[發明專利]從共熔ethaline溶液電沉積純相SnSb用于鈉離子和鋰離子電池負極

在審

• 申請號: 202180034586.1
• 申請日: 2021-05-11
• 公開（公告）號: CN115917789A
• 公開（公告）日: 2023-04-04
• 發明（設計）人: J·馬;A·L·普列托
• 申請（專利權）人: 科羅拉多州立大學研究基金會
• 主分類號: H01M4/52
• 分類號: H01M4/52;H01M10/0525;H01M4/131
• 代理公司: 北京同達信恒知識產權代理有限公司 11291
• 代理人: 黃志華;石磊

描述了在導電金屬襯底上從共熔ethaline溶液中的等摩爾量的Sn(II)氯化物和Sb(III)氯化物電沉積純相SnSb，用作鈉離子電池負極或鋰離子電池負極，而不需要粘合劑、碳添加劑或后處理。

政府支持條款

本發明是借助國家科學基金會給予的NSF-SSMC-1710672下的政府支持作出的。政府在本發明中享有某些權利。

相關申請的交叉引用

本申請要求2020年5月11日提交的美國臨時專利申請號63/023,145“Electrodeposition?Of?Pure?Phase?SnSb?From?Eutectic?Ethaline?Solution”(“從共熔Ethaline溶液電沉積純相SnSb”)的權益，該專利申請的全部內容在此通過引用將其公開和教導的全部內容特別地并入本文中。

背景技術

在可預見的未來，隨著對電動車輛需求的增加和汽車制造商致力于將汽車轉變成全電動汽車，能量存儲將具有重要意義。隨著世界從例如化石燃料的不可再生資源慢慢過渡到更清潔和更可持續的存儲方法，二次電池在能量存儲中發揮重要作用。目前，石墨在商業上用作大多數鋰離子電池的負極，并使市場飽和，盡管硅慢慢開始進入商業行業。由于每六個碳原子只能容納一個鋰，因此石墨負極的重量容量低，所以目前的電池技術可以通過取代目前的這些石墨負極而得到改善。由于合金材料與石墨相比具有更大的體積容量和重量容量，因此已被研究作為商業石墨負極的潛在負極替代物。合金負極的理論重量容量是石墨的2至10倍，因為它們能夠與每個金屬中心的多個鋰發生反應。一種這類合金材料SnSb已被大量研究，并被發現是一種有潛力取代石墨的有前景的材料。

在二次電池技術中，鋰離子電池目前用于從便攜式裝置到全電動汽車的應用中。近年來，對鈉離子電池的研究有所增加，作為例如大型電網存儲的某些技術中的鋰離子的替代。這是由于鈉的豐度更高且成本低。石墨是鋰離子電池的傳統負極材料，石墨作為鈉離子負極的性能并不好，這是因為與Li⁺離子相比，Na⁺離子的尺寸更大，這使得石墨不是兼容的宿主。因此，需要最佳的Na離子負極，其能夠表現出高容量和長循環壽命。目前，大多數關于鈉負極材料的研究涉及硬碳。然而，硬碳具有差的循環性能，并可導致鈉金屬在表面上的電鍍和枝狀生長，這是一個安全隱患。

發明內容

根據本發明的目的，如本文所體現和廣泛描述的，用于在襯底上電沉積SnSb的方法的實施方式包括：制備在非水性溶劑中含有Sn(II)鹽和Sb(III)鹽的溶液；將導電金屬襯底插入到該溶液中；以及向該導電金屬襯底施加相對于Ag/Ag⁺比-0.55V更負的電勢，持續足夠的時間以在其上形成SnSb的薄膜。

在本發明的另一個方面，根據其目的，如本文所體現和廣泛描述的，用于形成高穩定性鈉離子電池負極的方法的實施方式包括：制備在非水性溶劑中含有Sn(II)鹽和Sb(III)鹽的溶液；將導電金屬襯底插入到該溶液中；以及向該導電金屬襯底施加相對于Ag/Ag⁺比-0.55V更負的電勢，持續足夠的時間以在其上形成SnSb的薄膜。

在本發明的另一個方面，根據其目的，如本文所體現和廣泛描述的，用于形成高穩定性鋰離子電池負極的方法的實施方式包括：制備在非水性溶劑中含有Sn(II)鹽和Sb(III)鹽的溶液；將導電金屬襯底插入到該溶液中；以及向該導電金屬襯底施加相對于Ag/Ag⁺比-0.55V更負的電勢，持續足夠的時間以在其上形成SnSb的薄膜。

本發明的益處和優點包括但不限于提供一種使用ethaline溶液在導電金屬襯底上電沉積用作鈉離子電池負極或鋰離子電池負極的純相SnSb的方法，不需要粘合劑、碳添加劑或后處理。

附圖說明