[發(fā)明專利]含內(nèi)部納米顆粒的支持基質(zhì)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011541369.5
• 申請日: 2013-08-23
• 公開（公告）號: CN112614983A
• 公開（公告）日: 2021-04-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 格列布·有信;波格丹·翟迪爾康;阿狄森·謝爾頓;尤金·別爾季切夫斯基;伊戈爾·盧濟諾夫;亞歷山大·雅各布斯;埃里克·漢特蘇;喬治·戈梅斯
• 申請（專利權(quán)）人: 斯拉納米技術(shù)有限公司
• 主分類號: H01M4/36
• 分類號: H01M4/36;H01M4/62;H01M4/13;H01M4/139;H01M10/0525
• 代理公司: 北京林達劉知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

本發(fā)明涉及含內(nèi)部納米顆粒的支持基質(zhì)。提供電池電極組合物，其包含復(fù)合顆粒，各復(fù)合顆粒包含活性材料和支持基質(zhì)。設(shè)置所述活性材料以在電池運行期間儲存和釋放離子。對于感興趣的某些活性材料，所述離子的儲存和釋放導(dǎo)致所述活性材料的體積實質(zhì)性變化。使所述支持基質(zhì)設(shè)置為其內(nèi)配置有所述活性材料的多孔、導(dǎo)電性支持基質(zhì)。這樣，所述支持基質(zhì)結(jié)構(gòu)上支承所述活性材料，與所述活性材料電互連，并適應(yīng)所述活性材料的體積變化。

本申請是申請日為2013年8月23日、申請?zhí)枮?01380055605.4、發(fā)明名稱為“含內(nèi)部納米顆粒的支持基質(zhì)”的申請的分案申請。

相關(guān)申請的交叉引用

本專利申請要求2013年8月22日提交的名稱為“支持基質(zhì)with InternalNanoparticles”的美國非臨時申請No.13/973,943和2012年8月24日提交的名稱為“支持基質(zhì)with Internal Nanoparticles”的美國臨時申請No.61/693,070的優(yōu)先權(quán)，它們通過引用方式明確地并入本文中。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開概括地涉及儲能設(shè)備，并更特別地涉及金屬-離子電池技術(shù)等。

背景技術(shù)

部分地由于先進的金屬離子電池如鋰離子(Li-離子)電池相對較高的能量密度、輕重量和長壽命的潛力，因而它們對于寬范圍的消費電子產(chǎn)品來說是期望的。然而，盡管它們越來越商業(yè)普及，但是，特別是對于在低或零排放混合電動或全電動汽車、消費電子產(chǎn)品、高效節(jié)能的貨船和機車、航天應(yīng)用和電網(wǎng)中的潛在應(yīng)用，仍需要這些電池的進一步開發(fā)。

為此類電池提供高容量的材料包括轉(zhuǎn)換式電極(如，Li-離子電池用的金屬氟化物、硫化物、氧化物、氮化物、磷化物和氫化物等)、合金式電極(如Li-離子電池用的硅、鍺、錫、鉛、銻、鎂等)，等等。大多數(shù)這類材料存在多個用于各種金屬-離子電池化學(xué)的限制，包括：(i)低導(dǎo)電性，其限制它們在電池中的利用以及電池中能量與功率兩種特性；(ii)低離子傳導(dǎo)性，其限制它們在電池中的利用以及電池中能量與功率兩種特性；(iii)金屬離子嵌入/脫嵌期間的體積變化，其可導(dǎo)致電極的機電劣化和(特別是在負(fù)極材料(anodematerials)的情況下)電池運行期間固體-電解質(zhì)中間相(solid-electrolyteinterphase,SEI)的劣化；和(iv)它們表面的化學(xué)變化，其可減弱(或者甚至破壞)顆粒-粘結(jié)劑界面的強度，導(dǎo)致電極和電池劣化。

降低粒徑減少離子擴散距離，并提供一種解決低離子傳導(dǎo)性限制的方法。然而，納米粉末存在由單個顆粒之間形成的多個高電阻點接觸引起的高電阻。另外，小粒徑增加可用于不期望的電化學(xué)副反應(yīng)的比表面積。此外，僅降低粒徑不能解決，且可能在某些情況下加劇這類材料的其它限制，例如顆粒的體積變化和外表面積的變化，以及顆粒-粘結(jié)劑界面的減弱。

某些高容量材料，例如硫(S)，另外存在電池電解液(electrolyte)中的中間反應(yīng)產(chǎn)物(如金屬多硫化物)的溶解，這進一步有助于它們的劣化。盡管硫經(jīng)熔體-滲透引入多孔碳中已顯示減少溶解并增加S基正極(cathodes)的導(dǎo)電性，此類技術(shù)狹義定制(narrowlytailored)為有限組的具有像硫的低熔點(約115℃)的材料并狹義定制為有限組的可生產(chǎn)結(jié)構(gòu)(如，保形涂層(conformal coatings))。

因此，仍然需要改進的電池、組件和其它相關(guān)材料以及制造方法。

發(fā)明內(nèi)容

本文公開的實施方案通過提供改進的電池組件、由其制成的改進的電池以及制造其和使用其的方法來解決上述需求。

提供一種電池電極組合物，所述電池電極組合物包含復(fù)合顆粒，其中各復(fù)合顆粒包含活性材料和支持基質(zhì)(支持基質(zhì))。設(shè)置活性材料以在電池運行期間儲存和釋放離子。對于某些感興趣的活性材料，離子的儲存和釋放導(dǎo)致所述活性材料的體積實質(zhì)性變化。支持基質(zhì)作為其內(nèi)配置有所述活性材料的多孔、導(dǎo)電性支持基質(zhì)而設(shè)置。這樣，支持基質(zhì)結(jié)構(gòu)上支承活性材料，與活性材料電互連，和適應(yīng)活性材料的體積變化。