超高容量性能电池单元的构造制造技术

一种形成电池电极的方法，包括喷涂纳米颗粒尺寸的金属氧化物的悬浮液以产生活性层。喷涂悬浮液到表面上并固化喷涂的悬浮液以产生所述活性层。纳米颗粒尺寸的金属金属氧化物为固化后活性层的重量的20‑40％，并提供与所述活性层相邻的包含按重量计在20％至40％范围内的碳纳米颗粒的碳导电层。

Construction of ultra high capacity battery cell

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】超高容量性能电池单元的构造相关案例的交叉引用本申请要求2017年9月22日提交的序列号为62/562,253的美国临时专利申请的权益，并通过引用将该临时申请合并到本公开中，如同在此充分阐述一样。
技术介绍
本专利技术属于可用于化学能量存储和电源设备(例如但不限于电池)的材料领域。更具体地，本专利技术涉及具有至少部分地通过喷涂方法构造的电极的电池单元。喷涂构造的电极可包括金属氧化物纳米材料，该金属氧化物纳米材料可包括酸化金属氧化物(“AMO”)纳米材料。本文描述了这样的AMO材料。在一些实施例中，锂阳极可与喷涂构造的阴极一起使用。在一些实施例中，锂阳极由锂组成，或基本上由锂组成。金属氧化物是氧与金属结合的化合物，具有通式MmOx。它们存在于自然界中，但可以人工合成。在合成的金属氧化物中，合成方法可对表面性质，包括其酸/碱性具有广泛影响。表面特性的改变可以改变氧化物的性质，影响诸如其催化活性和电子迁移率等。然而，表面控制反应的机理并不总是很好地表征或理解。例如，在光催化中，认为表面羟基促进从导带到化学吸附的氧分子的电子转移。尽管表面特性很重要，但金属氧化物文献(科学论文和专利)主要致力于产生新的纳米级晶体形式的金属氧化物，以改进能量存储和电源应用。金属氧化物表面特性被忽略，并且在化学催化文献之外，很少有创新涉及控制或改变已知金属氧化物的表面以实现性能目标。化学催化文献主要致力于产生“超酸”——酸性大于纯硫酸(18.4MH2SO4)——通常用于大规模反应，如烃类裂化。超酸性不能在传统的PH标度上测量，而是通过哈米特(Hammett)数定量。哈米特数(H0)可被认为是将PH标度扩展为小于零的负数。纯硫酸具有-12的H0。然而，存在超酸性太强的许多反应系统和许多应用。例如，超酸性可降解系统部件或催化不需要的副反应。然而，酸性在这些同样的应用中仍可用于提供增强的反应性和速率特性或改进的电子迁移率。电池文献教导酸性基团在电池中是有害的，它们会侵蚀金属集电器和壳体并引起其它电极部件的劣化。此外，现有技术教导活性催化电极表面导致电解质分解，其可导致电池单元内产生气体并最终导致电池单元失效。存在具有至少在其表面上是酸性但不是超酸性的合成金属氧化物的电池实施方案。报道的最大的SnO2首次循环充放电容量分别为2358mAh/g和1303mAh/g[1]。SnO2纳米颗粒被布置在中间层(mesosphere)中，该中间层是一种二级结构，其中颗粒作为球布置在空心球内。其它论文报道了尺寸小于10nm的SnO2纳米颗粒。对于尺寸为6-10nm的纳米颗粒，J.Chen报道了100次充电/放电循环后631mAh/g的容量[2]。Kim报道了3nmSnO2纳米颗粒的740mAh/g的容量[3]。文献中还报道了一些具有高容量的其它形态，如纳米花[4]和纳米棒[5-6]。所报道的这些形态的最大容量是掺杂锑的纳米棒[5]。掺杂Sb的纳米棒的首次循环充电/放电容量分别为1213mAh/g和1128mAh/g。报道的多孔c-Si的硅基材料中的锂化容量为2800mAh/g，其保持99％的容量循环超过100次[7]。Si/G纳米颗粒首次循环为3200mAh/g并保持其理论容量的83％循环超过150次[9]。报道的首次循环充电的铁基材料是容量为1426mAh/g的多孔氧化铁带。他们循环130次后维持1000mAh/g[8]。参考文献：1.Deng,D.；Lee,J.Y.,HollowCore–ShellMesospheresofCrystallineSnO2NanoparticleAggregatesforHighCapacityLi+IonStorage.ChemistryofMaterials2008,20(5),1841-1846.2.Chen,Y.-C.；Chen,J.-M.；Huang,Y.-H.；Lee,Y.-R.；Shih,H.C.,Sizeeffectoftinoxidenanoparticlesonhighcapacitylithiumbatteryanodematerials.SurfaceandCoatingsTechnology2007,202(4–7),1313-1318.3.Kim,C.；Noh,M.；Choi,M.；Cho,J.；Park,B.,CriticalSizeofaNanoSnO2ElectrodeforLi-SecondaryBattery.ChemistryofMaterials2005,17(12),3297-3301.4.Ning,J.；Dai,Q.；Jiang,T.；Men,K.；Liu,D.；Xiao,N.；Li,C.；Li,D.；Liu,B.；Zou,B.；Zou,G.；Yu,W.W.,FacileSynthesisofTinOxideNanoflowers:APotentialHigh-CapacityLithium-Ion-StorageMaterial.Langmuir2009,25(3),1818-1821.5.Wu,F.D.；Wu,M.；Wang,Y.,Antimony-dopedtinoxidenanotubesforhighcapacitylithiumstorage.ElectrochemistryCommunications2011,13(5),433-436.6.Wang,Y.；Lee,J.Y.,MoltenSaltSynthesisofTinOxideNanorods:MorphologicalandElectrochemicalFeatures.TheJournalofPhysicalChemistryB2004,108(46),17832-17837.7.HuajunTiana.,FengxiaXina,XiaoliangWanga,1,WeiHea,WeiqiangHan.,Highcapacitygroup-IVelements(Si,Ge,Sn)basedanodesforlithium-ionbatteries2015,1(3)153-169.http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S23528478150004778.ShubinYang,YiSun,LongChen,YennyHernandez,XinliangFeng&KlausMullen.,PorousIronOxideRibbonsGrownonGrapheneforHigh-PerformanceLithiumStoragehttps://www.nature.com/articles/srep00427.9.GrapheneScienceHandbook:ElectricalandOpticalProperties.
技术实现思路
本申请描述了对应于酸化金属氧化物(“AMO”)的材料和使用AMO的应用，包括在电池中，例如本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种形成电池电极的方法，包括：/n制备纳米颗粒尺寸的金属氧化物的悬浮液；/n将所述悬浮液喷涂到表面上并固化喷涂的悬浮液以产生第一活性材料层，其中所述纳米颗粒尺寸的金属氧化物为固化后所述第一活性材料层的重量的20-40％；以及/n提供与所述第一活性材料层相邻的包含按重量计在20％至40％范围内的碳纳米颗粒的第一碳导电层。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170922 US 62/562,2531.一种形成电池电极的方法，包括：
制备纳米颗粒尺寸的金属氧化物的悬浮液；
将所述悬浮液喷涂到表面上并固化喷涂的悬浮液以产生第一活性材料层，其中所述纳米颗粒尺寸的金属氧化物为固化后所述第一活性材料层的重量的20-40％；以及
提供与所述第一活性材料层相邻的包含按重量计在20％至40％范围内的碳纳米颗粒的第一碳导电层。


2.根据权利要求1所述的方法，其中提供至少一个碳导电层的步骤还包括将所述碳导电层喷涂到所述活性材料层上。


3.根据权利要求1所述的方法，还包括提供与所述第一碳导电层相邻的第二活性材料层。


4.根据权利要求3所述的方法，其中提供第二活性材料层的步骤还包括将所述悬浮液喷涂到所述第一碳导电层上以产生所述第二活性材料层。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述纳米颗粒尺寸的金属氧化物按重量计为固化后所述活性材料层的20-25％。


6.根据权利要求5所述的方法，其中所述纳米颗粒尺寸的金属氧化物按重量计为固化后所述活性材料层的21％。


7.根据权利要求1所述的方法，还包括制备所述纳米颗粒尺寸的金属氧化物的悬浮液使得所述纳米颗粒基本上是单分散的。


8.根据权利要求7所述的方法，其中所述金属氧化物被酸化。


9.根据权利要求7所述的方法，其中所述金属氧化物不被酸化。


10.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属氧化物提供至少4000mAhr/g的锂化容量。


11.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：佩奇·L·约翰逊，詹姆斯·迪恩·弗利特伍德，
申请(专利权)人：氢氦锂有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US