[發明專利]具有在導電網狀物結構中實施的納米晶體裝配的活性簇的電極，以及具有該電極的電池組，以及該電極的制造方法

在審

• 申請號: 201780008271.3
• 申請日: 2017-01-19
• 公開（公告）號: CN109075319A
• 公開（公告）日: 2018-12-21
• 發明（設計）人: 徐建國
• 申請（專利權）人: 豐捷國際有限公司;徐建國
• 主分類號: H01M4/131
• 分類號: H01M4/131;H01M4/1391;H01M4/133;H01M4/1393;H01M4/02
• 代理公司: 深圳市順天達專利商標代理有限公司 44217
• 代理人: 蔡曉紅;柯夏荷

在一個方面，本發明涉及一種可用于電池組的電極，其包括導電網狀物及在所述導電網狀物中實施的活性簇，所述活性簇具有由納米晶體裝配件形成的三維(3?D)結構，且所述納米晶體裝配至所述活性簇中的碳骨架中。

相關專利申請的交叉引用

本申請要求于2016年1月25日提交的美國臨時專利申請No.62/286,632和于2017年1月18日提交的美國專利申請No.15/408,579的優先權，這兩個專利的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明實質上涉及一種用于制造鋰離子電池組的陽極及陰極活性材料的方法，其中所述活性材料由納米晶體裝配且進一步在導電碳中實施。

背景技術

本文中提供的背景描述實質上是出于呈現本發明上下文的目的。發明背景部分中論述的主題不應由于其在發明背景部分中提及而僅僅假設成先前技術。類似地，發明背景部分提及的問題或與發明背景部分的主題有關的問題不應假設成先前技術中已事先認可。發明背景部分中的主題僅代表不同方法，其本身亦可為發明。在發明背景部分中描述的程度的當前提出的發明人的研究以及在遞交時并未另外取得先前技術資格的描述的實施例既不明確地亦不默許地承認是針對本發明之先前技術。

可充電Li離子電池組當前認為是電動車的領先候選物。當前，理論比電容為372mAh/g的石墨已經用于標準陽極材料，因為鋰在重復充電及放電過程期間可以穩定地插入/解插入。然而，為了制造較高能量和功率密度電池組，必需開發具有高充電/放電速率、高可逆電容以及低成本的電池組電極。

除了石墨之外，存在若干其他陽極材料，諸如鋰金屬、鋰金屬合金、碳材料、硅、錫、氧化錫以及過渡金屬氧化物及其類似物。當使用鋰時，由于高能量密度而執行高電容。然而，由于鋰的強還原能力造成之樹突形成引起與穩定性有關的問題。研究硅、錫以及其合金作為替代。具體而言，硅與鋰發生可逆反應且理論最大電容為4200mAh·g^-1，此與碳材料相比是極高的值。然而，由于充電/放電時的鋰反應引起200-400％的極大體積改變，由此導致災難性容量衰減。為了使體積改變降至最低，對硅納米線進行研究。然而，制程是復雜的且成本仍然遠遠高于商業應用中可接受之值。

過渡金屬氧化物具有顯著較大的可逆電容，尤其充裕、低成本且無毒性的Fe₃O₄，且因此在電極材料中最有前景。然而，過渡金屬氧化物通常因為在Li插層機制期間與Li反應而碎裂成小金屬塊。此通常導致大體積擴展且在電化學循環時破壞電極結構，在高速率時尤其如此。

已經采用包括減小粒徑及混合粒子與多種碳添加劑的策略來提高金屬氧化物電極的可逆電容及額定性能。一般而言，金屬氧化物納米粒子及碳涂布的金屬氧化物直接與碳添加劑及黏合劑混合以幫助維持電導率，且大體積擴展則導致電極的機械降解，且因此導致低電容。使用石墨烯或CNT添加劑的近期成果具有大大改良的電極額定電容；然而，納米晶體直接與石墨烯或CNT添加劑混合，因此由于缺乏電活性材料的優化，循環穩定性并不令人滿意。另外，報導的電容僅限于薄膜(低于2μm)中，因此每個區域的比電容仍需要爭取實際工程應用。

因此，包括Fe₃O₄的金屬氧化物類電極的持久(即梳理高額定性能)、高能量密度及超穩定穩定性一起仍在進行中。需要考慮復合電極的優化電活性材料及結構設計的協同作用以賦予其相應主體電極高容量、高速率及極佳穩定性。

因此，在所屬領域中存在迄今為止未解決的對于解決前述缺陷及不足的需要。

發明內容