[發明專利]納米粒子材料的制造方法及氟離子電池

在審

• 申請號: 201880060416.9
• 申請日: 2018-08-31
• 公開（公告）號: CN111263994A
• 公開（公告）日: 2020-06-09
• 發明（設計）人: 萊克·維特;伊爾沙·德穆罕默德;帕拉尼維爾·莫萊揚;蘇雷什·庫馬爾
• 申請（專利權）人: 安博康技術（英國）有限公司
• 主分類號: H01M4/58
• 分類號: H01M4/58;H01M4/62;H01M10/0562;C01F11/22
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本發明提供一種制造具有離子導電性的納米粒子材料作為氟離子電池的電池材料的方法，從而能夠通過以下材料處理工藝來克服納米粒子或納米粒子隔室的表面、晶界的高電阻，該處理工藝選自：（i）在氣溶膠和/或蒸氣壓氣氛下的球磨工藝；（ii）過量合成法；（iii）具有表面穩定和增強導電性的固體或/和凝膠/液體添加劑的球磨；或（iv）功能化該材料以獲得包含功能化納米粒子（GSNP），該功能化納米粒子（GSNP）石墨烯，納米管和/或選自炭黑、石墨、Si和/或CF_X的其他添加劑的分散體。其中氟化物（Em_mF_h）、氟化組合物（Em1_m1Em2_m2 ... F_h1）被合成，其中以一種獲得具有增強離子電導率的電池材料的方式，第一金屬、準金屬或非金屬Em或Em1和第二金屬、準金屬或非金屬Em2不同地選自Cu、Pb、Fe、Sn、Zn、Bi、Cd、Co、Cr、Ni、Sb、C、Si、B、P、N、Ge、Ce、Se、Ca、Mg、Li、Na、K、Al、Sr、Ba、La、Sm、Eu、Cs、Gd或Y。

技術領域

本發明涉及電池領域，尤其涉及被認為是已知的鋰基電池的替代品的電池。更具體地，本發明涉及用于制造具有離子導電性的納米粒子材料作為用于氟離子電池的電池材料的方法以及包含該納米粒子材料的氟離子電池。

技術背景

氟離子電池（FIB）是電化學儲能的一種有前途且有趣的替代品。近來，已經報道了關于使用固體電解質，金屬氟化物作為正極材料且金屬作為負極的FIB的可逆充電和放電的結果。由于其較高的理論能量密度值，氟離子電池構成了鋰離子電池和其他電池（例如Zn-O、Li-S、Na-S或Li-0電池）的有趣替代品。FIB可以做的更加安全，甚至具有生物相容性。

然而，FIB中特別關鍵的組分是電解質，優選地，其應表現出非常高的離子電導率。一方面，使用液體電解質可能會使反應性HF酸（氫氟酸）或甚至不含氟氣，從而使電池不穩定。另一方面，當前的固體電解質需要升高溫度，并且通過使用稀土元素，其成本相當高。另外，由于電極材料可能遭受低離子電導率的影響，因此在此必須添加電解質，至多40％體積。通常，僅一小層電極而不是相應的塊狀材料可以參與電化學反應，因此，主要將電流技術限制在薄層電極上。

US 2013/0224594 A1公開了一種電池正極電極組合物，其包含核-殼組合物，每個組合物可包含硫基核和多功能殼。設置硫基核以在電池工作期間與金屬離子發生電化學反應，以在電池放電或充電期間以相應的金屬硫化物形式存儲金屬離子，并在電池充電或放電期間從相應的金屬硫化物釋放金屬離子。多功能殼至少部分地包裹硫基核，并且由以下材料形成：（i）對相應的金屬硫化物的金屬離子基本上可滲透的，及（ii）對電解質溶劑分子和金屬多硫化物基本上不可滲透。

US 2006/0019163 A1公開了氟化銅的納米結構的形成及利用，其包括金屬氧化物組合物或納米組合物；氟化銅結構；和導電材料。納米結構用作用于電化學電池（例如鋰電池）中的活性電極組分材料，其能夠在高充電和/或放電速率下表現出高比容量。本發明提供了一種包含氟化銅化合物納米組合物作為電化學儲能電池電極材料的組合物，還描述了具有尺寸在約1nm至約100nm范圍內的微晶的組合物，其中，在微晶包括復合在納米復合物中的氟化物，納米復合物可以包含納米粒子（尺寸為1-100 nm），更宏觀的粒子尺寸（尺寸100 nm），或以致密的薄膜（厚度25000 nm）或厚膜（厚度 25000 nm）形式存在。