[发明专利]具有包含多孔区域的阳极结构的可再充电锂离子电池

权利要求书

1.一种电池，包括：

含锂阴极材料层；

阳极结构，其具有整体构造并且包括非多孔区和多孔区，所述多孔区包括具有第一厚度和第一孔隙度的顶部多孔层和位于所述顶部多孔层下方并且与所述非多孔区形成界面的底部多孔层，其中至少所述非多孔区的上部和整个所述多孔区由硅构成，并且其中所述底部多孔层具有大于所述第一厚度的第二厚度和大于所述第一孔隙度的第二孔隙度；以及

电解质区域，所述电解质区域位于所述阳极结构的所述顶部多孔层与所述含锂阴极材料层之间。

2.如权利要求1所述的电池，其中所述顶部多孔层、所述底部多孔层和所述非多孔区域完全由硅构成。

3.如权利要求2所述的电池，其中所述硅是单晶。

4.如权利要求1所述的电池，其中所述非多孔层的下部由具有小于10原子百分比的锗含量的掺杂硅或掺杂硅锗合金构成。

5.如权利要求1所述的电池，其中所述顶部多孔层的所述第一孔隙度具有小于3nm的平均孔隙开口，并且其中所述底部多孔层的所述第二孔隙度具有大于3nm的平均孔隙开口。

6.如权利要求1所述的电池，其中所述顶部多孔层的所述第一厚度为50nm或更小。

7.如权利要求1所述的电池，其中所述底部多孔层的所述第二厚度介于0.1μm至20μm之间。

8.如权利要求1所述的电池，其中所述非多孔区由为单晶的p掺杂硅构成。

9.如权利要求1所述的电池，其中所述非多孔区和所述多孔区完全由p型掺杂硅构成。

10.如权利要求1所述的电池，其中所述硅为p掺杂的硅，所述p掺杂的硅具有10¹⁹cm^-3范围内的p型掺杂剂浓度。

11.如权利要求1所述的电池，其中所述硅为掺硼的硅。

12.如权利要求1所述的电池，还包括与阳极结构的非多孔区域的表面接触的阳极集电器。

13.如权利要求1所述的电池，还包括接触所述含锂阴极材料层的表面的阴极集电器电极。

14.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质区域由固态电解质、液体电解质、半固体电解质、最初为液体然后变成固体的电解质、凝胶电解质、含聚合物的电解质、复合阴极/电解质组合或其任何组合构成。

15.如权利要求1所述的电池，其中所述电解质区域完全由固态电解质构成。

16.如权利要求1所述的电池，还包括位于所述阳极结构的所述顶部多孔层与所述电解质区域之间的界面添加材料层。

17.如权利要求1所述的电池，还包括位于所述电解质与所述含锂阴极材料层之间的界面添加剂材料层。

18.如权利要求1所述的电池，还包括位于所述阳极结构的所述顶部多孔层与所述电解质区域之间的第一界面添加材料层，及位于所述电解质与所述含锂阴极材料层之间的第二界面添加材料层。

19.如权利要求1所述的电池，其中包括所述顶部和底部多孔层的所述多孔区被图案化。

20.如权利要求19所述的电池，其中所述含锂阴极材料层被图案化。

21.如权利要求1所述的电池，其中所述多孔区位于任何三维结构的顶部、底部或侧面。