电解液、电池单元和电池布置的制作方法

相关申请的交叉引用本申请要求于2015年6月23日提交的新加坡专利申请号10201504968r的优先权，其内容以其整体通过引用并入本文以用于所有的目的。各种实施方式涉及电极、电池单元、电池布置、形成电极的方法、形成电池单元的方法和形成电池布置的方法。
背景技术：
：锂离子(li-离子)电池在便携式个人电子设备和电动车辆中得到了广泛的应用和研究。目前，碳类材料是最受欢迎的用于锂离子电池的阳极材料，其存储容量为约370mah/g。但是，有必要开发具有大比容量的新型阳极材料。硅(si)由于其超高的比容量(～4200mah/g)而成为最有吸引力的候选材料之一。然而，si的循环性能差且第一次循环库仑效率低。技术实现要素：根据实施方式，提供电极。电极可以包括硅、锡和过渡金属的非合金。根据实施方式，提供电池单元。电池单元可以包括如本文所述的第一电极、第二电极和电耦合到第一电极和第二电极的电解液。根据实施方式，提供电池布置。电池布置可以包括多个电池单元，该多个电池单元中的每个电池单元如本文所述。根据实施方式，提供形成电极的方法。该方法可包括：提供包括硅的前体材料、锡的前体材料和过渡金属的前体材料的起始材料，以及处理该起始材料以形成包括硅、锡和过渡金属的非合金的电极。根据实施方式，提供形成电池单元的方法。该方法可以包括：如本文所述形成第一电极，提供第二电极，以及提供电耦合到第一电极和第二电极的电解液。根据实施方式，提供形成电池布置的方法。该方法可包括：形成多个电池单元，其中如本文所述形成该多个电池单元中的每个电池单元。附图说明在附图中，类似的附图标记一般指贯穿不同视图中的类似部分。附图不一定按比例绘制，而是一般将重点放在图示说明发明的原理上。在下面的描述中，参照以下附图描述本发明的各种实施方式，其中：图1a示出根据各种实施方式的电极的示意性截面图。图1b示出根据各种实施方式的电池单元的示意性截面图。图1c示出根据各种实施方式的电池布置的示意性截面图。图1d示出根据各种实施方式图示说明形成电极的方法的流程图。图1e示出根据各种实施方式图示说明形成电池单元的方法的流程图。图1f示出根据各种实施方式图示说明形成电池布置的方法的流程图。图2示出如表1所示的样品a和样品b的x射线衍射(xrd)图谱的图表。图3(a)和图3(b)示出制备的样品a和样品b的扫描电子显微镜(sem)图像。比例尺代表1μm。图3(c)和图3(d)示出样品a和样品b的能量色散x射线(edx)结果。图4a至图4c示出根据各种实施方式的铁硅锡碳(si-fe-sn-c)材料的锂(li)半电池的性能。图5a至图5c示出对比硅-碳(si-c)材料的电池性能。图6a和图6b示出根据各种实施方式的具有双包覆的锂铁锰磷酸盐(lfmp)和硅锡铁(si-sn-fe)电极的袋状电池的循环属性的结果。图7a至图7c示出根据各种实施方式的具有双包覆的锂铁锰磷酸盐(lfmp)和硅锡铁(si-sn-fe)电极的袋状电池的结果。图8a和图8b示出根据各种实施方式的具有双包覆的锂钴氧化物(lco)和硅锡铁(si-sn-fe)电极的袋状电池的循环属性的结果。图9a和图9b示出根据各种实施方式的具有双包覆的锂钴氧化物(lco)和硅锡铁(si-sn-fe)电极的袋状电池的结果。具体实施方式下面的详细描述参考附图，该附图通过图示的方式示出本发明可以实践的具体细节和实施方式。这些实施方式被足够详细地描述，以使本领域的技术人员能够实践本发明。可以使用其它实施方式，并且可以在不偏离本发明的范围的情况下进行结构、逻辑和电的变化。各种实施方式不一定是互斥的，因为一些实施方式可以与一个或多个其它实施方式组合形成新的实施方式。在方法或设备中的一个的上下文中描述的实施方式对于其他方法或设备同样有效。类似地，在方法的上下文中描述的实施方式对于设备同样有效，反之亦然。在实施方式的上下文中描述的特征可以相应地适用于其它实施方式中的相同或类似的特征。在实施方式的上下文中描述的特征可以相应地适用于其它实施方式，即使在这些其他实施方式中没有明确描述。此外，在实施方式的上下文中针对特征描述的附加物和/或组合和/或替代物可以相应地适用于其他实施方式中的相同或类似的特征。在各种实施方式的上下文中，关于特征或要素使用的冠词“一(a)”、“一(an)”和“所述/该(the)”包括对一个或多个特征或要素的引用。在各种实施方式的上下文中，应用于数值的术语“约”或“近似”包含精确值和合理方差。如本文使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任何和所有的组合。如本文使用的，短语形式的“a或b中的至少一个”可包含a或b或者a和b二者。相应地，短语形式的“a或b或c中的至少一个”(或者包括另外的所列项目)可以包括一个或多个相关的所列项目的任何和所有的组合。各种实施方式可提供用于电池(例如锂离子(li离子)电池)应用的电极(例如，阳极)材料。各种实施方式可提供用于电池(例如，li离子电池)的硅-锡-m(si-sn-m)类电极(例如，阳极)材料，其中“m”可以是过渡金属(元素)，包括但不限于铁(fe)、锰(mn)、镍(ni)，钴(co)、钒(v)。应理解，可以使用其他过渡金属作为“m”的材料。此外，应理解，“m”可以包括至少一种过渡金属(元素)，或者换言之，“m”可以包括一种或多种过渡金属。例如，各种实施方式可以提供si-sn-m1-...-mn类电极材料，其中n＝2、3或更高的数，并且每个“m”可以包括不同的过渡金属(元素)。在各种实施方式中，可以通过简单的一步机械球磨处理合成si-sn-m类材料。在各种实施方式中，如下文进一步将描述的，例如，当m＝fe时，x射线衍射(xrd)图谱确认晶体si、sn和fe的存在。没有发现si、sn和fe组分之间合金形成的xrd证据，其是各种实施方式的材料的主要特性。各种实施方式的si-sn-m类电极材料可以显示高的＞90％的第一次循环库伦效率和提高得多的循环稳定性。图1a示出根据各种实施方式的电极100的示意性截面图。电极100可以包括硅104、锡106和过渡金属108的非合金。换句话说，可以提供电极100。电极100可以具有组合物，或者可以由硅(si)104、锡(sn)106和过渡金属(m)(元素)108的非合金制成。作为例子，电极100可以包括具有硅104、锡106和过渡金属(元素)108的非合金的混合物。电极100可以是si-sn-m类电极材料。电极100可以是用于电池单元或电池(布置)的电极。例如，电极100可以是用于电池单元或电池(例如，锂离子(li离子)电池单元或电池)的si-sn-m类电极材料。在各种实施方式的上下文中，术语“非合金”可以意指纯元素。因此，过渡金属108的非合金可以意指过渡金属108的纯元素，或者过渡金属108是纯元素的形式。换言之，过渡金属108作为非合金，可以不作为与其它元素或材料的混合物、组合物或化合物存在。在各种实施方式的上下文中，硅104和/或锡106可以是纯元素的形式。已知硅104和锡106与锂形成合金。由于与碳相比，硅104和锡106的锂吸收较高，硅104和锡106可以是用于锂离子电池(lib)中阳极应用的良好候选材料。然而，当单独使用硅104和锡106时，它们可能不会提供长的循环寿命。添加非合金元素可以有效地提高硅和锡类阳极的循环寿命。在各种实施方式的上下文中，过渡金属108可选自由铁(fe)、锰(mn)、镍(ni)、钴(co)、钒(v)、铜(cu)和锌(zn)组成的组。作为非限制性示例，电极100可以是例如用于电池单元或电池(例如，锂离子(li离子)电池单元或电池)的si-sn-fe类电极材料。在各种实施方式中，硅104、锡106或过渡金属108中的至少一种可以是结晶的。在各种实施方式的上下文中，电极100可包括10wt％～80wt％的硅104、1wt％～50wt％的锡106和1wt％～50wt％的过渡金属108。例如，电极100可以包括10wt％～80wt％、10wt％～50wt％、10wt％～20wt％或30wt％～50％的硅104，和/或1wt％～50wt％、1wt％～30wt％、1wt％～20wt％或20wt％～50wt％的锡106，和/或1wt％～50wt％、1wt％～30wt％、1wt％～20wt％或20wt％～50wt％的过渡金属108。在各种实施方式的上下文中，电极100可以不含过渡金属108的合金。在各种实施方式的上下文中，电极100可以不含过渡金属108与硅104或锡106中的至少一个之间的合金。这意味着电极104可以不含过渡金属108与硅104之间的合金(si--m)、在过渡金属108与锡106之间的合金(sn--m)，以及过渡金属108、硅104和锡106的合金(si--sn--m)。换句话说，在电极100中可以不存在si--m、sn--m和si--sn--m的合金。此处使用双破折号的符号“--”表示合金。如果元素m与硅104和/或锡106形成合金，则阳极性能可能受到损害，因为合金和锂之间的反应的可逆性低。锂可以通过称为置换反应的机制取代合金中的元素m，这可能不易可逆，从而影响合金的性能。在各种实施例的上下文中，电极100可以不含硅104与锡106之间的合金。这意味着不存在硅104和锡106的合金(si--sn)。在各种实施方式中，电极100还可以包括额外的过渡金属(m2)的非合金。这可以意味着电极100可以是用于电池单元或电池(例如，锂离子(li离子)电池单元或电池)的si-sn-m-m2类电极材料。在各种实施方式的上下文中，额外的过渡金属可以选自由铁(fe)、锰(mn)、镍(ni)、钴(co)、钒(v)、铜(cu)和锌(zn)组成的组。在各种实施方式的上下文中，电极100可以不含额外的过渡金属的合金。在各种实施方式中，应理解，电极100可进一步包括第三种或更多种过渡金属的非合金。在各种实施方式中，电极100可进一步包括碳类材料(例如，炭黑)。碳类材料可以是纯碳元素。碳类材料可以改善复合电极100的导电性。在各种实施方式中，电极100可以包括10wt％～80wt％的碳类材料，例如，10wt％～50wt％、10wt％～20wt％或30wt％～50％的碳类材料。在各种实施方式中，电极100可进一步包括聚合材料。聚合材料可以包括聚乙二醇(peg)或聚丙烯酸(paa)。聚合材料可以用作复合电极100中的粘合剂。与聚偏二氟乙烯(pvdf)相比，在阳极中peg或paa可以具有更好的结合特性。此外，peg或paa可以是水溶性的，并且可以有利地不需要使用一种或多种昂贵的和/或环境不友好的有机溶剂。可替换地或者另外地，电极100可以进一步包括纤维素类金属盐，比如羧甲基纤维素的锂盐(nacmc)或羧甲基纤维素的钠盐(licmc)。在各种实施方式中，电极100可以进一步包括载体110，其中，硅104、锡106和过渡金属108的非合金可以被包括在载体110上提供的涂层102中。在各种实施方式中，涂层102可以包括如上所述的一种或多种其它材料，例如，额外的过渡金属的非合金、碳类材料等。在各种实施方式中，载体110可以是导电的。例如，载体110可以包括金属，例如铜(cu)箔。在各种实施方式的上下文中，电极100可以是用于电池单元(例如，用于锂离子(li离子)电池单元)的阳极。图1b示出根据各种实施方式的电池单元120的示意性截面图。电池120可以包括第一电极100a(其可以是如在图1a的电极100的上下文中所描述的)、第二电极122和电连接到第一电极100a和第二电极122的电解液124。第一电极100a和第二电极122可以彼此分开。电解液124可与第一电极100a和第二电极122接触。在各种实施方式中，电解液124可在第一电极100a和第二电极122之间。在各种实施方式中，第二电极122可以包括锂类材料。锂类材料可以包括锂箔、锂铁锰磷酸盐(lfmp)或锂钴氧化物(lco；licoo2)中的至少一种。在各种实施方式中，电解液124可以包括锂类电解液，例如，六氟磷酸锂(lipf6)。在各种实施方式中，第一电极100a可以是阳极。第二电极122可以是阴极、对电极或参比电极。在各种实施方式中，电池单元120可以包括或可以是硬币式电池或袋状电池。图1c示出根据各种实施方式的电池布置126的示意性截面图。该电池布置126可以包括多个电池单元120a、120b、……、120n。多个电池单元120a、120b、……、120n中的每个电池单元可以是如图1b的电池单元120的上下文中所描述的。电池布置126可以包括两个、三个、四个或任何更高数量的电池单元120a、120b、……、120n。多个电池单元120a、120b、……、120n可电耦合或相互连接，例如，多个电池单元120a、120b、……、120n可串联连接。如上所述，各种实施方式可提供用于li离子电池单元或电池的si-sn-m类电极(阳极)材料。图1d示出根据各种实施方式的图示说明形成电极的方法的流程图130。在132，可以提供起始材料(或起始成分或起始组合物)，其包括硅的前体材料(例如，硅粉)、锡的前体材料(例如，锡粉)和(例如，粉末状的)过渡金属的前体材料。在134，可以对起始材料进行处理以形成包括硅、锡和过渡金属的非合金的电极。在各种实施方式中，电极中的硅、锡或过渡金属中的至少一种可以是结晶的。在各种实施方式中，在132，可以提供10wt％～80wt％的硅的前体材料、1wt％～50wt％的锡的前体材料和1wt％～50wt％的过渡金属的前体材料。在各种实施方式中，在134，可以对起始材料进行机械球磨处理。在机械球磨处理期间或过程中，可以将多个球(例如，不锈钢球)与起始材料混合。在各种实施方式中，机械球磨处理可以在例如具有惰性气体(例如，氩(ar))的惰性气氛中进行。在各种实施方式中，机械球磨处理可进行的持续时间为约0.5小时和约20小时之间，优选在约1小时和至10小时之间，更优选在约1小时至约8小时之间，例如约5小时。在各种实施方式中，机械球磨处理可以进行多次循环，多次循环中的每次循环包括研磨阶段和(单独的)暂停阶段。研磨(或运行)阶段可以意指起始物料被研磨的阶段，而暂停阶段则可意指起始物料处于静止的阶段。研磨阶段可随后是暂停阶段。在各种实施方式中，机械球磨处理可进行2次循环和20次循环之间，优选约5次循环和约15次循环之间，更优选约8次循环和约12次循环之间，例如10次循环。作为非限制性的例子，每次循环可以包括约15分钟的研磨(或运行)阶段和约15分钟的暂停阶段。在各种实施方式中，进行机械球磨处理的球磨速度可以在约100rpm(每分钟转数)和约1500rpm(每分钟转数)之间，优选在约200rpm和约1000rpm之间，更优选约300rpm和约800rpm之间，例如，约500rpm。在各种实施方式中，机械球磨处理中使用的多个球(例如不锈钢球)与起始材料的重量比在约0.5和大于30之间，优选在约1和约25之间，且更优选在约5和约20之间。在各种实施方式中，在机械球磨处理之后，在134，该方法可以进一步包括形成包括硅、锡和过渡金属的非合金的混合物。例如，在形成混合物时，可以添加水。在各种实施方式中，混合物可以进一步包括碳类材料(例如炭黑)。混合物中可包括10wt％～80wt％的碳类材料。在各种实施方式中，混合物可以进一步包括聚合材料。聚合材料可以包括聚乙二醇(peg)或聚丙烯酸(paa)。在各种实施方式中，在134，该方法可以进一步包括提供载体，并将混合物涂布在载体上以形成电极。载体可以是导电的。在各种实施方式的上下文中，该电极可以不含过渡金属的合金。在各种实施方式的上下文中，该电极可以不含过渡金属与硅或锡中的至少一个之间的合金。在各种实施方式的上下文中，电极100可以不含硅与锡之间的合金。在各种实施方式中，起始材料可以进一步包括额外的过渡金属的前体材料，并且，在134，可以对起始材料进行处理以形成包括硅、锡、过渡金属的非合金和额外的过渡金属的非合金的电极。这可意味在机械球磨处理之后形成的混合物可以进一步包括额外的过渡金属的非合金。在各种实施方式的上下文中，该电极可以不含额外的过渡金属的合金。在各种实施方式的上下文中，过渡金属和/或额外的过渡金属可选自由铁(fe)、锰(mn)、镍(ni)、钴(co)、钒(v)、铜(cu)和锌(zn)组成的组。图1e示出根据各种实施方式图示说明形成电池单元的方法的流程图140。在141，形成第一电极。第一电极可以根据图1d的流程图130的上下文中描述的方法形成。在142，提供第二电极。在143，提供电耦合到第一电极和第二电极的电解液。电解液可以设置在第一电极和第二电极之间。在各种实施方式中，第二电极可以包括锂类材料。锂类材料可以包括锂箔、锂铁锰磷酸盐(lfmp)或锂钴氧化物(lco；licoo2)中的至少一个。在各种实施方式中，电解液可以包括锂类电解液，例如，六氟磷酸锂(lipf6)。在各种实施方式中，第一电极可以是阳极。第二电极可以是阴极、对电极或参比电极。在各种实施方式中，电池单元可以包括或可以是硬币式电池或袋状电池。图1f示出了根据各种实施方式图示说明形成电池布置的方法的流程图146。在147，形成多个电池单元。可根据如图1e的流程图140的上下文中描述的方法形成多个电池单元的每个电池单元。虽然上面描述的方法被说明并描述为一系列的步骤或事件，应理解，对这样的步骤或事件的任何排序都不要用限制的意义来解释。例如，除了本文中所示和/或描述的那些之外，一些步骤可以与其他步骤或事件以不同顺序发生和/或同时发生。此外，为了实现本文所述的一个或多个方面或实施方式，可能不需要所有说明的步骤。而且，本文中所描述的一个或多个步骤可以在一个或多个单独的行为和/或阶段中进行。应当理解，在电极100、电池单元120和电池布置126的任何一个的上下文中的描述可相应地适用于形成电极的方法、形成电池单元的方法以及形成电池布置的方法中的任何一个，反之亦然。各种实施方式可以提供用于li离子电池的si-sn-m(m为过渡金属)类阳极材料。这种材料可以通过简单的一步机械球磨处理合成，无需任何其他处理。使用si-sn-fe类材料为例，xrd图谱分别证实了晶体si、sn和fe的存在。通过xrd没有检测到si--fe、si--sn、fe--sn或其他合金。si-sn-fe类材料电极显示＞90％的高第一次循环库伦效率和改善得多的包括在1500mah/g和800mah/g之间的循环稳定性。将使用si-sn-fe材料作为非限制性示例来描述各种实施方式。然而，应理解，此处的描述可以适用于各种实施方式的si-sn-m类材料，其中m可以是任何一种或多种过渡金属。si-sn-fe阳极材料的合成步骤作为非限制性实施例，可用下列材料作为起始材料(或前体材料)：●硅粉，晶体，99.5％(sigma-aldrich，微量金属基，475238)；●铁粉，99.999％(alfaaesar，金属基，00737)*；●锡粉，325目，99.8％(alfaaesar，金属基，10379)；●炭黑，(superp)，～100nm粒径(alfaaesar，金属基，h30253)；●聚乙二醇(peg)，分子量＝4000(sigma-aldrich，81240)。*铁粉可以完全或部分地替换为mn、ni、cu、co、v和/或其它过渡金属粉末，例如，用于制备其它各种阳极材料。通过干法球磨制备了si-sn-fe类阳极材料。球磨时间为约5小时，共10次循环(在每次循环中15分钟运行+15分钟暂停)。球磨速度为约500rpm。不锈(钢)球和原料的重量比为～17.5。换句话说，不锈(钢)球与原材料的重量比为17.5∶1。球罐被装配在填充有氩(ar)(h2o＜0.1ppm和o2＜0.1ppm)的手套箱中。两个样品，样品a和样品b的配方如下表1所示：表1样品名称si(g)fe(g)sn(g)c(super-p)(g)peg(g)a10.10.20.20.05b1000.10样品a是工作实施例，且样品b是对比样品。物理表征所制备的si-sn-fe材料(样品a)可直接用于扫描电子显微镜(sem)和x射线衍射(xrd)测量。通过在v＝40kv和i＝40ma下使用具有约的波长(λ)的单色cukα辐射获得了x射线衍射图。在1°/min的扫描速度下在保持在约0.02°的步幅下在20°～80°的2θ范围内收集xrd数据。用match软件完成了相位的确定。通过使用场发射sem(jeoljsm7600f)在约5kv下运行得到原生(as-grown)样品的sem图像。硬币式电池的制备硬币式电池阳极的制备：将通过球磨步骤获得的60wt％的si-sn-fe阳极材料(样品a)、10wt％的炭黑(superp)和30wt％的聚丙烯酸(paa)在研钵中混合。然后，加入去离子水以制备浆料，然后将该浆料涂布在一片铜(cu)箔上。在常规烘箱中约353k下干燥约45分钟并在真空烘箱中约323k下过夜之后，将具有活性物质的铜箔切割成直径约14cm的圆形件。硬币式电池的组装：硬币型电池单元被组装在填充有氩(ar)气的手套箱中，并且水分和氧气的浓度小于1ppm。锂(li)箔用作对电极和参比电极材料。电解液为碳酸亚乙酯(ec)/碳酸二乙酯(dec)(体积比1:1)中的1m的lipf6。电池单元在neware多通道电池测试系统上进行测试。袋状电池的制备袋状电池的阳极制备：阳极浆料的制备步骤与上述的硬币式电池相同。然后，将浆料涂布到铜(cu)箔上。在常规烘箱中在约353k下干燥约45分钟并在真空烘箱中约323k下过夜之后，将具有活性物质的铜箔切割成长方形件(9×5cm或45×10cm)。袋状电池的锂铁锰磷酸盐(lfmp)阴极合成：通过由sigmaaldrich获得的mnco3、fe(c2o4)*2.2h2o和lih2po4之间的固态反应合成lfmp。将前体与炭黑(乙炔黑)以化学计量比在填充有氩(ar)的手套箱中进行充分混合并转移到带有不锈钢球的球磨罐。使用大球和小球的组合，并且球与(前体)粉末的比率保持恒定为30。通过高能量的球磨来研磨混合物。将样品压成粒料，并在约700℃下烧结约10小时。烧结过程在ar或ar-h2气氛下进行。烧结后，用研钵和研杵手动研磨粉末。制备用于袋状电池的lfmp阴极：将球磨的lfmp产品与市售的碳包覆的lifepo4(clariant)混合。将80wt％的混合物、10wt％的炭黑(super-p)和10wt％的聚偏氟乙烯(pvdf)混合。然后，加入n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)以制备浆料，然后用刮刀设备将该浆料涂布在一片铝(al)箔上。将具有活性物质的铝箔切割成长方形件(9×5cm或45×10cm)。用于袋状电池的锂钴氧化物(lco)阴极制备：将90wt％的lco(eq-lib-lco)、5wt％的碳黑(super-p)和5wt％的聚偏氟乙烯(pvdf)混合。然后，加入n-甲基-2-吡咯烷酮(nmp)以制备浆料，然后用刮刀设备将该浆料涂布在一片铝(al)箔上。将具有活性物质的铝箔切割成长方形件(9×5cm或45×10cm)。组装袋状电池：在具有约-40℃的露点的干燥室中组装软包型电池单元。lfmp电极或锂钴氧化物(lco)电极被用作对电极。电解液为碳酸亚乙酯(ec)/碳酸二乙酯(dec)(体积比1:1)中的1m的lipf6。电池单元在biologic多通道电池测试系统上进行测试。图2示出了如表1所述的样品a(结果252)和样品b(结果254)的x射线衍射(xrd)图谱的图表250。样品a(si+c+sn+fe+peg)的xrd图谱252和样品b(si+c)的xrd图谱254表明，球磨过程中未形成fe--si或fe--sn合金。这与传统材料不同，在传统材料中报道形成了fe合金。如图2所示，对于样品a，可以分别指示晶体硅(si)(jcpds号027-1402、040-0932)、锡(sn)(jcpds号004-0673、018-1308)和铁(fe)(jcpds号001-1267)。对于样品b，可以仅指示晶体si(jcpds号027-1402、040-0932)。图3(a)和图3(b)示出了制备的样品a(图像350b)和样品b(图像350a)的扫描电子显微镜(sem)图像，表明所制备的样品的粒径为约200nm～1000nm。颗粒的大小可能不是很均匀。图3(c)和图3(d)示出了样品a(结果350d)和样品b(结果350c)的能量色散x射线(edx)结果。edx结果350c表明si和c包含在样品b中，并且edx结果350d表明si、c、sn和fe存在于样品a中。在各种实施方式中，应当了解到，样品a中的元素的含量可在以下范围内调整，如表2所示：表2元素sifesnc含量(％)10-801-501-5010-80图4a至图4c显示根据各种实施方式的硅铁锡碳(si-fe-sn-c)材料(样品a，见表1)的锂(li)半电池的性能。图4a显示了样品a的循环稳定性的图表450a，图4b显示选择的电压分布对应于图4a结果的图表450b，并且图4c显示了样品a的速率响应的图表450c。在图4b中，如所指示的，提供了针对充放电操作两者的相应的n次循环的结果。如图4a所示，对于90次循环的充放电操作两者，样品a电极显示了良好的稳定性。此外，在第一次循环中库伦效率高达92％。在第90次循环中在1a/g(～1a/cm2)下放电容量为～750mah/g。图4c示出了样品a的速率响应，该速率响应能够在2a/g下传送～1100mah/g。图5a至图5c显示对比硅-碳(si-c)材料的电池性能(样品b，见表1)。图5a显示了样品b的循环稳定性的图表550a，图5b显示了样品b的速率响应的图表550b(所选择的循环24-54对应于图5a的结果)，并且图5c显示选择的电压分布对应于图5a结果的图表550c。在图5c中，如所指示的，提供了针对充放电操作两者的相应的n次循环的结果。与样品a相比(如4a至4c)，针对充放电操作两者，样品b显示出了差的循环稳定性(图5a)。放电容量从第1次循环中的～2500mah/g减小到第20次循环中的～400mah/g。第1次循环的库伦效率只有～58％。各种实施方式的袋状电池及其相应的结果现在将通过以下非限制性实施例来描述。袋状电池双包覆lfmp+si-sn-fe具有双包覆锂铁锰磷酸盐(lfmp)和硅-锡-铁(si-sn-fe)电极的袋状电池的细节显示在表3中。表3图6a和图6b示出了具有双包覆的lfmp(例如，阴极)+si-sn-fe(例如，阳极)的袋状电池的循环属性的结果。施加约100ma的电流以获得图6a的分布，并且施加约50ma的电流以获得图6b的分布。如图6a所示，初始充电容量是约610mah，20次循环后其下降到约370mah。初始放电容量为约510mah，20次循环后其下降到约370mah。另一方面，如图6b所示，初始充电容量为约420mah，6次循环后其下降到约405mah。初始放电容量为约420mah，6次循环后其下降到约400mah。图7a-7c示出了根据各种实施方式的具有双包覆的锂铁锰磷酸盐(lfmp)和硅锡铁(si-sn-fe)电极的袋状电池的结果。图7a显示电流(毫安或ma)作为电压(伏特或v)的函数的图表750a，说明电池的循环伏安法，图7b显示电压(伏或v)作为容量(毫安-小时或mah)的函数的图表750b，说明在选择的循环(第1次、第2次和第30次循环)处的代表性的放电和充电电压分布，并且图7c显示了容量/库伦效率作为30次循环的循环次数的函数的图表750c，说明循环性能与库伦效率。在图7a中，循环伏安曲线表明，还原峰位于约2.3v至约2.7v，并且氧化峰位于约3.8v至约4v。在第1次循环还观察到肩峰，但在后面的循环中消失了。图7b和图7c显示初始充电容量和放电容量分别为500mah和600mah，库仑效率(c.e.)超过80％。在第30次循环中，放电容量在50ma下降到约400mah。双包覆lco+si-sn-fe的袋状电池具有双包覆锂钴氧化物(lco)和硅-锡-铁(si-sn-fe)电极的袋状电池的细节显示在表4中。表4图8a和图8b示出了具有双包覆的lco(例如，阴极)+si-sn-fe(例如，阳极)的袋状电池的循环属性的结果。为获得循环属性而施加的电流为200ma。图8a显示在最初的几次循环的电压分布。如图8a和图8b所示，针对15次循环，放电容量的范围为约350mah至约1100mah，并且充电容量的范围为约350mah至约1450mah。图9a和图9b示出了根据各种实施方式的具有双包覆的锂钴氧化物(lco)和硅锡铁(si-sn-fe)电极的袋状电池的结果。图9a示出电压(伏或v)作为容量(毫安-小时或mah)的函数的图表950a，图示说明在选择的循环(第1次、第2次和第4次循环在200ma，第30次循环在100ma)的代表性的放电和充电电压分布，并且图9b显示了容量/库伦效率作为30次循环的循环次数的函数的图表950b，图示说明循环性能与库伦效率。如图9a所示，初始放电容量和充电容量分别为约1100mah和约1300mah，库伦效率(c.e.)为约73.9％。30次循环后放电容量下降到约680mah。如图9b所示，在第17次循环中放电容量为约700mah。然后，电流下降到100ma。在第1次循环放电容量和充电容量均增加到约900mah，在第30次循环中下降到约680mah。如上所述，已成功地合成了一种或多种电极或阳极材料，其基于硅(si)、锡(sn)、m(m＝铁(fe)、锰(mn)、镍(ni)、钴(co)、钒(v)、铜(cu)或锌(zn)等中的至少一种)和碳(c)元素。该合成过程包括或由以下组成：在氩中的一步球磨，使其比类似的常规材料更具成本效益。各种实施方式的材料的特征在于以下事实：它们不包含基于si、sn和m的合金，例如，没有si--sn、si--m、sn--m或si--sn--m的合金。各种实施方式的材料的每个组分的组成范围可以是：si：10wt％～50wt％、m：1wt％～50wt％，sn：1wt％～50wt％，和c：10wt％～80wt％。在性能方面，作为非限制性的示例，si-sn-fe-c材料显示：1)高的第一次循环效率(＞90％)和2)高的循环容量(1200mah/g至800mah/g，>2.4-3.5x电流石墨阳极材料)。虽然本发明已特别参照具体实施方式进行说明和描述，但本领域技术人员应理解，可以在形式和细节上进行各种改变，而不偏离由所附权利要求书定义的本发明的精神和范围。因此，本发明的范围由所附权利要求书表示，并且因此旨在包含权利要求书的含义和范围内的所有变化。当前第1页12