[发明专利]具有新型组分的电池单元

说明书

包括酸化金属氧化物(“AMO”)材料的电池，所述酸化金属氧化物(“AMO”)材料优选为20nm或更小尺寸的单分散纳米颗粒形式，所述酸化金属氧化物(“AMO”)材料当以5wt％悬浮在水溶液中时具有PH7，并且至少在其表面上具有Hammett函数Hsubgt;0/subgt;‑12。

对相关申请的引用

本申请要求2017年5月17日提交的序列号为62/507,658的题为“Battery Cellwith Novel Construction”的美国临时专利申请的权益，并通过引用将该临时申请合并到本公开中，如同在此充分阐述一样。

技术领域

本公开属于可用于化学能量存储和电源设备(例如但不限于电池)的材料领域。更具体地，本公开涉及具有包含酸化金属氧化物(“AMO”)纳米材料的阴极和/或阳极的电池单元。在一些实施例中，电池单元被构造成具有AMO阴极和基本上由元素锂组成的阳极。

背景技术

金属氧化物是氧与金属结合的化合物，具有通式M_mO_x。它们存在于自然界中，但可以人工合成。在合成的金属氧化物中，合成方法可对表面性质，包括其酸/碱性具有广泛影响。表面特性的改变可以改变氧化物的性质，影响诸如其催化活性和电子迁移率等。然而，表面控制反应的机理并不总是很好地表征或理解。例如，在光催化中，认为表面羟基促进从导带到化学吸附的氧分子的电子转移。

尽管表面特性很重要，但金属氧化物文献(科学论文和专利)主要致力于产生新的纳米级晶体形式的金属氧化物，以改进能量存储和电源应用。金属氧化物表面特性被忽略，并且在化学催化文献之外，很少有创新涉及控制或改变已知金属氧化物的表面以实现性能目标。

化学催化文献主要致力于产生“超强酸”——酸性大于纯硫酸(18.4M H₂SO₄)——通常用于大规模反应，如烃类裂化。超酸性不能在传统的PH标度上测量，而是通过哈米特(Hammett)数定量。哈米特数(H₀)可被认为是将PH标度扩展为小于零的负数。纯硫酸具有-12的H₀。

然而，存在超酸性太强的许多反应系统和许多应用。例如，超酸性可降解系统部件或催化不需要的副反应。然而，酸性在这些同样的应用中仍可用于提供增强的反应性和速率特性或改进的电子迁移率。

电池文献教导酸性基团在电池中是有害的，它们会侵蚀金属集电器和壳体并引起其它电极组分的劣化。此外，现有技术教导活性催化电极表面导致电解质分解，其可导致电池单元内产生气体并最终导致电池单元失效。

存在实现具有合成的金属氧化物的电池的需求，其中该合成的金属氧化物至少在其表面上具有酸性但不是超酸性并被配置在阳极和/或阴极内。此外，现有的电池构造技术应当被更新以充分利用根据本公开可获得的新材料以及先前已知的材料。

发明内容

本申请描述了对应于酸化金属氧化物(“AMO”)的材料和使用AMO的应用，包括在电本申请描述了对应于酸化金属氧化物(“AMO”)的材料和使用AMO的应用，包括在电池中，例如在电池电极材料中作为催化剂、作为光伏或光敏部件、和传感器。进一步公开了用于制备AMO的技术和包括AMO的设备。可选地，所公开的AMO与酸性物质组合使用以增强它们的实用性。

本申请还描述了包括含有金属氧化物的电极的高容量电化学电池单元。还公开了制备金属氧化物和包含金属氧化物的电化学电池单元的技术。可选地，所公开的金属氧化物与导电材料结合使用以形成电极。所形成的电极可用于金属锂和常规锂离子电极作为相应的对电极。可选地，所公开的金属氧化物与酸性物质组合使用以增强其实用性。