[發明專利]基于金屬鋰的電池電極、其形成及其用途

在審

• 申請號: 202111194660.4
• 申請日: 2021-10-13
• 公開（公告）號: CN114361388A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 阿韋季克·哈魯特云巖
• 申請（專利權）人: 本田技研工業株式會社
• 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?碳納米結構和鋰金屬層的電極。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。本發明還描述了包括此類電極的電池。

技術領域

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

對高能量密度電池的需求隨著電動車輛和便攜式電子設備的發展而增加。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-放電循環期間，Li金屬電極有問題地形成枝晶狀(樹狀)結構，這可能降低電池壽命。基于碳納米材料的Li存儲已被認為是實現鋰離子電池電極的高能量密度的替代方式。實際上，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量比而預期具有高存儲容量。然而，對于在石墨烯上的Li存儲的實驗研究，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。

需要在循環期間消除或至少抑制鋰枝晶形成的改進的基于金屬鋰的電極。

發明內容

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-碳納米結構的電極。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理解，可通過參考各個方面來對上文簡要概述的本公開進行更具體描述，所述方面中的一些如附圖中所示。然而，應當注意，附圖僅示出了示例性方面，因此不應被認為是對其范圍的限制，因為本公開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為根據本公開的至少一個方面的示例性電極的圖示。

圖3B為根據本公開的至少一個方面的示例性電極的圖示。

圖3C為根據本公開的至少一個實施方案的示例性電池的圖示。

圖4A為根據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。