电解液、电池单元和电池布置制造技术

根据本发明专利技术的实施方式，提供了电极。该电极包括硅、锡和过渡金属的非合金。根据本发明专利技术的另外的实施方式，还提供了包括该电极的电池单元和具有多个电池单元的电池布置。还提供了形成电极、电池单元和电池布置的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电解液、电池单元和电池布置相关申请的交叉引用本申请要求于2015年6月23日提交的新加坡专利申请号10201504968R的优先权，其内容以其整体通过引用并入本文以用于所有的目的。
各种实施方式涉及电极、电池单元、电池布置、形成电极的方法、形成电池单元的方法和形成电池布置的方法。
技术介绍
锂离子(Li-离子)电池在便携式个人电子设备和电动车辆中得到了广泛的应用和研究。目前，碳类材料是最受欢迎的用于锂离子电池的阳极材料，其存储容量为约370mAh/g。但是，有必要开发具有大比容量的新型阳极材料。硅(Si)由于其超高的比容量(～4200mAh/g)而成为最有吸引力的候选材料之一。然而，Si的循环性能差且第一次循环库仑效率低。
技术实现思路
根据实施方式，提供电极。电极可以包括硅、锡和过渡金属的非合金。根据实施方式，提供电池单元。电池单元可以包括如本文所述的第一电极、第二电极和电耦合到第一电极和第二电极的电解液。根据实施方式，提供电池布置。电池布置可以包括多个电池单元，该多个电池单元中的每个电池单元如本文所述。根据实施方式，提供形成电极的方法。该方法可包括：提供包括硅的前体材料、锡的前体材料和过渡金属的前体材料的起始材料，以及处理该起始材料以形成包括硅、锡和过渡金属的非合金的电极。根据实施方式，提供形成电池单元的方法。该方法可以包括：如本文所述形成第一电极，提供第二电极，以及提供电耦合到第一电极和第二电极的电解液。根据实施方式，提供形成电池布置的方法。该方法可包括：形成多个电池单元，其中如本文所述形成该多个电池单元中的每个电池单元。附图说明在附图中，类似的附图标记一般指贯穿不同视图中的类似部分。附图不一定按比例绘制，而是一般将重点放在图示说明专利技术的原理上。在下面的描述中，参照以下附图描述本专利技术的各种实施方式，其中：图1A示出根据各种实施方式的电极的示意性截面图。图1B示出根据各种实施方式的电池单元的示意性截面图。图1C示出根据各种实施方式的电池布置的示意性截面图。图1D示出根据各种实施方式图示说明形成电极的方法的流程图。图1E示出根据各种实施方式图示说明形成电池单元的方法的流程图。图1F示出根据各种实施方式图示说明形成电池布置的方法的流程图。图2示出如表1所示的样品A和样品B的X射线衍射(XRD)图谱的图表。图3(a)和图3(b)示出制备的样品A和样品B的扫描电子显微镜(SEM)图像。比例尺代表1μm。图3(c)和图3(d)示出样品A和样品B的能量色散X射线(EDX)结果。图4A至图4C示出根据各种实施方式的铁硅锡碳(Si-Fe-Sn-C)材料的锂(Li)半电池的性能。图5A至图5C示出对比硅-碳(Si-C)材料的电池性能。图6A和图6B示出根据各种实施方式的具有双包覆的锂铁锰磷酸盐(LFMP)和硅锡铁(Si-Sn-Fe)电极的袋状电池的循环属性的结果。图7A至图7C示出根据各种实施方式的具有双包覆的锂铁锰磷酸盐(LFMP)和硅锡铁(Si-Sn-Fe)电极的袋状电池的结果。图8A和图8B示出根据各种实施方式的具有双包覆的锂钴氧化物(LCO)和硅锡铁(Si-Sn-Fe)电极的袋状电池的循环属性的结果。图9A和图9B示出根据各种实施方式的具有双包覆的锂钴氧化物(LCO)和硅锡铁(Si-Sn-Fe)电极的袋状电池的结果。具体实施方式下面的详细描述参考附图，该附图通过图示的方式示出本专利技术可以实践的具体细节和实施方式。这些实施方式被足够详细地描述，以使本领域的技术人员能够实践本专利技术。可以使用其它实施方式，并且可以在不偏离本专利技术的范围的情况下进行结构、逻辑和电的变化。各种实施方式不一定是互斥的，因为一些实施方式可以与一个或多个其它实施方式组合形成新的实施方式。在方法或设备中的一个的上下文中描述的实施方式对于其他方法或设备同样有效。类似地，在方法的上下文中描述的实施方式对于设备同样有效，反之亦然。在实施方式的上下文中描述的特征可以相应地适用于其它实施方式中的相同或类似的特征。在实施方式的上下文中描述的特征可以相应地适用于其它实施方式，即使在这些其他实施方式中没有明确描述。此外，在实施方式的上下文中针对特征描述的附加物和/或组合和/或替代物可以相应地适用于其他实施方式中的相同或类似的特征。在各种实施方式的上下文中，关于特征或要素使用的冠词“一(a)”、“一(an)”和“所述/该(the)”包括对一个或多个特征或要素的引用。在各种实施方式的上下文中，应用于数值的术语“约”或“近似”包含精确值和合理方差。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任何和所有的组合。如本文使用的，短语形式的“A或B中的至少一个”可包含A或B或者A和B二者。相应地，短语形式的“A或B或C中的至少一个”(或者包括另外的所列项目)可以包括一个或多个相关的所列项目的任何和所有的组合。各种实施方式可提供用于电池(例如锂离子(Li离子)电池)应用的电极(例如，阳极)材料。各种实施方式可提供用于电池(例如，Li离子电池)的硅-锡-M(Si-Sn-M)类电极(例如，阳极)材料，其中“M”可以是过渡金属(元素)，包括但不限于铁(Fe)、锰(Mn)、镍(Ni)，钴(Co)、钒(V)。应理解，可以使用其他过渡金属作为“M”的材料。此外，应理解，“M”可以包括至少一种过渡金属(元素)，或者换言之，“M”可以包括一种或多种过渡金属。例如，各种实施方式可以提供Si-Sn-M1-...-Mn类电极材料，其中n＝2、3或更高的数，并且每个“M”可以包括不同的过渡金属(元素)。在各种实施方式中，可以通过简单的一步机械球磨处理合成Si-Sn-M类材料。在各种实施方式中，如下文进一步将描述的，例如，当M＝Fe时，X射线衍射(XRD)图谱确认晶体Si、Sn和Fe的存在。没有发现Si、Sn和Fe组分之间合金形成的XRD证据，其是各种实施方式的材料的主要特性。各种实施方式的Si-Sn-M类电极材料可以显示高的＞90％的第一次循环库伦效率和提高得多的循环稳定性。图1A示出根据各种实施方式的电极100的示意性截面图。电极100可以包括硅104、锡106和过渡金属108的非合金。换句话说，可以提供电极100。电极100可以具有组合物，或者可以由硅(Si)104、锡(Sn)106和过渡金属(M)(元素)108的非合金制成。作为例子，电极100可以包括具有硅104、锡106和过渡金属(元素)108的非合金的混合物。电极100可以是Si-Sn-M类电极材料。电极100可以是用于电池单元或电池(布置)的电极。例如，电极100可以是用于电池单元或电池(例如，锂离子(Li离子)电池单元或电池)的Si-Sn-M类电极材料。在各种实施方式的上下文中，术语“非合金”可以意指纯元素。因此，过渡金属108的非合金可以意指过渡金属108的纯元素，或者过渡金属108是纯元素的形式。换言之，过渡金属108作为非合金，可以不作为与其它元素或材料的混合物、组合物或化合物存在。在各种实施方式的上下文中，硅104和/或锡106可以是纯元素的形式。已知硅104和锡106与锂形成合金。由于与碳相比，硅104和锡106的锂吸收较高，硅104和锡106可以是用于锂离子电池(LIB)中阳极应用的良好候选材料。然而本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，包括：硅；锡；以及过渡金属的非合金。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.06.23 SG 10201504968R1.一种电极，包括：硅；锡；以及过渡金属的非合金。2.如权利要求1所述的电极，其中所述过渡金属选自由铁、锰、镍、钴、钒、铜和锌组成的组。3.如权利要求1或2所述的电极，其中所述硅、所述锡或所述过渡金属中的至少一个是结晶的。4.如权利要求1至3中任一项所述的电极，其中所述电极包括：10wt％～80wt％的硅；1wt％～50wt％的锡；以及1wt％～50wt％的过渡金属。5.如权利要求1至4中任一项所述的电极，其中所述电极不含所述过渡金属的合金。6.如权利要求1至5中任一项所述的电极，其中所述电极不含所述过渡金属与所述硅或所述锡中的至少一个之间的合金。7.如权利要求1至6中任一项所述的电极，其中所述电极不含所述硅与所述锡之间的合金。8.如权利要求1至7中任一项所述的电极，进一步包括额外的过渡金属的非合金。9.如权利要求8所述的电极，其中所述额外的过渡金属选自由铁、锰、镍、钴、钒、铜和锌组成的组。10.如权利要求8或9所述的电极，其中所述电极不含所述额外的过渡金属的合金。11.如权利要求1至10中任一项所述的电极，进一步包括碳类材料。12.如权利要求11所述的电极，其中所述电极包括10wt％～80wt％的所述碳类材料。13.如权利要求1至12中任一项所述的电极，进一步包括聚合材料。14.如权利要求13所述的电极，其中所述聚合材料包括聚乙二醇或聚丙烯酸。15.如权利要求1至14中任一项所述的电极，进一步包括：载体，其中，所述硅、所述锡和所述过渡金属的非合金包含在提供在所述载体上的涂层中。16.如权利要求15所述的电极，其中所述载体是导电的。17.一种电池单元，包括：如权利要求1至16中任一项所述的第一电极；第二电极；以及电耦合到所述第一电极和所述第二电极的电解液。18.如权利要求17所述的电池单元，其中所述电解液在所述第一电极和所述第二电极之间。19.如权利要求17或18所述的电池单元，其中所述第二电极包括锂类材料。20.如权利要求19所述的电池单元，其中所述锂类材料包括锂箔、锂铁锰磷酸盐或锂钴氧化物中的至少一种。21.如权利要求17至20中任一项所述的电池单元，其中所述电解液包括锂类电解液。22.如权利要求17至21中任一项所述的电池单元，其中所述第一电极是阳极。23.如权利要求17至22中任一项所述的电池单元，其中所述电池单元包括硬币式电池或袋状电池。24.一种电池布置，包括多个电池单元，所述多个电池单元中的每个电池单元如权利要求17至23中任一项所述。25.一种形成电极的方法，所述方法包括：提供起始材料，所述起始材料包括硅的前体材料、锡的前体材料和过渡金属的前体材料；以及处理所述起始材料以形成包括所述硅、所述锡和所述过渡金属的非合金的电极。26.如权利要求25所述的方法，其中所述过渡金属选自由铁、锰、镍、钴、钒、铜和锌组成的组。27.如权利要求25或26所述的方法，其中所述硅、所述锡或所述过渡金属中的至少一个是结晶的。28.如权利要求25至27中任一项所述的方法，其中，提供起始材料包括提供10wt％～80wt％的所述硅的前体材料、1wt％～50wt％的所述锡的前体材料和1wt％～50wt％的所述过渡金属的前体材料。29...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·亚扎米，张文禹，
申请(专利权)人：南洋理工大学，新加坡海事及港务管理局，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG