本发明专利技术的一个方面涉及一种锂离子电池，其包括：阳极电极和阴极电极；将阳极电极与阴极电极以离子方式耦合的电解质；以及将阳极电极与阴极电极电隔离的隔膜；其中，阳极电极包含转化型阳极材料和嵌入型阳极材料的混合物；其中，转化型阳极材料表现出大约1400mAh/g至大约2200mAh/g范围内的中值比可逆容量；并且其中，转化型阳极材料表现出大约88％至大约96％范围内的第一次循环库仑效率。范围内的第一次循环库仑效率。范围内的第一次循环库仑效率。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有包含嵌入型阳极材料和转化型阳极材料的共混物的阳极的锂离子电池
相关申请的交叉引用
[0001]本专利申请要求2020年4月3日提交的、专利技术名称为“包含嵌入型碳质阳极材料和转化型阳极材料的共混物的锂离子电池阳极以及包括所述阳极的电池单元的组合物”的美国临时申请63/005,044的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用明确并入本申请中。
[0002]领域
[0003]本专利技术的实施例总的涉及能量存储装置，并且更具体地涉及电池技术等。
技术介绍
[0004]背景
[0005]部分地归因于其相对高的能量密度、相对高的比能量、重量轻以及潜在的长寿命，高级可再充电电池对于广泛的可穿戴设备、便携式消费电子产品、电动车辆、电网存储、航空航天以及其他重要应用是理想的。
[0006]然而，尽管传统可再充电锂离子电池在商业上日益普及，但这些电池需要进一步的开发，特别是针对由电池供电的地面、海上和空中运输(包括无人驾驶或自驾车辆在内)、消费电子产品、无人机和航空航天应用等方面的潜在应用。制造如下阳极对于降低电池成本及增加体积电池能量密度和重量电池能量密度非常重要：所述阳极具有高比容量和体积容量，在形成循环期间具有足够低的不可逆的锂损失，循环寿命长，在低温和高温下性能稳定，能够提供快速充电和高倍率性能。不幸的是，生产这种电极的传统方法通常无法实现期望的性能特征，通常需要付出过多的努力和成本，并且常常表现出不理想地低的倍率性能和稳定性。
[0007]因此，仍需要改进电池单元、组分以及其他相关材料和制造工艺。
技术实现思路
[0008]以下呈现的是与本文公开的一个或多个方面相关的简化说明。因此，以下说明不应被视为是与所有预期方面都相关的广泛概述，也不应将以下说明视为确定与所有预期方面都相关的重要或关键要素，或描述与任何特定方面相关的范围。因此，以下说明的唯一目的是以简化形式呈现与本文所公开的机制的一个或多个方面相关的某些概念，然后再提供后文给出的详细描述。
[0009]在一个方面，一种锂离子电池包括：阳极电极和阴极电极；将所述阳极电极与所述阴极电极以离子方式耦合的电解质；以及将所述阳极电极与所述阴极电极电隔离的隔膜；其中，所述阳极电极包含转化型阳极材料和嵌入型阳极材料的混合物；其中，所述转化型阳极材料表现出大约1400mAh/g至大约2200mAh/g范围内的中值比可逆容量；并且其中，所述
转化型阳极材料表现出大约88％至大约96％范围内的第一次循环库仑效率。
[0010]在一些方面，所述转化型阳极材料包含重量百分数为大约40％至大约60％的硅。
[0011]在一些方面，所述转化型阳极材料包含芯
‑
壳纳米复合材料颗粒。
[0012]在一些方面，所述芯
‑
壳纳米复合材料颗粒中外壳的平均厚度在大约1nm至大约20nm的范围内。
[0013]在一些方面，所述转化型阳极材料包括所述电解质无法进入的一个或多个内部孔隙。
[0014]在一些方面，所述一个或多个内部孔隙的体积在大约0.1cm3/g至大约1cm3/g的范围内。
[0015]在一些方面，所述一个或多个内部孔隙的平均尺寸在大约1nm至大约50nm的范围内。
[0016]在一些方面，所述转化型阳极材料的密度在大约1g/cm3至大约2g/cm3的范围内。
[0017]在一些方面，所述转化型阳极材料表现出大约1m2/g至大约25m2/g范围内的比表面积。
[0018]在一些方面，所述转化型阳极材料包括含硅纳米颗粒，所述纳米颗粒的体积平均尺寸在大约2nm至大约40nm的范围内。
[0019]在一些方面，所述转化型阳极材料包含重量百分数小于大约2％的氧。
[0020]在一些方面，所述转化型阳极材料包含重量百分数小于大约0.5％的氢。
[0021]在一些方面，所述转化型阳极材料包含重量百分数为大约6％至大约60％的碳。
[0022]在一些方面，所述转化型阳极材料呈现芯
‑
壳结构，其中所述芯
‑
壳结构的壳包含sp2键合碳。
[0023]在一些方面，当使用配备有在大约532nm的波长下工作的激光器的拉曼光谱仪在布置为粉末的所述转化型阳极材料上记录时，拉曼D带与拉曼G带的强度比(I
D
/I
G
)在大约0.7至大约2的范围内。
[0024]在一些方面，所述阳极电极、所述阴极电极或者所述阳极电极和所述阴极电极两者表现出大约3mAh/cm2至大约4.5mAh/cm2范围内或大约4.5mAh/cm2至大约8mAh/cm2范围内的可逆面积容量。
[0025]在一些方面，所述阳极电极、所述阴极电极或者所述阳极电极和所述阴极电极两者表现出大约3mAh/cm2至大约4.5mAh/cm2范围内或大约4.5mAh/cm2至大约8mAh/cm2范围内的可逆面积容量。
[0026]在一些方面，所述阳极电极包含软碳、硬碳、合成石墨、天然石墨。
[0027]在一些方面，不包括任何集电器箔部件在内的所述阳极电极的密度在大约1.2g/cm3至大约1.8g/cm3的范围内。
[0028]在一些方面，所述阳极电极包含聚合物或共聚物粘合剂。
[0029]在一些方面，不包括任何集电器箔部件在内的所述阳极电极包含重量百分数为大约2％至大约7％的聚合物或共聚物粘合剂。
[0030]在一些方面，所述聚合物或共聚物粘合剂包含海藻酸及其各种盐、聚丙烯酸(PAA)或其盐、羧甲基纤维素(CMC)、海藻酸或其盐、丁苯橡胶(SBR)，或它们的组合。
[0031]在一些方面，所述阴极电极包含嵌入型阴极材料，所述嵌入型阴极材料包含镍、
钴、锰、铁或其组合。
[0032]在一些方面，所述电解质包含一种或多种酯以及一种或多种环状碳酸酯。
[0033]在一些方面，所述一种或多种酯的体积分数占所述电解质中所有溶剂的大约20％至大约90％。
[0034]在一些方面，所述一种或多种酯包含一种或多种支链酯，并且其中，所述一种或多种支链酯包含每个分子平均具有大约5个至大约7个碳原子的酯分子。
[0035]基于附图和详细描述，与本文公开的各个方面相关联的其他目的和优点对于本领域技术人员将是显而易见的。
附图说明
[0036]呈现附图是为了有助于描述本专利技术的实施例，并且提供附图仅仅是为了说明实施例，而不是对其进行限制。
[0037]图1示出了示例性电池(例如锂离子电池)，其中可以根据各种实施例应用本文描述的部件、材料、方法和其他技术或其组合。
[0038]图2示出了可用于共混型阳极的示例性配方中的含碳转化型阳极颗粒的示例性拉曼光谱。
[0039]图3示出了具有适当成分和性质的共混型阳极的示例性扫描电子显微镜(SEM)图像。
[0040]图4至图8示出了具有适当成分和性质的共混型阳本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种锂离子电池，包括：阳极电极和阴极电极；将所述阳极电极与所述阴极电极以离子方式耦合的电解质；以及将所述阳极电极与所述阴极电极电隔离的隔膜；其中，所述阳极电极包含转化型阳极材料和嵌入型阳极材料的混合物；其中，所述转化型阳极材料表现出大约1400mAh/g至大约2200mAh/g范围内的中值比可逆容量；并且其中，所述转化型阳极材料表现出大约88％至大约96％范围内的第一次循环库仑效率。2.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料包含重量百分数为大约40％至大约60％的硅。3.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料包含芯
‑
壳纳米复合材料颗粒。4.根据权利要求3所述的锂离子电池，其中，所述芯
‑
壳纳米复合材料颗粒中外壳的平均厚度在大约1nm至大约20nm的范围内。5.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料包括所述电解质无法进入的一个或多个内部孔隙。6.根据权利要求5所述的锂离子电池，其中，所述一个或多个内部孔隙的体积在大约0.1cm3/g至大约1cm3/g的范围内。7.根据权利要求5所述的锂离子电池，其中，所述一个或多个内部孔隙的平均尺寸在大约1nm至大约50nm的范围内。8.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料的密度在大约1g/cm3至大约2g/cm3的范围内。9.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料表现出大约1m2/g至大约25m2/g范围内的比表面积。10.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料包括含硅纳米颗粒，所述纳米颗粒的体积平均尺寸在大约2nm至大约40nm的范围内。11.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料包含重量百分数小于大约2％的氧。12.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料包含重量百分数小于大约0.5％的氢。13.根据权利要求1所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料包含重量百分数为大约6％至大约60％的碳。14.根据权利要求13所述的锂离子电池，其中，所述转化型阳极材料呈现芯
‑
壳结构；并且其中，所述芯
...
【专利技术属性】
技术研发人员：盖尔普，
申请(专利权)人：新罗纳米技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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