[發明專利]用于能量存儲設備中的異質納米結構材料及其制造方法

有效

• 申請號: 201080048453.1
• 申請日: 2010-10-25
• 公開（公告）號: CN102668100A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 王敦偉;周薩
• 申請（專利權）人: 波士頓學院董事會
• 主分類號: H01L31/00
• 分類號: H01L31/00;C25B9/00
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 蔡勝有;王春偉

相關申請案

本申請要求2009年10月26日提交的第61/254,901號美國臨時專利申請的利益和優先權，該申請特此通過引用整體并入本文。

領域

本文公開的實施方案涉及用于能量存儲設備的異質納米結構材料(hetero-nanostructure?material)，且更特別地涉及異質納米結構材料的制造以及異質納米結構材料作為電池電極的用途。

背景

鋰離子電池是一類可充電電池，其中鋰離子在放電期間從負極(陽極)向正極(陰極)移動，而在充電期間從陰極向陽極移動。鋰離子電池由于其高能量-重量比、無記憶效應和在不使用時慢的自放電而常見于便攜式電子消費品中。除了電子消費品，鋰離子電池由于其高能量密度而不斷增加地被用在防御、汽車和宇宙空間應用中。商業上，用于鋰離子電池的陽極的最普遍的材料是石墨。陰極通常是以下三種材料之一：層狀的氧化物(例如鋰鈷氧化物)、基于聚陰離子的材料(例如鋰鐵磷酸鹽)或尖晶石(例如鋰鎂氧化物)，盡管諸如TiS₂(二硫化鈦)的材料已經被使用。取決于對陽極、陰極和電解質所選的材料，鋰離子電池的電壓、容量、壽命和安全性可顯著變化。

Li離子電池的改進集中在若干領域，且常常涉及納米技術和微結構中的進步。技術改進包括，但不限于，通過改變用于陽極和陰極的材料的組成而增加循環壽命和性能(降低內阻和增加輸出功率)，以及增加電極的有效表面積和改變用于電解質的材料和/或其組合；通過改進結構以并入更多活性材料而改進容量；和改進鋰離子電池的安全性。

發明概述

本文公開了用作電池電極的異質納米結構材料及其制造方法。

根據本文闡明的方面，提供了一種異質納米結構材料，其包括以約90度角連接在一起的多個連接的且以定距離間隔的納米梁(nanobeam)，其中所述納米梁由具有微粒覆蓋層的導電的硅化物核組成。

根據本文闡明的方面，提供了一種電極，其包括在支撐基質的表面上形成的多個Si/TiSi₂納米網(nanonet)，其中所述Si/TiSi₂納米網中的每一個包括以約90度角連接在一起的多個連接的且以定距離間隔的納米梁，其中所述納米梁由具有硅微粒覆蓋層的導電的硅化物核組成。

根據本文闡明的方面，提供了一種制造異質納米結構材料的方法，所述方法包括：在反應室中、在第一溫度下進行化學蒸汽沉積持續第一時段以便制造二維導電的硅化物，其中由載氣流運載的一種或多種氣體或液體前體材料發生反應以形成納米結構，該納米結構具有網狀外觀并包括以約90度角連接在一起的多個連接的且以定距離間隔的納米梁；停止所述一種或多種氣體或液體前體材料的流動同時維持所述載氣流；冷卻所述反應室至第二溫度；和將所述氣體前體導入回到所述反應室中持續第二時段以便用微粒包覆所述二維導電的硅化物，以便制造所述異質納米結構材料。

附圖簡述

當前公開的實施方案將參照附圖進行進一步說明，其中在全部的幾個視圖中，以同樣的數字提及同樣的結構。顯示的附圖不一定是按規定比例的，代替地，主要強調的是說明當前公開的實施方案的原理。

圖1是本公開內容的Si/TiSi₂異質納米結構材料的單個納米網(NN)的實施方案的圖示。

圖2A、2B、2C和2D示出本公開內容的Si/TiSi₂異質納米結構材料的電子顯微照片。圖2A是Si/TiSi₂異質納米結構材料的掃描電子顯微照片(SEM)。圖2B是示出圖2A中的Si/TiSi₂異質納米結構材料的單個NN的透射電子顯微照片(TEM)。圖2C是圖2B的Si/TiSi₂異質納米結構材料的放大的TEM和所選區域電子衍射圖，揭示了TiSi₂納米梁核與微粒Si覆蓋層的結晶特性。圖2D是晶格分辨的TEM(lattice-resolved?TEM)，示出TiSi₂納米梁核與微粒Si覆蓋層的結晶特性。