[发明专利]用于碱金属电池的基于石墨烯-金属混杂泡沫的电极

权利要求书

1.一种碱金属电池，其包括阳极、阴极、与所述阳极和所述阴极处于离子接触的电解质、以及电子地分开所述阳极与所述阴极的任选的多孔隔膜，其中，所述阳极包括由多个孔、孔壁、和位于所述孔中或沉积在所述孔壁上的吸引锂的金属或吸引钠的金属构成的石墨烯-金属混杂泡沫；其中，对于锂金属电池，所述吸引锂的金属选自下组，所述组由以下组成：Au、Ag、Mg、Zn、Ti、Na、K、Al、Fe、Mn、Co、Ni、Sn、V、Cr、及其合金，或者对于钠金属电池，所述吸引钠的金属选自下组，所述组由以下组成：Au、Ag、Mg、Zn、Ti、Li、K、Al、Fe、Mn、Co、Ni、Sn、V、Cr、及其合金，并且其量是总混杂泡沫重量的0.1％至90％，并且所述孔壁含有单层或少层石墨烯片，其中所述少层石墨烯片具有2-10个堆叠的石墨烯平面层，这些石墨烯平面具有如通过X射线衍射测量的从0.3354nm至0.40nm的平面间间距d₀₀₂，并且所述单层或少层石墨烯片含有具有基本上零％的非碳元素的原生石墨烯材料或者具有按重量计0.001％至25％的非碳元素的非原生石墨烯材料，其中所述非原生石墨烯选自下组，所述组包括：氧化石墨烯、还原的氧化石墨烯、氟化石墨烯、氯化石墨烯、溴化石墨烯、碘化石墨烯、氢化石墨烯、氮化石墨烯、掺杂石墨烯、化学官能化石墨烯、及其组合。

2.如权利要求1所述的碱金属电池，进一步包含附加的与所述阳极接触的单独的分立阳极集流体、和/或与所述阴极接触的单独的分立阴极集流体。

3.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述阴极包括由多个孔和孔壁构成的石墨烯泡沫，其中所述孔壁含有单层或少层石墨烯片，其中所述少层石墨烯片具有2-10个堆叠的石墨烯平面层，这些石墨烯平面具有如通过X射线衍射测量的从0.3354nm至0.40nm的平面间间距d₀₀₂，并且所述单层或少层石墨烯片含有具有基本上零％的非碳元素的原生石墨烯材料或者具有按重量计0.001％至25％的非碳元素的非原生石墨烯材料，其中所述非原生石墨烯选自氧化石墨烯、还原的氧化石墨烯、氟化石墨烯、氯化石墨烯、溴化石墨烯、碘化石墨烯、氢化石墨烯、氮化石墨烯、掺杂石墨烯、化学官能化石墨烯、或其组合。

4.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，当在没有所述金属的情况下测量时，所述石墨烯-金属混杂泡沫具有从0.005至1.7g/cm³的密度、从50至3,200m²/g的比表面积、每单位比重至少200W/mK的热导率、和/或每单位比重不小于2,000S/cm的电导率。

5.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述孔壁含有原生石墨烯，并且当在没有所述金属的情况下测量时，所述石墨烯-金属混杂泡沫具有从0.1至1.7g/cm³的密度、从2nm至50nm的平均孔径、以及从300m²/g至3,200m²/g的比表面积。

6.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述孔壁含有非原生石墨烯材料并且其中，所述泡沫含有在按重量计0.01％至20％范围内的非碳元素含量，并且所述非碳元素包括选自氧、氟、氯、溴、碘、氮、氢、或硼的元素。

7.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述电池是呈具有从200nm至10cm的厚度或直径的连续长度长丝、线、或片形式。

8.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，当在没有所述金属的情况下测量时，所述石墨烯-金属混杂泡沫具有按重量计小于1％的氧含量或非碳含量，并且所述孔壁具有小于0.35nm的石墨烯间间距、每单位比重至少250W/mK的热导率、和/或每单位比重不小于2,500S/cm的电导率。