[發(fā)明專利]基于金屬鋰的電池電極、其形成及其用途

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111194660.4
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN114361388A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 阿韋季克·哈魯特云巖
• 申請（專利權(quán)）人: 本田技研工業(yè)株式會社
• 主分類號: H01M4/133
• 分類號: H01M4/133;B82Y30/00
• 代理公司: 北京市金杜律師事務(wù)所 11256
• 代理人: 蘇娟

本公開的各方面整體涉及基于鋰金屬的電極、其形成及其用途。在一個方面，提供了一種包括集電器層、含硼?碳納米結(jié)構(gòu)和鋰金屬層的電極。在另一方面，提供了一種包括集電器層、含硼?碳石墨烯和鋰金屬層的電極。在另一方面，提供了一種包括集電器層、石墨烯、多個含硼?碳納米管和鋰金屬層的電極。本發(fā)明還描述了包括此類電極的電池。

技術(shù)領(lǐng)域

本公開的各方面整體涉及基于鋰金屬的電極、其形成及其用途。

背景技術(shù)

對高能量密度電池的需求隨著電動車輛和便攜式電子設(shè)備的發(fā)展而增加。使用金屬Li作為電極為鋰離子電池提供高能量密度。然而，在充電-放電循環(huán)期間，Li金屬電極有問題地形成枝晶狀(樹狀)結(jié)構(gòu)，這可能降低電池壽命。基于碳納米材料的Li存儲已被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)鋰離子電池電極的高能量密度的替代方式。實(shí)際上，與三維(3D)塊體材料相比，碳納米材料由于它們的高表面與質(zhì)量比而預(yù)期具有高存儲容量。然而，對于在石墨烯上的Li存儲的實(shí)驗(yàn)研究，仍然不清楚石墨烯是否可以具有比石墨更高的容量，石墨商業(yè)上用作最大容量為372mAh/g的陽極，例如，每六個碳原子一個Li原子(340mAh/g，包括Li自重)。此外，至少由于碳納米材料和Li原子之間的相互作用比鋰-鋰相互作用弱得多，因此用作金屬Li的基板的碳納米材料沒有克服枝晶問題。

需要在循環(huán)期間消除或至少抑制鋰枝晶形成的改進(jìn)的基于金屬鋰的電極。

發(fā)明內(nèi)容

本公開的各方面整體涉及基于鋰金屬的電極、其形成及其用途。

在一個方面，提供了一種包括含硼-碳納米結(jié)構(gòu)的電極。該電極還包括集電器層和鋰金屬層。

在另一方面，提供了一種包括含硼-碳石墨烯的電極。該電極還包括集電器層和鋰金屬層。

在另一方面，提供了一種包括多個含硼-碳納米管的電極。該電極還包括集電器層、石墨烯和鋰金屬層。

在另一方面，提供了一種電池。該電池包括陽極和陰極。陰極包括本文所述的電極。

在另一方面，提供了一種用于產(chǎn)生電極的方法。該方法包括將第一碳源沉積在金屬基板上以形成石墨烯，將金屬催化劑沉積在石墨烯上，以及將硼源和第二碳源引入金屬催化劑以形成含硼-碳納米管。該方法還包括將鋰沉積在含硼-碳納米管上以產(chǎn)生電極。

附圖說明

為了使得本公開的上述特征的方式能夠被詳細(xì)理解，可通過參考各個方面來對上文簡要概述的本公開進(jìn)行更具體描述，所述方面中的一些如附圖中所示。然而，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅示出了示例性方面，因此不應(yīng)被認(rèn)為是對其范圍的限制，因?yàn)楸竟_可允許其他同樣有效的方面。

圖1A為對比石墨烯表面上的鋰簇的圖示。

圖1B為根據(jù)本公開的至少一個方面的示例性含硼-碳石墨烯的表面上的吸收的鋰原子的圖示。

圖2A為根據(jù)本公開的至少一個方面的示例性含硼-碳石墨烯的圖示。

圖2B為根據(jù)本公開的至少一個方面的示例性含硼-碳納米管的圖示。

圖3A為根據(jù)本公開的至少一個方面的示例性電極的圖示。

圖3B為根據(jù)本公開的至少一個方面的示例性電極的圖示。

圖3C為根據(jù)本公開的至少一個實(shí)施方案的示例性電池的圖示。

圖4A為根據(jù)本公開的至少一個方面的示例性含硼-碳納米管的掃描電鏡(SEM)圖像。

圖4B為根據(jù)本公開的至少一個方面的示例性含硼-碳納米管的SEM圖像。

圖4C為根據(jù)本公開的至少一個方面的示例性含硼-碳納米管的SEM圖像。

圖5A為根據(jù)本公開的至少一個方面的對比碳納米管和示例性含硼-碳納米管在488nm處的拉曼光譜。