金属纳米结构上的两相壳形成制造技术

本公开涉及一种制作电化学活性材料的方法，该电化学活性材料包括包封在LaF

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】金属纳米结构上的两相壳形成相关申请的交叉引用本申请要求2018年6月20日提交的名称为“TwoPhaseShellFormationonCopperNanowire(铜纳米线上的两相壳形成)”的美国临时申请62/687637号和2019年6月18日提交的名称为“TwoPhaseShellFormationonCopperNanowire(铜纳米线上的两相壳形成)”的美国申请16/444900号的优先权。前述专利申请全文以引用方式并入本文。
技术介绍
高度期望金属纳米粒子用于多种应用中，包括用作催化剂以及用作电池的电极材料。然而，金属纳米粒子的使用可能受到体系操作条件或其他因素的限制。F(氟化物)穿梭电池是一种新型且有待开发的可供选择的下一代储能装置。其能量密度比锂离子电池大得多，体积能量密度为锂离子电池的约四倍，且重量密度为锂离子电池的约两倍。与锂电池和锂离子电池相比，F梭电池提供更低的成本和/或改善的特性。氟离子电池是通过氟离子介导的电极反应来进行操作的电化学电池单元。例如，F-阴离子在阴极与阳极之间穿梭。在放电期间，MeFx被还原为Me(金属)或低价MeFx，并且在阴极侧释放F-离子。同时，F-离子与金属结合形成MeFx并在阳极侧释放电子。F穿梭电池可被制造为一次电池或二次电池。存在两种类型的F穿梭电池，即，全固态型和液态型。目前大多数正在进行的研究集中于全固态F穿梭电池，其可在高温下再充电至一定程度。然而，缓慢的反应动力学对全固态F穿梭电池提出了重大挑战。氟离子体系已经以固态展示于例如授予Potanin专利权的US7,722,993中，其描述了二次电化学电池单元的实施方案，其中在充电-放电循环期间，氟离子在阳极电极与阴极电极之间可逆地交换，并且这些电极与固态的氟离子导电电解质接触。Potanin描述了固态电解质，该固态电解质包含La、Ce的氟化物或基于它们的复合氟化物，以及合金添加剂，诸如氟化物/碱土金属(CaF2、SrF2、BaF2)的氟化物和/或碱金属(LiF、KF、NaF)的氟化物和/或碱金属氯化物(LiCl、KCl、NaCl)的氟化物，以及大部分其他复合氟化物。然而，由于固态电解质的导电性有限，此类电化学电池单元仅在高于室温(例如150℃)时有效地工作。在液体型F穿梭电池中，反应动力学良好。然而，这种类型的F穿梭电池仍然面临许多挑战，诸如在室温下缺乏良好的电解质和可逆的阴极/阳极材料。还已尝试过提供能够使用液体电解质的基于氟离子的电化学体系。例如，Weiss等人的US2011/0143219A1和Darolles等人的US9,166,249公开了包括至少部分地以溶解状态存在于电解质中的溶剂型氟化物盐的氟离子电池构型。然而，对于许多应用来说，电极材料与液体电解质的化学反应活性是显著的，并且这些液体电解质体系不提供足够可靠的高放电和/或高容量操作。
技术实现思路
下文呈现了对本公开的一个或多个方面的简化的
技术实现思路
，以便提供对这些方面的基本理解。本
技术实现思路
不是对所有设想的各方面的广泛概述，并且既不旨在识别所有各方面的关键或重要要素，也不旨在描绘任何或所有各方面的范围。其的目的在于以简化形式呈现一个或多个方面的一些概念，作为稍后呈现的更详细描述的前序部分。根据一些方面，本公开涉及制作电化学活性结构的方法；该方法包括：将金属纳米结构分散在第一有机溶剂中以形成第一悬浮液；将第一量的四丁基溴化铵加入到该第一悬浮液中；将硝酸镧(III)水溶液加入到该第一悬浮液中；从第一悬浮液中移除水以形成第一有机溶剂层；将第二量的四丁基溴化铵加入到该第一有机溶剂层中，以形成第二悬浮液；将NaF水溶液加入到该第二悬浮液中；从第二悬浮液中移除水以形成第二有机溶剂层；并且向第二有机溶剂层中加入第二有机溶剂以分布具有LaF3壳的金属纳米结构。应当理解，水的移除是非限制性的，并且可以是从水中移除有机溶剂、从有机溶剂中移除水、以及技术的各种组合，该技术中包括将水与另一种溶剂分离，如本领域已知的各种技术。根据一些方面，本文所公开的方法可产生包括具有LaF3壳的金属芯的电化学活性纳米结构。作为非限制性实例，金属芯可以是铜。可将电化学活性纳米结构用于电池中。含金属芯-LaF3壳纳米结构和液体电解质的电池可为具有改善性能的F穿梭电池。在一些实施方案中，本公开涉及一种电化学电池单元，该电化学电池单元包括使用本文所公开的方法制作的电化学活性材料。该电化学电池单元可包括(例如)F穿梭电池单元或电池。通过阅读下面的具体实施方式，将会更全面地理解本专利技术的这些和其它方面。附图说明图1A示出了本公开的一个方面的芯-壳纳米粒子的横截面，该芯-壳纳米粒子包括含金属纳米粒子的芯和含金属卤化物或金属氧卤化物的壳。图1B示出了各种类型的电池的能量密度。图1C示出了合适的阳极和阴极金属的实例。图2为本公开的一个方面的氟离子电化学电池单元的示意图。图3示出了具有La1-xBaxF3-x或LaF3涂层的Cu纳米线的结构以及该Cu纳米线的剖视图。图4示出了根据本公开的一些方面的Cu纳米线(没有La1-xBaxF3-x或LaF3涂层)的XRD光谱。图5A和图5B示出了Cu纳米线(没有La1-xBaxF3-x或LaF3涂层)的TEM图像。图6示出了根据本公开的一些方面的Cu纳米线(具有约20nm或小于20nm的直径)、壳形成之后的少量Cu2O以及Cu纳米线的LaF3壳的XRD光谱。图7A示出了根据本公开的一些方面的在初始合成之后并且在两相壳形成之前的Cu纳米线的SEM图像。图7B示出了根据本公开的一些方面的Cu纳米线上形成两相LaF3壳的SEM图像。图8A、图8B和图8C示出了根据本公开的一些方面的在不同放大率/分辨率下在Cu纳米线上/周围形成LaF3的TEM图像。图9示出了根据本公开的一些方面的由包封在LaF3壳(CuNW@LaF3)中的Cu纳米线制成的电极的充电-放电循环的电压分布。图10示出了根据本公开的一些方面，在充电(氟化，F)和后续放电(脱氟，deF)之后，初始条件下CuNW@LaF3的XRD谱。具体实施方式下面结合附图阐述的详细描述旨在作为对各种配置的描述，并非旨在表示其中可实践本文所述的概念的唯一配置。详细描述包括用于提供对各种概念的透彻理解的具体细节。然而，对于本领域的技术人员将显而易见的是，可在没有这些具体细节的情况下实践这些概念。在一些情况下，熟知的部件以框图形式示出，以避免模糊此类概念。根据一些方面，本公开涉及一种制作电化学活性材料的方法，所述方法包括：提供包括金属纳米结构的有机溶液，将第一量的一种或多种季铵盐加入到有机溶液中，将镧盐加入到有机溶液中，任选地从有机溶液中移除水，将第二量的一种或多种季铵盐加入到有机溶液中，向有机溶液中加入氟化物源以在金属纳米结构上形成LaF3壳，任选地从有机溶液中移除水，并且任选地向有机溶液加入有机溶剂以分布LaF3涂覆的金属纳米结构。...

【技术保护点】
1.一种制作芯壳结构(或电化学活性材料)的方法，所述方法包括：/n将金属纳米结构分散在第一有机溶剂中以形成第一悬浮液；/n将第一量的季铵盐加入到所述第一悬浮液中；/n将镧盐溶液加入到所述第一悬浮液中；/n从所述第一悬浮液中移除水以形成第一有机溶剂层；/n向所述第一有机溶剂层中加入第二量的季铵盐以形成第二悬浮液；/n向所述第二悬浮液中加入氟化物源溶液以在所述金属纳米结构上形成LaF

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180620 US 62/687,637;20190618 US 16/444,9001.一种制作芯壳结构(或电化学活性材料)的方法，所述方法包括：
将金属纳米结构分散在第一有机溶剂中以形成第一悬浮液；
将第一量的季铵盐加入到所述第一悬浮液中；
将镧盐溶液加入到所述第一悬浮液中；
从所述第一悬浮液中移除水以形成第一有机溶剂层；
向所述第一有机溶剂层中加入第二量的季铵盐以形成第二悬浮液；
向所述第二悬浮液中加入氟化物源溶液以在所述金属纳米结构上形成LaF3壳；
从所述第二悬浮液中移除水以形成第二有机溶剂层；以及
向所述第二有机溶剂层中加入第二有机溶剂以分布具有LaF3壳的所述金属纳米结构。


2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
收集具有所述LaF3壳的所述金属纳米结构；以及
用第三有机溶剂洗涤具有所述LaF3壳的所述金属纳米结构。


3.根据权利要求1所述的方法，其中所述季铵盐为四丁基溴化铵。


4.根据权利要求1所述的方法，其中所述镧盐溶液为硝酸镧(III)溶液。


5.根据权利要求1所述的方法，其中所述氟化物源溶液为NaF溶液。


6.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属包括过渡金属，所述过渡金属选自：钪、钛、钒、铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、钇、锆、铌、钼、锝、钌、铑、钯、银、镉、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱、镥、铪、钽、钨、铼、锇、铱、铂、金、汞、锕、钍、镤、铀、镎、钚、镅、锔、锫、锎、锿、镄、钔、锘、铹或它们的组合。


7.根据权利要求1所述的方法，其中所述金属包括铜。


8.根据权利要求1所述的方...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆民，克里斯多夫·J·布鲁克斯，瑞恩·麦肯尼，
申请(专利权)人：本田技研工业株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP