[发明专利]包含支撑丝的混合式能量存储装置

说明书

本发明涉及“包含支撑丝的混合式能量存储装置”。一种新型混合锂离子阳极材料，该混合锂离子阳极材料以在碳纳米纤维(CNF)上同轴涂覆的Si壳为基础。独特的杯形堆叠石墨微结构使CNF成为有效的Li⁺嵌入介质。高度可逆的Li⁺嵌入和取出在高功率速率下被观察到。更重要地，高度导电的和机械稳定的CNF核可选择地支撑同轴涂覆的无定形Si壳，该无定形Si壳通过形成充分锂化的合金而具有高得多的理论比容量。紧密接近嵌入介质的表面效应支配位点的添加导致混合装置，该混合装置包括电池和电容器两者的优势。

本申请为2013年7月3日递交的、申请号为201380035121.3(201710944389.9)的发明专利申请《包含支撑丝的混合式能量存储装置》的分案申请。

相关申请的交叉引用

本申请是：

于2013年2月27日提交的美国非临时专利申请13/779,409的部分继续申请；

于2012年12月21日提交的美国非临时专利申请序列号13/725,969的部分继续申请；

并且要求以下美国临时专利申请的权益和优先权：

于2012年7月3日提交的61/667,876、

于2012年7月30日提交的61/677,317、

于2013年3月29日提交的61/806,819、和

于2013年1月14日提交的61/752,437。

本申请还涉及全部于2013年3月26日提交的13/779,472、13/779,522和13/779,571美国非临时专利申请。

所有的上述临时和非临时的专利申请的公开内容据此通过引用并入本文。

本发明是在美国国家自然科学基金授予的名为CMMI-1100830和EPSCoR AwardEPS-09038的项目的资助下完成的。美国政府可以享有本发明的某些权利。

背景

发明领域

本发明在包括但不限于电池、电容器和燃料电池的能量存储装置的领域中。

相关技术

可再充电的锂离子电池是用于在便携式电子设备、电动工具和未来的电动交通工具中电力供应的关键的电能存储装置。提高比能容量、充电/放电速度和循环寿命对它们更广泛的应用是关键性的。

在目前商业的锂离子电池中，石墨或其他碳质材料通过形成充分嵌入的LiC₆化合物而被用作具有372mAh/g的理论容量极限的阳极。相反地，硅通过形成充分锂化的金属Li_4.4Si而具有高得多的4,200mAh/g的理论比容量。然而，锂化的硅的高至～300％-400％的大体积膨胀引起以往不可避免地导致断裂和机械故障的极大的结构应力，这显著限制现有技术硅阳极的寿命。

概述