【技术实现步骤摘要】
本公开涉及一种包括多孔电极涂层的阳极电极及其制备方法，其中，所述多孔电极涂层能够使膨胀硅颗粒膨胀到孔中。
技术介绍
1、电化学能量存储装置，诸如锂离子电池，可以用于为诸如玩具、消费电子产品和机动车辆的各种物品供电。通常，电池包括两个电极，以及电解质组件和/或隔膜。两个电极中的一个通常用作正极电极或阴极，而另一个电极用作负极电极或阳极。电化学电池单元可大致分为一次电池和二次电池。一次电池，也称为一次性电池，旨在被使用直到耗尽，之后它们简单地用新电池替换。二次电池，更通常地被称为可再充电电池，采用特定的化学成分，其允许这样的电池被重复地再充电和再使用。
2、可再充电电池可以呈固体形式、液体形式或固体-液体混合形式。隔膜和/或电解质可设置在负极电极和正极电极之间。在可再充电锂离子电池中，电解质通常用于在电极之间传导锂离子。通常，锂离子电池通过在负极电极和正极电极之间可逆地来回传递锂离子来工作。例如，锂离子可在电池的充电期间从正极电极移动到负极电极，而在电池放电时沿相反方向移动。电池电极反复插入其相应结构中和从其中提取锂离子的能力决定了电池单元的实际长期充电容量。
3、能量密度描述了电池包含多少与电池的重量成比例的能量。较高的能量密度反映了电池输送能量的较高容量。
技术实现思路
1、提供了一种用于锂离子电池单元的阳极电极，所述阳极电极包括硅和多孔碳质阳极电极涂层。所述阳极电极包括：包括集电器的电极基底；以及多孔碳质阳极电极涂层。电极涂层包括：包括石墨的表面材料，其中
2、在一些实施例中，所述多个球形凹陷中的每一者包括所述多个硅颗粒的一部分。当所述多个硅颗粒处于未锂化状态时，所述多个球形凹陷中的每一者包括是处于未锂化状态的硅颗粒的体积的至少三倍的内部体积。
3、在一些实施例中，所述多个硅颗粒中的每一者永久地结合到所述多个球形凹陷的内壁，使得所述多个硅颗粒通过所述锂化状态和所述未锂化状态保持与所述表面材料导电接触。
4、在一些实施例中，所述多孔碳质阳极电极涂层掺杂有氮、磷、银、锡、锂合金化材料或导电原子以将硅锚定到表面材料上。
5、在一些实施例中，当所述多个硅颗粒处于锂化状态时，与当所述多个硅颗粒处于未锂化状态时所述阳极电极的体积相比，所述阳极电极在体积上膨胀至少5％。
6、根据一个替代实施例，提供了一种电池单元，包括用于锂离子电池单元的阳极电极，所述阳极电极包括硅和多孔碳质阳极电极涂层。所述电池单元包括阳极电极。阳极电极包括：包括集电器的电极基底；以及多孔碳质阳极电极涂层。电极涂层包括具有石墨的表面材料。所述表面材料包括多个球形凹陷、碳颗粒、以及多个硅颗粒，其附着到所述多个球形凹陷的内壁。所述球形凹陷被配置用于在所述硅颗粒处于锂化状态时接收所述多个硅颗粒的膨胀。所述电池单元还包括阴极电极和电解质。
7、在一些实施例中，所述多个球形凹陷中的每一者包括所述多个硅颗粒的一部分。当所述多个硅颗粒处于未锂化状态时，所述多个球形凹陷中的每一者包括是处于未锂化状态的硅颗粒的体积的至少三倍的内部体积。
8、在一些实施例中，所述多个硅颗粒中的每一者永久地结合到所述多个球形凹陷的内壁，使得所述多个硅颗粒通过锂化状态和未锂化状态保持与所述表面材料导电接触。
9、在一些实施例中，多孔碳质阳极电极涂层掺杂有氮、磷、银、锡或其它锂合金化材料或导电原子以将硅锚定到表面材料上。
10、根据一个替代实施例，提供了一种制造用于锂离子电池单元的阳极电极的方法，该阳极电极包括硅和多孔碳质阳极电极涂层。该方法包括：将多个硅颗粒附着到多个低温燃尽颗粒中的每一者，所述多个低温燃尽颗粒被配置用于由于燃尽过程(burnoutprocess)而蒸发。该方法还包括：产生混合物。所述混合物包括：多个低温燃尽颗粒，每个所述低温燃尽颗粒包括所述多个硅颗粒；聚合物材料，其被配置用于由于燃尽过程而产生导电石墨；以及碳颗粒。该方法还包括：将所述混合物作为多个活性材料颗粒施加到电极基底；以及对所述多个活性材料颗粒运行燃尽过程。所述燃尽过程：将所述聚合物材料转化成所述石墨以形成所述多个活性材料颗粒的导电表面材料；并且蒸发多个低温燃尽颗粒，从而在表面材料中留下多个球形凹陷，多个球形凹陷中的一者用于多个低温燃尽颗粒中的每一者。所述燃尽过程还导致所述多个硅颗粒附着到所述多个球形凹陷的内壁。所述球形凹陷被配置用于当所述硅颗粒处于锂化状态时接收所述多个硅颗粒的膨胀。
11、在一些实施例中，将所述多个硅颗粒附着到被配置用于由于所述燃尽过程而蒸发的所述多个低温燃尽颗粒中的每一者包括：将所述多个硅颗粒附着到多个聚苯乙烯泡沫球。
12、在一些实施例中，该方法还包括：在配置成使得配置成用于由于燃尽过程而蒸发的低温燃尽颗粒的体积是处于未锂化状态的硅颗粒的体积的至少三倍的尺寸范围中，选择配置成用于由于燃尽过程而蒸发的多个低温燃尽颗粒。
13、在一些实施例中，将所述多个硅颗粒附着到被配置用于由于所述燃尽过程而蒸发的所述多个低温燃尽颗粒中的每一者包括：使被配置用于由于所述燃尽过程而蒸发的所述多个低温燃尽颗粒在硅尘(silicon dust)中滚动。
14、在一些实施例中，将所述混合物施加到所述电极基底包括：将所述混合物作为浆料施加。
15、在一些实施例中，将所述混合物施加到所述电极基底包括：通过电沉积工艺施加所述混合物。
16、在一些实施例中，将所述混合物施加到所述电极基底包括：在所述电极基底上利用真空鼓装置以实现所述活性材料颗粒在所述电极基底上的期望分散并且移除过量的活性材料颗粒。
17、在一些实施例中，所述方法还包括：将所述混合物掺杂氮、磷、银、锡、或锂合金化原子，均用于将所述硅颗粒锚定到所述内壁。
18、在一些实施例中，所述方法还包括：向混合物中加入粘合剂、炭黑或碳纳米管。
19、本专利技术还包括如下方案：
20、方案1.一种用于锂离子电池单元的阳极电极，所述阳极电极包括硅和多孔碳质阳极电极涂层，所述阳极电极包括：
21、包括集电器的电极基底；以及
22、多孔碳质阳极电极涂层，其包括：
23、包括石墨的表面材料，其中所述表面材料包括多个球形凹陷；
24、碳颗粒；以及
25、多个硅颗粒，所述多个硅颗粒附着到所述多个球形凹陷的内壁，其中所述球形凹陷被配置用于在所述硅颗粒处于锂化状态时接收所述多个硅颗粒的膨胀。
26、方案2.根据方案1所述的阳极电极，其中，所述多个球形凹陷中的每一者包括所述多个硅颗粒的一部分；以及
27、其中，当所述多个硅颗粒处于未锂化状态时，所述多个球形凹陷中的每一者包括是处于未锂化状态的硅颗粒的体积本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于锂离子电池单元的阳极电极，所述阳极电极包括硅和多孔碳质阳极电极涂层，所述阳极电极包括：
2.根据权利要求1所述的阳极电极，其中，所述多个球形凹陷中的每一者包括所述多个硅颗粒的一部分；以及
3.根据权利要求1所述的阳极电极，其中，所述多个硅颗粒中的每一者永久地结合到所述多个球形凹陷的内壁，使得所述多个硅颗粒通过所述锂化状态和所述未锂化状态保持与所述表面材料处于导电接触。
4.根据权利要求1所述的阳极电极，其中，所述多孔碳质阳极电极涂层掺杂有氮、磷、银、锡、锂合金化材料或导电原子以将所述硅锚定到所述表面材料上。
5.根据权利要求1所述的阳极电极，其中，当所述多个硅颗粒处于所述锂化状态时，与当所述多个硅颗粒处于所述未锂化状态时所述阳极电极的体积相比，所述阳极电极在体积上膨胀在0％至5％的范围。
6.一种电池单元，包括用于锂离子电池单元的阳极电极，所述阳极电极包括硅和多孔碳质阳极电极涂层，所述电池单元包括：
7.根据权利要求6所述的电池单元，其中，所述多个球形凹陷中的每一者包括所述多个硅颗粒的一部分；以及
8.根据权利要求6所述的电池单元，其中，所述多个硅颗粒中的每一者永久地结合到所述多个球形凹陷的内壁，使得所述多个硅颗粒通过锂化状态和未锂化状态保持与所述表面材料处于导电接触。
9.根据权利要求6所述的电池单元，其中，所述多孔碳质阳极电极涂层掺杂有氮、磷、银、锡或锂合金化原子以将所述硅锚定到表面材料上。
10.一种制造用于锂离子电池单元的阳极电极的方法，所述阳极电极包括硅和多孔碳质阳极电极涂层，所述方法包括：
...【技术特征摘要】
1.一种用于锂离子电池单元的阳极电极，所述阳极电极包括硅和多孔碳质阳极电极涂层，所述阳极电极包括：
2.根据权利要求1所述的阳极电极，其中，所述多个球形凹陷中的每一者包括所述多个硅颗粒的一部分；以及
3.根据权利要求1所述的阳极电极，其中，所述多个硅颗粒中的每一者永久地结合到所述多个球形凹陷的内壁，使得所述多个硅颗粒通过所述锂化状态和所述未锂化状态保持与所述表面材料处于导电接触。
4.根据权利要求1所述的阳极电极，其中，所述多孔碳质阳极电极涂层掺杂有氮、磷、银、锡、锂合金化材料或导电原子以将所述硅锚定到所述表面材料上。
5.根据权利要求1所述的阳极电极，其中，当所述多个硅颗粒处于所述锂化状态时，与当所述多个硅颗粒处于所述未锂化状态时所述阳极电极的体积相比，所述阳极电...
【专利技术属性】
技术研发人员：J·R·克莱因，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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