[发明专利]具有受控枝晶生长的可再充电碱金属和碱土电极及其制造和使用方法

权利要求书

1.一种电极隔板，包括：

电绝缘隔离构件，其具有阳极面向侧和阴极面向侧；以及

官能化纳米碳颗粒层，其粘附至所述电绝缘隔离构件的阳极面向侧；并且

其中，所述官能化纳米碳颗粒由于用于晶种枝晶生长的离子相关的金属阳离子而得以官能化。

2.根据权利要求1所述的隔板，其中，所述官能化纳米碳颗粒选自包括碳黑、石墨烯、石墨、纳米石墨、无定形碳及其组合的组。

3.根据权利要求1所述的隔板，其中，所述金属阳离子与选自包括磺酸盐、羧酸盐、叔胺、重氮盐及其组合的组的官能团离子地相关。

4.根据权利要求1所述的隔板，其中，所述电绝缘隔离构件可渗透至含有金属盐的有机电解质。

5.根据权利要求4所述的隔板，其中，所述金属选自包括锂、钠、钾、钙、镁及其组合的组。

6.一种锂金属电池组电池，包括：

电解质介质；

阴极，其位于所述电解质介质中；

含锂的阳极，其位于所述电解质介质中并且与所述阴极隔开；

隔板，其具有设置在所述含锂的阳极与阴极之间的阳极面向侧和阴极面向侧；以及

多个锂官能化的纳米碳颗粒，其操作地连接至所述隔板的阳极面向侧；

其中，所述隔板是电绝缘的且电解可渗透的。

7.根据权利要求6所述的电池组电池，其中，多个枝晶从所述含锂的阳极朝向所述隔板延伸，并且多个枝晶从所述隔板的阳极面向侧朝向所述含锂的阳极延伸。

8.根据权利要求7所述的电池组电池，其中，所述多个枝晶在所述电解质介质中结合并且具有大约为零的电位差。

9.根据权利要求8所述的电池组电池，其中，所述多个枝晶限定再生锂金属层。

10.根据权利要求6所述的电池组电池，其中，所述电池组电池是纽扣电池。

11.根据权利要求6所述的电池组电池，其中，所述电池组电池是可再充电的。

12.根据权利要求6所述的电池组电池，其中，所述电池组电池是对称的。

13.一种用于延长电池寿命的装置，包括：

电极，其具有金属部分，其中，所述金属部分选自包括锂、钙、镁、钠、钾及其组合的组；

电解质可渗透膜；以及

金属枝晶晶种材料，其设置在所述电极与膜之间；

其中，所述电极、膜和金属枝晶晶种材料位于电解质基质中，并且；

其中，至少一个枝晶从所述电极朝向所述电解质可渗透膜延伸，结合从所述枝晶晶种材料延伸的至少一个枝晶。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述金属枝晶晶种材料是多个金属官能化碳纳米颗粒，并且其中，所述金属选自包括锂、钙、镁、钠、钾及其组合的组。

15.根据权利要求13所述的装置，其中，从所述电极延伸的枝晶和从所述枝晶晶种材料延伸的枝晶结合以形成再生金属部分。

16.一种延伸电池寿命的方法，包括：

a）将枝晶晶种材料定位于设置在含有金属的电极与电解质可渗透隔板膜之间的电解质溶液中；

b）从锂枝晶晶种材料朝向含锂的电极生长金属枝晶；以及

c）使从所述含有金属的电极延伸的金属枝晶与从金属枝晶晶种材料延伸的金属枝晶接触；

其中，所述电解质包含金属离子。

17.根据权利要求16所述的方法，其中，在从所述含锂的电极延伸的锂枝晶与从所述锂枝晶晶种材料延伸的锂枝晶之间的接触基本上停止接触的锂枝晶沿着长轴生长。

18.根据权利要求16所述的方法，还包括：

d）将从所述含锂的电极延伸的锂枝晶与从所述锂枝晶晶种材料延伸的锂枝晶缠结；以及

e）形成来自所缠结的锂枝晶的锂层。

19.一种制作枝晶晶种隔板材料的方法，包括：

a）识别碳隔板表面；

b）官能化所述碳隔板表面具有化学结合的含有阴离子的结构；

c）引入中性金属盐至官能化的碳隔板表面；

d）使中性盐发生反应，以产生金属阳离子和阴离子；以及

e）将所述金属阳离子吸至化学结合的阴离子。