用于电池的材料,电池和制备用于电池的材料的方法技术

技术编号:15705905 阅读:201 留言:0更新日期:2017-06-26 16:27
一种用于电池的材料,包括活性材料和涂层材料,所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中进行化学反应;所述涂层材料涂覆于所述活性材料上;其中,所述涂层材料用以防止所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中分裂。

Materials for batteries, batteries, and methods of making materials for batteries

For a battery materials, including active material and coating material, the active material of chemical reactions in the battery charging and / or discharge process; coating the coating material on the active material; among them, in order to prevent the division of the active material in the battery charging and / or discharge process the coating material.

【技术实现步骤摘要】
用于电池的材料,电池和制备用于电池的材料的方法
本专利技术涉及一种用于电池的材料,虽然不特定地,涉及应用于电池中具有弹性的聚合物涂层在其上的负极材料。
技术介绍
电池可以用于例如手表、手机、电动工具以及甚至车辆的各种便携式或无线装置或设备,用于提供能量以推动这些装置或设备。根据用于建造电池的类型和材料的量,这些材料可以具有不同的容量以供不同的应用。通常,电池可以由负极电极和正极电极组成。当电极材料发生化学反应时,可以产生用于驱动外部的装置中的电气/电子组件的电流。在可充电电池中,电极材料能够通过可逆化学反应的形式重复地储藏和释放存储的能量,而且,电极可以被设计为在可充电电池的生命周期中可重复地充电和放电。当电极材料不再能够被充电和/或放电时,电池的寿命结束。
技术实现思路
根据本专利技术的第一方面,提供了一种用于电池的材料,包括:活性材料,该活性材料在电池的充电和/或放电过程中进行化学反应;和涂层材料,该涂层材料涂覆于所述活性材料上;其中,所述涂层材料用以防止所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中分裂。在所述第一方面的实施方式中,所述涂层材料用以防止所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中由于体积变化而分裂。在所述第一方面的实施方式中,所述体积变化包括所述活性材料的体积膨胀和/或收缩。在所述第一方面的实施方式中,所述膨胀是由碱金属嵌入至所述活性材料中导致的,以及所述收缩是由所述碱金属从所述活性材料中取出而导致的。在所述第一方面的实施方式中,所述碱金属包括锂和/或钠。在所述第一方面的实施方式中,所述涂层材料涂覆于多个所述活性材料的表面。在所述第一方面的实施方式中,所述活性材料包括粒子群(cluster)。在所述第一方面的实施方式中,所述涂层材料进一步在电池的充电和/或放电过程中,保持多个活性材料之间的连接。在所述第一方面的实施方式中,所述涂层材料为有弹性的。在所述第一方面的实施方式中,所述涂层材料由聚合物组成。在所述第一方面的实施方式中,所述聚合物包括聚酰亚胺、聚酰胺和聚酰亚胺-酰胺中的至少一种。在所述第一方面的实施方式中,所述活性材料包括元素、金属氧化物和金属硫化物中的至少一种。在所述第一方面的实施方式中,所述元素包括Sn、Si、Ge、Al、Pb、P、Sb、Ga、Bi、In和Zn中的至少一种。在所述第一方面的实施方式中,所述金属氧化物包括SnO、SnO2、Sb2O3、MnO、Co3O4、Fe2O3、NiO和ZnO中的至少一种。在所述第一方面的实施方式中,所述金属硫化物包括SnS、SnS2、Sb2S3、CoS、FeS和NiS中的至少一种。在所述第一方面的实施方式中,所述活性材料和所述涂层材料的组合由2-60重量%的涂层材料组成。在所述第一方面的实施方式中,所述活性材料为电池中的负极材料。根据本专利技术的第二方面,提供了一种含有根据所述第一方面的材料的电池。在所述第二方面的实施方式中,所述电池为锂离子电池、钠离子电池、镁离子电池或锂硫电池。根据本专利技术的第三方面,提供了一种用于电池的材料的制备方法,该方法包括用涂层材料涂覆活性材料的步骤,其中,所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中进行化学反应,以及其中所述涂层材料用以防止所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中分裂。在所述第三方面的实施方式中,所述涂层材料由有弹性的聚合物组成。在所述第三方面的实施方式中,所述用于电池的材料的制备方法进一步包括固化多个单体以形成所述涂层材料的步骤。在所述第三方面的实施方式中,所述用于电池的材料的制备方法进一步包括将所述多个单体与所述活性材料混合的步骤。在所述第三方面的实施方式中,所述多个单体包括酰亚胺单体和/或酰胺单体。在所述第三方面的实施方式中,所述用于电池的材料的制备方法进一步包括在含有氮气和氩气中的至少一种的惰性环境中将所述多个单体和所述活性材料的混合物进行热处理的步骤。在所述第三方面的实施方式中,所述混合物在150-550℃的温度中进行热处理。在所述第三方面的实施方式中,所述用于电池的材料的制备方法进一步包括将热处理的混合物转化成可涂敷的浆液并且将所述浆液涂至导电集流体表面以形成用于电池的负极的步骤。附图说明以下将参照附图以实施例的方式描述本专利技术的实施方式,在附图中:图1是根据本专利技术的一种实施方式的用于电池的材料的示意图;图2是图1的材料膨胀和收缩的示意图;图3是常规用于电池的材料膨胀和收缩的示意图;图4是示出用于锂电池的不同材料的理论体积变化的图;图5是示出SnO2材料与单体/聚合物混合的热重(thermogravimetric)分析的图;图6A是示出经混合不同比例的所述活性材料和涂层材料所构成具有如图1结构的负极材料在电池中的容量的图,其中所述负极材料在300℃进行热处理;图6B是示出经混合不同比例的所述活性材料和涂层材料所构成具有如图1结构的负极材料在电池中的容量的图,其中所述负极材料在450℃进行热处理;以及图7是示出在不同温度下进行热处理的具有如图1结构的负极材料的电池的容量的图。具体实施方式专利技术人通过自己的研究、试验和实验发现合金(alloy-based)和基于转化反应的(conversion-based)材料具有容纳大量碱金属(例如锂或钠)的能力,使它们成为电池应用中负极材料的良好选择。参照图3和图4,这些材料的缺点之一是由于锂或钠的嵌入和迁出对体积造成大的变化,和随后从膨胀的材料中将嵌入的金属脱嵌而引起的体积收缩。这将会导致材料分裂、材料剥离、电极脱层、元素损失等,结果降低了材料的容量以及导致循环性能差。也可以采用纳米结构将空间掺入到颗粒之间以容纳所述活性材料在充电和放电过程中膨胀的体积。然而,纳米材料難以大量生产且制造成本昂贵。另外,使用纳米材料的电极的密度低,因此所述电极材料的体积-能量密度(volumetricenergydensity)也低。参照图1,示出了用于电池的材料100的实施方式,其包括:活性材料102A,该活性材料102A被配置为在电池的充电和/或放电过程中进行化学反应;和涂层材料104,该涂层材料104涂覆于多个所述活性材料102A表面上;其中,所述涂层材料104被配置为防止所述活性材料102/102A在电池的充电和/或放电过程中分裂。在该实施方式中,所述活性材料102A可容纳金属/金属离子到预定能量的(化学)能源存储材料。例如,所述活性材料102A可以为具有多个反应活性位点(site)用于在所述活性材料102A和所述金属离子之间在合适的化学反应下接收预定容量的碱金属(离子)例如Li/Li+和/或Na/Na+金属/离子的合金材料和/或基于转化反应的材料。不受限于以下实施例,所述活性材料102A可以包括一个或多个元素,例如C、Sn、Si、Ge、Al、Pb、P、Sb、Ga、Bi、In和Zn。这些材料和所述碱金属可以进行反应以存储或释放能量(优选地指在电池应用中的电能)。例如,硅可以与锂离子根据以下化学方程式反应:在(利用外部供应的电流/电子)“充电”过程中,锂离子被附着在所述活性材料102A的硅的空位上形成Si/Li合金,因此,锂被“嵌入”至所述活性材料102A中。相反,在“放电”过程中,当所述材料供应电子/电流至连接的设备时,锂离子从所述Si/Li合金脱嵌。所述锂离子可以由与所述活本文档来自技高网...
用于电池的材料,电池和制备用于电池的材料的方法

【技术保护点】
一种用于电池的材料,包括:‑活性材料,该活性材料被配置为在电池的充电和/或放电过程中进行化学反应;和‑涂层材料,该涂层材料涂覆于所述活性材料上;其中,所述涂层材料被配置为防止所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中分裂。

【技术特征摘要】
2015.10.07 US 14/877,0891.一种用于电池的材料,包括:-活性材料,该活性材料被配置为在电池的充电和/或放电过程中进行化学反应;和-涂层材料,该涂层材料涂覆于所述活性材料上;其中,所述涂层材料被配置为防止所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中分裂。2.根据权利要求1所述的材料,其中,所述涂层材料被配置为防止所述活性材料在电池的充电和/或放电过程中由于体积变化而分裂。3.根据权利要求2所述的材料,其中,所述体积变化包括所述活性材料的体积膨胀和/或收缩。4.根据权利要求3所述的材料,其中,所述膨胀是由碱金属嵌入至所述活性材料中导致的,以及所述收缩是由所述碱金属从所述活性材料中脱嵌而导致的。5.根据权利要求4所述的材料,其中,所述碱金属选自锂和钠。6.根据权利要求1所述的材料,其中,所述涂层材料涂覆于多个所述活性材料的表面。7.根据权利要求6所述的材料,其中,所述活性材料包括粒子群。8.根据权利要求6所述的材料,其中,所述涂层材料进一步被配置为在电池的充电和/或放电过程中,保持多个所述活性材料之间的连接。9.根据权利要求1所述的材料,其中,所述涂层材料为有弹性的。10.根据权利要求1所述的材料,其中,所述涂层材料由聚合物组成。11.根据权利要求10所述的材料,其中,所述聚合物包括聚酰亚胺、聚酰胺和聚酰亚胺-酰胺中的至少一种。12.根据权利要求1所述的材料,其中,所述活性材料包括元素、金属氧化物和金属硫化物中的至少一种。13.根据权利要求12所述的材料,其中,所述元素包括Sn、Si、Ge、Al、Pb、P、Sb、Ga、Bi、In和Zn中的至少一种。14.根据权利要求12所述的材料,其中,所述金属氧化物包括SnO、SnO...

【专利技术属性】
技术研发人员:虞有为李英顺
申请(专利权)人:香港城市大学
类型:发明
国别省市:中国香港,81

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1