[發(fā)明專利]多價(jià)金屬離子電池以及制造方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201880027905.4
• 申請(qǐng)日: 2018-03-01
• 公開（公告）號(hào): CN110574206A
• 公開（公告）日: 2019-12-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿茹娜·扎姆;張博增
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 納米技術(shù)儀器公司
• 主分類號(hào): H01M10/0525
• 分類號(hào): H01M10/0525;H01M10/0568;H01M4/485
• 代理公司: 11262 北京安信方達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 艾娟;鄭霞

1.一種多價(jià)金屬離子電池，其包括陽(yáng)極、陰極、以及電解質(zhì)，所述電解質(zhì)與所述陽(yáng)極和所述陰極處于離子接觸以負(fù)載所述陽(yáng)極處的多價(jià)金屬的可逆的沉積和溶解，所述多價(jià)金屬選自Ni、Zn、Be、Mg、Ca、Ba、La、Ti、Ta、Zr、Nb、Mn、V、Co、Fe、Cd、Cr、Ga、In、或其組合，其中所述陽(yáng)極含有作為陽(yáng)極活性材料的所述多價(jià)金屬或其合金，并且所述陰極包含具有膨脹的石墨烯平面間的空間的石墨或碳材料的陰極活性層，其中如通過(guò)X射線衍射測(cè)量的平面間間距d₀₀₂為從0.43nm至2.0nm。

2.如權(quán)利要求1所述的多價(jià)金屬離子電池，其中所述陰極活性層中的所述碳或石墨材料選自中間相瀝青、中間相碳、中間相碳微球(MCMB)、焦炭顆粒、膨脹石墨薄片、人造石墨顆粒、天然石墨顆粒、高度取向的熱解石墨、軟碳顆粒、硬碳顆粒、多壁碳納米管、碳納米纖維、碳纖維、石墨納米纖維、石墨纖維、碳化聚合物纖維、或其組合，其中所述碳或石墨材料在化學(xué)或物理膨脹處理之前具有在0.27nm至0.42nm的范圍內(nèi)的平面間間距d₀₀₂，并且所述平面間間距d₀₀₂在所述膨脹處理之后增加至0.43nm至2.0nm的范圍內(nèi)。

3.一種多價(jià)金屬離子電池，其包括陽(yáng)極、陰極、以及電解質(zhì)，所述電解質(zhì)與所述陽(yáng)極和所述陰極處于離子接觸以負(fù)載所述陽(yáng)極處的多價(jià)金屬的可逆的沉積和溶解，所述多價(jià)金屬選自Ni、Zn、Be、Mg、Ca、Ba、La、Ti、Ta、Zr、Nb、Mn、V、Co、Fe、Cd、Cr、Ga、In、或其組合，其中所述陽(yáng)極含有作為陽(yáng)極活性材料的所述多價(jià)金屬或其合金，并且所述陰極包含具有未膨脹的石墨烯平面間的空間的石墨或碳材料的陰極活性層，其中如通過(guò)X射線衍射測(cè)量的平面間間距d₀₀₂為從0.33nm至0.42nm，并且所述碳或石墨材料選自中間相瀝青、中間相碳、中間相碳微球(MCMB)、焦炭顆粒、膨脹石墨薄片、人造石墨顆粒、天然石墨顆粒、高度取向的熱解石墨、軟碳顆粒、硬碳顆粒、碳納米纖維、碳纖維、石墨納米纖維、石墨纖維、碳化聚合物纖維、或其組合。

4.如權(quán)利要求1所述的多價(jià)金屬離子電池，其中所述碳或石墨材料選自具有孔和孔壁的石墨泡沫或石墨烯泡沫，其中所述孔壁含有具有從0.45nm至1.5nm的膨脹的平面間間距d₀₀₂的經(jīng)結(jié)合的石墨烯平面的堆疊體。

5.如權(quán)利要求4所述的多價(jià)金屬離子電池，其中所述堆疊體含有從2至100個(gè)石墨烯平面。

6.如權(quán)利要求1所述的多價(jià)金屬離子電池，其中所述平面間間距d₀₀₂是從0.5nm至1.2nm。

7.如權(quán)利要求1所述的多價(jià)金屬離子電池，其中所述平面間間距d₀₀₂是從1.2nm至2.0nm。

8.如權(quán)利要求1所述的多價(jià)金屬離子電池，其進(jìn)一步包括負(fù)載所述多價(jià)金屬或其合金的陽(yáng)極集流體或者進(jìn)一步包括負(fù)載所述石墨或碳材料的陰極活性層的陰極集流體。

9.如權(quán)利要求8所述的多價(jià)金屬離子電池，其中所述陽(yáng)極集流體含有導(dǎo)電納米級(jí)長(zhǎng)絲的一體化納米結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)電納米級(jí)長(zhǎng)絲是互連的以形成包含互連的孔的電子傳導(dǎo)路徑的多孔網(wǎng)絡(luò)，其中所述長(zhǎng)絲具有小于500nm的橫向尺寸。

10.如權(quán)利要求9所述的多價(jià)金屬離子電池，其中所述長(zhǎng)絲包含選自下組的導(dǎo)電材料，所述組由以下項(xiàng)組成：電紡納米纖維、氣相生長(zhǎng)碳或石墨納米纖維、碳或石墨晶須、碳納米管、納米級(jí)石墨烯片晶、金屬納米線、及其組合。

11.如權(quán)利要求2所述的多價(jià)金屬離子電池，其中所述膨脹處理包括所述石墨或碳材料的氧化、氟化、溴化、氯化、氮化、插層、組合的氧化-插層、組合的氟化-插層、組合的溴化-插層、組合的氯化-插層、或組合的氮化-插層。