一种电极活性材料、电池电极及半导体纳米电池制造技术

本发明专利技术提供了一种电极活性材料、电池电极及含有此电池电极的半导体纳米电池。该电极活性材料包括，硅活性材料、石墨烯及石墨；所述硅活性材料的颗粒粒径为30～200nm；所述硅活性材料、石墨烯、石墨的量为20≥石墨重量/石墨烯重量≥3，30≥硅活性材料重量/石墨烯重量≥4，提高电极的离子（阳离子）或空穴的吸储效率，同时还能形成电子存储层，且由于石墨烯和硅活性材料难以被用作发热体，即使电池发生内部短路，也很难发热且能够抑制电池的破裂，能提高电池的安全性和寿命，使电池像是存在两个电池的双极电源，使电池具有高安全、高寿命、高功率及高容量性能。

【技术实现步骤摘要】
一种电极活性材料、电池电极及半导体纳米电池
本专利技术涉及二次电池领域，具体涉及一种电极活性材料、电池电极及含有此电池电极的半导体纳米电池。
技术介绍
人类的发展总是伴随着各种新技术的革新和新能源的应用，如第一次工业革命伴随着蒸汽机的普及；第二次工业革命则是电力的应用。当今社会，石油、天然气、煤炭等化石燃料被广泛使用，已经有超过两百年历史，随之而来的是化石燃料的价格上涨以及能源危机。再加之各种石化燃料是不可再生能源，储量极其有限。并且在燃烧化石能源的同时也在向大气排放各种有毒气体及粉尘，造成的酸雨、雾霾、温室效应等已经严重影响人们的生活及健康。另外，电子产品的高能化和便携化，如手提电脑和手机等电子产品的普及也急需一种高能量密度并且轻便的能量源。种种原因迫使人们开始着眼于新新型清洁能源和新的储能设备的开发。这也造就了锂离子电池的脱颖而出。相对于其它二次电池，锂离子电池的轻便性和高能量密度已经使它在过去的二十年内引领了便携式电池市场。当今，锂离子电池的研究正在着力于锂离子电池作为混合动力交通工具、插入式混合动力交通工具和电动交通工具的动力来源，并且锂离子电池技术已经被认为是可以与风能、潮汐能相媲美的二次可再生能源。如专利文献日本特开2015-002167号公报公开的一般的锂离子二次电池含正极活性材料、负极活性材料、非水电解液和隔膜，其中，正极活性材料一般为含有锂的过渡金属氧化物，负极活性材料一般为可以吸收/放出锂离子的材料（例如，锂金属，锂合金，金属氧化物以及碳材料），然而，现有的锂离子二次电池，在单位重量的功率以及容量逐渐达到了极限，但随着电动汽车的普及，进一步提高高功率和快速充电的性能备受期待。另外，在专利文献中其虽然能够达到5000个循环的寿命，但在电动汽车和智能电网的普及下，其仍然不够。
技术实现思路
本专利技术为了克服现有锂离子电池的功率、容量以及循环性能均不能满足要求的技术问题，提供一种能够实现高功率、高容量以及优循环性能的电极活性材料、电池电极及含有此电池电极的半导体纳米电池。本专利技术的第一个目的是提供一种电极活性材料，该电极活性材料包括，硅活性材料、石墨烯及石墨；所述硅活性材料的颗粒粒径为30～200nm；所述硅活性材料、石墨烯、石墨的量为20≥石墨重量/石墨烯重量≥3，30≥硅活性材料重量/石墨烯重量≥4。本专利技术的第二个目的是提供一种电池电极，该电池电极包括集电体及附着于集电体上的活性材料层，所述活性材料层中含有电极活性材料，所述电极活性材料为上述电极活性材料。本专利技术的第三个目的是提供一种半导体纳米电池，其包括第一电极、第二电极及位于第一电极与第二电极之间的电解质，所述第二电极为上述电池电极。本专利技术的专利技术人发现由于本专利技术的第二电极中含有石墨烯及特定的硅活性材料，电池放电时，第二电极释放阳离子，通过电解质移动到第一电极。电池充电时，第一电极释放阳离子，通过电解质移动到第二电极。阳离子从第一电极向第二电极移动，可以使第一电极的电位比第二电极高，同时第一电极和第二电极的电极活性材料的结构发生变化。充电时，通过对第二电极插电子，第一电极内阳离子过剩，产生空穴，空穴向第二电极移动，在离子传导部件例如电解质和空穴传导部件例如隔膜中第一电极产生的空穴发生撞击、从空穴传导部件或含有离子传导部件部分中所含有的能够成为多价阳离子的材料中偏离，输送多价阳离子、在第二电极中多价阳离子产生撞击，导致空穴发生。第二电极内的空穴与在第一电极的电场方向成垂直方向进行的同时，电子与空穴也在相反的方向累积。一般第一电极含p型半导体材料，本专利技术具体实施例中优选第一电极含掺杂p型半导体材料，本专利技术的第二电极含硅活性材料，硅活性材料为n型化的半导体材料，能实现快速充电；且电池放电时，发生介质极化反应、第二电极内电子存储层的电子将会快速从电极内向外部放出、第二电极内的空穴向第一电极移动使电池具备高功率性能。上述第一电极与第二电极间的现象，像是存在两个电池的双极电源使电池具有高安全、高寿命、高功率及高容量性能。本专利技术的二次电池具有通过离子传导部件进行阳离子传达的化学电池，以及从p型半导体第一电极通过空穴传导部件进行空穴传导的半导体电池的双方特性。二次电池可以说是化学电池以及物理电池（半导体电池）的混合电池，或者也可以说是第二电极为半导体电池、第一电极为引起半导体电池的契机，本专利技术的电池拥有双极电源。本专利技术的二次电池第一电极或者第二电极释放的阳离子通过离子传导部件在第一电极与第二电极间移动，来保证电池的高容量。同时，本专利技术的二次电池空穴通过空穴传导部件在第一电极与第二电极间移动，空穴比离子更小，具有更高的移动速度，从而保证电池的高功率。同时，在空穴传导部件和离子传导部件中，阳离子和空穴也存在置换作用，能够保证电池的高安全、高寿命、高功率。针对本专利技术的二次电池，如采用电解液作为离子传递部件，可以减少其使用量，进一步提高电池的安全性能，即使第一电极与第二电极接触而造成内部短路，可以抑制二次电池的温度上升，避免电池起火等安全事故的发生。同时，本专利技术的二次电池经多次快速充放电后电池容量保持率高，电池的循环性能优。附图说明图1为本专利技术的一实施例的二次电池结构示意图。其中：第一电极10；第二电极20；离子传导部件30；空穴传导部件40；钙钛矿结构层50；二次电池100；第一集电体110；第二集电体120。具体实施方式为了使本专利技术所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术提供了一种电极活性材料，该电极活性材料包括，硅活性材料、石墨烯及石墨；所述硅活性材料的颗粒粒径为30～200nm；所述硅活性材料、石墨烯、石墨的量为20≥石墨重量/石墨烯重量≥3，30≥硅活性材料重量/石墨烯重量≥4，提高电极的离子（阳离子）或空穴的吸储效率，同时还能形成电子存储层，且由于石墨烯和硅活性材料难以被用作发热体，即使电池发生内部短路，也很难发热且能够抑制电池的破裂，能提高电池的安全性和寿命，使电池像是存在两个电池的双极电源，使电池具有高安全、高寿命、高功率及高容量性能。上述电极活性材料能够吸储和释放阳离子和空穴。石墨本专利技术没有限制，可以为各种天然石墨或人造石墨中的一种或多种。硅活性材料本专利技术没有限制，可以为本领域技术人员常用的各种硅活性材料，例如硅单质、硅的氧化物、硅化物等，本专利技术优选，硅活性材料选自硅、硅的氧化物例如SiOxa（ｘａ＜２）、硅的合金中的一种或多种。优选，石墨烯为多层结构，优选石墨烯为低于10层的纳米级层石墨烯。进一步提高电池的性能。上述电极活性材料还可以含有其他活性物质，例如还可以混有钛合金等各种合金，也可以含有碳纳米管（Ｃａｒｂｏｎｎａｎｏｔｕｂｅ：ＣＮＴ）等。此外，上述电极活性材料还可以掺杂，例如掺杂金属元素，金属元素可以为碱金属或过渡金属元素，具体的，例如可掺杂铜、锂、钠、钾、钛或锌中的一种或几种等，优选，石墨烯含锂掺杂的石墨烯；和/或，硅活性材料含锂掺杂的硅活性材料；和/或，石墨含锂掺杂的石墨；上述掺杂可以单独制备后混合，也可以在硅活性材料、石墨烯及石墨中混合有机锂，然后通过加热，或者利用混合时filmix高速分散产本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极活性材料，其特征在于，包括，硅活性材料、石墨烯及石墨；所述硅活性材料的颗粒粒径为30～200nm；所述硅活性材料、石墨烯、石墨的量为20≥石墨重量/石墨烯重量≥3，30≥硅活性材料重量/石墨烯重量≥4。

【技术特征摘要】
1.一种电极活性材料，其特征在于，包括，硅活性材料、石墨烯及石墨；所述硅活性材料的颗粒粒径为30～200nm；所述硅活性材料、石墨烯、石墨的量为20≥石墨重量/石墨烯重量≥3，30≥硅活性材料重量/石墨烯重量≥4。2.根据权利要求1所述的电极活性材料，其特征在于，所述硅活性材料选自硅、硅的氧化物、硅的合金中的一种或多种；所述石墨烯为多层结构，优选石墨烯含低于10层的纳米级层石墨烯。3.根据权利要求1所述的电极活性材料，其特征在于，所述石墨烯包括锂掺杂的石墨烯；和/或，硅活性材料包括锂掺杂的硅活性材料；和/或，石墨包括锂掺杂的石墨；和/或，电极活性材料中掺杂有卤素。4.一种电池电极，其特征在于，包括集电体及附着于集电体上的活性材料层，所述活性材料层中含有电极活性材料，所述电极活性材料为权利要求1-3中任意一项所述的电极活性材料。5.根据权利要求4所述的电池电极，其特征在于，所述活性材料层表面还附着有锂金属；和/或，所述活性材料层中还掺杂有氧化磷和/或硫磺氧化物；和/或，所述活性材料层表面还附着有钙钛矿结构层，优选，所述钙钛矿结构层为ＣＨ３ＮＨ３ＰｂＩ３层。6.一种半导体纳米电池，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：金元国，陈捷，傅士军，石井信，中岛润二，
申请(专利权)人：天极新能源实业深圳有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44