[发明专利]高容量电极及其制造与使用方法

权利要求书

1.用于锂电池的一种电极，所述电极包含：

导电基板；以及

被支撑于所述基板上的电化学活性电极成分，所述电化学活性成分包含：能够与锂形成合金的活性材料，并且当所述活性材料与锂形成合金时，该活性材料显示出体积变化；以及提高所述电极的循环寿命的缓冲剂。

2.根据权利要求1所述的电极，其中所述电化学活性电极成分还包括碳。

3.根据权利要求2所述的电极，其中所述碳包含布置在所述活性材料和/或所述缓冲剂的微粒中的至少一些微粒上的涂层。

4.根据权利要求1所述的电极，其包含所述电气活性电极成分的多个层和插在这些之间的多个碳层，所述层在所述基板上以堆叠的关系被支撑。

5.根据权利要求1所述的电极，其中所述活性材料包含从一组中选择的成员，所述一组由：硅、锡、氧化锡、铝、锑、氧化锑、铋、氧化铋、铬、氧化铬、钨、氧化钨、它们的组合和前述的锂合金组成。

6.根据权利要求1所述的电极，其中所述缓冲剂包含金属或金属氧化物，并且所述缓冲剂与所述活性材料不同。

7.根据权利要求1所述的电极，其中所述缓冲剂是过渡金属、过渡金属氧化物或所述金属或氧化物的锂合金，并且所述缓冲剂与所述活性材料不同。

8.根据权利要求1所述的电极，其中所述活性材料包含尺寸在1纳米到500微米范围内的微粒。

9.根据权利要求1所述的电极，其中所述缓冲剂包含尺寸在10纳米到300微米范围内的微粒。

10.根据权利要求1所述的电极，其中所述缓冲剂包含重量上0.1-80％的所述电化学活性成分。

11.根据权利要求1所述的电极，其中所述缓冲剂是电化学活性的，这使其能够在合并所述电极的锂电池的运转循环期间吸收和释放锂。

12.根据权利要求1所述的电极，其中所述活性材料在所述电极第一次被合并到锂电池的时间之前至少被部分地锂化。

13.一种电池，其合并如权利要求1所述的电极。

14.根据权利要求13所述的电池，其中所述电池包括其中合并至少部分地氟化的碳酸盐的电解液。

15.一种操作如权利要求13所述的电池的方法，所述方法包含在小于或等于完全放电的电荷状态的第一电荷状态和大于或等于所述第一电荷状态但小于完全充电状态的第二电荷状态之间循环所述电池，从而最小化所述电化学活性成分中的体积变化。

16.用于锂电池的一种电极，所述电极包含：

导电基板；以及

被支撑于所述基板上的电化学活性电极成分，所述电化学活性成分本基本由下列成分组成：

占5-98％重量的硅微粒，所述微粒具有1-500纳米范围的尺寸，所述活性材料能够与锂形成合金，并且当其如此形成合金时显示体积变化，所述活性材料可选地被至少部分地锂化；

占0.1-80％重量的缓冲剂，所述缓冲剂包含过渡金属和/或过渡金属氧化物的微粒，所述微粒具有0.1-20微米范围的尺寸，所述缓冲剂具有提高所述电极的循环寿命的活性；

可选的0.1-80％的碳。

17.一种用于制造电极结构的方法，所述方法包含步骤：提供电化学活性电极成分，所述成分包含第一活性材料以及包含金属、金属氧化物或者所述金属或金属氧化物的锂合金的微粒的缓冲剂；所述第一活性材料包含硅或硅的锂合金的微粒，所述活性材料的微粒和/或所述缓冲剂的微粒的至少一部分被碳敷涂；提供支撑基板；以及支撑所述电化学活性成分于所述基板上。

18.根据权利要求17所述的方法，其中提供所述电化学活性电极成分的步骤包含使所述硅微粒和/或所述金属或金属氧化物的微粒的至少一部分接触有机材料，以及热分解所述有机材料以致在至少一些所述微粒上产生至少部分的碳质涂层。

19.根据权利要求17所述的方法，包含把所述碳气相沉积到所述微粒上。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述活性材料是Li_xSi，其中x在0到4.4的范围内。