锂-硫电池阴极和钠-硫电池阴极.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112352334A(43)申请公布日2021.02.09(21)申请号201980044412.6(74)专利代理机构北京安信方达知识产权代理(22)申请日2019.04.29有限公司11262代理人孙琳琳郑霞(30)优先权数据62/664,3712018.04.30US(51)Int.Cl.H01M4/58(2006.01)(85)PCT国际申请进入国家阶段日H01M4/60(2006.01)2020.12.30H01M4/136(2006.01)(86)PCT国际申请的申请数据H01M10/052(2006.01)PCT/US2019/0295972019.04.29(87)PCT国际申请的公布数据WO2019/212944EN2019.11.07(71)申请人约翰霍普金斯大学地址美国马里兰州(72)发明人万·萨拉·泰艾弗里·E·鲍曼权利要求书7页说明书19页附图19页(54)发明名称锂-硫电池阴极和钠-硫电池阴极(57)摘要提供了包括有缺陷的材料有机框架部分的锂‑硫电池和环境温度钠‑硫电池，其提供提高的绝对容量和提高的容量保持率。在一些方面中，锂‑硫电池和环境温度钠‑硫电池包括包含有缺陷的金属有机框架部分的阴极。CN112352334ACN112352334A权利要求书1/7页1.一种电池阴极，所述阴极包括多个有缺陷的金属有机框架部分：(i)其中每个有缺陷的金属有机框架部分独立地包括选自结构缺陷和组成特征的至少一个缺陷；以及(ii)其中每个缺陷独立地允许捕获电池阳极金属离子、并入用于捕获多硫化物的化学锚取代基，或其组合。2.根据权利要求1所述的电池阴极，其中所述有缺陷的金属有机框架部分在所述缺陷的存在方面与母体金属有机框架部分不同。3.根据权利要求1或权利要求2所述的电池阴极，其中所述金属有机框架的金属选自锆、铪、铯、铜、锌、钛、铁、钒、钼、铌和铬。4.根据权利要求1至3中任一项所述的电池阴极，其中所述金属有机框架的金属是锆。5.根据权利要求1至4中任一项所述的电池阴极，其中所述缺陷独立地选自金属配位位点和质子位点。6.根据权利要求5所述的电池阴极，其中所述多个有缺陷的金属有机框架部分的一部分包括至少一个缺陷，所述至少一个缺陷是质子位点。7.根据权利要求6所述的电池阴极，其中每个质子位点独立地选自羟基基团和水基团。8.根据权利要求1至7中任一项所述的电池阴极，其中所述阴极包括硫并且是锂-硫电池阴极。9.根据权利要求6至8中任一项所述的电池阴极，其中相当大部分的所述质子位点被锂官能化。10.根据权利要求1至7中任一项所述的电池阴极，其中所述阴极包括硫并且是钠-硫电池阴极。11.根据权利要求10所述的电池阴极，其中相当大部分的所述质子位点被钠官能化。12.根据权利要求1至5中任一项所述的电池阴极，其中所述多个有缺陷的金属有机框架部分的一部分包括金属配位位点、被官能化到质子位点用于捕获多硫化物的化学锚取代基或其组合。13.根据权利要求12所述的电池阴极，其中所述多个有缺陷的金属有机框架部分的一部分包括选自硫代磷酸根、硫代锗酸根和硫代砷酸根的化学锚取代基。14.根据权利要求13所述的电池阴极，其中所述化学锚取代基是硫代磷酸根。15.根据权利要求1至4中任一项所述的电池阴极，包括包含权利要求8或9所述的缺陷或权利要求10或11所述的缺陷的金属有机框架和包含权利要求12至14中任一项所述的缺陷的金属有机框架的组合。16.一种锂-硫电池，包括：(i)阳极，其包括锂；(ii)电解质；以及(iii)阴极，其包括硫和多个有缺陷的金属有机框架部分，其中：(1)其中每个有缺陷的金属有机框架部分独立地包括选自结构缺陷和组成特征的至少一个缺陷；以及(2)其中每个缺陷独立地允许捕获电池阳极金属离子或并入用于捕获多硫化物的化学锚取代基。2CN112352334A权利要求书2/7页17.根据权利要求16所述的锂-硫电池，其中所述有缺陷的金属有机框架部分在所述缺陷的存在方面与母体金属有机框架部分不同。18.根据权利要求16或权利要求17所述的锂-硫电池，其中所述金属有机框架的金属选自锆、铪、铯、铜、锌、钛、铁、钒、钼、铌和铬。19.根据权利要求18所述的锂-硫电池，其中所述金属有机框架的金属是锆。20.根据权利要求16至19中任一项所述的锂-硫电池，其中所述缺陷独立地选自金属配位位点和质子位点。21.根据权利要求16至20中任一项所述的锂-硫电池，其中所述多个有缺陷的金属有机框架部分的一部分包括至少一个缺陷，所述至少一个缺陷是质子位点。22.根据权利要求21所述的锂-硫电池，其中每个质子位点独立地选自羟基基团和水基团。23.根据权利要求21或权利要求22所述的锂-硫电池，其中相