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具有受控枝晶生長(zhǎng)的可再充電堿金屬和堿土電極的制作方法

文檔序號(hào):12474487閱讀:來(lái)源:國(guó)知局

技術(shù)特征:

1.一種電極隔板,包括:

電絕緣隔離構(gòu)件,其具有陽(yáng)極面向側(cè)和陰極面向側(cè);以及

官能化納米碳顆粒層,其粘附至所述電絕緣隔離構(gòu)件的陽(yáng)極面向側(cè);并且

其中,所述官能化納米碳顆粒由于用于晶種枝晶生長(zhǎng)的離子相關(guān)的金屬陽(yáng)離子而得以官能化。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述官能化納米碳顆粒選自包括碳黑、石墨烯、石墨、納米石墨、無(wú)定形碳及其組合的組。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述金屬陽(yáng)離子與選自包括磺酸鹽、羧酸鹽、叔胺、重氮鹽及其組合的組的官能團(tuán)離子地相關(guān)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔板,其中,所述電絕緣隔離構(gòu)件可滲透至含有金屬鹽的有機(jī)電解質(zhì)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的隔板,其中,所述金屬選自包括鋰、鈉、鉀、鈣、鎂及其組合的組。

6.一種鋰金屬電池組電池,包括:

電解質(zhì)介質(zhì);

陰極,其位于所述電解質(zhì)介質(zhì)中;

含鋰的陽(yáng)極,其位于所述電解質(zhì)介質(zhì)中并且與所述陰極隔開;

隔板,其具有設(shè)置在所述含鋰的陽(yáng)極與陰極之間的陽(yáng)極面向側(cè)和陰極面向側(cè);以及

多個(gè)鋰官能化的納米碳顆粒,其操作地連接至所述隔板的陽(yáng)極面向側(cè);

其中,所述隔板是電絕緣的且電解可滲透的。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組電池,其中,多個(gè)枝晶從所述含鋰的陽(yáng)極朝向所述隔板延伸,并且多個(gè)枝晶從所述隔板的陽(yáng)極面向側(cè)朝向所述含鋰的陽(yáng)極延伸。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組電池,其中,所述多個(gè)枝晶在所述電解質(zhì)介質(zhì)中結(jié)合并且具有大約為零的電位差。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組電池,其中,所述多個(gè)枝晶限定再生鋰金屬層。

10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組電池,其中,所述電池組電池是紐扣電池。

11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組電池,其中,所述電池組電池是可再充電的。

12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組電池,其中,所述電池組電池是對(duì)稱的。

13.一種用于延長(zhǎng)電池壽命的裝置,包括:

電極,其具有金屬部分,其中,所述金屬部分選自包括鋰、鈣、鎂、鈉、鉀及其組合的組;

電解質(zhì)可滲透膜;以及

金屬枝晶晶種材料,其設(shè)置在所述電極與膜之間;

其中,所述電極、膜和金屬枝晶晶種材料位于電解質(zhì)基質(zhì)中,并且;

其中,至少一個(gè)枝晶從所述電極朝向所述電解質(zhì)可滲透膜延伸,結(jié)合從所述枝晶晶種材料延伸的至少一個(gè)枝晶。

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置,其中,所述金屬枝晶晶種材料是多個(gè)金屬官能化碳納米顆粒,并且其中,所述金屬選自包括鋰、鈣、鎂、鈉、鉀及其組合的組。

15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置,其中,從所述電極延伸的枝晶和從所述枝晶晶種材料延伸的枝晶結(jié)合以形成再生金屬部分。

16.一種延伸電池壽命的方法,包括:

a)將枝晶晶種材料定位于設(shè)置在含有金屬的電極與電解質(zhì)可滲透隔板膜之間的電解質(zhì)溶液中;

b)從鋰枝晶晶種材料朝向含鋰的電極生長(zhǎng)金屬枝晶;以及

c)使從所述含有金屬的電極延伸的金屬枝晶與從金屬枝晶晶種材料延伸的金屬枝晶接觸;

其中,所述電解質(zhì)包含金屬離子。

17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,其中,在從所述含鋰的電極延伸的鋰枝晶與從所述鋰枝晶晶種材料延伸的鋰枝晶之間的接觸基本上停止接觸的鋰枝晶沿著長(zhǎng)軸生長(zhǎng)。

18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法,還包括:

d)將從所述含鋰的電極延伸的鋰枝晶與從所述鋰枝晶晶種材料延伸的鋰枝晶纏結(jié);以及

e)形成來(lái)自所纏結(jié)的鋰枝晶的鋰層。

19.一種制作枝晶晶種隔板材料的方法,包括:

a)識(shí)別碳隔板表面;

b)官能化所述碳隔板表面具有化學(xué)結(jié)合的含有陰離子的結(jié)構(gòu);

c)引入中性金屬鹽至官能化的碳隔板表面;

d)使中性鹽發(fā)生反應(yīng),以產(chǎn)生金屬陽(yáng)離子和陰離子;以及

e)將所述金屬陽(yáng)離子吸至化學(xué)結(jié)合的陰離子。

20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法,其中,所述金屬選自包括鋰、鈣、鎂、鈉、鉀及其組合的組。

21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法,其中,所述金屬陽(yáng)離子弱結(jié)合至化學(xué)結(jié)合的陰離子。

22.一種用于控制電池組電池中金屬枝晶生長(zhǎng)的方法,包括:

a)確定用于電解質(zhì)膜的所需孔隙率值;

b)向所述電解質(zhì)膜提供孔隙度值;

c)將枝晶晶種材料移植到所述電解質(zhì)膜上;

d)引入來(lái)自金屬電極的金屬陽(yáng)離子梯度通過(guò)所述電解質(zhì)膜;

e)將所述金屬陽(yáng)離子的一部分固定在所述電解質(zhì)膜的電極面向表面上;以及

f)促進(jìn)在電極的膜面向側(cè)上和在膜的電極面向側(cè)上的定向枝晶生長(zhǎng)。

23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法,還包括,防止在所述電解質(zhì)膜的平面內(nèi)方向上的枝晶生長(zhǎng),直到電極枝晶結(jié)合膜枝晶。

24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法,其中,所述電解質(zhì)膜是選擇性可滲透的。

25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法,其中,所述電解質(zhì)膜包括官能化納米碳顆粒層。

26.一種制作電解質(zhì)聚合物膜的方法,包括:

將微粒碳源與多個(gè)溶劑混合,以形成懸浮液;

確定結(jié)合元素,以影響懸浮的碳顆粒粘附至可滲透膜;

應(yīng)用所述結(jié)合元素至可滲透膜,以限定粘合性膜;

應(yīng)用所述懸浮液至所述粘合性膜;以及

形成在所述懸浮液之間的界面。

27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法,其中,所述懸浮液是多個(gè)官能化納米碳顆粒。

28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法,其中,碳物質(zhì)選自包括碳黑、石墨烯、石墨、納米石墨及其組合的組。

29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法,其中,所述結(jié)合元素和電解質(zhì)聚合物膜具有基本相似的化學(xué)組成。

30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法,其中,所述懸浮液的應(yīng)用通過(guò)選自包括熱壓、噴涂、機(jī)刮涂、刷涂及其組合的組來(lái)實(shí)現(xiàn)。

31.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法,其中,所述懸浮液是均勻分散的。

32.根據(jù)權(quán)利要求26所述的方法,還包括通過(guò)所述結(jié)合元素保持懸浮液的粘合性。

33.一種用于控制電化學(xué)電池中金屬枝晶生長(zhǎng)的方法,包括:

a)采用非反應(yīng)性金屬涂層涂覆可電解滲透且電絕緣的膜;

b)官能化所述非反應(yīng)性金屬涂層,以產(chǎn)生官能化的非反應(yīng)性金屬涂層;

c)將電解質(zhì)溶液定位在電極與官能化的非反應(yīng)性金屬涂層之間;

d)引入來(lái)自金屬電極的金屬陽(yáng)離子梯度通過(guò)所述可電解滲透且電絕緣的膜;

e)將所述金屬陽(yáng)離子的一部分固定在所述官能化的非反應(yīng)性金屬涂層上;以及

f)促進(jìn)來(lái)自所述電極與來(lái)自所述膜的定向枝晶生長(zhǎng)通過(guò)所述電解質(zhì)溶液。

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