用于储能设备的单质金属和碳混合物制造技术

一种储能设备可以包括第一电极、第二电极以及第一电极与第二电极之间的隔膜，其中，第一电极或第二电极包括单质锂金属和碳颗粒。一种用于制造储能设备的方法可以包括形成第一电极和第二电极，以及将隔膜插入在第一电极和第二电极之间，其中，形成第一电极或第二电极可以包括组合单质锂金属和多个碳颗粒。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于储能设备的单质金属和碳混合物
本公开总体上涉及用于储能设备电极的组合物、实现这种电极的储能设备和有关方法。
技术介绍
可以将储能设备诸如锂离子、钠离子、钾离子、镁离子和/或铝离子类储能设备用于向不同范围的电子设备提供能量。例如，可以在各种应用中实施利用这些材料的电池和/或电容器，包括例如工业机械和运输系统中的风力发电系统、不可中断电源系统(UPS)、光伏发电和/或能源回收系统。这种电池和/或电容器的电极在电极制造期间可以经受预掺杂过程。
技术实现思路
在一些方面，储能设备可以包括第一电极、第二电极以及在第一电极与第二电极之间的隔膜，其中，第一电极和第二电极中的至少一个包含碳颗粒和单质金属(elementalmetal，金属单质，元素金属，金属元素)。单质金属可以包括单质锂金属、基本上由其组成或由其组成。单质金属可以包括单质钠金属、基本上由其组成或由其组成。单质金属可以包括单质钾金属、基本上由其组成或由其组成。单质金属可以包括单质镁金属、基本上由其组成或由其组成。单质金属可以包括单质铝金属、基本上由其组成或由其组成。在一些实施方式中，第一电极和第二电极中的至少一个可以包括含有单质锂金属和碳颗粒的干电极膜。第一电极和第二电极中的至少一个可以包括阳极，诸如锂离子电池或锂离子电容器的阳极。在一些实施方式中，碳颗粒可以包括多孔碳颗粒，每个多孔碳颗粒具有多个孔，其中，多个孔中的至少一些接纳至少一些单质锂金属。在一些实施方式中，多孔碳颗粒可以包括活性炭。在一些实施方式中，多孔碳颗粒可以包括分级结构碳(hierarchicallystructuredcarbon，层级结构碳)。在一些实施方式中，多孔碳颗粒可以包括介孔碳(中孔碳)。在一些实施方式中，可以形成覆盖单质锂金属的暴露部分的固体电解质界面(SEI)层。SEI层可以覆盖单质锂金属的在对应的多孔碳颗粒的外表面下面的暴露部分。在一些实施方式中，碳颗粒包括石墨颗粒。在一些实施方式中，单质锂金属可以包括单质锂金属颗粒(elementallithiummetalparticle，锂金属单质颗粒，元素锂金属颗粒，锂金属元素颗粒)。在一些方面，制造储能设备的方法可以包括合并单质锂金属和多个碳颗粒来形成第一电极膜混合物，以及由电极膜混合物形成电极膜。在一些实施方式中，方法可以进一步包括形成第一电极和第二电极，其中，第一电极和第二电极中的至少一个包括电极膜；以及将隔膜插入到第一电极和第二电极之间。在一些实施方式中，多个碳颗粒可以包括多个多孔碳颗粒，每个多孔碳颗粒包含多个孔。在一些实施方式中，多孔碳颗粒可以包括活性炭。在一些实施方式中，多孔碳颗粒可以包括分级结构碳。在一些实施方式中，多孔碳颗粒可以包括介孔碳。在一些实施方式中，合并单质锂金属和多个碳颗粒可以包括混合单质锂金属和多个多孔碳颗粒使得与每个多孔碳颗粒对应的至少一些孔接纳至少一些单质锂金属。在一些实施方式中，可以在单质锂金属的暴露部分上形成固体电解质界面(SEI)层。形成SEI层可以包括覆盖单质锂金属的在对应的多孔碳颗粒的外表面下面的暴露部分。在一些实施方式中，形成SEI层包括将单质锂金属的暴露部分暴露于电解质溶剂蒸汽。在一些实施方式中，将单质锂的暴露部分暴露于电解质溶剂蒸汽包括将单质锂的暴露部分暴露于碳酸酯蒸汽。在一些实施方式中，多个碳颗粒包括多个石墨颗粒。在一些实施方式中，混合物是基本上均匀的混合物。在一些实施方式中，进一步包括提供块状单质锂金属，以及减小块状单质锂金属的尺寸来形成多个单质锂金属颗粒。在一些实施方式中，合并单质锂金属和多个碳颗粒包括合并干单质锂金属和多个干碳颗粒来形成干电极膜混合物。在一些实施方式中，第一电极和第二电极中的至少一个包括锂离子电池或锂离子电容器的阳极。在一些方面，形成锂离子储能设备的块状材料的混合物可以包含单质锂金属和活性炭颗粒。在一些实施方式中，提供了具有容纳包含单质锂金属和活性炭颗粒的块状混合物的内体积的混合装置。在一些实施方式中，混合装置进一步包括内体积中的惰性气体。在一些实施方式中，混合装置进一步包括室(chamber，腔室)内的电解质溶剂蒸汽。在一些实施方式中，活性炭颗粒包括石墨。在一些实施方式中，活性炭颗粒包括多孔碳颗粒，其中单质锂金属插入孔。在一些实施方式中，预掺杂的储能设备电极可以包括单质金属诸如锂和活性炭颗粒的混合物。在一些实施方式中，提供了储能设备，其中，通过包括以下各项的过程制造储能设备：合并单质锂金属和多个碳颗粒来形成电极膜混合物，以及由电极膜混合物形成第一电极膜。在进一步的实施方式中，通过进一步将隔膜插入在第一电极和第二电极之间，以及可选地将第一电极、隔膜和第二电极放置在壳体中，可选地进一步添加电解质至壳体，因此使第一电极和第二电极与电解质接触，和可选地因此预掺杂第二电极来制造储能设备。为了概括本专利技术和实现的优于现有技术的优势，在本文中描述了某些对象和优势。当然，应理解不一定需要根据任何具体的实施方式来实现这些对象和优势。因此，例如，本领域技术人员将认识到可以以在不必须实现其他对象或优势的情况下可以实现或优化一个优势或一组优势的情况下实施或执行本专利技术。所有这些实施方式旨在处于本文公开的本专利技术的范围内。由以下参考附图的详细描述，这些和其他实施方式对于本领域技术人员将变得显而易见，本专利技术不限于任何具体公开的实施方式。附图说明参照某些实施方式的附图描述了本公开的这些和其他特征、方面和优势，其旨在示出某些实施方式而不是限制本专利技术。本专利或申请文件含有至少一个彩色制图。在请求并支付必要的费用后，由官方提供具有彩色绘图的本专利或专利申请公开的副本。图1是根据一个实施方式的储能设备的示意性截面图。图2A-2F是根据一个实施方式的在其孔中具有或不具有单质锂金属的多孔碳颗粒的示意图。图3是用于制备包含碳颗粒和单质锂金属的混合物的示例过程的过程流程图。图4是用于制造多个锂-碳复合颗粒的示例过程的过程流程图。图5是用于制备包含石墨颗粒和单质锂金属的混合物的示例过程的过程流程图。图6是使用本文描述的一种或多种组成制造电极膜的示例过程的过程流程图。图7是配置为根据本文所描述的一个或多个过程合并单质锂金属和碳颗粒的示例装置的示意图。图8A-8C是示出了根据一个实施方式由块状单质锂金属和石墨颗粒形成电极膜混合物的过程的各个阶段的照片。图9A-9B是示出了包括根据实施例1形成的电极膜的硬币电池的比容量性能的电压曲线。具体实施方式尽管以下描述了某些实施方式和实施例，但是本领域技术人员将了解本专利技术超出具体公开的实施方式和/或应用和明显的修改及其等价物。因此，旨在本文中公开的本专利技术的范围不应受以下描述的任何具体实施方式的限制。本文中描述了材料的混合物以及均将单质锂金属用作块状材料的对应的电极、储能设备和有关过程的实施方式。如在本文中使用的，单质锂金属是指具有零氧化态的锂金属。常规的储能设备应用，包括可再充电的能量存储应用，没有将单质锂金属用作原材料来分散在电化学活性材料制剂内，电化学活性材料制剂然后转换为细密分布有单质锂金属的电极，因为其可以是反应性的或甚至在一些过程条件下爆炸。例如，常规的湿式储能设备过程将不利用单质锂金属，因为其可以在暴露于湿法过程所固有的许多液体诸如水和/或N-甲基吡本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种储能设备，包括：第一电极；第二电极；和所述第一电极与所述第二电极之间的隔膜，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括碳颗粒和单质金属。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.02.23 US 62/298,6421.一种储能设备，包括：第一电极；第二电极；和所述第一电极与所述第二电极之间的隔膜，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括碳颗粒和单质金属。2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述碳颗粒包括多孔碳颗粒，每个多孔碳颗粒具有多个孔，其中，所述多个孔中的至少一些接纳至少一些单质金属。3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述多孔碳颗粒包括活性炭。4.根据权利要求2所述的设备，其中，所述多孔碳颗粒包括分级结构碳。5.根据权利要求2所述的设备，其中，所述多孔碳颗粒包括介孔碳。6.根据权利要求2所述的设备，进一步包括覆盖所述单质金属的暴露部分的固体电解质界面(SEI)层。7.根据权利要求5所述的设备，其中，SEI层覆盖所述单质金属的在对应的多孔碳颗粒的外表面下面的暴露部分。8.根据权利要求5所述的设备，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括含有所述单质金属和所述碳颗粒的干电极膜。9.根据权利要求1所述的设备，其中，所述碳颗粒包括石墨颗粒。10.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括阳极。11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述阳极是锂离子电池或锂离子电容器的阳极。12.根据权利要求1所述的设备，其中，所述单质金属包括单质锂金属颗粒。13.一种用于制造储能设备的方法，包括：将单质锂金属与多个碳颗粒合并以形成电极膜混合物；以及由所述电极膜混合物形成电极膜。14.根据权利要求13所述的方法，进一步包括：形成第一电极和第二电极，其中，所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包括所述电极膜和集流体；以及将隔膜插入在所述第一电极和所述第二电极之间。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多个碳颗粒包括多个多孔碳颗粒，每个多孔碳颗粒包括多个孔。16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述多个多孔碳颗粒包括活性炭和分级结构碳中的至少一种。17.根据权利要求15所述的方法，其中，将所述单质锂金属与所述多个碳颗粒合并包括将所述单质锂金属与所述多个多孔碳颗粒混合，使得所述多个孔中的至少一些接纳至少一些单质锂金属。18.根据权利要求17所述的方法，进一步包括在所述单质锂金属的暴露部分上形成固体电解质界面(SEI)层。19....

【专利技术属性】
技术研发人员：希厄·明赫·东，波特·米切尔，穆罕默德耶齐德·赛义迪，
申请(专利权)人：麦斯韦尔技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US