[发明专利]用于沉积活性材料的模板电极结构

权利要求书

1.用于锂离子电池的电化学活性的电极材料，所述电化学活性的电极材料包含：

包含金属硅化物的纳米结构化模板；和

涂覆所述纳米结构化模板的电化学活性材料层，所述电化学活性材料配置为在锂离子电池的循环过程中接受和释放锂离子，

其中所述纳米结构化模板促进去往和来自电化学活性材料的电流的传导且为电化学活性材料层提供支撑。

2.权利要求1的电化学活性的电极材料，其中所述金属硅化物选自硅化镍、硅化钴、硅化铜、硅化银、硅化铬、硅化钛、硅化铝、硅化锌、和硅化铁。

3.权利要求2的电化学活性的电极材料，其中所述金属硅化物包括选自Ni₂Si、NiSi、和NiSi₂的至少两种不同的硅化镍相。

4.权利要求1的电化学活性的电极材料，其中所述电化学活性材料选自晶态硅、非晶硅、氧化硅、氧氮化硅、包含锡的材料、包含锗的材料、和包含碳的材料。

5.权利要求1的电化学活性的电极材料，其中纳米结构化模板包含含有硅化物的纳米线。

6.权利要求5的电化学活性的电极材料，其中包含硅化物的纳米线的平均长度为约1微米到200微米。

7.权利要求5的电化学活性的电极材料，其中包含硅化物的纳米线的平均直径为低于约100纳米。

8.权利要求1的电化学活性的电极材料，其中所述电化学活性材料层的平均厚度为至少约100纳米。

9.权利要求1的电化学活性的电极材料，其中所述活性材料与模板的体积比为至少约5。

10.权利要求1的电化学活性的电极材料，其中所述电化学活性材料层包含非晶硅，所述层的平均厚度至少为约100纳米；且其中纳米结构化模板包含平均长度为约10微米到50微米和平均直径低于约50、30、20、和10纳米的硅化镍纳米线。

11.权利要求1的电化学活性的电极材料，其中，在使电化学活性的电极材料在锂离子电池中循环之前，用一种或多种以下材料掺杂电化学活性材料层：磷、硼、镓、和锂。

12.权利要求1的电化学活性的电极材料，还包含在电化学活性材料层上方形成的壳，其中所述壳包括选自碳、铜、聚合物、硫化物、锂磷氧氮化物(LIPON)、金属氧化物、和包含氟的化合物的一种或多种材料。

13.权利要求1的电化学活性的电极材料，其中电化学活性材料具有至少约500mAh/g的理论锂化容量。

14.用于锂离子电池的锂离子电极，所述锂离子电极包含：

电化学活性的电极材料；和

与所述电化学活性的电极材料电连通且包括金属硅化物的金属的集流体基材，

所述电化学活性的电极材料包含：

包含金属硅化物的纳米结构化模板；和

涂覆所述纳米结构化模板的电化学活性材料层，所述电化学活性材料配置为在锂离子电池的循环过程中接受和释放锂离子，其中所述纳米结构化模板促进去往和来自电化学活性材料的电流的传导。

15.权利要求14的锂离子电极，其中纳米结构化模板包括固定于基材的纳米线，所述纳米线包括自由末端和固定于基材的末端。

16.权利要求15的锂离子电极，其中所述电化学活性材料层在纳米线的自由末端处的厚度是固定于基材的末端的厚度的至少两倍。

17.权利要求15的锂离子电极，其中所述电化学活性材料层包含非晶硅和锗，且与固定于基材的末端处相比，该层在纳米线的自由末端处具有更多的硅和更少的锗。

18.权利要求14的锂离子电极，还包含位于纳米结构化模板和集流体基材之间的中间亚层，其配置为用于改善纳米结构化模板和集流体基材之间的冶金学连接和电子传导率。

19.权利要求14的锂离子电极，还包括位于纳米结构化模板和电化学活性材料层之间的中间亚层，其配置为用于改善纳米结构化模板与电化学活性材料层之间的冶金学连接和电子传导率。

20.权利要求14的锂离子电极，还包括位于纳米结构化模板和电化学活性材料层之间的中间亚层，其配置为用于在纳米结构化模板和电化学活性材料层之间提供弹性界面。