硅/碳復合物、硅合金/碳復合物及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及娃/碳復合物（娃-碳復合物）、娃合金/碳復合物（娃合金-碳復合 物）及其制備方法。更具體而言，本發(fā)明設及其中在導電碳材料表面上形成均勻含娃薄膜 的娃/碳復合物、其中在導電碳材料表面上形成均勻含娃合金薄膜的娃合金/碳復合物及 其制備方法。
【背景技術】
[0002] 近年來想要具有高能量密度的高電壓電儲存器件作為驅(qū)動電子器件的電源。裡離 子電池、裡離子電容器等預期作為該電儲存器件。
[0003] 研究了使用具有高裡吸著能力的材料W實現(xiàn)電儲存器件所需的輸出和能量密度 提高。已知大容量電儲存器件例如通過使用納米級娃或納米級娃合金作為負極材料（活性 材料）得到。
[0004] 除負極材料外，目前使用的電儲存器件負極生產(chǎn)方法使用不直接貢獻于容量提高 的材料（例如粘合劑和導電添加劑）。預期電儲存器件的容量通過降低運些材料的量而提 高。另一方面，進行了旨在通過使用導電碳材料和娃的復合物而提高電儲存器件的容量的 研究。例如，提議碳材料如石墨或碳納米纖維（CN巧和娃的復合物作為可應用于裡離子電 池上的娃/碳復合物。
[0005] 使用硅烷或揮發(fā)性娃基前體的化學氣相沉積（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1和2)。非專 利文獻3和4提議將聚偏二氣乙締（PVD巧（有機粘合劑）與CNF混合，將混合物加熱并進 行娃CVD W得到均勻涂覆的娃/CNF復合物的方法。
[0006] 當制備包含碳材料和另一無機/有機材料的復合材料時，復合材料的物理化學特 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 物理化學特性（例如電/熱導率和摩擦特性）的新功能復合材料。還嘗試通過預處理改進 CNF的機械特性。例如，專利文獻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5公開 了將CNF用酸溶液處理的方法。
[0007] 專利文獻6公開了娃層可在沉積無定形碳時均勻地沉積。專利文獻7和8公開了 當制備娃/碳多層結(jié)構(gòu)時，碳層保護娃層。
[0008] 專利文獻9公開了改進與聚合物的親合力，并且復合物的物理化學特性（例如電 /熱導率和摩擦特性）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。
[000引[引用目錄]
[0010] [專利文獻]
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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和樹脂的復合材料，并且旨在改 進所得復合材料的機械特性。沒有提議設及電儲存器件應用并且僅使用氣相處理的技術。
[0026] 當娃或娃合金直接沉積在市售CNF上時，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。當顆粒娃或顆粒娃合金附著在CNF上時，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。運使得難W實現(xiàn) 大容量電儲存器件。
[0027] 娃或娃合金的體積在插入或提取裡離子時很大程度地提高或降低。當其中在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極材料時，當重復充電 和放電時，所得負極劣化（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，并提供制備可在導電碳材 料表面上形成均勻含娃薄膜的娃/碳復合物的方法，和制備可在導電碳材料表面上形成均 勻含娃合金薄膜的娃合金/碳復合物的方法。
[0029] 本發(fā)明幾個方面的目的是提供在用作用于形成電儲存器件負極的負極材料時可 提供大容量電儲存器件并且顯示出優(yōu)異的充電-放電循環(huán)特性的娃/碳復合物和娃合金/ 碳復合物。
[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，并且可如下實現(xiàn)（參見W下方面和 應用實例）：
[00礎應用實例1
[0033] 根據(jù)本發(fā)明一個方面，制備娃/碳復合物的方法包括：
[0034] 步驟（a):通過使用含碳氣體的化學氣相沉積（下文可縮寫為"CVD")而在導電碳 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氣相沉積（CVD)而在導電碳材料上形成含娃 薄膜。
[003引應用實例2
[0037] 在根據(jù)應用實例1的制備娃/碳復合物的方法中，導電碳材料可W為碳納米纖維 或石墨粉。
[00測應用實例3
[0039] 在根據(jù)應用實例1或2的制備娃/碳復合物的方法，其中含碳氣體可W為至少一 種選自如下的氣體：具有1-10個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個碳原子且未被取代或者被取代基取代的芳族控。
[0040] 應用實例4
[0041] 在根據(jù)應用實例3的制備娃/碳復合物的方法中，取代基可W為至少一個選自如 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引應用實例5
[0043] 在根據(jù)應用實例1-4中任一項的制備娃/碳復合物的方法中，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引應用實例6
[0047] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，制備娃合金/碳復合物的方法包括：
[0048] 步驟（a):通過使用含碳氣體的化學氣相沉積（CVD)而在導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氣體的化學氣相沉積（CVD)而在導電碳材料 上形成含娃合金薄膜。
[0050] 應用實例7
[0051] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，制備娃合金/碳復合物的方法包括：
[0052] 步驟化）：通過使用含娃氣體和含碳氣體的化學氣相沉積（CVD)而在導電碳材料 表面上形成含娃合金薄膜。
[00閲應用實例8
[0054] 在根據(jù)應用實例6或7的制備娃合金/碳復合物的方法中，導電碳材料可W為碳 納米纖維或石墨粉。
[00財應用實例9
[0056] 在根據(jù)應用實例6-8中任一項的制備娃合金/碳復合物的方法中，含碳氣體可W 為至少一種選自如下的氣體：具有1-10個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個碳原子且未被取代或者被取代基取代 的芳族控。
[0057] 應用實例10
[005引在根據(jù)應用實例9的制備娃合金/碳復合物的方法中，取代基可W為至少一個選 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則應用實例11
[0060] 在根據(jù)應用實例6-10中任一項的制備娃合金/碳復合物的方法中，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引應用實例12
[0064] 根據(jù)本發(fā)明另一方面，娃/碳復合物包含：
[0065] 導電碳材料，其中含碳薄膜通過使用含碳氣體的化學氣相沉積（CVD)而在導電碳 材料表面上形成；和
[0066] 通過使用含娃氣體的化學氣相沉積（CVD)而在