[发明专利]金属和金属离子电池的纳米多孔导电骨架基体中的氟化物

权利要求书

1.一种包括复合材料颗粒的电池电极成分，每个复合材料颗粒包括：

活性氟化物材料，其用于在电池运行期间存储和释放离子，其中离子的存储和释放导致活性材料的体积的实质变化；以及

所述活性氟化物材料设置在其内的纳米多孔导电骨架基体，其中所述骨架基体结构性地支撑活性材料、电气地互连活性材料并且适应活性材料的体积变化。

2.根据权利要求1所述的电池电极成分，其中所述骨架基体包括孔隙，所述孔隙具有在大约1纳米到大约10纳米范围内的平均特性孔隙宽度。

3.根据权利要求1所述的电池电极成分，其中所述活性氟化物材料包括第一金属氟化物和第二金属氟化物。

4.根据权利要求1所述的电池电极成分，其中每个复合材料颗粒进一步包括至少部分地包裹所述活性氟化物材料和所述骨架基体的壳，所述壳大体上可渗透由所述活性氟化物材料存储和释放的离子。

5.根据权利要求4所述的电池电极成分，其中所述壳包括由大体上不渗透电解质溶剂分子的材料形成的保护层。

6.根据权利要求4所述的电池电极成分，其中所述壳包括活性材料层，并且其中所述活性材料层由不同于设置在所述骨架基体内的活性氟化物材料的活性材料形成。

7.根据权利要求6所述的电池电极成分，其中所述活性材料层的活性材料具有相对于所述活性氟化物材料的大体上较低的容量。

8.根据权利要求4所述的电池电极成分，其中所述壳包括多孔层，所述多孔层具有与所述骨架基体相比较小的平均孔隙大小。

9.根据权利要求8所述的电池电极成分，其中所述壳的多孔层中的孔隙被渗透以与设置在所述骨架基体内的活性氟化物材料相同的活性氟化物材料。

10.根据权利要求4所述的电池电极成分，其中所述壳是包括内层和外层的复合材料。

11.根据权利要求10所述的电池电极成分，其中所述内层是多孔层，所述多孔层具有与所述骨架基体相比较小的平均孔隙大小，并且其中所述外层为：(ⅰ)由大体上不渗透电解质溶剂分子的材料形成的保护层，或者(ⅱ)由不同于设置在所述骨架基体内的活性材料的活性材料形成的活性材料层。

12.根据权利要求4所述的电池电极成分，其中所述壳是复合材料，所述复合材料包括两种或多种材料，所述两种或多种材料以相互渗透的构造设置成使得所述复合材料中的每种材料都接触所述骨架基体。

13.根据权利要求1所述的电池电极成分，每个复合材料颗粒进一步包括外通道孔隙，所述外通道孔隙从所述骨架基体的外表面朝向所述骨架基体的中心延伸，从而提供离子扩散到设置在所述骨架基体内的活性材料中的通道，其中所述外通道孔隙中的至少某些被填充以：(ⅰ)具有不同于所述骨架基体的微结构的多孔材料，(ⅱ)不同于设置在所述骨架基体内的活性氟化物的活性材料，和/或(ⅲ)固体电解质材料。

14.根据权利要求1所述的电池电极成分，每个复合材料颗粒进一步包括保护材料，所述保护材料沿着颗粒的半径以径向可变成分至少部分渗入到骨架基体中，所述保护材料大体上可渗透由活性氟化物材料存储和释放的离子。

15.一种制作包括复合材料颗粒的电池电极成分的方法，所述方法包括：

提供在电池运行期间存储和释放离子的活性氟化物材料，其中离子的存储和释放导致活性材料的体积的实质变化；以及

形成所述活性氟化物材料设置在其内的纳米多孔导电骨架基体，其中所述骨架基体结构性地支撑活性材料、电气地互连活性材料并且适应活性材料的体积变化。