[發明專利]具有變化特性的納米復合物電池電極顆粒

在審

• 申請號: 201580056096.6
• 申請日: 2015-10-14
• 公開（公告）號: CN107078287A
• 公開（公告）日: 2017-08-18
• 發明（設計）人: 蓋爾普·禹沈;奧格·M·博迪切夫斯基;亞歷山大·T·雅各布;阿爾伯·奈斯;戴米恩·哈里斯;伯格丹·茨迪爾科
• 申請（專利權）人: 新羅納米技術有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36
• 代理公司: 北京瀚仁知識產權代理事務所(普通合伙)11482
• 代理人: 宋寶庫

相關申請的交叉引用

本專利申請要求2015年10月13日提交的標題為“Nanocomposite Battery Electrode Particles with Changing Properties(具有變化的特性的納米復合物電池電極顆粒)”的美國非臨時申請No.14/882,166、2014年10月14日提交的標題為“Nanocomposite Battery Electrode Particles with Properties Changing Along their Radii(具有沿著其半徑變化的特性的納米復合物電池電極顆粒)”的美國臨時申請No.62/063,493的優先權，上述申請的全部內容在此通過引用明確地并入本申請中。

背景技術

技術領域

本公開總體上涉及能量存儲裝置，并且更具體地涉及采用粉末基電極等的電池技術。

背景技術

對于很大范圍的重要技術-例如能效行業設備、電動和混合電動交通工具(包括地面交通工具、空中交通工具和船舶)、電網和消費電器等等來說，電化學能量存儲技術是有益的。部分由于它們相對的高能量密度、低重量和潛在壽命長，改進的金屬離子電池-例如鋰離子(Li離子)電池現在在消費電器和電動車輛應用中占據主要地位。然而，各種類型的電池都需要進一步的發展和改進。

能量密度(每單位容量的能量存儲能力)是一個需改進的領域。大多數可充電電池采用含粉末電池材料的電極。這些粉末在電池充電或放電期間具有電化學反應。不幸的是，為這種粉末提供高體積容量(每個單位容積的高離子存儲能力)的材料在電池運行期間通常遭受體積變化，這可以導致電池劣化。另外，許多這種材料還遭受低傳導性(至少在某些充電或放電階段期間)，這可以導致功率性能較低。例如，在可充電金屬和金屬離子電池(例如，Li離子電池)的情形中，提供高容量的材料-例如轉換型陰極材料(例如，氟化物、氯化物、溴化物、硫化物、硫、硒化物、硒、氧化物、氮化物、磷化物和氫化物以及用于Li離子電池的其他物質)、轉換和合金型陽極材料(例如，硅、鍺、錫、鉛、銻、鎂、鋁、它們的氧化物、氮化物、磷化物和氫化物以及用于Li離子電池的其他物質)以及其他材料遭受至少某些這種限制。容積在離子(例如，金屬離子)插入/提取期間發生變化，這可以導致在電池運行期間電極的機械和電學劣化以及(尤其是，在金屬離子電池的陽極材料的情形中)固體電解質界面(SEI)的劣化。這轉而通常導致電池劣化。這些材料中的某些還遭受活性材料與電解質之間的非期望反應(例如，在電池電解質中活性材料或中間反應產品的溶解)。這也可以導致電池劣化。

需要進一步改進電池、成分和相關材料以及用于各種電池化工-包括但不限于可充電Li和Li離子電池的制造過程。

發明內容

在此公開的實施方式通過提供改進的電池成分、由所述電池成分制造而成的改進的電池以及使用改進的電池的方法來解決上述的問題。

本發明提供了采用復合顆粒的電池電極成分和制造方法。每個復合顆粒都可以包括例如高容量活性材料和多孔導電骨架基體材料。所述活性材料可以在電池運行期間存儲和釋放離子并且具有(i)作為陰極活性材料至少220mAh/g的具體容量，或者(ii)作為陽極活性材料至少400mAh/g的具體容量?；钚圆牧峡梢栽O置在骨架基體材料的孔隙中。根據各種設計，每個復合顆粒都可以具有從所述骨架基體材料的中心到周邊發生變化的至少一個材料特性。

附圖說明

給出附圖來幫助描述本發明的實施方式，并且提供附圖僅為了說明而非限制本發明。

圖1A-1D示出了根據某些示例實施方式的示例復合顆粒成分，所述示例復合實施方式包括骨架基體材料以及限定在所述骨架基體內的高容量活性材料。

圖2A-2E示出了根據某些示例實施方式的示例復合顆粒成分的不同方面，所述示例復合顆粒成分包括具有階梯變化成分的骨架基體材料以及限定在所述骨架基體內的活性高容量材料。

圖3A-3D示出了根據某些示例實施方式的(復合顆粒成分的)骨架基體材料的選定機械特性的示例分布圖。

圖4A-4D示出了根據某些示例實施方式的骨架基體材料的缺陷或功能群組的平均濃度沿著復合顆粒的半徑的示例分布圖。