[发明专利]耐用的非晶硅阳极、具有非晶硅阳极的可再充电电池及相关方法

权利要求书

1.一种用于具有增强的结构稳定性的可再充电电池的阳极装置，包括

导电衬底；

沉积在衬底上的电极层，电极层由一个或多个非晶硅结构组成，非晶硅结构具有小于或等于大约500nm的至少一个尺寸。

2.根据权利要求1所述的装置，其中一个或多个非晶硅结构包含从由以下各项组成的组选择的成员：柱子、锥体、管子、沟槽、棱锥、多孔结构、海绵结构、连续的层、纳米线、纳米颗粒压块以及其组合。

3.根据权利要求1所述的装置，其中一个或多个非晶硅结构是纳米颗粒。

4.根据权利要求3所述的装置，其中纳米颗粒通过导电基体被保持在一起。

5.根据权利要求1所述的装置，其中至少一个尺寸小于或等于大约300nm。

6.根据权利要求1所述的装置，其中导电衬底包含从由以下各项组成的组选择的成员：半导体、金属、金属合金、导电聚合物以及其组合。

7.根据权利要求1所述的装置，其中导电衬底包含从由以下各项组成的组选择的成员：单晶硅、多晶硅、非晶硅、其他半导体材料、碳以及其组合。

8.根据权利要求1所述的装置，其中导电衬底是足够柔性的以允许卷到它本身上。

9.根据权利要求1所述的装置，其中一个或多个非晶硅结构进一步包含掺杂剂。

10.根据权利要求9所述的装置，其中掺杂剂是金属。

11.根据权利要求9所述的装置，其中掺杂剂包含从由以下各项组成的组选择的成员：C、H、Li、Ti、Ni以及其组合。

12.一种具有增强的再充电稳定性的可再充电电池，包括：

权利要求1的阳极；

阴极，被定位成以足以形成电解质空间的间距面向阳极的一个或多个非晶硅结构；

电解质，被设置在电解质空间中；以及

分离器，被设置在电解质空间中，分离器能操作以将阳极和阴极电子地分离并且允许电解质离子经过那里。

13.一种最小化在重复的锂化之后可再充电电池的阳极材料的剥落的方法，包括：

在导电衬底的表面上形成电极层，所述电极层由一个或多个非晶硅结构组成，所述非晶硅结构具有小于或等于大约500nm的至少一个尺寸。

14.根据权利要求13所述的方法，其中一个或多个非晶硅结构的至少一个尺寸小于或等于大约300nm。

15.根据权利要求13所述的方法，其中一个或多个非晶硅结构包含从由以下各项组成的组选择的成员：柱子、锥体、管子、沟槽、棱锥、多孔结构、海绵结构、连续的层、纳米线、纳米颗粒压块以及其组合。

16.根据权利要求1所述的方法，其中一个或多个非晶硅结构是多个非晶硅纳米颗粒。

17.根据权利要求16所述的方法，其中形成电极层进一步包含将多个非晶硅纳米颗粒嵌入到导电基体层中。

18.根据权利要求17所述的方法，其中嵌入多个非晶硅纳米颗粒进一步包含：

将导电基体应用到导电衬底；以及

将纳米颗粒灌注到导电基体中。

19.根据权利要求17所述的方法，其中形成电极层进一步包含：

形成导电基体和多个非晶硅纳米颗粒的混合物；以及

将混合物耦合在导电衬底上。

20.根据权利要求13所述的方法，进一步包括用掺杂剂来掺杂非晶硅结构。

21.根据权利要求13所述的方法，其中掺杂剂是金属。

22.根据权利要求13所述的方法，其中掺杂剂包含从由以下各项组成的组选择的成员：C、H、Li、Ti、Ni以及其组合。

23.根据权利要求13所述的方法，其中形成电极层进一步包含在导电衬底上沉积非晶硅层并且从非晶硅层形成非晶硅结构。

24.根据权利要求13所述的方法，其中形成电极层进一步包含：

在导电衬底上沉积晶态硅层；以及

使用飞秒激光脉冲来激光消融晶态硅层的区以形成具有表面结构的非晶硅层。