[发明专利]电池电极和形成电池电极的方法

说明书

一种电极包括导电基板(102)和提供可压缩材料基体的多个导电结构(104)。活性材料(106)形成为与多个导电结构接触。活性材料包括在离子扩散期间膨胀的体积膨胀材料，使得多个导电结构为活性材料提供支撑且补偿活性材料的体积膨胀以防止对活性材料的损坏。

技术领域

本发明涉及电池装置，特别是改善容量和性能的电池的复合结构。

背景技术

诸如移动电话和膝上计算机的便携式电子装置在过去十年当中的指数式增长在提供高能量密度的紧凑、重量轻的电池上已经产生巨大兴趣。日益增长的环境关注正推动用于电动车或装置的先进电池的发展。锂离子电池与其它可充电电池(例如为铅-酸、镍-镉和镍-金属氢化物电池)相比提供较高的能量密度。商业化的锂离子(Li-ion)电池采用石墨作为阳极。石墨显示最大容量为C＝372mAh/g。也可采用其它材料例如碳纳米管、Ge纳米线、同轴MnO/碳纳米管阵列等。

锂离子电池的作为阳极的硅具有最高容量C＝4212mAh/g。与硅使用相关的一个问题是在Li⁺插入后硅体积增加400％。体积增加导致硅的粉碎，并且因此导致活性材料和集流体之间的电接触损耗。因此，硅电极导致电池在初始的充电/放电周期具有高容量，然后容量下降，并且电池显示低的寿命。

发明内容

一种电极包括导电基板和提供可压缩材料基体的多个导电结构。活性材料形成为与多个导电结构接触。活性材料包括在离子扩散期间膨胀的体积膨胀材料，使得多个导电结构为活性材料提供支撑且补偿活性材料的体积膨胀以防止损坏活性材料。

一种形成电池电极的方法包括：在导电基板上形成导电结构，导电结构由可压缩材料基体形成；在导电结构上沉积基底材料；处理基底材料以在导电结构上形成活性材料使得基底材料经受体积膨胀；以及采用由导电结构提供的可压缩材料基体补偿体积膨胀。

形成电池电极的另一种方法包括：在导电基板上形成导电层，导电层由可压缩材料基体形成；在导电层上沉积基底材料；处理基底材料以在导电层上形成活性材料使得基底材料经受体积膨胀；以及采用由导电层提供的可压缩材料基体补偿体积膨胀。

这些和其它的特征和优点从其示例性实施例的下面的结合附图阅读的详细描述变得明显易懂。

附图说明

本公开将参考下面的附图在下面的优选实施例的描述中提供细节，附图中：

图1是根据本发明原理的部分制造的电池阳极的截面示意图，其包括形成在导电结构(柱)上方的基底材料；

图2是根据本发明原理的碳纳米管阵列的扫描电子显微镜图像，单一纳米管的进一步放大图示出线结构的束；

图3是根据本发明原理的部分制造的电池阳极的截面示意图，示出处理的基底材料因此增加了其体积，该体积增加由导电结构(柱)补偿；

图4是根据本发明原理的部分制造的电池阳极的截面示意图，包括形成在导电层上方的基底材料；

图5是根据本发明原理的部分制造的电池阳极的截面示意图，示出处理的基底材料因此增加了其体积，该体积增加由导电层补偿；以及

图6是根据示例性实施例的方块/流程图，示出用于形成电池阳极的方法。

具体实施方式

根据本发明的原理，基于复合物提供高容量的材料。本实施例例如避免Li⁺嵌入之后由于体积增加而引起诸如具有硅的材料的破裂和粉碎。另外，提供用于材料优化的方法，其仅使用所希望量的材料(例如，Si)以获得最高的理论容量且避免仅仅增加电池的重量的材料的无用量，且因此降低表观的mAh/g。