DE102022102273A1 - Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, Herstellungsverfahren dafür und Anwendung davon - Google Patents

Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, Herstellungsverfahren dafür und Anwendung davon Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Negativelektrodenmaterialien für Lithiumbatterien, insbesondere auf ein dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, umfassend ein dreidimensionales poröses Gerüst, eine Füllschicht und eine Beschichtungsschicht, wobei das dreidimensionale poröse Gerüst ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst ist, wobei die Füllschicht Siliziumpartikel und leitfähigen Kohlenstoff umfasst, wobei die Füllschicht durch gleichmäßige Dispersion der Siliziumpartikel in dem leitfähigen Kohlenstoff gebildet wird, wobei die Beschichtungsschicht eine Kohlenstoffbeschichtungsschicht ist. Die vorliegende Erfindung stellt ein dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial mit langem Zyklus und geringer Expansion, ein Herstellungsverfahren dafür und eine Anwendung davon bereit.

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Negativelektrodenmaterialien für Lithiumbatterien, insbesondere auf ein dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, ein Herstellungsverfahren dafür und eine Anwendung davon.
  • Stand der Technik
  • Sekundärbatterien sind in tragbaren elektronischen Produkten weit verbreitet. Mit der Miniaturisierung tragbarer elektronischer Produkte und der steigenden Nachfrage nach Sekundärbatterien in der Luftfahrt-, Militär- und Automobilindustrie müssen die Kapazität und Energiedichte von Batterien erheblich verbessert werden. Gegenwärtig sind die kommerziellen Negativelektrodenmaterialien hauptsächlich Graphitmaterialien, aber aufgrund ihrer geringen theoretischen Kapazität von 372 mAh/g können sie die Nachfrage des Marktes nicht erfüllen. In den letzten Jahren haben die Menschen neue Negativelektrodenmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität ins Visier genommen: Lithiumspeichermetalle und ihre Oxide (wie Sn, Si) und Lithiumübergangsmetallphosphide. Si ist aufgrund seiner hohen theoretischen spezifischen Kapazität von 4200 mAh/g zu einem der vielversprechendsten alternativen Graphitmaterialien geworden. Die Si-Basis hat jedoch einen großen Volumeneffekt (~ 300%) während des Lade- und Entladevorgangs und ist anfällig für Rissbildung und Pulverisierung, wodurch der Kontakt mit dem Sammelfluid verloren geht, was zu einem starken Abfall der Zyklusleistung führt.
  • Das bestehende Silizium-Kohlenstoff-Negativelektrodenmaterial verwendet Nanosilizium-, Graphit- und Kohlenstoffgranulation, um Verbundmaterialien zu erhalten. Aufgrund der Schwierigkeit der gleichmäßigen Dispersion von Nanosilizium wird es zwangsläufig zu einer lokalen Agglomeration von Nanosilizium kommen, so dass der Kohlenstoffgehalt an der Agglomeration von Nanosilizium relativ niedrig ist. Der relativ niedrige Kohlenstoffgehalt kann die Volumenexpansion von Nanosilizium während des Zyklus nicht gut absorbieren, was zu einer übermäßigen lokalen Expansion bei der Agglomeration von Nanosilizium führt, was zu lokalen Strukturschäden führt und die Gesamtleistung des Materials beeinflusst. Daher ist es für die Anwendung von Materialien auf Siliziumbasis in Lithiumionenbatterien von großer Bedeutung, wie die gleichmäßige Dispersion von Nanosilizium in Silizium-Kohlenstoff-Verbundwerkstoffen verbessert, der Volumenexpansionseffekt verringert und die Zyklusleistung verbessert werden kann.
  • Inhalt der vorliegenden Erfindung
  • Um die obigen technischen Probleme zu lösen, stellt die vorliegende Erfindung ein dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial mit langem Zyklus und geringer Expansion, ein Herstellungsverfahren dafür und eine Anwendung davon bereit.
  • Die technische Lösung gemäß der vorliegenden Erfindung ist wie folgt:
    • Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, umfassend ein dreidimensionales poröses Gerüst, eine Füllschicht und eine Beschichtungsschicht, wobei das dreidimensionale poröse Gerüst ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst ist, wobei die Füllschicht Siliziumpartikel und leitfähigen Kohlenstoff umfasst, wobei die Füllschicht durch gleichmäßige Dispersion der Siliziumpartikel in dem leitfähigen Kohlenstoff gebildet wird, wobei die Beschichtungsschicht eine Kohlenstoffbeschichtungsschicht ist.
  • Eine weitere Verbesserung der obigen technischen Lösung besteht darin, dass die Partikelgröße D50 des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 2-40 µm beträgt, wobei die spezifische Oberfläche des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 0,5-10 m2/g beträgt, wobei die Porosität des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 1-30% beträgt, wobei der Porendurchmesser des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 0-50 nm beträgt.
  • Eine weitere Verbesserung der obigen technischen Lösung besteht darin, dass die Porosität des dreidimensionalen porösen Gerüsts 10-90% beträgt, wobei der Porendurchmesser des dreidimensionalen porösen Gerüsts 10-500 nm beträgt.
  • Eine weitere Verbesserung der obigen technischen Lösung besteht darin, dass die Siliziumpartikel eines oder zwei von Nanosilizium oder Nanosiliziumoxid umfassen, wobei die Partikelgröße D50 des Nanosiliziums 1-100 nm beträgt, wobei die Kristallkorngröße des Nanosiliziums 1-40 nm beträgt, wobei das Nanosilizium eines oder zwei von polykristallinem Nanosilizium oder amorphem Nanosilizium ist, wobei X in dem Nanosiliziumoxid SiOx 0-0,8 ist.
  • Eine weitere Verbesserung der obigen technischen Lösung besteht darin, dass die Kohlenstoffbeschichtungsschicht mindestens eine Schicht ist, wobei die Dicke der Einzelschicht 0,2-1,0 µm beträgt, wobei die Kohlenstoffbeschichtungsschicht eine der Hochtemperatur-Crack-Kohlenstoffbeschichtungen oder Gasphasen-Kohlenstoffbeschichtungen oder Flüssigphasen-Kohlenstoffbeschichtungen ist.
  • Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials, umfassend die folgenden Schritte,
  • Ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M wird hergestellt;
  • Das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst M wird in einen Reaktor gegeben und die Siliziumpartikel und der leitfähige Kohlenstoff werden mit einer Rate von 0,5-20 L/min in einer Schutzatmosphäre synchron in einer Gasphase abgeschieden oder abwechselnd in einer Gasphase abgeschieden, um den Vorläufer A des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials zu erhalten, wobei die Temperatur der synchronen Gasphasenabscheidung oder der abwechselnden Gasphasenabscheidung 400-1000 °C beträgt, wobei die Zeit der synchronen Gasphasenabscheidung oder der abwechselnden Gasphasenabscheidung 0,5-20 Stunden beträgt;
  • Der Vorläufer A des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials wird mit Kohlenstoff beschichtet, um den Vorläufer B des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials zu erhalten;
  • Der Vorläufer B des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials wird bei hoher Temperatur gesintert, um das dreidimensionale poröse Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
  • Eine weitere Verbesserung der obigen technischen Lösung besteht darin, dass in dem Schritt der Herstellung des dreidimensionalen porösen Kohlenstoffgerüsts M das Herstellungsverfahren des dreidimensionalen porösen Kohlenstoffgerüsts M darin besteht, dass die Pyrolyse eine poröse organische Kohlenstoffquelle erzeugen kann, um ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M zu erhalten oder eine organische Kohlenstoffquelle, die einer Pyrolyse von Kohlenstoff und chemischer Aktivierung unterzogen wird, um ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M zu erhalten, wobei die chemische Aktivierungsbehandlung verwendet wird, um das Kohlenstoffmaterial unter Verwendung eines aktivierten Porenbildners zu aktivieren und zu porieren.
  • Eine weitere Verbesserung der obigen technischen Lösung besteht darin, dass der Schritt der synchronen Gasphasenabscheidung darin besteht, die organische Kohlenstoffquelle und die Siliziumquelle im Verhältnis A mit der Schutzatmosphäre zu mischen und sie in den Reaktor zur Gasphasenabscheidung zu leiten, wobei das Verhältnis A ein Strömungsverhältnis von einer organischen Kohlenstoffquelle zu einer Siliziumquelle von 10:1 bis 1:1 ist.
  • Eine weitere Verbesserung der obigen technischen Lösung besteht darin, dass der Schritt der abwechselnden Gasphasenabscheidung darin besteht, zuerst die Siliziumquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis B zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von ultrafeinem Nanosilizium zu belüften, die organische Kohlenstoffquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis C zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von leitfähigem Kohlenstoff zu belüften und einen ununterbrochenen abwechselnden Einlass durch ein Magnetventil zu erreichen, oder zuerst die organische Kohlenstoffquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis C zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von leitfähigem Kohlenstoff zu belüften, die Siliziumquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis B zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von ultrafeinem Nanosilizium zu belüften und einen ununterbrochenen abwechselnden Einlass durch ein Magnetventil zu erreichen, wobei das Verhältnis B ein Strömungsverhältnis von Siliziumpartikeln zu einer Schutzatmosphäre von 1:1 bis 1:20 ist, wobei das Verhältnis C ein Strömungsverhältnis von einer organischen Kohlenstoffquelle zu einer Schutzatmosphäre von 1:1 bis 1:20 ist.
  • Anwendung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials, wobei das dreidimensionale poröse Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, das unter Verwendung eines obigen Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials hergestellt wird, auf eine Lithiumionenbatterie angewendet wird.
  • Die vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung:
    • Das leitfähige Netzwerk, das durch das dreidimensionale poröse Gerüst der vorliegenden Erfindung gebildet wird, kann nicht nur die elektrische Leitfähigkeit des Materials auf Siliziumbasis effektiv verbessern. Gleichzeitig kann die poröse Struktur in dem dreidimensionalen porösen Gerüst die Volumenexpansion der Siliziumpartikel während des Lade- und Entladevorgangs effektiv mildern, wodurch die Pulverisierung des Materials während des Zyklus effektiv vermieden wird. Der leitfähige Kohlenstoff in der Füllschicht kann nicht nur die elektrische Leitfähigkeit des Materials verbessern und die Volumenexpansion des Nanosiliziummaterials verringern, sondern auch den direkten Kontakt zwischen den Siliziumpartikeln und dem Elektrolyten während des Zyklus weiter vermeiden und Nebenreaktionen reduzieren. Die äußerste Kohlenstoffbeschichtungsschicht kann den direkten Kontakt zwischen den Siliziumpartikeln und dem Elektrolyten vermeiden und Nebenreaktionen reduzieren und gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit von Materialien auf Siliziumbasis weiter effektiv verbessern und den Volumeneffekt während des Lade- und Entladevorgangs mildern.
  • Figurenliste
    • 1 ist ein FIB-SEM-Diagramm des Ausführungsbeispiels 2 des hochdichten strukturierten Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ist ein erstes Ladungs- und Entladungskurvendiagramm des Ausführungsbeispiels 2 des hochdichten strukturierten Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung;
    • 3 ist ein XRD-Muster des Ausführungsbeispiels 3 des hochdichten strukturierten Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführliche Ausführungsformen
  • Die technischen Lösungen in den Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Kombination mit den Zeichnungen der vorliegenden Erfindung klar und vollständig beschrieben.
  • Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, umfassend ein dreidimensionales poröses Gerüst, eine Füllschicht und eine Beschichtungsschicht, wobei das dreidimensionale poröse Gerüst ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst ist, wobei die Füllschicht Siliziumpartikel und leitfähigen Kohlenstoff umfasst, wobei die Füllschicht durch gleichmäßige Dispersion der Siliziumpartikel in dem leitfähigen Kohlenstoff gebildet wird, wobei die Beschichtungsschicht eine Kohlenstoffbeschichtungsschicht ist, wobei die Siliziumpartikel durch Hochtemperaturcracken einer Siliziumquelle gebildet werden, wobei der leitfähige Kohlenstoff durch Hochtemperaturcracken einer organischen Kohlenstoffquelle gebildet wird.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die Partikelgröße D50 des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 2-40 µm beträgt, weiter bevorzugt 2-20 µm, besonders bevorzugt 2-10 µm.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die spezifische Oberfläche des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 0,5-10 m2/g beträgt, weiter bevorzugt 0,5-5 m2/g, besonders bevorzugt 0,5-3 m2/g.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die Porosität des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 1-30% beträgt, weiter bevorzugt 1-20%, besonders bevorzugt 1-10%.
  • Ferner ist vorgesehen, dass der Porendurchmesser des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 0-50 nm beträgt, weiter bevorzugt 0-30 nm, besonders bevorzugt 0-20 nm.
  • Ferner ist vorgesehen, dass der Sauerstoffgehalt des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 0-20% beträgt, weiter bevorzugt 0-10%, besonders bevorzugt 0-5%.
  • Ferner ist vorgesehen, dass der Kohlenstoffgehalt des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 20-90% beträgt, weiter bevorzugt 20-60%, besonders bevorzugt 30-50%.
  • Ferner ist vorgesehen, dass der Siliziumgehalt des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 5-90% beträgt, weiter bevorzugt 20-70%, besonders bevorzugt 30-60%.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die Porosität des dreidimensionalen porösen Gerüsts 10-90% beträgt, weiter bevorzugt 20-90%, besonders bevorzugt 40-90%, wobei der Porendurchmesser des dreidimensionalen porösen Gerüsts 10-500 nm beträgt.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die Siliziumpartikel eines oder zwei von Nanosilizium oder Nanosiliziumoxid umfassen, wobei die Partikelgröße D50 des Nanosiliziums 1-100 nm beträgt, wobei die Kristallkorngröße des Nanosiliziums 1-40 nm beträgt, wobei das Nanosilizium eines oder zwei von polykristallinem Nanosilizium oder amorphem Nanosilizium ist, wobei X in dem Nanosiliziumoxid SiOx 0-0,8 ist.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die Kohlenstoffbeschichtungsschicht mindestens eine Schicht ist, wobei die Dicke der Einzelschicht 0,2-1,0 µm beträgt, wobei die Kohlenstoffbeschichtungsschicht eine der Hochtemperatur-Crack-Kohlenstoffbeschichtungen oder Gasphasen-Kohlenstoffbeschichtungen oder Flüssigphasen-Kohlenstoffbeschichtungen ist.
  • Ferner ist vorgesehen, dass das Verfahren der Gasphasen-Kohlenstoffbeschichtung darin besteht, zu beschichtendes Material in einen Reaktor in einer Schutzatmosphäre zu bringen, auf 400-1000 °C mit 1-5 °C/min zu erhitzen, mit einer Einlassrate von 0,5-20,0 L/min in das organische Kohlenstoffquellengas einzuspeisen, für 0,5-20 Stunden zu halten und natürlich auf Raumtemperatur abzukühlen, um ein Gasphasenbeschichtungsprodukt zu erhalten.
  • Ferner ist vorgesehen, dass das Verfahren der Flüssigphasen-Kohlenstoffbeschichtung darin besteht, dass die organische Kohlenstoffquelle, zu beschichtendes Material und das Lösungsmittel mit hoher Geschwindigkeit gemischt und gleichförmig dispergiert werden, um eine Aufschlämmung zu bilden, die Aufschlämmung gesprüht, getrocknet und dann wärmebehandelt wird.
  • Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials, umfassend die folgenden Schritte,
  • Ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M wird hergestellt;
  • Das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst M wird in einen Reaktor gegeben und die Siliziumpartikel und der leitfähige Kohlenstoff werden mit einer Rate von 0,5-20 L/min in einer Schutzatmosphäre synchron in einer Gasphase abgeschieden oder abwechselnd in einer Gasphase abgeschieden, um den Vorläufer A des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials zu erhalten, wobei die Temperatur der synchronen Gasphasenabscheidung oder der abwechselnden Gasphasenabscheidung 400-1000 °C beträgt, wobei die Zeit der synchronen Gasphasenabscheidung oder der abwechselnden Gasphasenabscheidung 0,5-20 Stunden beträgt;
  • Ferner ist vorgesehen, dass die Schutzatmosphäre eine oder mehrere von Stickstoff, Argon, Helium, Wasserstoff und Argon-Wasserstoff-Mischgas ist, wobei der Reaktor ein oder mehrere von Drehrohrofen, CVD-Ofen, PECVD-Ofen und Wirbelschicht ist.
  • Der Vorläufer A des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials wird mit Kohlenstoff beschichtet, um den Vorläufer B des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials zu erhalten;
  • Ferner ist vorgesehen, dass der Vorläufer B des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials bei hoher Temperatur gesintert wird, um das dreidimensionale poröse Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten, wobei die Hochtemperatursinteraufheizrate 1-10 °C/min beträgt, die Haltetemperatur 700-1200 °C beträgt und die Haltezeit 1-10 Stunden beträgt.
  • Ferner ist vorgesehen, dass in dem Schritt der Herstellung des dreidimensionalen porösen Kohlenstoffgerüsts M das Herstellungsverfahren des dreidimensionalen porösen Kohlenstoffgerüsts M darin besteht, dass die Pyrolyse eine poröse organische Kohlenstoffquelle erzeugen kann, um ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M zu erhalten oder eine organische Kohlenstoffquelle, die einer Pyrolyse von Kohlenstoff und chemischer Aktivierung unterzogen wird, um ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M zu erhalten, wobei die chemische Aktivierungsbehandlung verwendet wird, um das Kohlenstoffmaterial unter Verwendung eines aktivierten Porenbildners zu aktivieren und zu porieren, wobei die organische Kohlenstoffquelle bei der Herstellung des dreidimensionalen porösen Kohlenstoffgerüsts M eine oder mehrere von Saccharose, Glucose, Zitronensäure, Phenolharz, Epoxidharz, Bitumen, Polyvinylalkohol, Polypyrrol, Polypyrrolidon, Polyanilin, Polyacrylnitril, Polydopamin, Lignin, Chitin ist, wobei das aktivierte Porenbildner einer oder mehrere von Natriumhydroxid, Kaliumhydroxid, Zinkchlorid und Phosphorsäure ist.
  • Ferner ist vorgesehen, dass der Schritt der synchronen Gasphasenabscheidung darin besteht, die organische Kohlenstoffquelle und die Siliziumquelle im Verhältnis A mit der Schutzatmosphäre zu mischen und sie in den Reaktor zur Gasphasenabscheidung zu leiten, wobei das Verhältnis A ein Strömungsverhältnis von einer organischen Kohlenstoffquelle zu einer Siliziumquelle von 10:1 bis 1:1 ist.
  • Ferner ist vorgesehen, dass der Schritt der abwechselnden Gasphasenabscheidung darin besteht, zuerst die Siliziumquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis B zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von ultrafeinem Nanosilizium zu belüften, die organische Kohlenstoffquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis C zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von leitfähigem Kohlenstoff zu belüften und einen ununterbrochenen abwechselnden Einlass durch ein Magnetventil zu erreichen, oder zuerst die organische Kohlenstoffquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis C zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von leitfähigem Kohlenstoff zu belüften, die Siliziumquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis B zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von ultrafeinem Nanosilizium zu belüften und einen ununterbrochenen abwechselnden Einlass durch ein Magnetventil zu erreichen, wobei das Verhältnis B ein Strömungsverhältnis von einer Siliziumquelle zu einer Schutzatmosphäre von 1:1 bis 1:20 ist, wobei das Verhältnis C ein Strömungsverhältnis von einer organischen Kohlenstoffquelle zu einer Schutzatmosphäre von 1:1 bis 1:20 ist.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die Siliziumquelle in dem Schritt der synchronen Gasphasenabscheidung oder der abwechselnden Gasphasenabscheidung eine oder mehrere von Silan, Trichlorsilan, Siliziumtetrachlorid, Methyltrichlorsilan, Methylchlorsilan, Chlorethylsilan, Dichlordimethylsilan, Dichlordiethylsilan, Methylsilan, Dimethylsilan, Trimethylsilan, Tetramethylsilan, Methyldisilan, Dimethyldisilan, Trimethyldisilan, Tetramethyldisilan, Hexamethylsilan ist.
  • Ferner ist vorgesehen, dass die organische Kohlenstoffquelle in dem Schritt der synchronen Gasphasenabscheidung oder der abwechselnden Gasphasenabscheidung eine oder mehrere von Methan, Ethan, Propan, Isopropan, Butan, Isobutan, Ethylen, Propylen, Acetylen, Buten, Vinylchlorid, Fluorethylen, Difluorethylen, Chlorethan, Fluorethan, Difluorethan, Chlormethan, Fluormethan, Difluormethan, Trifluormethan, Methylamin, Formaldehyd, Benzol, Toluol, Xylol, Styrol, Phenol ist.
  • Anwendung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials, wobei das dreidimensionale poröse Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, das unter Verwendung eines obigen Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials hergestellt wird, auf eine Lithiumionenbatterie angewendet wird.
  • Ausführungsbeispiel 1
    1. 1. 1000 g Lignin werden gleichmäßig mit 200 g KOH gemischt und unter Stickstoffschutzatmosphäre gesintert, die Aufheizrate beträgt 1 °C/min, die Wärmebehandlungstemperatur beträgt 1150 °C, die Haltezeit beträgt 5 Stunden und die Verunreinigungen werden durch Waschen nach dem Abkühlen entfernt, um das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst durch Trocknen zu erhalten.
    2. 2. Das erhaltene 1000 g dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Methangas eingespeist und wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Silangas eingespeist, und die Mischgaszeit beträgt 8 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um den Vorläufer 2 zu erhalten.
    3. 3. Der erhaltene 1000 g Silizium-Kohlenstoff-Vorläufer 2 wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Methangas eingespeist, und die Methangaseinlasszeit beträgt 4 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
  • Ausführungsbeispiel 2
    1. 1. 1000 g Lignin werden gleichmäßig mit 200 g KOH gemischt und unter Stickstoffschutzatmosphäre gesintert, die Aufheizrate beträgt 1 °C/min, die Wärmebehandlungstemperatur beträgt 1150 °C, die Haltezeit beträgt 5 Stunden und die Verunreinigungen werden durch Waschen nach dem Abkühlen entfernt, um das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst durch Trocknen zu erhalten.
    2. 2. Das erhaltene 1000 g dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 1,0 L/min in das Methangas eingespeist und wird mit einer Rate von 0,2 L/min in das Silangas eingespeist, und die Mischgaszeit beträgt 8 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um den Vorläufer 3 zu erhalten.
    3. 3. Der erhaltene 1000 g Silizium-Kohlenstoff-Vorläufer 3 wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Methangas eingespeist, und die Methangaseinlasszeit beträgt 4 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
  • Ausführungsbeispiel 3
    1. 1. 1000 g Lignin werden gleichmäßig mit 200 g KOH gemischt und unter Stickstoffschutzatmosphäre gesintert, die Aufheizrate beträgt 1 °C/min, die Wärmebehandlungstemperatur beträgt 1150 °C, die Haltezeit beträgt 5 Stunden und die Verunreinigungen werden durch Waschen nach dem Abkühlen entfernt, um das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst durch Trocknen zu erhalten.
    2. 2. Das erhaltene 1000 g dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 2,0 L/min in das Methangas eingespeist und wird mit einer Rate von 0,2 L/min in das Silangas eingespeist, und die Mischgaszeit beträgt 8 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um den Vorläufer 3 zu erhalten.
    3. 3. Der erhaltene 1000 g Silizium-Kohlenstoff-Vorläufer 3 wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Methangas eingespeist, und die Methangaseinlasszeit beträgt 4 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
  • Ausführungsbeispiel 4
    1. 1. 1000 g Lignin werden gleichmäßig mit 200 g KOH gemischt und unter Stickstoffschutzatmosphäre gesintert, die Aufheizrate beträgt 1 °C/min, die Wärmebehandlungstemperatur beträgt 1150 °C, die Haltezeit beträgt 5 Stunden und die Verunreinigungen werden durch Waschen nach dem Abkühlen entfernt, um das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst durch Trocknen zu erhalten.
    2. 2. Das erhaltene 1000 g dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 3,0 L/min in das Methangas eingespeist und wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Silangas eingespeist, und die Mischgaszeit beträgt 8 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um den Vorläufer 3 zu erhalten.
    3. 3. Der erhaltene 1000 g Silizium-Kohlenstoff-Vorläufer 3 wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Methangas eingespeist, und die Methangaseinlasszeit beträgt 4 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
  • Ausführungsbeispiel 5
    1. 1. 1000 g Lignin werden gleichmäßig mit 200 g KOH gemischt und unter Stickstoffschutzatmosphäre gesintert, die Aufheizrate beträgt 1 °C/min, die Wärmebehandlungstemperatur beträgt 1150 °C, die Haltezeit beträgt 5 Stunden und die Verunreinigungen werden durch Waschen nach dem Abkühlen entfernt, um das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst durch Trocknen zu erhalten.
    2. 2. Das erhaltene 1000 g dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 4,0 L/min in das Methangas eingespeist und wird mit einer Rate von 0,2 L/min in das Silangas eingespeist, und die Mischgaszeit beträgt 8 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um den Vorläufer 3 zu erhalten.
    3. 3. Der erhaltene 1000 g Silizium-Kohlenstoff-Vorläufer 3 wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Methangas eingespeist, und die Methangaseinlasszeit beträgt 4 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
  • Vergleichsbeispiel
    1. 1. Das Mikronsilizium mit einer Partikelgröße D50 von 3-10 µm wird gleichmäßig mit wasserfreiem Ethanol in einem Massenverhältnis von 1:10 gemischt, um eine Nano-Silizium-Aufschlämmung mit einer Partikelgröße D50 = 100 nm durch Kugelmahlen zu erhalten;
    2. 2. 1000 g Lignin werden gleichmäßig mit 200 g KOH gemischt und unter Stickstoffschutzatmosphäre gesintert, die Aufheizrate beträgt 1 °C/min, die Wärmebehandlungstemperatur beträgt 1150 °C, die Haltezeit beträgt 5 Stunden und die Verunreinigungen werden durch Waschen nach dem Abkühlen entfernt, um das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst durch Trocknen zu erhalten;
    3. 3. Die Nano-Silizium-Aufschlämmung und das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst werden gleichmäßig in einem Massenverhältnis von 10:1 gemischt, und die Sprühgranulation wird durchgeführt, um den Silizium-Kohlenstoff-Vorläufer 1 zu erhalten;
    4. 4. Der erhaltene 1000 g Silizium-Kohlenstoff-Vorläufer 1 wird in einen CVD-Ofen eingebracht, wird auf 1000 °C mit 5 °C/min erhitzt, und wird mit einer Rate von 4,0 L/min in den hochreinen Stickstoff eingespeist, wird mit einer Rate von 0,5 L/min in das Methangas eingespeist, und die Methangaseinlasszeit beträgt 4 Stunden und wird natürlich auf Raumtemperatur abgekühlt, um das Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
  • Die obigen Ausführungsbeispiele und Vergleichsbeispiel werden nachstehend getestet.
  • Prüfbedingungen: Die in Vergleichsbeispiel und den Ausführungsbeispielen hergestellten Materialien werden als Negativelektrodenmaterialien verwendet und mit dem Bindemittel Polyvinylidenfluorid (PVDF) und dem leitfähigen Mittel (Super-P) in einem Massenverhältnis von 70:15:15 gemischt. Eine geeignete Menge an N-Methylpyrrolidon (NMP) wird als Lösungsmittel zu einer Aufschlämmung zugegeben und auf eine Kupferfolie aufgetragen und vakuumgetrocknet und gerollt, um ein Negativelektrodenblech herzustellen. Als Gegenelektrode wird ein Lithiummetallblech verwendet und ein Elektrolyt mit einem 1 mol/L LiPF6-Dreikomponenten-Mischlösungsmittel im Verhältnis EC:DMC:EMC=1:1:1 (v/v) gemischt. Eine mikroporöse Polypropylenmembran wird als Diaphragma verwendet und in einer mit Inertgas gefüllten Handschuhbox zu einer CR2032-Schnallenbatterie zusammengebaut. Der Lade- und Entladetest der Schnallenbatterie erfolgt auf dem Batterietestsystem von Wuhan LAND Electronic Co.Ltd. Unter normalen Temperaturbedingungen wird 0,1 C Konstantstrom geladen und entladen, und die Lade- und Entladespannung ist auf 0,005 bis 1,5 V begrenzt.
  • Das Volumenexpansionsverhältnis des Materials wird durch die folgenden Methoden getestet und berechnet: Das hergestellte Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial wird mit Graphit kombiniert, um ein Verbundmaterial mit einer Kapazität von 500 mAh/g herzustellen und seine Zyklusleistung zu testen, dabei ist das Expansionsverhältnis = (die Dicke des Polstücks nach dem 50-wöchigen Zyklus-die Dicke des Polstücks vor dem Zyklus)/(die Dicke des Polstücks vor dem Zyklus-die Dicke der Kupferfolie) * 100%.
  • Tabelle 1 ist die Ergebnistabelle der ersten Testwoche des Vergleichsbeispiels und der Ausführungsbeispiele. Tabelle 1
    Spezifische Kapazität der ersten Ladung mAh/g Spezifische Kapazität der ersten Entladung mAh/g Erste Coulomb-Effizienz %
    Vergleichsbeispiel 2377,2 1930,3 81,2
    Ausführungsbeispiel 1 2234,5 1950,6 87,3
    Ausführungsbeispiel 2 2143,9 1888,6 88,1
    Ausführungsbeispiel 3 1795,0 1608,3 89,6
    Ausführungsbeispiel 4 1835,0 1632,5 88,9
    Ausführungsbeispiel 5 1965,0 1713,6 87,2
  • Tabelle 2 ist die Ergebnistabelle des zyklischen Expansionstests. Tabelle 2
    Spezifische Kapazität der ersten Entladung mAh/g 50-wöchige Expansionsrate % 50-wöchige Kapazitätserhaltungsrate %
    Vergleichsbeispiel 500,1 55,0 74,2
    Ausführungsbeispiel 1 500,5 42,5 91,2
    Ausführungsbeispiel 2 500,4 40,2 92,3
    Ausführungsbeispiel 3 500,6 44,7 90,4
    Ausführungsbeispiel 4 501,0 43,4 93,4
    Ausführungsbeispiel 5 500,3 44,8 91,7
  • 1 ist ein FIB-SEM-Diagramm der Probe in Ausführungsbeispiel 2. Aus 1 ist ersichtlich, dass es winzige Nanoporen innerhalb des Materials gibt, wodurch die Volumenexpansion während des Lade- und Entladeprozesses verringert wird, und das leitfähige Netzwerk kann die elektrische Leitfähigkeit des Materials verbessern, wodurch die Zyklus- und Ratenleistung des Materials verbessert wird.
  • 2 ist eine erste Ladungs- und Entladungskurve der Probe in Ausführungsbeispiel 2. Aus 2 ist ersichtlich, dass die Kapazität der Probe 1888,6 mAh/g beträgt und die Effizienz 88,1% beträgt. Aus den Tabellen 1-2 ist ersichtlich, dass die erste reversible Kapazität des durch die vorliegende Erfindung synthetisierten Verbundmaterials nicht weniger als 1600 mAh/g beträgt, die Expansionsrate nach 50 Wochen Zyklus weniger als 45% beträgt und die Kapazitätserhaltungsrate größer als 90% beträgt.
  • 3 ist ein XRD-Muster der Probe in Ausführungsbeispiel 3. Aus 3 ist ersichtlich, dass das Silizium in der Probe amorph ist und in dem leitfähigen Netzwerk und dem leitfähigen Kohlenstoff dispergiert ist.
  • Das leitfähige Netzwerk, das durch das dreidimensionale poröse Gerüst der vorliegenden Erfindung gebildet wird, kann nicht nur die elektrische Leitfähigkeit des Materials auf Siliziumbasis effektiv verbessern. Gleichzeitig kann die poröse Struktur in dem dreidimensionalen porösen Gerüst die Volumenexpansion der Siliziumpartikel während des Lade- und Entladevorgangs effektiv mildern, wodurch die Pulverisierung des Materials während des Zyklus effektiv vermieden wird. Der leitfähige Kohlenstoff in der Füllschicht kann nicht nur die elektrische Leitfähigkeit des Materials verbessern und die Volumenexpansion des Nanosiliziummaterials verringern, sondern auch den direkten Kontakt zwischen den Siliziumpartikeln und dem Elektrolyten während des Zyklus weiter vermeiden und Nebenreaktionen reduzieren. Die äußerste Kohlenstoffbeschichtungsschicht kann den direkten Kontakt zwischen den Siliziumpartikeln und dem Elektrolyten vermeiden und Nebenreaktionen reduzieren und gleichzeitig die elektrische Leitfähigkeit von Materialien auf Siliziumbasis weiter effektiv verbessern und den Volumeneffekt während des Lade- und Entladevorgangs mildern.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispielen sind lediglich eine Veranschaulichung mehrerer Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, deren Beschreibung spezifischer und detaillierter ist, aber daher nicht als Einschränkung des Patentumfangs der vorliegenden Erfindung auszulegen ist. Es sei darauf hingewiesen, dass für einen gewöhnlichen Fachmann mehrere Modifikationen und Verbesserungen vorgenommen werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen, die alle in den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung fallen. Daher hat der Patentschutzumfang der vorliegenden Erfindung Vorrang vor den beigefügten Ansprüchen.

Claims (10)

  1. Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, umfassend ein dreidimensionales poröses Gerüst, eine Füllschicht und eine Beschichtungsschicht, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale poröse Gerüst ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst ist, wobei die Füllschicht Siliziumpartikel und leitfähigen Kohlenstoff umfasst, wobei die Füllschicht durch gleichmäßige Dispersion der Siliziumpartikel in dem leitfähigen Kohlenstoff gebildet wird, wobei die Beschichtungsschicht eine Kohlenstoffbeschichtungsschicht ist.
  2. Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelgröße D50 des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 2-40 µm beträgt, wobei die spezifische Oberfläche des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 0,5-10 m2/g beträgt, wobei die Porosität des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 1-30% beträgt, wobei der Porendurchmesser des dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials 0-50 nm beträgt.
  3. Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität des dreidimensionalen porösen Gerüsts 10-90% beträgt, wobei der Porendurchmesser des dreidimensionalen porösen Gerüsts 10-500 nm beträgt.
  4. Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Siliziumpartikel eines oder zwei von Nanosilizium oder Nanosiliziumoxid umfassen, wobei die Partikelgröße D50 des Nanosiliziums 1-100 nm beträgt, wobei die Kristallkorngröße des Nanosiliziums 1-40 nm beträgt, wobei das Nanosilizium eines oder zwei von polykristallinem Nanosilizium oder amorphem Nanosilizium ist, wobei X in dem Nanosiliziumoxid SiOx 0-0,8 ist.
  5. Dreidimensionales poröses Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenstoffbeschichtungsschicht mindestens eine Schicht ist, wobei die Dicke der Einzelschicht 0,2-1,0 µm beträgt, wobei die Kohlenstoffbeschichtungsschicht eine der Hochtemperatur-Crack-Kohlenstoffbeschichtungen oder Gasphasen-Kohlenstoffbeschichtungen oder Flüssigphasen-Kohlenstoffbeschichtungen ist.
  6. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass es die folgenden Schritte umfasst, Ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M wird hergestellt; Das dreidimensionale poröse Kohlenstoffgerüst M wird in einen Reaktor gegeben und die Siliziumpartikel und der leitfähige Kohlenstoff werden mit einer Rate von 0,5-20 L/min in einer Schutzatmosphäre synchron in einer Gasphase abgeschieden oder abwechselnd in einer Gasphase abgeschieden, um den Vorläufer A des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials zu erhalten, wobei die Temperatur der synchronen Gasphasenabscheidung oder der abwechselnden Gasphasenabscheidung 400-1000 °C beträgt, wobei die Zeit der synchronen Gasphasenabscheidung oder der abwechselnden Gasphasenabscheidung 0,5-20 Stunden beträgt; Der Vorläufer A des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials wird mit Kohlenstoff beschichtet, um den Vorläufer B des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials zu erhalten; Der Vorläufer B des Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials wird bei hoher Temperatur gesintert, um das dreidimensionale poröse Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial zu erhalten.
  7. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Schritt der Herstellung des dreidimensionalen porösen Kohlenstoffgerüsts M das Herstellungsverfahren des dreidimensionalen porösen Kohlenstoffgerüsts M darin besteht, dass die Pyrolyse eine poröse organische Kohlenstoffquelle erzeugen kann, um ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M zu erhalten oder eine organische Kohlenstoffquelle, die einer Pyrolyse von Kohlenstoff und chemischer Aktivierung unterzogen wird, um ein dreidimensionales poröses Kohlenstoffgerüst M zu erhalten, wobei die chemische Aktivierungsbehandlung verwendet wird, um das Kohlenstoffmaterial unter Verwendung eines aktivierten Porenbildners zu aktivieren und zu porieren.
  8. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der synchronen Gasphasenabscheidung darin besteht, die organische Kohlenstoffquelle und die Siliziumquelle im Verhältnis A mit der Schutzatmosphäre zu mischen und sie in den Reaktor zur Gasphasenabscheidung zu leiten, wobei das Verhältnis A ein Strömungsverhältnis von einer organischen Kohlenstoffquelle zu einer Siliziumquelle von 10:1 bis 1:1 ist.
  9. Verfahren zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt der abwechselnden Gasphasenabscheidung darin besteht, zuerst die Siliziumquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis B zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von ultrafeinem Nanosilizium zu belüften, die organische Kohlenstoffquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis C zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von leitfähigem Kohlenstoff zu belüften und einen ununterbrochenen abwechselnden Einlass durch ein Magnetventil zu erreichen, oder zuerst die organische Kohlenstoffquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis C zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von leitfähigem Kohlenstoff zu belüften, die Siliziumquelle und die Schutzatmosphäre im Verhältnis B zu mischen und dann 5 bis 600 s in den Reaktor für die Gasphasenabscheidung von ultrafeinem Nanosilizium zu belüften und einen ununterbrochenen abwechselnden Einlass durch ein Magnetventil zu erreichen, wobei das Verhältnis B ein Strömungsverhältnis von Siliziumpartikeln zu einer Schutzatmosphäre von 1:1 bis 1:20 ist, wobei das Verhältnis C ein Strömungsverhältnis von einer organischen Kohlenstoffquelle zu einer Schutzatmosphäre von 1:1 bis 1:20 ist.
  10. Anwendung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials, dadurch gekennzeichnet, dass das dreidimensionale poröse Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial, das unter Verwendung eines Verfahrens zur Herstellung eines dreidimensionalen porösen Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterials nach einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt wird, auf eine Lithiumionenbatterie angewendet wird.
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