阴极制造技术

公开了一种适用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含主族元素氮化物和主族元素的氧化物或第1至13族元素的氧化物。所述氮化物优选是二维层状材料。优选地，主族元素氮化物与氧化物的比率在5:95至95:5之间(按重量计)。重量计)。重量计)。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】阴极
专利

[0001]本专利技术涉及用于铝离子电池组的改进的阴极、包括改进的阴极的铝离子电池组和制造用于铝离子电池组的阴极的方法。
[0002]专利技术背景
[0003]电池组(Batteries)是存储电能的重要来源并广泛用于许多不同类型的设备和应用。
[0004]电池组的性能极大依赖于许多因素，包括用于制造电池组电极的材料的物理化学性质；和电解质溶液。这些因素通过降低电池组电压、库仑效率、降低电池(cell)的倍率能力(最大充电/放电速率)和电池稳定性来影响电池组性能。
[0005]正在使用许多不同类型的电池组，包括铅酸电池组、镍镉基电池组以及离子电池组。所有这些电池组类型的共同点是存在阴极、阳极和电解质溶液，它们可连接形成电路并用于为设备提供能源。
[0006]近年来，由于这些电池组可提供的好处，对用于商业应用的离子电池组的兴趣激增。目前，锂离子电池组(LIBs)与其它可充电电池组如NiCd镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(NiMH)等相比具有高电荷密度、低自放电倾向、低记忆效应、低充电时间和低维护。
[0007]LIBs已广泛应用于如电动汽车、移动电话和其它电子设备之类的设备中。但是，它们仍未广泛用于电网储能(grid energy storage)。LIB行业使用了全球钴产量的42％，这是锂离子电池必不可少的金属。锂金属具有反应性，其原材料的运输需要格外小心以防止任何物理或电气伤害。尽管近年来成本大幅降低，但LIBs仍然明显比其它电池组昂贵。此外，LIBs可能发生热失控。如果发生这种情况，电解质会在放电过程中升温，以导致不必要的放热反应。在电池组电池中生成的额外热量随后导致电解质渗漏、气体泄漏和/或爆炸。LIBs还可能形成金属锂枝晶，其可刺穿电池隔膜并造成损伤和热失控。LIBs还经常使用高度易燃的电解质，这增强了LIB的可燃性质。
[0008]铅酸电池组是另一常用的电池组类型并使用二氧化铅作为阴极材料。铅酸电池组是常用的电能存储系统，如在机动车；工业动力、卡车、采矿车；固定用途、应急和备用电源中。但是，铅酸电池组存在着火、爆炸和电击的风险。它们会充电缓慢，并且如果一段时间不使用，会自放电。尽管它们使用普遍，但铅酸电池组存在许多问题，例如：析出氢气和氧气；硫酸渗漏；电池组的硫酸盐化降低电效率和电池寿命；在低放电水平下电池组的冻结；电极中的活性材料的损失；电极受损。此外，铅是重金属并对人类和环境有毒。
[0009]镍基电池组，如NiCd和NiMH电池组，使用羟基氧化镍(NiOOH)作为阴极材料。NiMH电池组用于混合动力汽车和军事通信。但是，尽管NiMH电池组具有良好循环寿命、长贮存期并在多种多样的温度下工作，但金属氢化物合金的生产成本高，以致这种类型的电池组昂贵。NiCd电池组在恶劣条件下提供良好性能，并且能够耐受长时间深度放电。但是，材料成本高。此外，镉对环境有剧毒，以使其在电池组过期后的处置成为问题。这已经导致其在一些地区，如在欧洲的使用减少(甚至被禁止)。
[0010]相反，可充电铝离子电池组(AIBs)提供了潜在替代品锂离子电池组。铝是一种三
价金属，在其最外层中具有三个价电子。与价电子数更低的元素，如锂、钠、钾和钙等相比，铝的三价性使得铝离子电池组具有更高的(理论)能量密度(每单位体积的能量更多
‑
8100Wh/kg)。铝的体积容量(分别是锂和钠的四到七倍)提供了大幅提高电池组能量密度的潜力。
[0011]此外，铝离子电池组在操作上比上述其它离子电池组更安全；它们的电解质不易燃，或与LIBs的电解质相比不易燃得多；与其它离子电池组相比，它们的环境影响降低，因为该电池组的主要组分
‑
铝
‑
可容易地回收利用；它们在周围环境中操作简易，这与其它金属离子电池组相比可提供安全效益；它们与其它离子电池组相比在制造上更便宜；并使用更丰富的基础材料。
[0012]用于可充电铝离子电池组的阴极材料有许多固有问题，包括低放电电位；不稳定的放电电压平台，这意味着电池组不识别截止电压；电化学可逆性差以致库仑效率低；有限的循环寿命和阴极的结构解体，以致放电容量低且不稳定，在几次循环后急剧衰减。
[0013]由于阴极材料是每种电池组类型专用的，在一种电池组类型中表现良好的材料不太可能在铝离子电池组中提供类似的性能。例如，用于锂离子电池组的阴极会无法在铝离子电池组中提供相等的性能。此外，由于分别充当阳极或阴极所需的材料的物理性质，用于阳极的材料可能无法用作阴极。
[0014]因此，本专利技术的一个目的是提供一种用于铝离子电池组的阴极，其克服现有技术的不足或至少为公众提供有用的选择。
[0015]或者，本专利技术的一个目的是提供一种包含克服现有技术的一些不足或至少为公众提供有用选择的阴极的铝离子电池。
[0016]专利技术概述
[0017]阴极
[0018]在本专利技术的一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含主族元素氮化物(main group element nitride)。
[0019]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含第13族元素的氮化物。
[0020]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含硼的氮化物。
[0021]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含碳的氮化物。
[0022]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含硅的氮化物。
[0023]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含铝的氮化物。
[0024]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含锂的氮化物。
[0025]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含硼的氧化物。
[0026]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其包含主族元
素氮化物和主族元素的硫属元素化物(chalcogenide)。
[0027]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其包含主族元素氮化物和周期表第1
‑
13族元素的硫属元素化物。
[0028]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含主族元素氮化物和第13族元素的硫属元素化物。
[0029]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其中所述阴极材料包含主族元素氮化物和硼的硫属元素化物。
[0030]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其包含主族元素氮化物和主族元素的氧化物。
[0031]在本专利技术的另一个方面，提供一种用于铝离子电池组的阴极材料，其包含主族元素氮化物和第1
‑本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于铝离子电池组的阴极，其中所述阴极包含硼的氧化物和氮化硼，其中硼的氧化物与氮化硼的比率在5:95至95:5之间(按重量计)。2.权利要求1的阴极，其中硼的氧化物与氮化硼的比率在10:90至90:10之间、或在20:80至80:20之间、或在30:70至70:30之间、或在40:60至60:40之间(按重量计)。3.权利要求1的阴极，其中硼的氧化物与氮化硼的比率大约1:1(按重量计)。4.前述权利要求任一项的阴极，其中硼的氧化物包含硼酐。5.前述权利要求任一项的阴极，其中氮化硼包含2D层状材料。6.前述权利要求任一项的阴极，其中氮化硼包含六方氮化硼。7.前述权利要求任一项的阴极，其进一步包含导电材料。8.权利要求7的阴极，其中所述导电材料包含导电碳。9.一种铝离子电池组电池，其包含阴极，其中所述阴极包含硼的氧化物和氮化硼，其中硼的氧化物与氮化硼的比率在5:95至95:5之间(按重量计)。10.权利要求9的电池，其中硼的氧化物与氮化硼的比率在10:90至90:10之间、或在20:80至80:20之间、或在30:70至70:30之间、或在40:60至60:40之间(按重量计)。11.权利要求9的电池，其中硼的氧化物与氮化硼的比率大约1:1(按重量计)。12.权利要求9
‑
11任一项的电池，其中硼的氧化物包含硼酐。13.权利要求9
‑
12任一项的电池，其中氮化硼包含2D层状材料。14.权利要求9
‑
13任一项的电池，其中氮化硼包含六方氮化硼。15.权利要求9
‑
14任一项的电池，其进一步包含阳极，其中所述阳极包含铝。16.权利要求9
‑
15任一项的电池，其进一步包含与阳极和/或阴极电接触的电解质和任选地，位于阳极和阴极之间的离子渗透隔膜。17.硼的氧化物和氮化硼的组合在铝离子电池组电池的阴极制造中的用途，其中硼的氧化物与氮化硼的比率在5:95至95:5之间(按重量计)。18.权利要求17的用途，其中硼的氧化物与氮化硼的比率在10:90至90:10之间、或在20:80至80:20之间、或在30:70至70:30之间、或在40:60至60:40之间(按重量计)。19.权利要求17的用途，其中硼的氧化物与氮化硼的比率大约1:1(按重量计)。20.权利要求17
‑
19任一项的用途，其中硼的氧化物包含硼酐。21.权利要求17
‑
20任一项的用途，其中氮化硼包含2D层状材料。22.权利要求17
‑
21任一项的用途，其中氮化硼包含六方氮化硼。23.权利要求17
...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：维多利亚林克有限公司，
类型：发明
国别省市：