用于电池的阳极、阴极和隔膜、以及其制造方法和用途

专利2026-02-20  6


用于电池(电化学能量储存装置)的阳极、阴极和隔膜,并且更具体地涉及(a)具有锂化碳膜(作为li金属阳极的枝晶抑制体和保护涂层)的li金属阳极、(b)硫化的碳阴极、(c)石墨烯纳米带(gnr)涂覆(或改性)的隔膜。这包括制造这些阳极、阴极和隔膜中每一个的方法以及单独使用这些部件中每一个或使用其组合的方法,例如,用于电池。政府权利本发明是在美国国防部空军科学研究办公室授予的批准号fa9550-14-1-0111和fa9550-12-1-0035下由美国政府资助完成。美国政府对本发明拥有一定的权利。


背景技术:

0、发明背景

1、锂离子电池是目前用于电子装置和电动车辆首选的能量储存装置技术。因为锂离子电池在1991年商业化,锂离子电池(lib)支持无线电子装置,彻底改变了全球通信。差不多三十年后,lib有望促进可再生能源与电网的整合,以及实现价格合理的电力运输[goodenough 2013;noorden 2014;dunn2011;j.zhang 2017]。然而,这些应用需要即使达到理论能量密度lib也不能满足的能量储存能力。因此,具有更高能量密度的新型电池化学品引起了科学界的关注。现在努力开发新型电池化学品,例如锂-空气(li-o2)和锂-硫(li-s),其具有更高能量密度,同时也解决了纯锂(通常称为锂金属阳极)的现有限制。锂-空气(li-o2)和锂-硫(li-s)系统已经显示出巨大的希望,因为能量密度几乎比lib高一个数量级[noorden 2014;bruce 2011;girishkumar 2010;manthiram 2015;armand 2008]。

2、在li-空气和li-硫电池中,正电极或阴极与作为负电极或阳极的li连接。[bruce2011]所有可能的阳极材料中,li金属(与锂离子=li+相对)具有最高的理论比容量(3,860mah g-1)和最低的电化学电位(-3.040v相对于标准氢电极)[xu 2014];远远超过目前在lib中使用的石墨阳极。虽然在1980年代后期对li金属作为阳极材料进行了广泛的研究,但与其使用相关的安全问题和电池的短寿命阻碍了其商业化。li金属最终被石墨和锂离子取代。[goodenough 2013;xu 2014;whittingham 2012]。不断增长的对能量存储的需求再度激发了克服li金属阳极的安全性和寿命问题的尝试。

3、li金属阳极的主要挑战是其在充电过程中常常形成晶须和针状结构,通常称为“枝晶”。这些枝晶可以隔离li,缩短电池的寿命;或者穿透隔膜,形成内部短路。枝晶的形成与li和电解质之间的反应性有关;li的低电化学电位使得电解质可能在其表面上的瞬时还原,产生钝化层或固体电解质界面(sei)。该sei层通常是不均匀的,并且可能由于充电-放电循环期间体积变化而容易破裂,这促进枝晶生长通过裂缝,以及产生死li(电隔离的li)[xu2014;cohen 2000;lin i 2017]。

4、因此,尽管有这些优点,但在重复充电/放电循环中与li枝晶生长相关的安全问题阻碍了在商业电池中使用li金属的实际应用。在与电解质接触时,li形成不均匀的固体电解质中间相,除了所发生的寄生反应之外,其还提供在任意电流密度下枝晶形成的成核位点。这些问题导致低库仑效率、阳极和界面层之间形成间隙、电解质的消耗以及可能产生火灾和爆炸的短路。

5、已经尝试的抑制li形成的不同方法可以分为三个不同的类别。第一类是基于电解质组合物的改性,以改进离子传输并因此改进sei的性质[qian2015;besenhard 1993;dingi 2013;osaka 1997;li 2015;jin 2015;ding ii 2013]。第二类涉及固体电解质的开发,所述固体电解质作为阻止枝晶蔓延而不损害离子传输的屏障[bates 1993;zhou 2016;wang 2017]。第三类聚焦在通过形成控制li沉积的保护层来保护li-电解质界面[zheng2014;lee2015;kim 2015;kozen 2015;li 2016]。为了保证li的均匀沉积,该保护层需要机械强度高、化学性质稳定、并且能够控制li离子的流动。可以使用不同的碳材料、金属氧化物和聚合物并证明其形成稳定的保护层,所述保护层防止形成li枝晶。然而,在大多数情况下,需要集电器和复杂的制造方法,并且在大多数情况下,仍然会导致阳极和保护层之间形成间隙,引起枝晶形成。

6、另一个有趣的方案是使用三维(3d)多孔框架作为li金属的主体结构。在该方法中,li金属以3d结构电沉积,其中li金属被容纳并分布在多孔框架的空体积中,降低了局部电流密度并使li枝晶形成最小化[zhang 2016;yang 2015;y.zhang i 2017;lin 2016;liu2016;lin ii 2017;y.zhang ii 2017;tour pct’052申请]。支架或3d框架的使用意味着通过包括框架组件的质量或体积来降低li金属阳极的重量容量或体积容量。用于li枝晶抑制的理想框架结构涉及高表面积、低密度材料,其具有用于li沉积的均匀导电表面,这将使li金属阳极的重量容量最大化。另外,为了可逆操作和高速率应用,需要用于li镀覆/剥离的非曲折路径。

7、此外,需要经改进的高容量阴极,例如以实现具有改进的能量密度和低成本效益的电池。需要开发用于锂离子电池(lib)的高容量阴极以实现具有改进的能量密度的电池。市售可购得的阴极如锂化金属氧化物(例如licoo2、limno2、lifepo4等)呈现出较低的重量容量。然而,该阴极显示在充电/放电过程期间的高工作电压(>3v,相对于li/li+),从而获得与其它电池技术相比具有相对高能量密度的电池。

8、更新型的阴极(例如基于元素硫的阴极)可导致明显更高的能量密度,因为与锂化金属氧化物阴极(<200mah g-1)相比,即使硫的工作电压较低(约2.1v,相对于li/li+),但储存li离子的比容量要高得多(1675mah g-1)。

9、考虑到与金属氧化物阴极相比,硫阴极的成本、低毒性和丰富度,硫阴极也特别有吸引力。然而,硫阴极遇到的挑战是控制和抑制“穿梭”效应,通过该效应,锂化的硫物质、即多硫化锂(即,在其末端与锂离子结合的硫的直链,lixsy,其中x=2,y=4-8)可溶于电池电解质中。

10、此外,li的多硫化物溶解于电解质有两个主要有害影响:一个是其消耗阴极中的硫含量,第二个是在li金属阳极表面上存在多硫化锂的累积反应。这两个因素导致li-s电池的容量快速下降,同时伴随着阴极锂化/脱锂阻力的增加。

11、缓解多硫化锂溶解的方法主要聚焦在四个主要策略上:(1)减缓/停止多硫化锂扩散的化学/物理阻隔屏障;(2)抑制多硫化锂溶解的经涂覆的硫颗粒;(3)固体电解质;和(4)硫化的碳物质。在这些选择中,硫化的碳物质涉及硫和碳物质之间的化学共价键,其中元素硫不再存在。

12、隔膜通常是多孔膜,其功能是使阳极和阴极保持电分离,同时仍允许离子电荷载体在其之间传输。还需要改进或改性的隔膜以改进循环稳定性并降低电池中的自放电效应。隔膜的表面改性能防止不期望的材料在电池阳极和阴极之间扩散。


技术实现思路

1、本发明包括新型阳极和用于改进li金属表面使其在锂金属电池中安全使用的新方法。该改性包括用多壁碳纳米管(mwcnt)(或石墨烯纳米带、单壁纳米管或超薄碳膜)自立式薄膜(“li-mwcnt”,或者“mwcnt-li”和“rli”)和电解质来涂覆li金属表面[“rli”,即“红色锂”,表示mwcnt由于锂化(掺杂)过程而获得暗红色]。薄膜通常厚度为20至80微米,并且如果需要,薄膜可以更薄或更厚。通过li金属和mwcnt膜之间表面反应所驱动,该薄膜涂层变成了在li表面顶部上的锂化碳纳米管层。随后,整个mwcnt薄膜被li金属掺杂。然后,li掺杂mwcnt成为了在放电时向阴极喷射li离子的表面。在考虑电极一侧的情况下,该li掺杂mwcnt层对下层li金属进行保护以避免寄生反应,防止在li表面上形成枝晶,以获得1和2macm-2的实际电流密度和高面积容量,例如2和4mah cm-2。该范围可能更广泛;这些数字仅仅是说明性的。与锂金属直接接触的锂化mwcnt层还消除了固体电解质中间相层和li金属阳极之间产生的潜在间隙或不均匀性,因为mwcnt层通过掺杂工艺被静电吸引到锂金属上,进一步降低了库仑效率损失和枝晶形成的可能性。

2、因此,除此之外,li-mwcnt保护li-s电池中的锂免受电解质和多硫化锂影响。li-mwcnt还可用于锂-空气(lio2)电池中以保护锂免受溶解氧的影响。

3、在一些实施方式中,本发明包括通过组合阳极与作为稳定的高容量阴极的硫化的碳的全电池以及新型方法。在一些实施方式中,本发明包括组合gcnt-li阳极与具有高硫含量(高达60重量%)的硫化的碳(sc)阴极的全电池(fb)。这提供了一个稳定的装置,其工作电压为2.15v,能量密度高(752wh kg-1总电极,总电极=gcnt-li+sc+粘合剂),面积容量高(2mah cm-2),循环性良好(在>500次循环时保留80%),并且该系统不含导致严重容量衰减的多硫化锂和枝晶。在一些实施方式中,本公开的全电池也包含高浓度电解质。在一些实施方式中,本公开的阴极还包括其它添加剂,例如,石墨烯纳米带(gnr)(sc/gnr)。

4、本发明还包括新型隔膜和用于制造具有石墨烯纳米带(gnr)薄涂层的隔膜的新型方法。该薄涂层也可以由mwcnt、单壁碳纳米管(swcnt)或不是带状的石墨烯、氧化石墨烯、或可以形成屏障以防止硫物质迁移通过薄膜的其它形式的碳制成。此处,带限定为长度与宽度纵横比为至少3:1。

5、本发明还包括:包含如上所述阳极、阴极和隔膜中一个或多个的电池,以及使用其的方法。

6、通常,在一个实施方式中,本发明的特征是锂金属阳极,其包含涂覆有锂化碳材料的锂金属。

7、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是阴极,其包括硫化的碳阴极。

8、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是gnr改性隔膜,其包含用gnr层涂覆的聚合物材料。gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜。

9、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是一种电池,其包括阳极、阴极以及位于阳极和阴极之间的隔膜。电池包括选自下组的组件:(a)锂金属阳极,其包括涂覆有锂化碳材料的锂金属;(b)阴极,其包括硫化的碳阴极;(c)gnr改性隔膜,其包括涂覆有gnr层的聚合物材料,其中gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜;以及(d)它们的组合。

10、本发明的实施方式可以包括以下一项或多项特征:

11、电池可以包括锂金属阳极,所述锂金属阳极包含涂覆有锂化碳材料的锂金属。

12、电池可以包括:(a)锂金属阳极,其包含涂覆有锂化碳材料的锂金属;以及(b)阴极,其包括硫化的碳阴极。

13、电池可以包括:(a)锂金属阳极,其包括涂覆有锂化碳材料的锂金属;(b)阴极,其包括硫化的碳阴极;(c)gnr改性隔膜,其包括涂覆有gnr层的聚合物材料,其中gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜。

14、电池可以包括阴极,其包括硫化的碳阴极。

15、电池可以包括:(a)阴极,其包括硫化的碳阴极;和(b)gnr改性隔膜,其包括涂覆有gnr层的聚合物材料,其中gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜。

16、电池可以包括:gnr改性隔膜,其包括涂覆有gnr层的聚合物材料,其中,gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜。

17、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是一种方法,其包括制造锂金属阳极。所述方法包括:选择具有表面的锂金属。所述方法还包括:用碳材料和电解质涂覆锂金属表面。所述方法还包括:进行涉及锂金属、碳材料和电解质的反应,以在锂金属上形成锂化层。

18、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是一种方法,其包括制造硫化的碳阴极。

19、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是一种方法,其包括选择可操作用作电池中隔膜的聚合物材料,并且通过添加gnr层来对聚合物材料进行改性以形成gnr改性隔膜。

20、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是一种形成电池的方法,其包括步骤:组合阳极、阴极以及位于阳极和阴极之间的隔膜。所述方法还包括选自下组的步骤:(a)制造如上所述的锂金属阳极;(b)制造如上所述的硫化的碳阴极;(c)制造如上所述的gnr改性隔膜;以及(d)它们的组合。

21、本发明的实施方式可以包括以下一项或多项特征:

22、在形成电池的方法中,阳极可以通过制造如上所述的锂金属阳极来制造。

23、在形成电池的方法中,(a)阳极可以通过制造如上所述的锂金属阳极来制造;并且(b)阴极可以通过制造如上所述的硫化的碳阴极来制造。

24、在形成电池的方法中,(a)阳极可以通过制造如上所述的锂金属阳极来制造;(b)阴极可以通过制造如上所述的硫化的碳阴极来制造;以及(c)gnr改性隔膜可以按如上所述进行制造。

25、在形成电池的方法中,阴极可以通过制造如上所述的硫化的碳阴极来制造。

26、在形成电池的方法中,(a)阴极可以通过制造如上所述的硫化的碳阴极来制造;并且(b)gnr改性隔膜可以按如上所述进行制造。

27、在形成电池的方法中,gnr改性隔膜可以按如上所述进行制造。

28、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是一种形成电池的方法,其包括步骤:组合阳极、阴极以及位于阳极和阴极之间的隔膜。电池包括选自下组的组件:(a)锂金属阳极,其包括涂覆有锂化碳材料的锂金属;(b)阴极,其包括硫化的碳阴极;(d)gnr改性隔膜,其包括涂覆有gnr层的聚合物材料,其中gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜;以及(d)它们的组合。

29、本发明的实施方式可以包括以下一项或多项特征:

30、形成电池的方法可以包括锂金属阳极,其包含涂覆有锂化碳材料的锂金属。

31、形成电池的方法可以包括(a)锂金属阳极,其包含涂覆有锂化碳材料的锂金属,以及(b)阴极,其包括硫化的碳阴极。

32、形成电池的方法可以包括:(a)锂金属阳极,其包括涂覆有锂化碳材料的锂金属;(b)阴极,其包括硫化的碳阴极;以及(c)gnr改性隔膜,其包括涂覆有gnr层的聚合物材料,其中gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜。

33、形成电池的方法可以包括阴极,其包括硫化的碳阴极。

34、形成电池的方法可以包括:(a)阴极,其包括硫化的碳阴极;和(b)gnr改性隔膜,其包括涂覆有gnr层的聚合物材料,其中gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜。

35、形成电池的方法可以包括:gnr改性隔膜,其包括涂覆有gnr层的聚合物材料,其中gnr改性隔膜可进行操作用作电池中的隔膜。

36、本发明的实施方式可以包括以下一项或多项特征:

37、锂金属可以是锂箔形式的。

38、碳材料可以包括多壁碳纳米管。

39、多壁碳纳米管可以是巴基纸形式的。

40、碳材料可以包括石墨烯纳米带。

41、纳米带可以是过滤纳米带纸形式的。

42、碳材料可以选自下组:多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、少壁碳纳米管(few-walledcarbon nanotube)、石墨烯纳米带、氧化石墨烯、氧化石墨烯纳米带、柔性石墨(graphoil)、石墨烯纳米片、石墨、活性炭、经热处理的沥青、无定形碳、炭黑、以及它们的混合物。

43、碳材料还可以用聚合物处理以制造更柔韧而不会破裂的碳材料。

44、聚合物可以包括聚二甲基硅氧烷。

45、所述聚合物可以选自下组:聚二甲基硅氧烷、聚氨酯、热塑性聚氨酯、聚丁二烯、聚(苯乙烯-丁二烯)、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)、聚丙烯腈、聚苯胺、聚氟化体系、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚环氧乙烷、聚丙烯酸酯、乙烯基聚合物、链增长聚合物、逐步增长聚合物、缩聚物、以及它们的混合物。

46、电解质可以选自下组:双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂(litfsi)、二甲氧基乙烷(dme)和1,3-二氧戊环(dol),以及它们的混合物。

47、电解质可以包括在1:1比率的二甲氧基乙烷(dme)和1,3-二氧戊环(dol)中的1moll-1的双(三氟甲烷磺酰基)酰亚胺锂(litfsi)的混合物。

48、电解质可以是离子液体或离子液体与有机溶剂的混合物。

49、电解质可以由溶剂中的盐形成。盐可以选自下组:六氟磷酸锂、高氯酸锂、双(氟磺酰基)酰亚胺锂、双(草酸)硼酸锂、四氟硼酸锂和它们的组合。溶剂可以选自下组:碳酸乙烯酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸乙烯基亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯、四乙二醇二甲醚和它们的组合。

50、在所述方法的初始阶段,可以将电解质置于碳材料和锂金属上或碳材料和锂金属之间。

51、电解质可以是高浓度的。

52、电解质可以是在二甲氧基乙烷(dme)中的0.5mol/l至10mol/l的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(lifsi)。

53、电解质可以是在二甲氧基乙烷(dme)中的2mol/l至8mol/l的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(lifsi)。

54、电解质可以是在二甲氧基乙烷(dme)中的3mol/l至5mol/l的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(lifsi)。

55、电解质可以是在二甲氧基乙烷(dme)中的4mol/l的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(lifsi)。

56、可以将电解质与阳极组合加入电池中。

57、电解质可以是在二甲氧基乙烷(dme)中的0.5mol/l至10mol/l的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(lifsi)。

58、锂金属可以掺杂碳材料。

59、碳材料可以使得颜色变成红色或银色。

60、碳材料可以进行操作以抑制锂金属阳极的锂枝晶形成。

61、经掺杂的碳材料可以成为注入电解质并随后注入阴极的锂离子源。

62、锂金属可以是金属锂箔。经掺杂的碳材料可以用作sei层和金属锂箔之间的缓冲物。

63、缓冲物可以消除sei层和金属锂箔之间形成任意间隙。

64、锂金属、碳材料和电解质可以是电池的一部分。

65、锂金属、碳材料和电解质可以是电池阳极的一部分。

66、电池可以包括硫阴极。

67、硫化的碳阴极可以包括:硫、碳和经热处理的聚丙烯腈。

68、硫化的碳阴极可以包含含量为约47%至约60重量%的硫。

69、硫化的碳阴极中的硫含量可以为约47%至约57重量%。

70、硫化的碳阴极中的硫含量可以为约55%至约60重量%。

71、阴极可以不含元素硫。

72、阴极可以包含碳添加剂,所述碳添加剂是导电填料。

73、碳添加剂可以选自下组:炭黑、石墨烯、碳纳米管、石墨烯纳米带、以及它们的组合。

74、制造硫化的碳阴极的方法可以包括:用碳源对元素硫进行热处理。

75、碳源可以包括pan。

76、热处理步骤可以在添加剂的存在下进行。

77、添加剂可以选自下组:炭黑、石墨烯、碳纳米管、石墨烯纳米带、以及它们的组合。

78、热处理步骤可以在至少约100℃的温度下进行。

79、热处理步骤可以在至少约450℃的温度下进行。

80、热处理步骤可以进行至少约3小时。

81、制造硫化的碳阴极的方法可以包括:形成包含元素硫、碳源和添加剂的粉末。制造硫化的碳阴极的方法可以包括:在至少约450℃的温度下对粉末进行至少3小时的热处理。

82、碳源可以包括pan。添加剂可以包括石墨烯纳米带。

83、硫化的碳阴极可以是一部分生长自石墨烯层的纳米管的无缝混合物。

84、聚合物材料可以包括聚丙烯(pp)和聚乙烯(pe)中的至少一种。

85、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是一种形成阳极的方法,其包括:选择具有表面的锂金属。所述方法还包括:用碳材料和电解质涂覆锂金属表面。所述方法还包括:通过用来自锂金属的锂使碳材料锂化来形成锂化碳材料。

86、本发明的实施方式可以包括以下一项或多项特征:

87、所述方法还可以包括步骤:继续使碳材料锂化,直至锂金属中不存在剩余的锂。经锂化的碳材料可以是阳极。

88、通常,在另一实施方式中,本发明的特征是一种锂金属阳极。锂金属涂覆有薄膜材料和电解质。

89、前述内容相当宽泛地描述了本
技术实现要素:
的特征和技术优点,使得能够更好地理解以下的详细说明。以下描述的本发明的其它特征和优点构成本发明要求保护的主题。本领域的技术人员应理解,所公开的概念和具体实施方式可以容易地被用作修改或设计用于实现本发明的同样目的的其它结构的基础。本领域的技术人员还应认识到这种等价结构没有偏离所附权利要求书中提出的本发明的精神和范围。

90、还应理解,本发明的应用不限于以下描述中阐述的或附图中示出的构造细节和部件的设置。本发明可以具有其它实施方式并且以各种方式予以实施和执行。另外,应理解的是本文中使用的词语和术语是为了描述的目的而不应被认为是进行限制。


技术特征:

1.一种电化学能量储存装置,其包括:

2.如权利要求1所述的电化学能量储存装置,其还包括设置在所述电解质和所述缓冲层之间的固体电解质中间相。

3.如权利要求1所述的电化学能量储存装置,其中所述第一电极包括金属箔。

4.如权利要求1所述的电化学能量储存装置,其中所述金属包括以下的至少一种:锂、钠、钾、镁、硫和硒。

5.如权利要求1所述的电化学能量储存装置,其中所述金属包括锂,所述第二电极包含硫。

6.如权利要求1所述的电化学能量储存装置,其中所述碳纳米材料包括碳纳米管。

7.如权利要求6所述的电化学能量储存装置,其中所述碳纳米管涂覆有第一电极的金属。

8.一种阳极,其包括:

9.如权利要求8所述的阳极,其中所述锂化碳材料包括碳纳米材料。

10.如权利要求8所述的阳极,其中所述锂化碳材料选自下组:多壁碳纳米管、单壁碳纳米管、少壁碳纳米管、石墨烯纳米带、氧化石墨烯、氧化石墨烯纳米带、柔性石墨、石墨烯纳米片、石墨、活性炭、经热处理的沥青、无定形碳、炭黑、以及它们的混合物。

11.如权利要求8所述的阳极,其中所述锂化碳材料主要由锂和碳组成。

12.如权利要求8所述的阳极,其还包含电解质。

13.如权利要求12所述的阳极,其中,所述电解质是在二甲氧基乙烷(dme)中的2mol/l至8mol/l的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(lifsi)。

14.如权利要求12所述的阳极,其中,所述电解质是在二甲氧基乙烷(dme)中的3mol/l至5mol/l的双(氟磺酰基)酰亚胺锂(lifsi)。

15.如权利要求8所述的阳极,其中,所述锂化碳材料连接至锂。

16.如权利要求8所述的阳极,其中,所述锂化碳材料包括碳纳米管垫。

17.如权利要求8所述的阳极,其中,所述锂化碳材料的颜色是红色或银色。

18.一种电池,其包括:

19.如权利要求18所述的电池,其还包括位于锂化碳材料内的电解质。

20.如权利要求19所述的电池,其还包括位于锂化碳材料和阴极之间的隔膜。

21.如权利要求20所述的电池,其中,所述锂化碳材料中的电解质延伸穿过所述隔膜。

22.如权利要求20所述的电池,其还包括位于所述隔膜上的碳纳米材料层。

23.如权利要求20所述的电池,其中,所述碳纳米材料层包含纳米带。

24.如权利要求18所述的电池,其还包括位于锂化碳材料上的多孔聚合物涂层。


技术总结
用于电池(电化学能量储存装置)的阳极、阴极和隔膜。阳极是具有锂化碳膜(Li‑MWCNT)(作为Li金属阳极的枝晶抑制体和保护涂层)的Li金属阳极。阴极是硫化的碳阴极。隔膜是GNR涂覆(或改性)的隔膜。本发明分别包括这些中的每一个(以及彼此的组合以及与其它阳极、阴极和隔膜的组合)和分别制造这些中的每一个(及组合)的方法。本发明还包括一种在阳极/阴极/隔膜设置中使用如下至少一个的电池:(a)具有锂化碳膜的阳极、(b)硫化的碳阴极和(c)GNR改性隔膜。例如,全电池可以包括硫化的碳阴极与Li‑MWCNT阳极的组合,或者全电池可以包括硫化的碳阴极与其它阳极(例如,GCNT‑Li阳极)的组合。

技术研发人员:J·M·托尔,R·V·萨尔瓦提拉,G·A·L·西尔瓦
受保护的技术使用者:威廉马歇莱思大学
技术研发日:
技术公布日:2024/11/11
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