18重量%的所述電活性材料組分。
37.根據權利要求25至36中任一項的方法,其中所述合金粒子的所述基體金屬組分選自鋁、銻、銅、鎂、鋅、錳、鉻、鈷、鉬、鎳、鈹、鋯、鐵、錫、釕、銀、金及其組合。
38.根據權利要求37的方法,其中所述合金粒子的所述基體金屬組分包含至少50重量%,優(yōu)選至少60重量%,更優(yōu)選至少70重量%,更優(yōu)選至少80重量%,更優(yōu)選至少90重量%并且最優(yōu)選至少95重量%的鋁、鎳、銀或銅中的一種或多種,優(yōu)選鋁。
39.根據權利要求38的方法,其中所述合金粒子的所述電活性材料組分包含至少90重量%,更優(yōu)選至少95重量%,優(yōu)選至少98重量%,更優(yōu)選至少99重量%的硅并所述合金粒子的所述基體金屬組分包含至少90重量%,更優(yōu)選至少95重量%的鋁。
40.根據權利要求25至39中任一項的方法,其中相對于所述微粒材料的總重量,所述微粒材料包含不大于30重量%,更優(yōu)選不大于25重量%,更優(yōu)選不大于20重量%,更優(yōu)選不大于15重量%,更優(yōu)選不大于10重量%,并且最優(yōu)選不大于5重量%的所述基體金屬組分。
41.根據權利要求25至40中任一項的方法,其中相對于所述微粒材料的總重量,所述微粒材料包含至少0.01重量%,至少0.1重量%,至少0.5重量%,至少1重量%,至少2重量%或至少3重量%的所述基體金屬組分。
42.根據權利要求25至41中任一項的方法,其中步驟(a)中的所述合金粒子通過將熔融合金以至少5×104K/s或至少1×105K/s的冷卻速率從液態(tài)冷卻至固態(tài)而獲得。
43.一種微粒材料,所述微粒材料由包含電活性材料的多個多孔粒子組成,其中所述微粒材料可通過如在權利要求25至442中任一項所限定的方法獲得。
44.根據權利要求43的微粒材料,其中所述微粒材料是如在權利要求1至24中任一項所限定的。
45.一種組合物,所述組合物包含如在權利要求1至24、43和44中任一項所限定的微粒材料以及至少一種其他組分。
46.根據權利要求45的組合物,其是電極組合物,所述電極組合物包含如在權利要求1至24、43和44中任一項所限定的微粒材料以及選自以下各項的至少一種其他組分:(i)粘合劑;(ii)導電添加劑;和(iii)附加微粒電活性材料。
47.根據權利要求46的電極組合物,其中所述微粒材料占所述電極組合物的總重量的至少60重量%,更優(yōu)選至少70重量%并且最優(yōu)選至少80重量%,例如至少85重量%,至少90重量%或至少95重量%。
48.根據權利要求46或權利要求47的電極組合物,所述電極組合物包含至少一種附加微粒電活性材料。
49.根據權利要求48的電極組合物,其中所述至少一種附加微粒電活性材料選自石墨、硬碳、硅、鍺、鎵、鋁和鉛。
50.根據權利要求46至49中任一項的電極組合物,所述電極組合物包含粘合劑,優(yōu)選其量基于所述電極組合物的總重量為0.5至20重量%,更優(yōu)選1至15重量%并且最優(yōu)選2至10重量%。
51.根據權利要求46至50中任一項的電極組合物,所述電極組合物包含一種或多種導電添加劑,優(yōu)選其量基于所述電極組合物的總重量為0.5至20重量%,更優(yōu)選1至15重量%并且最優(yōu)選2至10重量%。
52.一種電極,所述電極包含與集流體電接觸的如在權利要求1至24、43和44中任一項所限定的微粒材料。
53.根據權利要求52的電極,其中所述微粒材料為如在權利要求46至51中任一項所限定的電極組合物的形式。
54.一種可再充電金屬離子電池,所述可再充電金屬離子電池包括:(i)陽極,其中所述陽極包含如在權利要求52或權利要求53中所述的電極;(ii)陰極,所述陰極包含能夠釋放和再吸收金屬離子的陰極活性材料;和(iii)在所述陽極和所述陰極之間的電解質。
55.如在權利要求1至24、43和44中任一項所限定的微粒材料作為陽極活性材料的用途。
56.根據權利要求55的用途,其中所述微粒材料為如在權利要求46至51中任一項所限定的電極組合物的形式。