[发明专利]锂离子储存/释放材料的制备方法、锂离子储存/释放材料、使用该材料的电极结构体和储能器件

权利要求书

1.能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，该电极材料包含由每个具有5nm～200nm直径和具有1nm～10nm厚度的无定形表面层的晶体颗粒组成的硅或锡初级粒子，其中，

每个初级粒子的无定形表面层至少由金属氧化物形成；

由金属的氧化生成该金属氧化物时的吉布斯自由能小于将硅或锡氧化时的吉布斯自由能；和

该金属氧化物具有高于硅氧化物或锡氧化物的热力学稳定性。

2.根据权利要求1的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中该初级粒子中金属元素占该金属氧化物的0.3原子％以上。

3.根据权利要求1的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中该硅或锡初级粒子为硅颗粒。

4.根据权利要求3的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中由该硅颗粒的X射线衍射图中Si(111)峰的半宽度和Sherrer式计算的微晶尺寸在20～60nm的范围内。

5.根据权利要求3的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中由该硅颗粒的X射线光电子能谱(XPS)测定谱计算的硅氧化物与Si的摩尔比为0.05～7.0，且由扫描透射电子显微镜(STEM)的能量分散X射线谱仪(EDX)测定的硅颗粒的氧元素与Si元素的比为0.05～0.8。

6.根据权利要求3的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中用纤维状(丝状)物质将该硅初级粒子的晶体颗粒形成为网状结构，并且该纤维状(丝状)材料每个的表面至少用氧化物涂覆。

7.根据权利要求6的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中构成该网状结构的纤维状(丝状)物质每个具有5nm～70nm范围内的直径和100nm～2μm范围内的长度。

8.根据权利要求6的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中该纤维状(丝状)物质每个具有核壳结构，该核部包含硅晶体，并且该壳部包含无定形硅氧化物或无定形金属氧化物，条件是由金属的氧化生成该金属氧化物时的吉布斯自由能小于将硅或锡氧化时的吉布斯自由能，并且该金属氧化物具有高于硅氧化物或锡氧化物的热力学稳定性。

9.根据权利要求6的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中该纤维状(丝状)物质包含无定形硅氧化物。

10.根据权利要求6的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中该纤维状(丝状)物质包含结晶氧氮化铝。

11.根据权利要求1的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中该金属氧化物的金属元素包含选自Li、Be、Mg、Al、Ca、Zr、Ba、Th、La、Ce、Nd、Sm、Eu、Dy和Er中一种以上的金属。

12.根据权利要求1的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料，其中该金属氧化物的金属元素包含选自Li、Mg、Al、Ca、Zr、Ba、La、Ce和Nd中的一种以上的金属。

13.根据权利要求1～12的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料的制备方法，其包括以下步骤的任一个：

(i)使硅或锡与金属氧化物反应；

(ii)使硅氧化物或锡氧化物与金属反应；和

(iii)使硅化合物或锡化合物与金属化合物反应，

条件是由该金属氧化物或该金属的金属元素的氧化生成金属氧化物时的吉布斯自由能小于将硅或锡氧化时的吉布斯自由能，并且该金属氧化物具有高于硅氧化物或锡氧化物的热力学稳定性。

14.根据权利要求13的能电化学储存和释放锂离子的储能器件的负极用电极材料的制备方法，其中步骤(i)中硅或锡与金属氧化物的反应为

(A)通过至少将粉末态的硅或锡和该金属氧化物引入热等离子体中而进行的反应，该热等离子体通过将惰性气体或氢气转变成等离子体而得到，或者

(B)由火花放电现象瞬时产生的火花等离子体中的烧结反应，其通过以下而产生：

至少对硅或锡和该金属氧化物进行机械合金化处理，

对由该机械合金化处理得到的粉末加压，和

在减压下以低电压对压过的粉末颗粒之间的间隙施加脉冲电流。