[發明專利]碳涂覆的陽極材料

無效

• 申請號: 200980154835.X
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN102282704A
• 公開（公告）日: 2011-12-14
• 發明（設計）人: 林登·A·阿徹
• 申請（專利權）人: 康奈爾大學
• 主分類號: H01M4/62
• 分類號: H01M4/62
• 代理公司: 北京萬慧達知識產權代理有限公司 11111
• 代理人: 鄔玥;張一軍

相關申請的交叉引用

本申請要求基于2008年11月18日提交的美國臨時專利申請No.61/115,600和2008年11月18日提交的美國臨時專利申請第61/115,616號的優先權，這兩個專利申請整體地在此通過引用而并入。

技術領域

本發明涉及碳涂覆的SnO₂納米膠體和同軸SnO₂碳納米球。本發明還描述了涂覆有SnO₂納米膠體或同軸SnO₂碳納米球的鋰離子電池的陽極。

背景技術

鋰離子電池(LIB)在能量貯存技術中就每單位體積或每單位質量的功率密度而言是無所匹敵的。Tarascon?et?al.Nature：414359(2001)；Idota?et?al.276：1395?Science(1997)，Hassoun?et?al.，Adv.Mater.，19：1632(2007)，Nam?et?al.，Science?312：885(2006)，Taberna?et?al.Nat.Mater.5：567(2006)和Kang?et?al.Science?311，：977(2006)。基于SnO₂的納米構造材料作為用于LIB的高容量負電極，由于各種各樣的原因，包括它們的高的理論容量、低成本、低毒性和廣泛的可獲得性，其正吸引越來越多的研究關注。Idota?et?al.276：1395?Science(1997)。在基于SnO₂的LIB電極中發生兩個主要的電化學過程：SnO₂+4Li⁺+4e^-→Sn+2Li₂O(1)；第一種反應是不可逆的，導致在頭幾個充電-放電循環期間電極的容量最初是下降的。第二種反應是可逆的，通過在合金型的Li_xSn狀態與脫合金的Sn狀態之間的循環，鋰可被反復地釋放和存儲。針對第二種反應的理論上可逆的鋰貯存容量很容易被計算出來，為790mA?h/g，這是當前使用的石墨的理論容量372mA?h/g的兩倍以上。Idota?et?al.276：1395?Science(1997)，Hassoun?et?al.，Adv.Mater.，19：1632(2007)，Derrien?et?al.Adv.Mater.，19：2336(2007)，Park?et?al.Angew.Chem.Int.Ed.，46：750(2007)，Noh?et?al.Chem.Mater.，17：1926(2005)。

盡管有著卓越的理論貯存容量，但基于SnO₂的陽極作為LIB陽極的表現不佳。這很容易追溯到在持續的充電/放電循環中它們的差的容量保持力。Tarascon?et?al.Nature：414359(2001)。通過與Li的合金反應產生的極大的體積改變(例如，當Sn與

Li合金反應形成Li_4.4Sn時體積改變約為250％)，Larcher?et?al.，J.Mater.Chem.，17：3759(2007)，通常被認為是這種表現的來源。具體地說，這些大的循環體積改變據信會在SnO₂陽極材料中造成相當大的周期性應力，導致疲勞故障和活性材料的分解。這種所謂的粉碎問題引起相鄰顆粒之間的電接觸通道的破壞，造成快速的容量下降。Tarascon?et?al.Nature，41：4359(2001)。