本发明专利技术总体上涉及制造包括无机类富勒烯纳米粒子和纳米管的钠或镁离子电池。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术总体上涉及用于制造钠或镁离子电池的嵌入钠或镁离子的类富勒烯纳米 粒子和无机纳米管。
技术介绍
基于相比于锂离子电池的低毒性和丰富的资源，钠离子电池被视为具有吸引力的 新一代电池。然而，还很少有关于成功生产用于可逆钠离子嵌入的电极材料的报道。 因具有小离子半径，锂离子容易嵌入过渡金属氧化物（包括LiC〇02、LiNiOjP LiMn 204)中。 相比之下，钠离子半径（102pm)比锂离子半径（76pm)大约1. 34倍，导致钠离子嵌入结晶钠 基氧化物材料的间隙空间时空间受阻。 Ceder等人解释在洽点下容易嵌入锂离子。由于Li20的形成能（_599kJ/mol) 比Na20的形成能（_418kJ/m〇l)高得多，所以与钠离子插入相比，将锂离子插入氧化物层是 有利的。然而，当使用过渡金属硫化物（TMS)作为主体材料时，将钠离子插入间隙位置是有 利的，因为1^#的形成焓（_466kJ/m〇l)和似#的形成焓（_336kJ/m〇l)差异相对很小。因 此，金属硫化物被视为一种有望用于钠离子电池的电极材料。 先前，已通过使用诸如浸于金属-氨溶液中、层离（exfoliation)和重堆积、和暴 露至金属蒸气的方法将钠离子嵌入纳米结构中；这些方法已证实是不利的，因为同时会将 溶剂分子嵌入纳米结构中。 还很少有关于利用TMS作为电极材料的钠离子可再充电电池的报道，虽 然已将各种硫化合物作为用于可再充电电池的锂离子嵌入主体进行考察。 参考文献 下面列出被认为与当前公开主题相关的参考文献作为背景： Κ· T. Lee 等人，Chemistry of Materials, 2011，23, 3593-3600。 J.M.Tarascon 等人，Solid State Ionics, 1992,57, 113-120。 M. M. Doeff 等人，Journal of the Electrochemical Society, 1994, 141，L145-L147。 C.H. Zhang 等人，Nature Materials, 2009, 8, 580-584。 D. Kim 等人，Advanced Energy Materials, 2011，1，333-336。 S. Komaba 等人，Electrochemistry Communications, 2010, 12, 355-358。 N. Recham 等人，Journal of the Electrochemical Society, 2009, 156, A993~A999〇 S. P. Ong 等人，Energy&Environmental Science, 2011，4, 3680-3688。 A. Z a k 等人，Journal of the American Chemical Society, 2002, 124, 4747-4758。 F. Kopnov 等人，Chemistry of Materials, 2008, 20, 4099-4105。 J. Part 等人，Electrochimica Acta, 2013, 92, 427-432。 W.-H. Ryu 等人，Nanoscale，2014, Accepted Manuscript. DOI: 10. 1039/ C4NR02044H L. David 等人，ACS Nana, 2014, 2, 1759-1770。 M. S. Whittingham，Science, 1976, 192, 1126-1127。 C. Feng 等人，Materials Research Bulletin, 2009, 44, 1811-1815。 R. Dominko 等人，Advanced Materials, 2002, 14 (21)，1531-1534。 C. Zhai 等人，Chemical Communications, 2011，47, 1270-1272。 L. Yadgaiov 等人，Angewandte Chemie-国际版，2012, 51，1148-1151。 L. Margulis 等人，Nature, 1993, 365, 113-114。 第 5, 958, 358 号美国专利。 W0 01/66462。 W0 01/66676。 TO 02/34959。 W0 00/66485〇 TO 98/23796。 W0 06/106517。
技术实现思路
本文中，本专利技术专利技术人公开一种用于将钠或镁离子嵌入无机类富勒烯纳米粒子和 纳米管内的方法，其用于构造呈现优异电化学性能的钠/镁离子电池。专利技术人将离子嵌入 类富勒烯结构内的能力出人意料，因为先前的尝试都是徒劳（即使在锂离子电池的情况中 也是这样）。这是因为富勒烯结构具有封闭笼壳，这使得粒子的离子嵌入内壳的可接近性不 佳。已发现，不同于(：6。富勒烯的情况，化合物（诸如M〇S2)的类富勒烯结构允许钠离子或 镁离子通过封闭晶体结构的缺陷通道扩散，从而导致离子渗透率增加。 因此，在本专利技术的第一方面，提供一种用于以电化学方式将钠离子嵌入纳米结构 (诸如无机多层纳米结构（无机类富勒稀（IF)-纳米粒子和无机纳米管-INT))中的方法， 所述方法包括对电极材料施加电流，所述电极材料包括所述无机多层纳米结构（IF-纳米 粒子或INT)，其中所述电流的电流密度适合诱发这种嵌入作用。 在本专利技术的另一方面，提供一种用于以电化学方式将镁离子嵌入纳米结构（诸如 无机多层纳米结构（无机类富勒稀（IF)-纳米粒子和无机纳米管-INT))中的方法，所述方 法包括对电极材料施加电流，所述电极材料包括所述无机多层纳米结构（IF-纳米粒子或 INT)，其中所述电流的电流密度适合诱发这种嵌入作用。 在一些实施方案中，电流密度可以在约20mAg 1与4000mAg 1之间。不希望受理论 束缚，这种电流密度容许钠离子从电解质移动至包括多层纳米结构的电极，通常为阴极。 在一些实施方案中，以电化学方式驱动的离子嵌入作用可以在电化学电池中实 现。电化学嵌入作用可以通过向电路施加电流来实现，所述电路是由包括无机多层纳米结 构（例如，IF-纳米粒子、INT或其任何组合）的阴极和阳极组成，所述阴极和阳极至少部分 浸没在含钠离子的电解质中，从而将离子嵌入纳米结构中。 在一些实施方案中，嵌入作用是可逆的，正如下文将进一步论述。 可以理解的是，嵌入作用是在操作中（in operando)，也就是嵌入过程发生在电循 环期间，例如在本专利技术方法操作期间。停止供电时，便不再促进钠或镁离子嵌入纳米结构 中。 在另一方面，提供一种在操作中将至少一种钠离子嵌入无机多层纳米结构中的方 法。 无机多层纳米结构嵌入金属离子（例如Na+或Mg 2+离子）的能力使得它们成为适 合用于钠基能量储存装置（例如电池）的材料。钠为廉价、无毒性且丰富的元素，其作为可 再充电能量储存装置的运输离子是理想的。 因此，本专利技术还涵盖一种包括无机多层纳米粒子和碳黑、氟聚合物或它们的混合 物中的至少一种的嵌入电极材料，所述材料具有在充电-放电循环期间嵌入（捕获）和脱 嵌本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于以电化学方式诱发钠或镁离子嵌入无机多层纳米结构中的方法，所述方法包括对电极材料施加电流，所述电极材料包括所述无机多层纳米结构，其中所述电流的电流密度适合诱发所述嵌入作用。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：R·滕内，R·罗森茨韦格，L·亚加洛夫，S·Y·洪，K·T·李，
申请(专利权)人：耶达研究及发展有限公司，
类型：发明
国别省市：以色列;IL
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