[發明專利]作為電極的垂直對齊的碳納米管陣列

有效

• 申請號: 201680037047.2
• 申請日: 2016-04-25
• 公開（公告）號: CN107743645B
• 公開（公告）日: 2020-10-20
• 發明（設計）人: J·M·托爾;A-R·O·拉吉;R·V·薩爾瓦提拉
• 申請（專利權）人: 威廉馬歇萊思大學
• 主分類號: H01G11/28
• 分類號: H01G11/28;H01G11/36;H01G11/68;H01G11/06;H01G11/86;H01M4/587;H01M4/62;H01M4/66;H01M10/0525;H01M4/04
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 江磊;胡嘉倩

本公開的實施方式涉及電極，所述電極包括多根垂直對齊的碳納米管和與垂直對齊的碳納米管結合的金屬。垂直對齊的碳納米管可以是石墨烯?碳納米管混聯材料，其包含共價連接至垂直對齊的碳納米管的石墨烯。金屬在電極運行期間可以變得與碳納米管原位可逆結合，并且沒有任何樹突或苔狀聚集體。金屬可以是垂直對齊碳納米管表面上的非樹突或非苔狀涂層。金屬還可以滲透在垂直對齊的碳納米管束中。其它實施方式涉及包括本公開電極的能量儲存裝置。另外的實施方式涉及通過將金屬施加到多個垂直對齊的碳納米管形成所述電極的方法。

相關申請的交叉引用

本申請要求2015年4月23日提交的美國專利臨時申請62/151,941號的優先權。上述申請的全部內容通過援引納入本文。

關于聯邦資助研究的聲明

本發明是在美國國防部授予的基金第FA9550-12-1-0035號和美國國防部基金第FA9550-14-1-0111號的政府支持下完成的。政府對本發明擁有一定的權利。

背景

現有的電極受到許多限制，包括有限的金屬儲存容量、運行期間形成樹突材料。本方面公開的多個方面解決了上述限制。

發明內容

在一些實施方式中，本公開涉及電極，所述電極包括多個垂直對齊的碳納米管和與垂直對齊碳納米管結合的金屬。在一些實施方式中，垂直對齊的碳納米管包括陣列形式的垂直對齊的單壁納米管。在一些實施方式中，所述垂直對齊的碳納米管與基材結合。在一些實施方式中，所述基材用作集電器。在一些實施方式中，所述垂直對齊的碳納米管和所述基材用作集電器。

在一些實施方式中，所述垂直對齊的碳納米管是石墨烯-碳納米管混聯材料形式的，其中垂直對齊的碳納米管通過在碳納米管和石墨烯膜之間的一個或多個連接點處的碳碳鍵共價連接至基材。在一些實施方式中，石墨烯膜也與基材結合，例如銅或鎳基材。

本公開的垂直對齊的碳納米管可以與各種金屬結合。例如，在一些實施方式中，所述金屬包括但不限于：堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、后過渡金屬、稀土金屬、及它們的組合。在一些實施方式中，所述金屬包括但不限于：Li、Na、K、Mg、Ca、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Al、Sn、Sb、Pb、及它們的組合。在一些實施方式中，所述金屬包括鋰。

在一些實施方式中，所述金屬在電極運行期間可逆地與垂直對齊的碳納米管在原位結合。在一些實施方式中，與垂直對齊的碳納米管結合的金屬沒有任何樹突或聚集體(例如，苔狀聚集體)。在一些實施方式中，金屬可以是垂直對齊碳納米管表面上的非樹突或非苔狀涂層。在一些實施方式中，所述金屬滲透在垂直對齊的碳納米管束中。

在一些實施方式中，所述垂直對齊的碳納米管用作電極的活性層。在一些實施方式中，所述金屬材料用作電極的活性層，而所述垂直對齊的碳納米管用作集電器(或者單獨，或者與基材結合)。在一些實施方式中，所述電極是陰極或陽極。在一些實施方式中，所述電極是能量存儲裝置的部件，例如鋰離子電池或鋰離子電容器。

本公開的其它實施方式涉及包括本公開電極的能量儲存裝置。本公開另外的實施方式涉及形成本公開電極的方法。

附圖說明

圖1顯示了電極的形成(圖1A)、所形成電極的結構(圖1B)、所形成電極在電池中的用途(圖1C)。