[发明专利]用于快速充电的电极架构

说明书

本发明提供一种用于电化学电池的电极。该电极包括具有第一面和相对的第二面的碳膜，其中碳膜的至少一部分被改性以包括相对于未改性时的碳膜而言数量增加的锂成核位置。

技术领域

本节提供与本公开有关的背景信息，其不一定是现有技术。

电化学能量存储装置，诸如锂离子电池，可用于多种产品中，包括汽车产品，诸如起停系统（例如12 V起停系统）、电池辅助系统（“µBAS”）、混合动力电动车辆（“HEV”）和电动车辆（“EV”）。锂离子电池通常包括两个电极、分隔件和电解质。两个电极中的一个用作正电极或阴极，并且另一个电极用作负电极或阳极。锂离子电池还可包括各种端子和包装材料。许多可再充电锂离子电池通过使锂离子在负电极和正电极之间来回可逆地传递而工作。例如，锂离子可在电池充电期间从正电极移动到负电极，并且在电池放电时以相反的方向移动。

背景技术

在锂离子电池的循环期间，将锂镀在阳极上并从阳极上剥离。因此，提供在循环期间不表现出显著体积变化并且抵抗枝晶形成的阳极材料是有益的。

发明内容

本节提供了本公开的一般概述，并且不是其全部范围或其所有特征的全面公开。

本公开涉及用于快速充电的电极架构。

在各个方面，本技术提供了一种电极，该电极包括具有第一面和相对的第二面的碳膜，其中该碳膜的至少一部分被改性，以包括相对于未改性时的碳膜而言数量增加的锂成核位置。

在一个方面，碳膜包括碳纳米管、碳纳米纤维、碳纸、石墨烯纸或其组合。

在一个方面，基本上所有的碳膜均被改性，并且碳膜限定电极和集电体（currentcollector）。

在一个方面，碳膜基本上没有共价键合到碳膜的分子。

在一个方面，碳膜的第一面或相对的第二面中的至少一个的一部分被物理改性，并且碳膜的至少中心部分未被改性，并且限定集电体。

在一个方面，碳膜基本上不含共价键合到碳膜的分子。

在一个方面，第一面或第二面中的至少一个被亲石层改性，并且碳膜的中心部分未被改性且限定集电体。

在一个方面，亲石层单独地包括银（Ag）、金（Au）、铝（Al）、硅（Si）、锡（Sn）或其组合。

在一个方面，第一面或第二面中的至少一个被掺杂剂改性，并且碳膜的中心部分未被改性且限定集电体。

在一个方面，掺杂剂包括氮（N）、硫（S）、磷（P）、硼（B）或其组合。

在一个方面，电极是阳极。

在各个方面，本技术还提供了循环锂离子的电化学电池，该电化学电池包括电极。

在各个方面，本技术还提供了用于电化学电池的电极，该电极包括具有第一面和相对的第二面的碳材料，该碳材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、碳纸、石墨烯纸或其组合，其中该碳材料的至少一部分被改性以包括相对于未改性时的碳材料而言数量增加的锂成核位置，并且其中该电极在充电15分钟后表现出大于或等于约75%的充电状态（SOC）。

在一个方面，在锂镀覆和剥离期间，电极还表现出小于或等于约20%的体积变化。

在各个方面，本技术还提供一种制造电极的方法，该方法包括获得具有第一面和相对的第二面的碳材料，该碳材料包括碳纳米管、碳纳米纤维、碳纸、石墨烯纸或其组合，并且改性碳材料的至少一个面以生成改性碳材料，该改性碳材料包括相对于未改性时的碳材料而言数量增加的锂成核位置。

在一个方面，改性包括通过激光烧蚀、氧等离子体、湿化学氧化或其组合来改性基本上所有的碳材料，使得改性碳材料限定整个电极。