用于電池的材料，電池和制備用于電池的材料的方法技術

一種用于電池的材料，包括活性材料和涂層材料，所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中進行化學反應；所述涂層材料涂覆于所述活性材料上；其中，所述涂層材料用以防止所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中分裂。

Materials for batteries, batteries, and methods of making materials for batteries

For a battery materials, including active material and coating material, the active material of chemical reactions in the battery charging and / or discharge process; coating the coating material on the active material; among them, in order to prevent the division of the active material in the battery charging and / or discharge process the coating material.

【技術實現步驟摘要】
用于電池的材料，電池和制備用于電池的材料的方法
本專利技術涉及一種用于電池的材料，雖然不特定地，涉及應用于電池中具有彈性的聚合物涂層在其上的負極材料。
技術介紹
電池可以用于例如手表、手機、電動工具以及甚至車輛的各種便攜式或無線裝置或設備，用于提供能量以推動這些裝置或設備。根據用于建造電池的類型和材料的量，這些材料可以具有不同的容量以供不同的應用。通常，電池可以由負極電極和正極電極組成。當電極材料發生化學反應時，可以產生用于驅動外部的裝置中的電氣/電子組件的電流。在可充電電池中，電極材料能夠通過可逆化學反應的形式重復地儲藏和釋放存儲的能量，而且，電極可以被設計為在可充電電池的生命周期中可重復地充電和放電。當電極材料不再能夠被充電和/或放電時，電池的壽命結束。
技術實現思路
根據本專利技術的第一方面，提供了一種用于電池的材料，包括：活性材料，該活性材料在電池的充電和/或放電過程中進行化學反應；和涂層材料，該涂層材料涂覆于所述活性材料上；其中，所述涂層材料用以防止所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中分裂。在所述第一方面的實施方式中，所述涂層材料用以防止所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中由于體積變化而分裂。在所述第一方面的實施方式中，所述體積變化包括所述活性材料的體積膨脹和/或收縮。在所述第一方面的實施方式中，所述膨脹是由堿金屬嵌入至所述活性材料中導致的，以及所述收縮是由所述堿金屬從所述活性材料中取出而導致的。在所述第一方面的實施方式中，所述堿金屬包括鋰和/或鈉。在所述第一方面的實施方式中，所述涂層材料涂覆于多個所述活性材料的表面。在所述第一方面的實施方式中，所述活性材料包括粒子群(cluster)。在所述第一方面的實施方式中，所述涂層材料進一步在電池的充電和/或放電過程中，保持多個活性材料之間的連接。在所述第一方面的實施方式中，所述涂層材料為有彈性的。在所述第一方面的實施方式中，所述涂層材料由聚合物組成。在所述第一方面的實施方式中，所述聚合物包括聚酰亞胺、聚酰胺和聚酰亞胺-酰胺中的至少一種。在所述第一方面的實施方式中，所述活性材料包括元素、金屬氧化物和金屬硫化物中的至少一種。在所述第一方面的實施方式中，所述元素包括Sn、Si、Ge、Al、Pb、P、Sb、Ga、Bi、In和Zn中的至少一種。在所述第一方面的實施方式中，所述金屬氧化物包括SnO、SnO2、Sb2O3、MnO、Co3O4、Fe2O3、NiO和ZnO中的至少一種。在所述第一方面的實施方式中，所述金屬硫化物包括SnS、SnS2、Sb2S3、CoS、FeS和NiS中的至少一種。在所述第一方面的實施方式中，所述活性材料和所述涂層材料的組合由2-60重量％的涂層材料組成。在所述第一方面的實施方式中，所述活性材料為電池中的負極材料。根據本專利技術的第二方面，提供了一種含有根據所述第一方面的材料的電池。在所述第二方面的實施方式中，所述電池為鋰離子電池、鈉離子電池、鎂離子電池或鋰硫電池。根據本專利技術的第三方面，提供了一種用于電池的材料的制備方法，該方法包括用涂層材料涂覆活性材料的步驟，其中，所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中進行化學反應，以及其中所述涂層材料用以防止所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中分裂。在所述第三方面的實施方式中，所述涂層材料由有彈性的聚合物組成。在所述第三方面的實施方式中，所述用于電池的材料的制備方法進一步包括固化多個單體以形成所述涂層材料的步驟。在所述第三方面的實施方式中，所述用于電池的材料的制備方法進一步包括將所述多個單體與所述活性材料混合的步驟。在所述第三方面的實施方式中，所述多個單體包括酰亞胺單體和/或酰胺單體。在所述第三方面的實施方式中，所述用于電池的材料的制備方法進一步包括在含有氮氣和氬氣中的至少一種的惰性環境中將所述多個單體和所述活性材料的混合物進行熱處理的步驟。在所述第三方面的實施方式中，所述混合物在150-550℃的溫度中進行熱處理。在所述第三方面的實施方式中，所述用于電池的材料的制備方法進一步包括將熱處理的混合物轉化成可涂敷的漿液并且將所述漿液涂至導電集流體表面以形成用于電池的負極的步驟。附圖說明以下將參照附圖以實施例的方式描述本專利技術的實施方式，在附圖中：圖1是根據本專利技術的一種實施方式的用于電池的材料的示意圖；圖2是圖1的材料膨脹和收縮的示意圖；圖3是常規用于電池的材料膨脹和收縮的示意圖；圖4是示出用于鋰電池的不同材料的理論體積變化的圖；圖5是示出SnO2材料與單體/聚合物混合的熱重(thermogravimetric)分析的圖；圖6A是示出經混合不同比例的所述活性材料和涂層材料所構成具有如圖1結構的負極材料在電池中的容量的圖，其中所述負極材料在300℃進行熱處理；圖6B是示出經混合不同比例的所述活性材料和涂層材料所構成具有如圖1結構的負極材料在電池中的容量的圖，其中所述負極材料在450℃進行熱處理；以及圖7是示出在不同溫度下進行熱處理的具有如圖1結構的負極材料的電池的容量的圖。具體實施方式專利技術人通過自己的研究、試驗和實驗發現合金(alloy-based)和基于轉化反應的(conversion-based)材料具有容納大量堿金屬(例如鋰或鈉)的能力，使它們成為電池應用中負極材料的良好選擇。參照圖3和圖4，這些材料的缺點之一是由于鋰或鈉的嵌入和遷出對體積造成大的變化，和隨后從膨脹的材料中將嵌入的金屬脫嵌而引起的體積收縮。這將會導致材料分裂、材料剝離、電極脫層、元素損失等，結果降低了材料的容量以及導致循環性能差。也可以采用納米結構將空間摻入到顆粒之間以容納所述活性材料在充電和放電過程中膨脹的體積。然而，納米材料難以大量生產且制造成本昂貴。另外，使用納米材料的電極的密度低，因此所述電極材料的體積-能量密度(volumetricenergydensity)也低。參照圖1，示出了用于電池的材料100的實施方式，其包括：活性材料102A，該活性材料102A被配置為在電池的充電和/或放電過程中進行化學反應；和涂層材料104，該涂層材料104涂覆于多個所述活性材料102A表面上；其中，所述涂層材料104被配置為防止所述活性材料102/102A在電池的充電和/或放電過程中分裂。在該實施方式中，所述活性材料102A可容納金屬/金屬離子到預定能量的(化學)能源存儲材料。例如，所述活性材料102A可以為具有多個反應活性位點(site)用于在所述活性材料102A和所述金屬離子之間在合適的化學反應下接收預定容量的堿金屬(離子)例如Li/Li+和/或Na/Na+金屬/離子的合金材料和/或基于轉化反應的材料。不受限于以下實施例，所述活性材料102A可以包括一個或多個元素，例如C、Sn、Si、Ge、Al、Pb、P、Sb、Ga、Bi、In和Zn。這些材料和所述堿金屬可以進行反應以存儲或釋放能量(優選地指在電池應用中的電能)。例如，硅可以與鋰離子根據以下化學方程式反應：在(利用外部供應的電流/電子)“充電”過程中，鋰離子被附著在所述活性材料102A的硅的空位上形成Si/Li合金，因此，鋰被“嵌入”至所述活性材料102A中。相反，在“放電”過程中，當所述材料供應電子/電流至連接的設備時，鋰離子從所述Si/Li合金脫嵌。所述鋰離子可以由與所述活本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于電池的材料，包括：?活性材料，該活性材料被配置為在電池的充電和/或放電過程中進行化學反應；和?涂層材料，該涂層材料涂覆于所述活性材料上；其中，所述涂層材料被配置為防止所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中分裂。

【技術特征摘要】
2015.10.07 US 14/877,0891.一種用于電池的材料，包括：-活性材料，該活性材料被配置為在電池的充電和/或放電過程中進行化學反應；和-涂層材料，該涂層材料涂覆于所述活性材料上；其中，所述涂層材料被配置為防止所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中分裂。2.根據權利要求1所述的材料，其中，所述涂層材料被配置為防止所述活性材料在電池的充電和/或放電過程中由于體積變化而分裂。3.根據權利要求2所述的材料，其中，所述體積變化包括所述活性材料的體積膨脹和/或收縮。4.根據權利要求3所述的材料，其中，所述膨脹是由堿金屬嵌入至所述活性材料中導致的，以及所述收縮是由所述堿金屬從所述活性材料中脫嵌而導致的。5.根據權利要求4所述的材料，其中，所述堿金屬選自鋰和鈉。6.根據權利要求1所述的材料，其中，所述涂層材料涂覆于多個所述活性材料的表面。7.根據權利要求6所述的材料，其中，所述活性材料包括粒子群。8.根據權利要求6所述的材料，其中，所述涂層材料進一步被配置為在電池的充電和/或放電過程中，保持多個所述活性材料之間的連接。9.根據權利要求1所述的材料，其中，所述涂層材料為有彈性的。10.根據權利要求1所述的材料，其中，所述涂層材料由聚合物組成。11.根據權利要求10所述的材料，其中，所述聚合物包括聚酰亞胺、聚酰胺和聚酰亞胺-酰胺中的至少一種。12.根據權利要求1所述的材料，其中，所述活性材料包括元素、金屬氧化物和金屬硫化物中的至少一種。13.根據權利要求12所述的材料，其中，所述元素包括Sn、Si、Ge、Al、Pb、P、Sb、Ga、Bi、In和Zn中的至少一種。14.根據權利要求12所述的材料，其中，所述金屬氧化物包括SnO、SnO...

【專利技術屬性】
技術研發人員：虞有為，李英順，
申請(專利權)人：香港城市大學，
類型：發明
國別省市：中國香港,81