ЭЛЕКТРОДНЫЕ МАТЕРИАЛЫ НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНЫХ АЭРОГЕЛЕЙ И СПОСОБЫ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

1. Углеродная композиция, содержащая:
углеродный материал, причем углеродный материал имеет пористую структуру, и
материал на кремниевой основе по меньшей мере частично в составе пористой структуры углеродного материала, при этом углеродная композиция содержит более чем приблизительно 10% по массе материала на кремниевой основе, и имеет пористость, составляющую от приблизительно 10% до приблизительно 80%, и размер пор на уровне максимального пика в распределении, составляющий приблизительно 100 нм или менее,
и при этом углеродная композиция имеет коэффициент использования кремния, составляющий по меньшей мере приблизительно 20%.
3
3
2. Углеродная композиция по п. 1, в которой углеродный материал имеет пористую структуру, имеющую волокнистую морфологию, модуль упругости, составляющий по меньшей мере приблизительно 0,2 ГПа, и плотность, составляющую от приблизительно 0,15 г/см до приблизительно 1,5 г/см.
3
3
3. Углеродная композиция по п. 1, в которой углеродный материал имеет пористую структуру, имеющую волокнистую морфологию, удельную электрическую проводимость, составляющую по меньшей мере приблизительно 10 См/см, и плотность, составляющую от приблизительно 0,15 г/см до приблизительно 1,5 г/см.
4. Углеродная композиция по любому из пп. 1-3, в которой углеродный материал содержит углеродный аэрогель.
5. Углеродная композиция по п. 4, в которой углеродный материал содержит произведенный из полиимида углеродный аэрогель.
6. Углеродная композиция по любому из пп. 1-3, в которой углеродный материал содержит остаточный азот, составляющий по меньшей мере приблизительно 4 мас.%.
7. Углеродная композиция по любому из пп. 1-3, причем углеродная композиция присутствует в монолитной форме.
8. Углеродная композиция по п. 7, в которой монолитный углеродный аэрогель не содержит связующие вещества.
9. Углеродная композиция по п. 8, в которой монолитный углеродный аэрогель имеет толщину, составляющую от приблизительно 10 микрометров до приблизительно 500 микрометров.
10. Углеродная композиция по любому из пп. 1-3, причем углеродная композиция присутствует в дисперсной форме.
11. Углеродная композиция по п. 10, причем дисперсная углеродная композиция имеет диаметр частиц, составляющий от приблизительно 1 микрометра до приблизительно 50 микрометров.
12. Углеродная композиция по любому из пп. 1-3, в которой углеродный материал содержит приблизительно от 25% до 65% кремния по отношению к массе углеродного материала.
13. Углеродная композиция по любому из пп. 1-3, причем углеродная композиция имеет удельную емкость, составляющую по меньшей мере приблизительно 800 мА⋅ч/г.
14. Электрод, содержащий углеродную композицию по любому из пп. 1-3.
15. Энергоаккумулирующее устройство, содержащее углеродную композицию по любому из пп. 1-3.
16. Энергоаккумулирующее устройство по п. 15, причем энергоаккумулирующее устройство представляет собой литий-ионный аккумулятор.
17. Способ изготовления углеродной композиции, включающий:
получение смеси, содержащей полиимидный исходный материал и материал на кремниевой основе,
химическую или термическую имидизацию смеси;
высушивание имидизированной смеси с получением пористого полиимидного кремниевого композиционного материала; и
карбонизация пористого полиимидного кремниевого композиционного материала с получением углеродной композиции, которая содержит более чем приблизительно 10% по массе кремния и имеет пористость, составляющую от приблизительно 10% до приблизительно 80%, и размер пор на уровне максимального пика в распределении, составляющий приблизительно 100 нм или менее, при этом материал на кремниевой основе присутствует по меньшей мере частично в составе пористой структуры углеродного материала.
18. Способ по п. 17, в котором углеродная композиция содержит углеродный аэрогель.
19. Способ по п. 17, в котором углеродная композиция изготовлена в монолитной форме.
20. Способ по п. 17, дополнительно включающий объединение смеси со средой, которая не смешивается со смесью, в результате чего образуются капли имидизированной смеси.
21. Способ по п. 20, дополнительно включающий высушивание капель с образованием частиц.
22. Способ по п. 21, в котором частицы имеют диаметр, составляющий от приблизительно 1 микрометров до приблизительно 50 микрометров.
23. Способ по п. 17, в котором максимальная температура пиролиза составляет от приблизительно 750°C до приблизительно 1600°C.
24. Способ по любому из пп. 17-23, в котором углеродная композиция имеет удельную емкость, составляющую по меньшей мере приблизительно 800 мА⋅ч/г.
25. Способ по любому из пп. 17-23, в котором углеродная композиция имеет коэффициент использования кремния, составляющий по меньшей мере приблизительно 20%.
26. Способ по любому из пп. 17-23, в котором углеродная композиция содержит углеродный аэрогель.