二次或可充電鋰離子電池通常被用于許多固定和便攜裝置中，例如在客戶電子設(shè)備、汽車和航空工業(yè)中遇到的那些裝置。鋰類型的電池由于如下各種原因已經(jīng)得到普及：包括相對(duì)高的能量密度、與其他種類的可充電電池相比一般不顯示出任何的記憶效應(yīng)、相對(duì)低的內(nèi)阻、以及不使用時(shí)低的自放電速率。在鋰電池的有效壽命期間鋰電池經(jīng)受重復(fù)電力循環(huán)的能力使得它們成為有吸引力并且可靠的電源。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本文中公開的方法的示例中，通過將氧化鋁前驅(qū)體和酸混合來形成溶液。將碳材料加入到溶液中，以形成其中具有碳材料的含水混合物。使用所述含水混合物進(jìn)行水熱合成，從而在碳材料上生長(zhǎng)前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)。對(duì)碳材料上的前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行退火以便去除碳材料并形成氧化鋁納米材料。

氧化鋁納米材料的示例可以用作鋰離子電池的正電極中的添加劑。正電極的示例包括鋰基活性材料、粘結(jié)劑、導(dǎo)電填料和離散氧化鋁納米材料。在整個(gè)正電極中，氧化鋁納米材料作為添加劑與鋰基活性材料、粘結(jié)劑以及導(dǎo)電填料混合。

附圖說明

通過參考下面詳細(xì)的描述和附圖，本公開內(nèi)容的示例的特征將變得清楚，其中相同的附圖標(biāo)記對(duì)應(yīng)相似(盡管可能不相同)的部件。為了簡(jiǎn)潔，具有在先已描述的功能的附圖標(biāo)記或特征在結(jié)合其出現(xiàn)的其他附圖時(shí)可以描述或可以不描述。

圖1A-1D是一起示出了用于形成本文所公開的氧化鋁納米材料的示例的方法的幾個(gè)示例的示意圖和部分截面圖；

圖2是電流收集器上的正電極的示例的截面圖；

圖3是鋰離子電池的示例(包括本文所公開的正電極的示例)的透視示意圖；

圖4是由本文所公開的方法的示例形成的氧化鋁納米材料的示例的掃描電子顯微鏡(“SEM”)圖片，使用標(biāo)尺為4.29μm；

圖5是由本文所公開的方法的示例形成的氧化鋁納米材料的示例的透射電子顯微鏡(“TEM”)圖片，使用標(biāo)尺為2μm；

圖6是從氧化鋁納米材料中心徑向并向外延伸的納米結(jié)構(gòu)之一的示例的TEM圖片，使用標(biāo)尺為50nm；

圖7是由比較方法形成的氧化鋁納米棒的示例的SEM圖片，使用標(biāo)尺為300nm；

圖8是示出對(duì)于由比較方法形成的氧化鋁納米棒的示例和對(duì)于由本文所公開的方法的示例形成的氧化鋁納米材料的示例的表面積(m²/g，左邊Y軸)相對(duì)于酸堿度(PH)值(X軸)的圖；以及

圖9是示出對(duì)于包括具有作為添加劑的離散氧化鋁納米材料的正電極的示例性硬幣狀電池的放電容量(mAh/g，左邊Y軸)相對(duì)于循環(huán)數(shù)(X軸)的圖。

具體實(shí)施方式

鋰離子電池通常通過在負(fù)電極(有時(shí)稱陽極)與正電極(有時(shí)稱陰極)之間可逆地傳遞鋰離子來運(yùn)作。負(fù)電極和正電極位于用電解質(zhì)溶液浸泡的多孔聚合物隔膜的相對(duì)側(cè)上，所述電解質(zhì)溶液適合于傳導(dǎo)鋰離子。在充電期間，鋰離子注入(例如添加、合金等)到負(fù)電極，而在放電期間，鋰離子從負(fù)電極逸出。每個(gè)電極也都與各自的電流收集器相關(guān)聯(lián)，其通過允許電流在負(fù)電極與正電極之間穿過的可中斷的外部電路連接。

在鋰離子電池中，在電解質(zhì)中殘留的水污染物可與諸如六氟磷酸鋰(LiPF₆)的鋰鹽反應(yīng)，產(chǎn)生氫氟酸(HF)。HF可與電池的有源部件和無源部件兩者都起反應(yīng)，這會(huì)限制電池的循環(huán)壽命。HF生成的減少有助于創(chuàng)造具有長(zhǎng)循環(huán)壽命的鋰離子電池。鋁氧化物可以通過用作HF清除劑來減少HF的生成。根據(jù)下面的反應(yīng)(I)，鋁氧化物可以清除HF：

Al₂O₃+6HF→2AlF₃+3H₂O_(I)

其中氧化鋁可以與HF反應(yīng)生成氟化鋁(AlF₃)和水。認(rèn)為AlF₃產(chǎn)物也可有助于形成的固體電解質(zhì)界面(SEI)的穩(wěn)定性。

在本文所公開的正電極中，離散氧化鋁納米材料作為添加劑加入。如在本文中使用的，“離散”表示納米材料為獨(dú)特結(jié)構(gòu)，其并不被嵌入在活性材料、粘結(jié)劑、導(dǎo)電填料或其他氧化鋁納米材料內(nèi)或不被涂覆在其上。遍及正電極，將添加劑與活性材料、粘結(jié)劑和導(dǎo)電填料混合。離散氧化鋁納米材料可以至少部分地通過用作HF清除劑來改善鋰離子電池的循環(huán)壽命。通過清除HF，離散氧化鋁納米材料可減少陰極/正電極過渡金屬(例如錳、鎳和鈷)溶解，這抑制了活性材料的損耗。此外，遷移到陽極/負(fù)電極的還原量的溶解的過渡金屬離子可在陽極處被還原成純金屬納米顆粒。純金屬納米顆粒可對(duì)在陽極處的固體電解質(zhì)界面(SEI)的形成起到催化作用。

本文所公開的氧化鋁納米材料可包括從中心徑向并向外延伸的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，使得它們像海膽。納米結(jié)構(gòu)可在中心處或中心附近彼此連接。每個(gè)納米結(jié)構(gòu)可以沿著納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)離中心直徑減小。在組合體中小的空間(即，間隙)可使一個(gè)納米結(jié)構(gòu)與另一個(gè)納米結(jié)構(gòu)間隔開。

現(xiàn)在參考圖1A-1D，將討論用于形成氧化鋁納米材料的方法的示例。在示例中，該方法部分地涉及水熱合成以形成氧化鋁納米材料。

轉(zhuǎn)到圖1A，含水混合物16通過在容器18中混合去離子水、Al₂O₃前驅(qū)體12、酸14和碳材料19來形成。Al₂O₃前驅(qū)體12可以是氯化鋁(AlCl₃)或異丙醇鋁(Al(O-i-Pr)₃)。在示例中，約12g的Al₂O₃前驅(qū)體12可被添加用于約60mL的含水混合物16。在Al₂O₃前驅(qū)體12被添加到容器18中的去離子水中之后，可通過攪拌使Al₂O₃前驅(qū)體12完全溶解?？梢允褂么判詳嚢璋簟⑹謩?dòng)攪拌棒或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他合適的方法來混合組分。例如，含水混合物16可以被混合持續(xù)從約5分鐘至約2小時(shí)范圍內(nèi)的時(shí)間。在示例中，含水混合物16被混合持續(xù)約30分鐘。

酸14可以是鹽酸(HCl)(例如，1M HCl)、H₂SO₄、HNO₃、H₂PO₄或任何其他合適的酸。酸14被添加到含水混合物16中，直到混合物16獲得期望的pH值。在酸14已經(jīng)被添加之后混合物16的pH值的范圍可以為從約1至約3。

碳材料19可以懸浮或分散到去離子水中?？梢允褂媚転锳l₂O₃提供異質(zhì)成核點(diǎn)并在水熱合成期間為惰性的任意碳材料19。在示例中，碳材料19容易分散在含水混合物16中，具有用作異質(zhì)成核點(diǎn)的許多缺陷的大比表面積，并在水熱合成之后容易被去除(例如，通過熱氧化被去除)。在示例中，碳材料19是中空碳或石墨。中空碳可通過熱氧化炭黑來制備。合適的可商購(gòu)獲得的炭黑顆粒的一些示例包括XC72(卡博特公司)、(阿克蘇諾貝爾)、以及Black Pearl(BP2000)(卡博特公司)。在示例中，被包括在含水混合物16中每1克的Al₂O₃前驅(qū)體12可以添加從約0.8mg至約2.5mg的碳材料19。

在含水混合物16的水熱合成期間，碳材料19提供異質(zhì)成核點(diǎn)，并因此促進(jìn)Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24的晶核形成和生長(zhǎng)過程(參見圖1C)。通過在水熱合成期間提供異質(zhì)成核點(diǎn)，認(rèn)為碳材料19提供了Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24能夠從其生長(zhǎng)的中心結(jié)構(gòu)。這些Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24從中心徑向并向外生長(zhǎng)。如此，碳材料19能夠使得最終形成的氧化鋁納米材料26(參見圖1D)具有類似于海膽的結(jié)構(gòu)，即，從中心徑向并向外延伸的單個(gè)納米結(jié)構(gòu)。此外，認(rèn)為碳材料19增大了Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24的產(chǎn)量，并且因此最終增大了氧化鋁納米材料26的產(chǎn)量。碳材料19的邊緣和/或腔為Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24的生長(zhǎng)提供了成核點(diǎn)。

現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1B，在將含水混合物16混合之后，可以將含水混合物16添加到封閉系統(tǒng)20。在示例中，封閉系統(tǒng)20為高壓釜。高壓釜的一些示例包括聚四氟乙烯內(nèi)襯(例如，內(nèi)襯)或銅內(nèi)襯不銹鋼高壓釜。內(nèi)襯高壓釜在低于200℃的溫度下使用。銅內(nèi)襯高壓釜在200℃或以上的溫度下使用。

如圖1B所示，在封閉系統(tǒng)20中執(zhí)行水熱合成。更特別地，在封閉系統(tǒng)20內(nèi)，含水混合物16經(jīng)受加熱和蒸汽壓力持續(xù)特定量的時(shí)間。加熱的溫度范圍從約150℃至約200℃。蒸汽壓力范圍從約700psi至約1380psi。加熱和蒸汽壓力施加的時(shí)間范圍從約24小時(shí)至約48小時(shí)。在示例中，封閉系統(tǒng)20可升溫至約200℃并持續(xù)約24小時(shí)。認(rèn)為在封閉系統(tǒng)20中的蒸汽壓力可以在1000psi左右。

如上指出，經(jīng)受水熱合成的含水混合物16其中具有水溶性Al₂O₃前驅(qū)體12。在封閉系統(tǒng)20中應(yīng)用加熱和蒸汽壓力由水溶性Al₂O₃前驅(qū)體12形成Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24。在示例中，Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24是附接到碳材料19的AlOOH瓣或釘。若干Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24附接到碳材料19，且連同Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24一起形成類似海膽的納米材料。這種類似海膽的納米材料具有從碳材料19的成核點(diǎn)徑向并向外生長(zhǎng)的許多固態(tài)Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24。

如圖1C中所示，在水熱合成之后，若干Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24生長(zhǎng)在碳材料19的單個(gè)顆粒上。認(rèn)為在水熱合成期間形成的至少一些Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24附接到中空碳19，如圖1C中所示。若干Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24甚至可以從相同優(yōu)選的點(diǎn)生長(zhǎng)，并且因此可以附接至其他Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24。在這些示例中，當(dāng)Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24生長(zhǎng)時(shí)，Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24保持附接至碳材料19表面。Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24繼續(xù)生長(zhǎng)成類似海膽的氧化鋁納米材料26(圖1D中所示)。

在該方法的一個(gè)特定示例中，Al₂O₃前驅(qū)體12為AlCl₃，并且酸14為HCl。AlCl₃和1M HCl被添加到去離子水中，以形成水溶液(未示出)。在這個(gè)示例中，添加1M HCl，直到溶液具有1.5的pH值。在這個(gè)示例中，還添加了中空碳到溶液中，如碳材料19，從而形成含水混合物16。碳材料19可以在添加Al₂O₃前驅(qū)體12和/或酸14之前或之后添加，或者與其同時(shí)添加。應(yīng)當(dāng)理解，由于中空碳19并不與Al₂O₃前驅(qū)體12或酸14反應(yīng)，因此可以在形成含水混合物16期間的任何時(shí)候添加其他組分。由于Al₂O₃前驅(qū)體12和酸14將溶解在去離子水中，因此可以在添加碳材料19和形成含水混合物16之前形成溶液。在先前所述的特定示例中，一旦AlCl₃溶解后，則該溶液具有1.5的pH，且添加中空碳以形成含水混合物16，將含水混合物16置于封閉系統(tǒng)20(例如高壓釜)中。加熱和蒸汽壓力應(yīng)用于封閉系統(tǒng)20，以引起如先前所述的類似海膽的Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24的形成。在這個(gè)示例中，AlOOH為形成的Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24。

在水熱合成之后，應(yīng)該理解的是含水混合物16已經(jīng)被改變(在圖1C中由附圖標(biāo)記16’表示)，并至少包括Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24，其如先前描述的形成類似海膽的形態(tài)。在含水混合物16’中存在至少一些去離子水。在一些情況下，其他離子(如Cl-)也可以以不影響Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24的量而存在。

在水熱合成之后，然后可使用任何合適的分離技術(shù)從含水混合物16’中去除Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24。例如，可通過真空過濾、離心力或任何其他合適的方法去除Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24。在從含水混合物16’分離Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24期間和/或之后可用去離子水對(duì)Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24進(jìn)行多次洗滌。可以期望的是在退火過程中使用Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24之前用去離子水洗滌Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24。

在Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24從含水混合物16’分離并洗滌之后，Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24可在從約60℃至約80℃的溫度范圍內(nèi)干燥從約12小時(shí)至約24小時(shí)的時(shí)間。

然后干燥后的Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24可進(jìn)行不同示例的熱處理，以形成氧化鋁納米材料26。在示例中，熱處理是在空氣或另一含氧環(huán)境中執(zhí)行的退火過程(即，加熱之后緩慢地爐冷卻)。熱處理可在從約400℃至約800℃的溫度下實(shí)施從約3小時(shí)至約8小時(shí)的時(shí)間。在示例中，熱處理在550℃下實(shí)施約5小時(shí)。在熱處理期間，形成氧化鋁納米材料26。特別地，空氣用作Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24的氧化環(huán)境，并因此形成氧化鋁納米材料26。此外，在熱處理期間，碳材料19被燃燒掉，以類似海膽結(jié)構(gòu)/形態(tài)留下氧化鋁納米材料26(參見圖4和圖5)。

在示例中，在熱處理期間，在中空碳19與Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24之間發(fā)生下述反應(yīng)(II、III)，以形成氧化鋁納米材料26：

2γ-AlOOH→γ-Al₂O₃+H₂O(II)

C+(來自空氣的)O₂→CO₂↑ (III)

Al₂O₃前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)24可被氧化以形成Al₂O₃(反應(yīng)I)。中空碳燃燒掉，如反應(yīng)(II)中所示。

最終的氧化鋁納米材料26的形態(tài)的示例在圖4和圖5中示出。這些納米材料如何形成的描述在示例部分中闡述。

圖1D示意性并分別示出了一個(gè)氧化鋁納米材料26。從中心徑向并向外延伸的每個(gè)納米結(jié)構(gòu)具有從約10nm至約200nm范圍內(nèi)的直徑。每個(gè)納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度在從約80nm至約3微米的范圍內(nèi)。納米結(jié)構(gòu)的直徑可以沿著其長(zhǎng)度減小，使得納米結(jié)構(gòu)末端為點(diǎn)，或具有釘狀結(jié)構(gòu)。與金屬氧化物納米顆粒(其可以被看作是零維的，這是因?yàn)樗旧鲜屈c(diǎn))或金屬氧化物納米棒(其可以被看作是一維的，這是因?yàn)樗旧鲜蔷€)相比，氧化鋁納米材料26具有較大的表面。在示例中，每個(gè)氧化鋁納米材料26的表面積至少約150m²/g。相比之下，納米顆粒一般具有從大于0m²/g至約100m²/g范圍內(nèi)的表面積，以及納米棒一般具有從約115m²/g至約150m²/g范圍內(nèi)的表面積。氧化鋁納米材料26的較大的表面積提高了它們減少HF形成的能力。氧化鋁納米材料26可物理或化學(xué)吸收HF。氧化鋁納米材料26的較大的表面積提供給氧化鋁納米材料26更多的吸收點(diǎn)，并因此實(shí)現(xiàn)電解質(zhì)中的HF更好地減少。

在獲得氧化鋁納米材料26后，氧化鋁納米材料26可以作為添加劑添加到鋰離子電池的正電極組合物中。在示例中，將離散氧化鋁納米材料26添加到正電極組合物中。在另一示例中，將氧化鋁納米材料26與納米材料26’一起添加到正電極組合物中，納米材料26’通過斷開(有意地或者在正電極組合物形成期間)從納米材料26的中心徑向并向外延伸的一些納米結(jié)構(gòu)來制備。所斷開的納米結(jié)構(gòu)26’傾向于側(cè)向下鋪設(shè)并且大體上均勻地分散于整個(gè)電極組合物。正電極組合物包括至少活性材料。這將參照?qǐng)D2進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)描述。

現(xiàn)在將參照?qǐng)D2討論用于制備鋰離子電池300的正電極40的方法的示例(參見圖3)。圖2示出了載體30上的正電極40的示例，所述正電極40包括鋰基活性材料28、粘結(jié)劑32、導(dǎo)電填料34、以及作為添加劑的離散氧化鋁納米材料26。

在制備正電極40的示例中，氧化鋁納米材料26與鋰基活性材料28以及導(dǎo)電填料34干混合。在一些情況下，粘結(jié)劑32還與其他組分26、28、34干混合。然后可以添加溶劑。在其他情況下，粘結(jié)劑32與溶劑混合在一起，并且然后添加到干混合組分26、28、34中。如以下將進(jìn)行的更詳細(xì)的討論，取決于選擇粘結(jié)劑32來形成分散體或混合物，溶劑可以是去離子水或有機(jī)溶劑。

鋰基活性材料28可以包括如下的任何鋰基活性材料：其能夠充分地經(jīng)歷鋰嵌入和脫嵌入，同時(shí)鋁或另一合適的電流收集器30用作鋰離子電池300的正極端(參見圖3)。適用于本示例正電極40的一類常見的已知鋰基活性材料包括層狀鋰過渡金屬氧化物。例如，鋰基活性材料28可以是尖晶石氧化錳鋰(LiMn₂O₄)、氧化鋰鈷(LiCoO₂)、錳-鎳氧化物尖晶石[Li(Li(Mn_1.5Ni_0.5)O₂]、或者層狀鎳錳鈷氧化物(通式為xLi₂MnO₃·(1-x)LiMO₂或者M(jìn)由任意比例的Ni、Mn和/或Co構(gòu)成)。特定示例的層狀鎳-錳-鈷氧化物包括(xLi₂MnO₃·(1-x)Li(Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)O₂)。其他合適的鋰基活性材料包括Li(Ni_1/3Mn_1/3Co_1/3)O₂,Li_x+yMn_2-yO₄(LMO，0<x<1和0<y<0.1)、或者鋰鐵聚陰離子氧化物，例如鋰鐵磷酸鹽(LiFePO₄)或鋰鐵氟磷酸鹽(Li₂FePO₄F)、或富鋰層狀結(jié)構(gòu)。也可以利用其他鋰基活性材料，例如，LiNi_1-xCo_1-yM_x+yO₂或者LiMn_1.5-xNi_0.5-yM_x+yO₄(M由任意比例的Al、Ti、Cr、和/或Mg構(gòu)成)、穩(wěn)定的氧化鋰錳尖晶石(Li_xMn_2-yM_yO₄，其中M由任意比例的Al、Ti、Cr、和/或Mg構(gòu)成)、氧化鋰鎳鈷鋁(例如，LiNi_0.8Co_0.15Al_0.05O₂或NCA)、鋁穩(wěn)定的鋰錳氧化物尖晶石(例如，Li_xAl_0.05Mn_0.95O₂)、氧化鋰釩(LiV₂O₅)、Li₂MSiO₄(其中M由任意比例的Co、Fe、和/或Mn構(gòu)成)、以及任何其他高能鎳-錳-鈷材料(HE-NMC、NMC或LiNiMnCoO₂)。通過“任意比例”表示任何元素都可以以任意量存在。因此，在一些示例中，M可以是有或者沒有Cr、Ti、和/或Mg的Al，或者所列元素的任何其他組合。在另一示例中，陰離子置換可以在任一示例的鋰過渡金屬基活性材料的晶格中進(jìn)行來穩(wěn)定晶體結(jié)構(gòu)。例如，任意O原子可被F原子取代。

正電極40的鋰基活性材料28可以與粘結(jié)劑32、導(dǎo)電填料34、以及氧化鋁納米材料26混合。粘結(jié)劑32將鋰基活性材料28與導(dǎo)電填料34結(jié)構(gòu)上保持在一起。適合的粘結(jié)劑32的一些示例包括聚偏氟乙烯(PVdF)、聚環(huán)氧乙烷(PEO)、乙烯丙烯二烯單體(EPDM)橡膠、羧甲基纖維素(CMC)、丁苯橡膠(SBR)、丁苯橡膠-羧甲基纖維素(SBR-CMC)、聚丙烯酸(PAA)、交聯(lián)的聚丙烯酸-聚氮丙啶、聚酰亞胺、或者任何其他合適的粘結(jié)劑材料。其他適合的粘結(jié)劑的示例包括聚乙烯醇(PVA)、藻酸鈉、或者其他水溶性粘結(jié)劑。

導(dǎo)電填料34可以為導(dǎo)電碳材料。導(dǎo)電碳34可以為高表面積碳，例如，乙炔黑或另一碳材料(例如Super P)。適合的導(dǎo)電填料34的其他示例包括石墨烯、石墨、碳納米管和/或碳納米纖維。導(dǎo)電填料34確保正極側(cè)電流收集器30與正電極40中的鋰基活性材料28之間的電子導(dǎo)電。

如上所述，氧化鋁納米材料26為從中心徑向并向外延伸的納米結(jié)構(gòu)，使得它們類似海膽。除了氧化鋁納米材料26之外，正電極40中的添加劑還可以包括斷開海膽結(jié)構(gòu)26的納米材料26’。氧化鋁納米材料26和納米材料26’沒有嵌入其他正電極組分中，或者涂覆在其他正電極組分上。在一些示例中，氧化鋁納米材料26具有至少150m²/g的表面積。在示例中，按正電極40的總重量百分比計(jì)，氧化鋁納米材料26的含量的范圍為從大于0重量％至約10重量％。

在制造正電極40的方法的示例中，氧化鋁納米材料26與粘結(jié)劑32、導(dǎo)電填料34、以及鋰基活性材料28混合。所有這些組分都可以通過干研磨手動(dòng)混合。在所有這些組分被一起研磨之后，研磨組分與水或有機(jī)溶劑(取決于所使用的粘結(jié)劑32)結(jié)合以形成分散體/混合物。在示例中，溶劑為極性非質(zhì)子溶劑。適合的極性非質(zhì)子溶劑的示例包括二甲基乙酰胺(DMAc)、N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亞砜(DMSO)、或另外的路易斯堿，或者它們的組合。當(dāng)使用水溶性粘結(jié)劑(例如藻酸鈉)時(shí)，溶劑可以為水。

分散體/混合物可以通過研磨來混合。研磨有助于將分散體/混合物轉(zhuǎn)換成可涂覆的漿。低剪切研磨或者高剪切研磨可以用來混合分散體/混合物。分散體/混合物的研磨時(shí)間范圍為從約10分鐘到約20小時(shí)，這取決于研磨剪切速率。在示例中，使用旋轉(zhuǎn)混合器約20分鐘以約2000rmp來研磨分散體/混合物。

在分散體/混合物的一個(gè)示例中，鋰基活性材料28的量范圍為從約50重量％到約95重量％(基于分散體/混合物的總固體重量％)，導(dǎo)電填料34的量范圍為從約5重量％到約20重量％(基于分散體/混合物的總固體重量％)，粘結(jié)劑32的量范圍為從約5重量％到約20重量％(基于分散體/混合物的總固體重量％)，以及氧化鋁納米材料26的量范圍為從大于0重量％高至約10重量％(基于分散體/混合物的總固體重量％)。

然后將漿沉積到載體30上。在示例中，載體30為正極側(cè)電流收集器。應(yīng)當(dāng)理解的是載體30可以由鋁或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他合適的導(dǎo)電材料來形成。所選的載體30應(yīng)當(dāng)能夠從與其連接的外部電路收集自由電子，并且將自由電子移動(dòng)到與其連接的外部電路。

漿可以使用任何適合的技術(shù)來沉積。作為示例，漿可以澆鑄在載體30的表面上，或可以散布在載體30的表面上，或者可以使用槽模涂布機(jī)涂覆在載體30的表面上。

為了除去任何殘留的溶劑和/或水，所沉積的漿可以經(jīng)受干燥處理?？梢允褂萌魏芜m合的技術(shù)來完成干燥。例如，在環(huán)境條件(即，在室溫下，約18℃至22℃，并且1個(gè)大氣壓)下實(shí)施干燥。干燥可以在從約60℃到約150℃的較高溫度范圍內(nèi)進(jìn)行。在一些示例中，真空也可以用來加速干燥處理。作為干燥處理的一個(gè)示例，所沉積的漿可以在約120℃下經(jīng)受真空約12小時(shí)到24小時(shí)。

干燥處理導(dǎo)致正電極40的形成。在示例中，已干燥的漿(即，正電極40)的厚度范圍為從約5μm到約200μm。在另一示例中，已干燥的漿(即，正電極40)的厚度范圍為從約10μm到約100μm。

在形成正電極40期間，水和/或有機(jī)溶劑被去除，并因此所得到的正電極40包括從約50重量％至約95重量％(基于正電極40的總重量％)的活性材料28、從約5重量％高至20重量％(基于正電極40的總重量％)的導(dǎo)電填料34、從約5重量％高至20重量％(基于正電極40的總重量％)的粘結(jié)劑32、以及從大于0重量％高至約10重量％(基于正電極40的總重量％)的氧化鋁納米材料26。

現(xiàn)在參照?qǐng)D3，示出了鋰離子電池300。圖3中所示的鋰離子電池300包括具有作為添加劑的離散氧化鋁納米材料26的正電極40。

如圖3所示，除了正電極40與正極側(cè)電流收集器30之外，鋰離子電池300包括負(fù)電極38、負(fù)極側(cè)電流收集器36、以及位于正電極40與負(fù)電極38之間的多孔隔膜42。

在圖3中，正電極40可由任何合適的鋰基活性材料28形成，如先前參照?qǐng)D2所述。如上所述，鋰基活性材料28可與粘結(jié)劑32、導(dǎo)電填料34、以及離散氧化鋁納米材料26混合。

正極側(cè)電流收集器30可由鋁或本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的任何其他適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料來形成。

圖3中的多孔隔膜42(可作為電絕緣體和機(jī)械支撐件兩者)被夾在負(fù)電極38與正電極40之間，以防止兩個(gè)電極38、40之間的物理接觸和發(fā)生短路。除了在兩個(gè)電極38、40之間提供物理屏障之外，通過電解質(zhì)溶液填充其孔，多孔隔膜42確保了鋰離子(圖3中由黑點(diǎn)和由具有(+)電荷的空心圓標(biāo)識(shí))和相關(guān)陰離子(圖3中由具有(-)電荷的空心圓標(biāo)識(shí))的通路。這有助于確保鋰離子電池300正常工作。

多孔隔膜42可以是聚烯烴膜。聚烯烴可以是均聚物(由單個(gè)單體成分所衍生)或雜聚物(由多于一個(gè)的單體成分所衍生)，并且可是直鏈或支鏈的。如果使用了由兩種單體成分所衍生的雜聚物，則聚烯烴可假定任何共聚物鏈結(jié)構(gòu)，包括那些嵌段共聚物或無規(guī)共聚物。如果聚烯烴是由多于兩個(gè)的單體成分所衍生的雜聚物，也是如此。作為示例，聚烯烴膜可由聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)、PE和PP的共混物、或者PE和/或PP的多層結(jié)構(gòu)的多孔膜形成。

在其他示例中，多孔隔膜42可由選自如下的另一聚合物形成：聚對(duì)苯二甲酸乙酯(PET)、聚偏二氟乙烯(PVdF)、聚酰胺(尼龍)、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醚酮(PEEK)、聚醚砜(PES)、聚酰亞胺(PI)、聚酰胺-酰亞胺、聚醚、聚甲醛(例如，乙縮醛)、聚對(duì)苯二甲酸丁二酯、聚環(huán)烷酸乙二醇脂、聚丁烯、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物(ABS)、聚苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚氯乙烯(PVC)、聚硅氧烷聚合物(如，聚二甲基硅氧烷(PDMS))、聚苯并咪唑(PBI)、聚苯并惡唑(PBO)、聚亞苯基(例如，PARMAX^TM(密西西比州貝圣路易斯的密西西比聚合物技術(shù)公司(Mississippi Polymer Technologies,Inc.)))、聚亞芳基醚酮、聚全氟環(huán)丁烷、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏二氟乙烯共聚物和三元共聚物、聚偏二氯乙烯、聚氟乙烯、液晶聚合物(例如，VECTRAN^TM(德國(guó)的赫斯特公司)、(特拉華州威爾明頓的杜邦)、聚(對(duì)羥基苯甲酸)、聚芳酰胺、聚苯醚，和/或其組合。在又一示例中，多孔隔膜42可選自聚烯烴(如，PE和/或PP)與上面列出的聚合物中的一種或多種的組合。

多孔隔膜42可包含由干法或濕法工藝制造的單層或多層層壓件。例如，單層聚烯烴和/或其他所列出的聚合物可完全構(gòu)成多孔隔膜42。然而，作為另一示例，類似或不同的聚烯烴和/或聚合物的多個(gè)離散層可被組裝成多孔隔膜42。在一個(gè)示例中，將一種或多種聚合物的離散層涂覆于聚烯烴的離散層上，以形成多孔隔膜42。此外，聚烯烴(和/或其他聚合物)層和任何其他任選的聚合物層可進(jìn)一步被包括在多孔隔膜42中作為纖維層，以幫助提供具有適當(dāng)結(jié)構(gòu)和多孔特性的多孔隔膜42。還有其他適合的多孔隔膜42包括具有粘附至其的陶瓷層的那些，以及聚合物基質(zhì)(即，有機(jī)-無機(jī)組合物基質(zhì))中具有陶瓷填料的那些。

可以在負(fù)電極38與正電極40之間傳導(dǎo)鋰離子的任何合適的電解質(zhì)溶液可用于鋰離子電池300。在一個(gè)示例中，電解質(zhì)溶液可以是包括溶解在有機(jī)溶劑或有機(jī)溶劑混合物中的鋰鹽的非水液體電解質(zhì)溶液。本領(lǐng)域技術(shù)人員知道可用于鋰離子電池300的非水液體電解質(zhì)溶液以及如何制造或購(gòu)買到這些非水液體電解質(zhì)溶液?？扇芙庥谟袡C(jī)溶劑以形成非水液體電解質(zhì)溶液的鋰鹽的示例包括LiClO₄、LiAlCl₄、LiI、LiBr、LiSCN、LiBF₄、LiB(C₆H₅)₄、LiCF₃SO₃、LiN(FSO₂)₂(LIFSI)、LiN(CF₃SO₂)₂(LITFSI)、LiAsF₆、LiPF₆、LiB(C₂O₄)₂(LiBOB)、LiBF₂(C₂O₄)(LiODFB)、LiPF₄(C₂O₄)(LiFOP)、LiNO₃、以及它們的混合物。這些和其他類似的鋰鹽可溶解于各種有機(jī)溶劑，例如，環(huán)碳酸酯(碳酸亞乙酯、碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、碳酸氟代)、直鏈碳酸酯(碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯)、脂肪族羧酸酯(甲酸甲酯、乙酸甲酯、丙酸甲酯)、γ-內(nèi)酯(γ丁內(nèi)酯、γ戊內(nèi)酯)、鏈狀結(jié)構(gòu)醚(1,2-二甲氧基乙烷、1-2二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、四甘醇二甲醚)、環(huán)醚(四氫呋喃、2-甲基四氫呋喃、1,3-二氧戊環(huán))、以及它們的混合物。

如圖3中所示，鋰離子電池300還包括連接負(fù)電極38與正電極40的可中斷的外部電路46。鋰離子電池300還可以支撐可以有效連接到外部電路46的負(fù)載裝置44。當(dāng)鋰離子電池300放電時(shí)，負(fù)載裝置44接收來自穿過外部電路46的電流的電能進(jìn)給。盡管負(fù)載裝置44可以是任意數(shù)目已知的電源裝置，但是功率消耗負(fù)載裝置44的一些特定示例包括用于混合動(dòng)力汽車或所有電動(dòng)汽車的電動(dòng)機(jī)、便攜式計(jì)算機(jī)、移動(dòng)電話和無繩電動(dòng)工具。然而，負(fù)載裝置44還可是為了存儲(chǔ)能量的目的對(duì)鋰離子電池300充電的電功率生成裝置。例如，風(fēng)車和太陽能電池板可變和/或間歇發(fā)電的傾向通常產(chǎn)生存儲(chǔ)過剩能量以備后用的需要。

鋰離子電池300還可包括雖然本文沒有描述但是本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的寬范圍的其他組件。例如，鋰離子電池300可包括套管、墊圈、端子、極耳、以及可以為了性能有關(guān)或其他實(shí)踐目的而位于負(fù)電極38與正電極40之間或周圍的任何其他所期望的組件或材料。此外，鋰離子電池300的尺寸和形狀以及其主要組件的設(shè)計(jì)和化學(xué)組成可根據(jù)為了其而設(shè)計(jì)的特定應(yīng)用而變化。例如，電池供電式汽車和手持式消費(fèi)電子裝置是其中鋰離子電池300很有可能設(shè)計(jì)成不同的尺寸、容量和功率-輸出規(guī)格的兩個(gè)實(shí)例。如果負(fù)載裝置44如此需要，則鋰離子電池300也可以以串聯(lián)和/或并聯(lián)的方式與其他類似的鋰離子電池連接以產(chǎn)生更大的電壓輸出和電流(如果并聯(lián)布置)或電壓(如果串聯(lián)布置)。

鋰離子電池300通常通過在負(fù)電極38與正電極40之間可逆地傳遞鋰離子來運(yùn)作。在完全充電狀態(tài)下，電池400的電壓處于最大值(通常在2.0V至5.0V的范圍內(nèi))；而在完全放電狀態(tài)下，電池300的電壓處于最小值(通常在0V至2.0V的范圍內(nèi))。本質(zhì)上，正電極40和負(fù)電極38中的活性材料的費(fèi)米能級(jí)在電池運(yùn)作期間變化，并且因此兩者之間的差稱為電池電壓。隨著費(fèi)米能級(jí)彼此越來越接近，電池電壓在放電期間降低。在充電期間，逆過程發(fā)生，當(dāng)費(fèi)米能級(jí)被驅(qū)動(dòng)分離時(shí)，電池電壓增加。在電池放電期間，外負(fù)載裝置44能夠使電子電流在外部電路46中沿使得費(fèi)米能級(jí)(以及，對(duì)應(yīng)的電池電壓)之間的差減小的方向流動(dòng)。在電池充電期間發(fā)生相反的情況：電池充電器迫使電子電流在外部電路46中沿使得費(fèi)米能級(jí)(以及，對(duì)應(yīng)的電池電壓)之間的差增大的方向流動(dòng)。

在放電開始時(shí)，鋰離子電池300的負(fù)電極38含有高濃度的插入的鋰，而正電極40相對(duì)耗盡。當(dāng)負(fù)電極38包含足夠較高的相對(duì)量的插入的鋰時(shí)，鋰離子電池300可以通過在外部電路46閉合以連接負(fù)電極38與正電極40時(shí)產(chǎn)生的可逆電化學(xué)反應(yīng)來生成有益電流。在這種條件下建立閉合外部電路46導(dǎo)致從負(fù)電極38提取插入的鋰。當(dāng)提取的鋰原子離開負(fù)電極-電解質(zhì)界面處的插入宿主時(shí)，提取的鋰原子被分解為鋰離子(由黑點(diǎn)以及由具有(+)電荷的空心圓來標(biāo)識(shí))和電子(e-)。

正電極40與負(fù)電極38之間的化學(xué)勢(shì)差(在約2.0V到約5.0V的范圍內(nèi)，這取決于電極38、40確切的化學(xué)構(gòu)成)驅(qū)動(dòng)通過在負(fù)電極38處插入的鋰氧化產(chǎn)生的電子(e-)穿過外部電路46朝向正電極40。鋰離子被電解質(zhì)溶液同時(shí)攜帶穿過多孔隔膜42朝向正電極40。流經(jīng)外部電路46的電子(e-)和在電解質(zhì)溶液中遷移跨過多孔隔膜42的鋰離子最終在正電極40處結(jié)合并形成插入的鋰。通過外部電路46的電流可以被利用并且引導(dǎo)通過負(fù)載裝置44直到負(fù)電極38中插入的鋰的水平下降至低于工作水平或停止對(duì)電能的需要。

鋰離子電池300可以在其可用容量部分或全部放電后被再充電。對(duì)鋰離子電池300充電時(shí)，外部電池充電器連接到正電極40和負(fù)電極38以驅(qū)動(dòng)電池放電電化學(xué)反應(yīng)的逆轉(zhuǎn)。在再充電期間，電子(e-)通過外部電路46流回到負(fù)電極38，且電解質(zhì)攜帶的鋰離子穿過多孔隔膜42回到負(fù)電極38。電子(e-)和鋰離子在負(fù)電極38處再次結(jié)合，因而在下次電池放電循環(huán)期間用插入的鋰補(bǔ)充消耗。

可用來對(duì)鋰離子電池300充電的外部電池充電器可以根據(jù)鋰離子電池300的尺寸、結(jié)構(gòu)并且特別是最終用途而變化。一些合適的外部電池充電器包括插入到AC壁裝電源插座的電池充電器和機(jī)動(dòng)車輛交流發(fā)電機(jī)。

氧化鋁納米材料26的大的表面積(如，至少150m²/g)和獨(dú)特結(jié)構(gòu)(如，具有從中空中心徑向且向外延伸的多個(gè)納米結(jié)構(gòu)，每個(gè)納米結(jié)構(gòu)具有從約10nm到約200nm的直徑以及約80nm到約3微米的長(zhǎng)度)使它們適合于在各種另外的應(yīng)用中使用。在示例中，氧化鋁納米材料26可用于水凈化。氧化鋁納米材料26可以從水中去除離子(如，鉛(II)和汞(II))。氧化鋁納米材料26的大的表面積和獨(dú)特結(jié)構(gòu)可以為從水中去除離子提供更大數(shù)目的吸收點(diǎn)。在另一示例中，氧化鋁納米材料26也可適合于用作藥物輸送的載體材料。

為了進(jìn)一步示出本公開內(nèi)容，本文中給出多個(gè)示例。應(yīng)當(dāng)理解，這些示例被提供用于說明的目的，并且不被解釋為限制本公開內(nèi)容的范圍。

示例

示例1

制備了氧化鋁納米材料的六種樣品。樣品1-4根據(jù)比較方法來制備。樣品5和6根據(jù)本文中所公開的方法的示例來制備。

樣品1通過向去離子水中添加5.4克AlCl₃粉末(即，12克AlCl₃·9H₂O)和1M HCl制備。AlCl₃粉末溶解在去離子水中。1M NaOH作為pH調(diào)節(jié)劑被滴加到溶液中直到形成白色沉積物并達(dá)到期望的pH。該混合物的pH為約11。將該混合物放入到襯里的不銹鋼高壓釜中。用于水熱合成的處理參數(shù)包括將含水混合物暴露在200℃的溫度下持續(xù)約24小時(shí)到48小時(shí)的時(shí)間段。認(rèn)為在水熱合成期間高壓釜內(nèi)的壓力為約1400psi。水熱合成反應(yīng)結(jié)束時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)物從高壓釜中除去，用去離子水洗滌，真空過濾，并將其在真空中在約80℃下干燥約12小時(shí)到約24小時(shí)。

包括納米管的反應(yīng)產(chǎn)物經(jīng)受在空氣中在550℃下退火約5小時(shí)。在熱處理期間，納米管燒結(jié)以形成納米棒，并且水作為副產(chǎn)物產(chǎn)生并汽化，在納米棒中形成三維互聯(lián)孔隙。在退火期間的反應(yīng)可能是：-AlOOH→γ-Al₂O₃+H₂O↑。樣品1中制備的多孔γ-Al₂O₃納米棒具有約120m²/g的平均表面積。

樣品2根據(jù)與制備樣品1相同的方法來制備，制備具有下列變化。在將pH調(diào)節(jié)劑加到混合物中后，pH為約9。樣品2中制備的多孔γ-Al₂O₃納米棒具有約130m²/g的平均表面積。

樣品3根據(jù)與制備樣品1相同的方法來制備，制備具有下列變化。在將pH調(diào)節(jié)劑加到混合物中后，pH為約5。樣品3中制備的多孔γ-Al₂O₃納米棒具有約140m²/g的平均表面積。

樣品4根據(jù)與制備樣品1相同的方法來制備，制備具有下列變化。Al(O-i-Pr)₃被用作代替AlCl₃的前驅(qū)體。該混合物的pH為約11。樣品4中制備的多孔γ-Al₂O₃納米棒具有約120m²/g的平均表面積。樣品1至樣品4示出AlCl₃粉末和Al(O-i-Pr)₃在所形成的最終γ-Al₂O₃納米棒的表面積方面十分相似。

獲取了樣品1中制備的多孔γ-Al₂O₃納米棒的TEM圖像。這顯示在圖7中，圖7清晰地示出了一維維度。

樣品5根據(jù)本文中所公開的方法的示例來制備。含水混合物通過向60mL去離子水添加12g AlCl₃、1M HCl和10-30mg中空碳來制備。該含水混合物的pH為1.5。

將該含水混合物放入到襯里的不銹鋼高壓釜中。用于水熱合成的處理參數(shù)包括使含水混合物在200℃的溫度下經(jīng)受約24小時(shí)到36小時(shí)的時(shí)間段。認(rèn)為在水熱合成期間高壓釜中的壓力約1400psi。在水熱合成結(jié)束時(shí)，將反應(yīng)產(chǎn)物從高壓釜中除去。

在水熱合成之后，將反應(yīng)產(chǎn)物過濾、洗滌并干燥以獲得前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)。前驅(qū)體納米結(jié)構(gòu)包括諸如海膽狀納米結(jié)構(gòu)的共同組裝在中空碳復(fù)合材料上的AlOOH瓣/釘，其中每個(gè)AlOOH瓣具有從80nm到約3μm范圍內(nèi)的平均長(zhǎng)度，以及從約20nm到約200nm范圍內(nèi)的平均直徑。

然后，具有中空碳復(fù)合材料的海膽狀納米結(jié)構(gòu)在空氣中在550℃下經(jīng)受退火約5小時(shí)。在熱處理期間，中空碳復(fù)合材料被燒掉，并且納米結(jié)構(gòu)燒結(jié)形成具有海膽狀結(jié)構(gòu)的氧化鋁納米材料，并且水作為副產(chǎn)物產(chǎn)生并汽化。在退火期間的反應(yīng)可能是：2γ-AlOOH→γ-Al₂O₃+H₂O↑。在樣品5中制備的鋁氧化物納米材料具有約240m²/g的平均表面積。

樣品6根據(jù)與制備樣品5相同的方法來制備，制備方法具有下面的變化。石墨被用作碳材料。在樣品6中制備的氧化鋁納米材料具有約195m²/g的平均表面積。

比較樣品5和樣品6，中空碳導(dǎo)致更高表面積的納米材料，并且在后期水熱處理期間更容易被燒掉。然而，應(yīng)指出，使用石墨形成的納米材料具有比樣品1-4中任何一個(gè)更高的表面積。

獲取了在樣品5中制備的氧化鋁納米材料的SEM圖像。這顯示在圖4中。還獲取了在樣品5中制備的氧化鋁納米材料的TEM圖像。這顯示在圖5中。圖4和圖5清楚地示出了氧化鋁納米材料的海膽狀結(jié)構(gòu)。獲取了從氧化鋁納米材料的中心徑向并向外延伸的納米結(jié)構(gòu)中之一的TEM圖像。這顯示在圖6中，圖6清楚地顯示了每個(gè)納米結(jié)構(gòu)沿著納米結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)度遠(yuǎn)離中心會(huì)如何減小直徑。圖8是示出了對(duì)于樣品1-6的表面積(m²/g，左Y軸)相對(duì)于pH值變化的圖。

示例2

樣品5的氧化鋁納米材料作為添加劑被并入到兩個(gè)示例性正電極(A、A’)中。示例性正電極包括約78％的Li(Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13)O₂材料作為活性材料、約10％的粘結(jié)劑(PVdF)、約10％的導(dǎo)電填料(炭黑)、以及約2重量％的氧化鋁納米材料。在混合之后，從中心徑向并向外延伸的大多數(shù)納米結(jié)構(gòu)從氧化鋁納米材料斷開。斷開的納米結(jié)構(gòu)側(cè)向鋪設(shè)并大體上均勻地分散在電極中。

比較正電極(B)包括與示例性正電極相同的所有組件，除了氧化鋁納米材料之外。該比較正電極不包括氧化鋁納米材料。

為了形成正示例性電極，Li(Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13)O₂活性材料、炭黑、和氧化鋁納米材料在混合器中干混合。將PVdF和溶劑(NMP)添加到干混合物中。為了形成比較電極，Li(Li_0.2Mn_0.54Ni_0.13Co_0.13)O₂活性材料和炭黑在混合器中干混合。將PVdF和溶劑(NMP)添加到干混合物中。將混合物進(jìn)行混合直到形成兩種相對(duì)均勻的可涂覆的漿。將漿澆注到各自的鋁電流收集器上。電極涂層和比較電極涂層在室溫下在空氣中干燥，然后在烘箱中在約80℃下干燥約24小時(shí)，并且然后在真空中在約100℃下干燥約24小時(shí)。

比較正電極和示例性正電極中的每一個(gè)與鋰箔負(fù)電極一起使用以構(gòu)建半電池。硬幣狀電池(2032硬件)在充Ar的手套箱內(nèi)組裝。微孔三層聚丙烯(PP)和聚乙烯(PE)聚合物膜(CELGARD 2032，可從卡爾格德公司購(gòu)得)被用作隔膜。電解質(zhì)由在溶劑的混合物(例如，以1:2體積比的碳酸乙烯酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC))中的1M LiPF6組成。

硬幣狀電池被保持在45℃下以進(jìn)行恒電流循環(huán)測(cè)試。循環(huán)測(cè)試在C/3的速率下進(jìn)行，并且在2.0V至4.6V的電壓窗口內(nèi)循環(huán)至少100個(gè)周期。

圖9示出了硬幣狀電池的放電容量(mAh/g，Y軸)相對(duì)于周期數(shù)(X軸)的變化，該硬幣狀電池包括比較示例性正電極(B)和具有氧化鋁納米材料添加劑的示例性正電極(A、A’)。隨著周期數(shù)增加到30或更多，與比較示例性正電極的放電容量(實(shí)心正方形B)相比，示例性正電極的放電容量(實(shí)心圓A’，和空心圓A)更大。

如圖9中所示，當(dāng)正電極包括在本文中所公開的氧化鋁納米材料時(shí)，改善了在放電期間的循環(huán)穩(wěn)定性。

在整個(gè)說明書中，提及“一個(gè)示例”、“另一個(gè)示例”、“示例”等等，表示結(jié)合示例描述的特定要素(例如，特征、結(jié)構(gòu)和/或特性)被包含在本文中所描述的至少一個(gè)示例中，并可以存在于或可以不存在于其他示例中。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，除非上下文以另外的方式明確說明，對(duì)于任何示例所描述的要素可以以任何適當(dāng)?shù)姆绞皆诟鱾€(gè)示例中結(jié)合。

應(yīng)當(dāng)理解的是，在本文中所提供的范圍包括所描述的范圍和所描述范圍內(nèi)的任何值或子范圍。例如，從大于0重量％高至約10重量％的范圍應(yīng)解釋為不僅包括從大于0重量％高至約10重量％的明確敘述的限制，也包括單個(gè)的值(如3.5重量％、6重量％、2重量％等)和子范圍(如從約0.5重量％至約8重量％等)。此外，當(dāng)“約”被用來描述值時(shí)，這表示涵蓋從所描述的值的小的變化(高至+/-10％)。

除非上下文以另外的方式明確說明，在描述和要求保護(hù)在本文中公開的示例時(shí)，單數(shù)形式包括復(fù)數(shù)參照對(duì)象。

雖然已詳細(xì)描述了若干示例，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，可以修改所公開的示例。因此，以上描述將被視為非限制性的。