具有可變形準固體電極材料的堿金屬電池制造技術

提供了一種堿金屬電芯和一種制備具有準固體電極的所述堿金屬電芯的方法，所述方法包括：(a)將一定量的活性材料、一定量的電解質、和導電添加劑合并以形成可變形且導電的電極材料，其中所述含有導電長絲的導電添加劑形成電子傳導通路的3D網絡；(b)將所述電極材料形成為準固體電極，其中所述形成步驟包括將所述電極材料變形為電極形狀而不中斷所述電子傳導通路的3D網絡，由此使得所述電極保持不小于10

Alkaline metal batteries with deformable quasi solid electrode materials

【技術實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術】具有可變形準固體電極材料的堿金屬電池相關申請的交叉引用本申請要求于2017年5月24日提交的美國專利申請?zhí)?5/604,606和于2017年5月24日提交的美國專利申請?zhí)?5/604,607的優(yōu)先權，所述專利申請通過援引方式并入本文。
本專利技術總體上涉及堿金屬電池領域，包括可再充電鋰金屬電池、鈉金屬電池、鋰離子電池、鈉離子電池、鋰離子電容器和鈉離子電容器。
技術介紹
歷史上，當今最受歡迎的可再充電能量儲存裝置-鋰離子電池-實際上是從使用鋰(Li)金屬或Li合金作為陽極以及Li插層化合物作為陰極的可再充電“鋰金屬電池”發(fā)展而來的。Li金屬由于它的輕重量(最輕的金屬)、高電負性(相對于標準氫電極為-3.04V)、以及高理論容量(3,860mAh/g)，是理想的陽極材料。基于這些出色的特性，40年前提出了鋰金屬電池作為高能量密度應用的理想體系。在1980年代中期，開發(fā)了若干種可再充電Li金屬電池的原型。值得注意的例子是由MOLI能源公司(MOLIEnergy,Inc.)(加拿大)開發(fā)的由Li金屬陽極和硫化鉬陰極構成的電池。由于在每個隨后的再充電循環(huán)過程中金屬被重新電鍍時Li生長急劇不均勻(形成Li枝晶)引起的一系列安全問題，放棄了來自不同制造商的這種電池和若干種其他電池。隨著循環(huán)次數(shù)的增加，這些樹枝狀或樹狀Li結構最終可能穿過隔膜到達陰極，造成內部短路。為了克服這些安全問題，提出了若干種替代方法，其中電解質或陽極被改良。一種方法涉及用石墨(另一種Li插入材料)替代Li金屬作為陽極。這種電池的操作涉及使Li離子在兩種Li插入化合物之間穿梭，因此被稱為“Li離子電池”。據(jù)推測，由于Li以其離子態(tài)而不是金屬態(tài)存在，Li離子電池固有地比Li金屬電池更安全。鋰離子電池是電動車輛(EV)、可再生能源儲存和智能電網應用的主要候選能量儲存裝置。過去二十年來已經見證了Li離子電池在能量密度、倍率性能和安全性方面的不斷改善，但是由于某種原因顯著更高能量密度的Li金屬電池在很大程度上被忽視了。然而，在Li離子電池中使用基于石墨的陽極具有若干個明顯的缺點：低比容量(理論容量為372mAh/g，對比Li金屬的3,860mAh/g)，長Li插層時間(例如Li進入和離開石墨和無機氧化物顆粒的低固態(tài)擴散系數(shù))需要長的再充電時間(例如對于電動車輛電池為7小時)，不能給予高脈沖功率(功率密度<<1kW/kg)，以及需要使用預鋰化陰極(例如鋰鈷氧化物)，由此限制了可用陰極材料的選擇。而且，這些常用的陰極具有相對低的比容量(典型地<200mAh/g)。這些因素已造成了現(xiàn)今Li離子電池的兩個主要缺點-低重量能量密度和體積能量密度(典型地150-220Wh/kg和450-600Wh/L)和低功率密度(典型地<0.5kW/kg和<1.0kW/L)，全部基于總電池電芯重量或體積。新興的EV和可再生能源行業(yè)要求具有比目前的Li離子電池技術可以提供的顯著更高的重量能量密度(例如要求>>250Wh/kg并且優(yōu)選地>>300Wh/kg)和更高的功率密度(更短的再充電時間)的可再充電電池的可用性。此外，微電子工業(yè)需要具有顯著更大的體積能量密度(>650Wh/L，優(yōu)選地>750Wh/L)的電池，因為消費者需要具有儲存更多能量的更小體積且更緊湊的便攜式裝置(例如，智能電話和平板電腦)。這些要求已引發(fā)了對開發(fā)用于鋰離子電池的具有較高比容量、優(yōu)異的倍率性能和良好的循環(huán)穩(wěn)定性的電極材料的相當大的研究工作。來自周期表中的第III、IV和V族的若干種元素可以在某些希望的電壓下與Li形成合金。因此，已經提出了基于此類元素和一些金屬氧化物的各種陽極材料用于鋰離子電池。在這些之中，硅已被認為是用于高能量鋰離子電池的下一代陽極材料之一，因為它具有比石墨高將近10倍的理論重量容量(基于Li3.75Si的3,590mAh/g對比LiC6的372mAh/g)和大了約3倍的體積容量。然而，在鋰離子合金化和去合金化(電芯充電和放電)期間，Si的顯著體積變化(最高達380％)經常導致嚴重且快速的電池性能劣化。性能衰減主要是由于Si的體積變化引起的粉碎以及粘合劑/導電添加劑不能維持粉碎的Si顆粒與集流體之間的電接觸。另外，硅的固有低電導率是另一個需要解決的挑戰(zhàn)。盡管已經發(fā)現(xiàn)了若干種高容量的陽極活性材料(例如Si)，但是還沒有相應的可用的高容量陰極材料。目前Li離子電池中常用的陰極活性材料具有以下嚴重缺點：(1)目前的陰極材料(例如磷酸鐵鋰和鋰過渡金屬氧化物)可以實現(xiàn)的實際容量已經被限制在150-250mAh/g的范圍內，并且在大多數(shù)情況下，小于200mAh/g。(2)鋰進入和離開這些常用的陰極的插入和脫離依賴于Li在具有非常低的擴散系數(shù)(典型地10-8至10-14cm2/s)的固體顆粒中的極其慢的固態(tài)擴散(導致了非常低的功率密度(現(xiàn)今的鋰離子電池的另一個長期存在的問題))。(3)目前的陰極材料是電絕緣和熱絕緣的，不能有效地和高效地傳輸電子和熱量。低電導率意味著高內電阻和需要添加大量的導電添加劑，有效地降低了已經具有低容量的陰極中的電化學活性材料的比例。低熱導率還意味著經受熱失控的更高傾向，這是鋰電池行業(yè)的主要安全性問題。低容量的陽極或陰極活性材料并不是鋰離子電池行業(yè)面臨的唯一問題。存在鋰離子電池行業(yè)似乎沒有意識到或者在很大程度上忽略了的嚴重的設計和制造問題。例如，盡管如在公開文獻和專利文件中經常要求的電極水平上的高重量容量(基于單獨的陽極或陰極活性材料重量)，這些電極遺憾地不能在電池電芯或電池組水平上提供具有高容量的電池(基于總電池電芯重量或電池組重量)。這是由于以下觀點：在這些報告中，電極的實際活性材料質量負載量太低。在大多數(shù)情況下，陽極的活性材料質量負載量(面密度)顯著低于15mg/cm2并且大多數(shù)<8mg/cm2(面密度＝沿著電極厚度方向的每個電極橫截面積的活性材料的量)。陰極活性材料的量典型地比陽極活性材料高1.5-2.5倍。其結果是，鋰離子電池中的陽極活性材料(例如石墨或碳)的重量比例典型地為從12％至17％，并且陰極活性材料(例如LiMn2O4)的重量比例為從17％至35％(大多數(shù)<30％)。組合的陰極活性材料和陽極活性材料的重量分數(shù)典型地為電芯重量的從30％至45％。作為完全不同類別的儲能裝置，鈉電池已被認為是鋰電池的有吸引力的替代品，因為鈉含量豐富，并且與鋰的生產相比，鈉的生產顯著地更加環(huán)境友好。另外，鋰的高成本是一個主要問題。若干個研究小組已描述了使用基于硬碳的陽極(Na-碳插層化合物)和鈉過渡金屬磷酸鹽作為陰極的鈉離子電池。然而，這些基于鈉的裝置展現(xiàn)出比Li離子電池甚至更低的比能量和倍率性能。這些常規(guī)的鈉離子電池要求鈉離子在陽極和陰極二者處擴散進和擴散出鈉插層化合物。所要求的鈉離子電池中鈉離子的固態(tài)擴散過程甚至比Li離子電池中的Li擴散過程更緩慢，從而導致過分低的功率密度。代替硬碳或其他碳質插層化合物，鈉金屬可以用作鈉金屬電芯中的陽極活性材料。然本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種堿金屬電芯，所述堿金屬電芯包括：/n(a)準固體陰極，所述準固體陰極含有按體積計約30％至約95％的陰極活性材料、按體積計約5％至約40％的含有溶解在溶劑中的堿金屬鹽的第一電解質、和按體積計約0.01％至約30％的導電添加劑，其中所述含有導電長絲的導電添加劑形成電子傳導通路的3D網絡，由此使得所述準固體電極具有從約10

【技術特征摘要】
【國外來華專利技術】20170524 US 15/604,606;20170524 US 15/604,6071.一種堿金屬電芯，所述堿金屬電芯包括：
(a)準固體陰極，所述準固體陰極含有按體積計約30％至約95％的陰極活性材料、按體積計約5％至約40％的含有溶解在溶劑中的堿金屬鹽的第一電解質、和按體積計約0.01％至約30％的導電添加劑，其中所述含有導電長絲的導電添加劑形成電子傳導通路的3D網絡，由此使得所述準固體電極具有從約10-6S/cm至約300S/cm的電導率；
(b)陽極；以及
(c)設置在所述陽極與所述準固體陰極之間的離子傳導膜或多孔隔膜；其中所述準固體陰極具有不小于200μm的厚度。


2.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述陽極包括準固體陽極，所述準固體陽極含有按體積計約30％至約95％的陽極活性材料、按體積計約5％至約40％的含有溶解在溶劑中的堿金屬鹽的第二電解質、和按體積計約0.01％至約30％的導電添加劑，其中所述含有導電長絲的導電添加劑形成電子傳導通路的3D網絡，由此使得所述準固體電極具有從約10-6S/cm至約300S/cm的電導率；其中所述準固體陽極具有不小于200μm的厚度。


3.一種堿金屬電芯，所述堿金屬電芯包括：
(a)準固體陽極，所述準固體陽極含有按體積計約30％至約95％的陽極活性材料、按體積計約5％至約40％的含有溶解在溶劑中的堿金屬鹽的電解質、和按體積計約0.01％至約30％的導電添加劑，其中所述含有導電長絲的導電添加劑形成電子傳導通路的3D網絡，由此使得所述準固體電極具有從約10-6S/cm至約300S/cm的電導率；
(b)陰極；以及
(c)設置在所述陽極與所述準固體陰極之間的離子傳導膜或多孔隔膜；其中所述準固體陰極具有不小于200μm的厚度。


4.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述第一電解質是含有溶解在液體溶劑中的鋰鹽或鈉鹽、具有不小于2.5M的鹽濃度的準固體電解質。


5.如權利要求2所述的堿金屬電芯，其中，所述第一電解質或所述第二電解質是含有溶解在液體溶劑中的鋰鹽或鈉鹽、具有不小于2.5M的鹽濃度的準固體電解質。


6.如權利要求3所述的堿金屬電芯，其中，所述電解質是含有溶解在液體溶劑中的鋰鹽或鈉鹽、具有不小于2.5M的鹽濃度的準固體電解質。


7.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述第一電解質是含有溶解在液體溶劑中的鋰鹽或鈉鹽、具有從3.0M至14M的鹽濃度的準固體電解質。


8.如權利要求2所述的堿金屬電芯，其中，所述第一電解質或所述第二電解質是含有溶解在液體溶劑中的鋰鹽或鈉鹽、具有從3.0M至14M的鹽濃度的準固體電解質。


9.如權利要求3所述的堿金屬電芯，其中，所述電解質是含有溶解在液體溶劑中的鋰鹽或鈉鹽、具有從3.0M至14M的鹽濃度的準固體電解質。


10.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述導電長絲選自碳纖維、石墨纖維、碳納米纖維、石墨納米纖維、碳納米管、針狀焦炭、碳晶須、導電聚合物纖維、導電材料涂覆的纖維、金屬納米線、金屬纖維、金屬線、石墨烯片、膨脹石墨片晶、其組合、或其與非長絲導電顆粒的組合。


11.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述電極保持從約10-5S/cm至約100S/cm的電導率。


12.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述電極保持從約10-3S/cm至約10S/cm的電導率。


13.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述電極保持從約10-2S/cm至約10S/cm的電導率。


14.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述導電長絲通過樹脂在所述導電長絲之間的交叉點處粘合在一起。


15.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述準固體陰極含有按體積計約0.1％至約20％的導電添加劑。


16.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述準固體陰極含有按體積計約1％至約10％的導電添加劑。


17.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述活性材料的量占所述電極材料的按體積計約40％至約90％。


18.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述活性材料的量占所述電極材料的按體積計約50％至約85％。


19.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述活性材料的量占所述電極材料的按體積計約50％至約75％。


20.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述第一電解質處于過飽和狀態(tài)。


21.如權利要求2所述的堿金屬電芯，其中，所述第一電解質或所述第二電解質處于過飽和狀態(tài)。


22.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述第一電解質含有水性液體、有機溶劑、離子液體、或有機溶劑和離子液體的混合物。


23.如權利要求2所述的堿金屬電芯，其中，所述第一電解質或所述第二電解質含有水性液體、有機溶劑、離子液體、或有機溶劑和離子液體的混合物。


24.如權利要求2所述的堿金屬電芯，其中，所述堿金屬電芯是鋰金屬電芯、鋰離子電芯、或鋰離子電容器電芯并且所述陽極活性材料選自由以下組成的組：
(a)鋰金屬或鋰金屬合金的顆粒；
(b)天然石墨顆粒、人造石墨顆粒、中間相碳微球(MCMB)、碳顆粒、針狀焦炭、碳納米管、碳納米纖維、碳纖維、和石墨纖維；
(c)硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鈦(Ti)、鐵(Fe)、和鎘(Cd)；
(d)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al或Cd與其他元素的合金或金屬間化合物，其中所述合金或化合物是化學計量的或非化學計量的；
(e)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Fe、Ni、Co、Ti、Mn或Cd的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物和碲化物、及其混合物或復合物；
(f)其預鋰化型式；
(g)預鋰化石墨烯片；以及
它們的組合。


25.如權利要求24所述的堿金屬電芯，其中，所述預鋰化石墨烯片選自原生石墨烯、氧化石墨烯、還原氧化石墨烯、石墨烯氟化物、石墨烯氯化物、石墨烯溴化物、石墨烯碘化物、氫化石墨烯、氮化石墨烯、硼摻雜石墨烯、氮摻雜石墨烯、化學官能化石墨烯、其物理或化學活化或蝕刻型式、或其組合的預鋰化型式。


26.如權利要求2所述的堿金屬電芯，其中，所述堿金屬電芯是鈉金屬電芯或鈉離子電芯并且所述陽極活性材料含有選自以下的堿插層化合物：石油焦炭、炭黑、無定形碳、活性炭、硬碳、軟碳、模板碳、空心碳納米線、空心碳球、鈦酸鹽、NaTi2(PO4)3、Na2Ti3O7、Na2C8H4O4、Na2TP、NaxTiO2(x＝0.2至1.0)、Na2C8H4O4、基于羧酸鹽的材料、C8H4Na2O4、C8H6O4、C8H5NaO4、C8Na2F4O4、C10H2Na4O8、C14H4O6、C14H4Na4O8、或其組合。


27.如權利要求2所述的堿金屬電芯，其中，所述堿金屬電芯是鈉金屬電芯、鈉離子電芯、或鈉離子電容器并且所述陽極活性材料選自由以下組成的組：
a)鈉金屬或鈉金屬合金的顆粒；
b)天然石墨顆粒、人造石墨顆粒、中間相碳微球(MCMB)、碳顆粒、針狀焦炭、碳納米管、碳納米纖維、碳纖維、和石墨纖維；
c)鈉摻雜的硅(Si)、鍺(Ge)、錫(Sn)、鉛(Pb)、銻(Sb)、鉍(Bi)、鋅(Zn)、鋁(Al)、鈦(Ti)、鈷(Co)、鎳(Ni)、錳(Mn)、鎘(Cd)、及其混合物；
d)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Co、Ni、Mn、Cd的含鈉合金或金屬間化合物、及其混合物；
e)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Fe、Ti、Co、Ni、Mn、Cd的含鈉氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物、碲化物、或銻化物、及其混合物或復合物；
f)鈉鹽；
g)預負載有鈉離子的石墨烯片；以及它們的組合。


28.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述堿金屬電芯是鋰金屬電芯或鋰離子電芯并且所述陰極活性材料含有選自由以下組成的組的鋰插層化合物：鋰鈷氧化物、摻雜的鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、摻雜的鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、摻雜的鋰錳氧化物、鋰釩氧化物、摻雜的鋰釩氧化物、鋰混合金屬氧化物、磷酸鐵鋰、磷酸釩鋰、磷酸錳鋰、鋰混合金屬磷酸鹽、金屬硫化物、及其組合。


29.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述堿金屬電芯是鋰金屬電芯或鋰離子電芯并且所述陰極活性材料含有選自以下的鋰插層化合物或鋰吸收化合物：無機材料、有機或聚合物材料、金屬氧化物/磷酸鹽/硫化物、或其組合。


30.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述金屬氧化物/磷酸鹽/硫化物選自鋰鈷氧化物、鋰鎳氧化物、鋰錳氧化物、鋰釩氧化物、鋰混合金屬氧化物、磷酸鐵鋰、磷酸錳鋰、磷酸釩鋰、鋰混合金屬磷酸鹽、過渡金屬硫化物、或其組合。


31.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述無機材料選自硫、硫化合物、多硫化鋰、過渡金屬二硫屬化物、過渡金屬三硫屬化物、或其組合。


32.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述無機材料選自TiS2、TaS2、MoS2、NbSe3、MnO2、CoO2、鐵氧化物、釩氧化物、或其組合。


33.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述金屬氧化物/磷酸鹽/硫化物含有選自由以下組成的組的釩氧化物：VO2、LixVO2、V2O5、LixV2O5、V3O8、LixV3O8、LixV3O7、V4O9、LixV4O9、V6O13、LixV6O13、其摻雜型式、其衍生物、及其組合，其中0.1<x<5。


34.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述金屬氧化物/磷酸鹽/硫化物選自層狀化合物LiMO2、尖晶石型化合物LiM2O4、橄欖石型化合物LiMPO4、硅酸鹽化合物Li2MSiO4、羥磷鋰鐵石化合物LiMPO4F、硼酸鹽化合物LiMBO3、或其組合，其中M為過渡金屬或多種過渡金屬的混合物。


35.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述無機材料選自：(a)硒化鉍或碲化鉍，(b)過渡金屬的二硫屬化物或三硫屬化物，(c)鈮、鋯、鉬、鉿、鉭、鎢、鈦、鈷、錳、鐵、鎳、或過渡金屬的硫化物、硒化物、或碲化物；(d)氮化硼，或(e)其組合。


36.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述有機材料或聚合物材料選自聚(蒽醌硫醚)(PAQS)、碳氧化鋰、3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)、聚(蒽醌硫醚)、芘-4,5,9,10-四酮(PYT)、聚合物鍵合型PYT、醌(三氮烯)、氧化還原活性有機材料、四氰基醌二甲烷(TCNQ)、四氰基乙烯(TCNE)、2,3,6,7,10,11-六甲氧基三亞苯(HMTP)、聚(5-氨基-1,4-二羥基蒽醌)(PADAQ)、磷腈二硫化物聚合物([(NPS2)3]n)、鋰化的1,4,5,8-萘四醇甲醛聚合物、六氮雜聯(lián)三萘(HATN)、六氮雜三亞苯六腈(HAT(CN)6)、5-亞芐基乙內酰脲、靛紅鋰鹽、均苯四酸二酰亞胺鋰鹽、四羥基-對-苯醌衍生物(THQLi4)、N,N'-二苯基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PHP)、N,N'-二烯丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(AP)、N,N'-二丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PRP)、硫醚聚合物、醌化合物、1,4-苯醌、5,7,12,14-并五苯四酮(PT)、5-氨基-2,3-二氫-1,4-二羥基蒽醌(ADDAQ)、5-氨基-1,4-二羥基蒽醌(ADAQ)、醌型杯芳烴、Li4C6O6、Li2C6O6、Li6C6O6、或其組合。


37.如權利要求36所述的堿金屬電芯，其中，所述硫醚聚合物選自聚[甲烷三硝基苯甲硝胺-四(硫代亞甲基)](PMTTM)、聚(2,4-二硫代戊烯)(PDTP)、含有聚(乙烯-1,1,2,2-四硫醇)(PETT)作為主鏈硫醚聚合物的聚合物、具有由共軛芳香族部分組成的主鏈并且具有硫醚側鏈作為側鏈的側鏈硫醚聚合物、聚(2-苯基-1,3-二硫戊環(huán))(PPDT)、聚(1,4-二(1,3-二硫戊環(huán)-2-基)苯)(PDDTB)、聚(四氫苯并二噻吩)(PTHBDT)、聚[1,2,4,5-四(丙硫基)苯](PTKPTB)、或聚[3,4(亞乙基二硫代)噻吩](PEDTT)。


38.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述有機材料含有選自以下的酞菁化合物：酞菁銅、酞菁鋅、酞菁錫、酞菁鐵、酞菁鉛、酞菁鎳、酞菁氧釩、酞菁氟鉻、酞菁鎂、酞菁錳、酞菁二鋰、酞菁氯化鋁、酞菁鎘、酞菁氯鎵、酞菁鈷、酞菁銀、無金屬酞菁、其化學衍生物、或其組合。


39.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述鋰插層化合物或鋰吸收化合物選自金屬碳化物、金屬氮化物、金屬硼化物、金屬二硫屬化物、或其組合。


40.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述鋰插層化合物或鋰吸收化合物選自呈納米線、納米盤、納米帶、或納米片晶形式的鈮、鋯、鉬、鉿、鉭、鎢、鈦、釩、鉻、鈷、錳、鐵或鎳的氧化物、二硫屬化物、三硫屬化物、硫化物、硒化物、或碲化物。


41.如權利要求29所述的堿金屬電芯，其中，所述鋰插層化合物或鋰吸收化合物選自無機材料的納米盤、納米片晶、納米涂層、或納米片，所述無機材料選自：(a)硒化鉍或碲化鉍，(b)過渡金屬的二硫屬化物或三硫屬化物，(c)鈮、鋯、鉬、鉿、鉭、鎢、鈦、鈷、錳、鐵、鎳、或過渡金屬的硫化物、硒化物、或碲化物；(d)氮化硼，或(e)其組合；其中所述盤、片晶或片具有小于100nm的厚度。


42.如權利要求1所述的堿金屬電芯，其中，所述堿金屬電芯是鈉金屬電芯或鈉離子電芯并且所述活性材料是含有選自以下的鈉插層化合物或鈉吸收化合物的陰極活性材料：無機材料、有機或聚合物材料、金屬氧化物/磷酸鹽/硫化物、或其組合。


43.如權利要求42所述的堿金屬電芯，其中，所述金屬氧化物/磷酸鹽/硫化物選自鈉鈷氧化物、鈉鎳氧化物、鈉錳氧化物、鈉釩氧化物、鈉混合金屬氧化物、鈉/鉀過渡金屬氧化物、磷酸鐵鈉、磷酸鐵鈉/鉀、磷酸錳鈉、磷酸錳鈉/鉀、磷酸釩鈉、磷酸釩鈉/鉀、鈉混合金屬磷酸鹽、過渡金屬硫化物、或其組合。


44.如權利要求42所述的堿金屬電芯，其中，所述無機材料選自硫、硫化合物、多硫化鋰、過渡金屬二硫屬化物、過渡金屬三硫屬化物、或其組合。


45.如權利要求42所述的堿金屬電芯，其中，所述無機材料選自TiS2、TaS2、MoS2、NbSe3、MnO2、CoO2、鐵氧化物、釩氧化物、或其組合。


46.如權利要求42所述的堿金屬電芯，其中，所述堿金屬電芯是鈉金屬電芯或鈉離子電芯并且所述活性材料是含有選自以下的鈉插層化合物的陰極活性材料：NaFePO4、Na(1-x)KxPO4、Na0.7FePO4、Na1.5VOPO4F0.5、Na3V2(PO4)3、Na3V2(PO4)2F3、Na2FePO4F、NaFeF3、NaVPO4F、Na3V2(PO4)2F3、Na1.5VOPO4F0.5、Na3V2(PO4)3、NaV6O15、NaxVO2、Na0.33V2O5、NaxCoO2、Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2、Nax(Fe1/2Mn1/2)O2、NaxMnO2、λ-MnO...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：阿茹娜·扎姆，張博增，
申請(專利權)人：納米技術儀器公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US