[发明专利]阴极及固态储能装置

权利要求书

1.一种阴极，包含：

(a)集电体

(b)电化学活性材料，其与所述集电体电连通并且包含：(i)金属组分，和(ii)在约20nm或更小的距离尺寸上与所述金属组分相混合的锂化合物组分，

其中，当充满电形成所述金属组分和所述锂化合物的阴离子的化合物时，所述电化学活性材料在利用锂离子以至少约200mA/g的速率放电时具有约350mAh/g或者更大的可逆比容量。

2.权利要求1所述的阴极，其中，所述阴极还包含混合的离子-电子导体组分，所述混合的离子-电子导体组分占阴极的小于约50重量％。

3.权利要求1所述的阴极，其中，所述阴极还包含电子导体组分和离子导体组分。

4.权利要求2所述的阴极，其中，所述混合的离子-电子导体组分选自硫代-LISICON、石榴石、锂的硫化物、FeS、FeS₂、铜的硫化物、钛的硫化物、Li₂S-P₂S₅、锂铁的硫化物、Li₂S-SiS₂、Li₂S-SiS₂-LiI、Li₂S-SiS₂-Al₂S₃、Li₂S-SiS₂-GeS₂、Li₂S-SiS₂-P₂S₅、Li₂S-P₂S₅、Li₂S-GeS₂-Ga₂S₃和Li₁₀GeP₂S₁₂。

5.权利要求2所述的阴极，其中，所述混合的离子-电子导体组分具有玻璃态结构。

6.权利要求1所述的阴极，其中，所述金属组分为过渡金属、铝、铋或任何这些金属的合金。

7.权利要求6所述的阴极，其中，所述金属组分为铜、锰、钴、铁、镍或任何这些金属的合金。

8.权利要求1所述的阴极，其中，所述金属组分包含具有约5nm或更小的中值特征长度的金属晶粒。

9.权利要求1所述的阴极，其中，所述锂化合物组分是选自锂的卤化物、锂的硫化物、锂的硫-卤化物、锂的氧化物、锂的氮化物、锂的磷化物、锂的氟化物和锂的硒化物的锂化合物。

10.权利要求1所述的阴极，其中，所述锂化合物组分包含具有约5nm或更小的中值特征长度尺寸的颗粒或纳米畴。

11.权利要求1所述的阴极，其中，所述锂化合物组分包含充电时与金属形成金属化合物的阴离子，其中，所述金属化合物和锂离子经历生成所述金属和所述锂化合物组分的反应，并且所述反应的吉布斯自由能为至少约500kJ/摩尔。

12.权利要求1所述的阴极，其中，所述电化学活性材料提供在厚度在约10nm至300μm的层中。

13.权利要求1所述的阴极，其中，当充满电时，所述电化学活性材料当在约100℃的温度下利用锂离子以至少约200mA/g的速率放电时具有约300mAh/g或者更大的比容量。

14.权利要求1所述的阴极，其中，当在100℃的温度下相对Li在1V至4V之间循环以及以约200mAh/g阴极活性材料的速率充电时，所述阴极表现出低于约1V的平均电压滞后。

15.权利要求1所述的阴极，其中，所述电化学活性材料具有玻璃态结构。