制造纳米纤维电极的方法技术

本文中提供一种电池及电极。该电池可包含二个电极；及电解质，其中至少一个电极另外包含：纳米级的经涂覆的网络，其包含一或多个第一碳纳米管，其与一或多个第二碳纳米管电连接以形成纳米级的网络，其中该一或多个第二碳纳米管的至少一个与该一或多个第二碳纳米管的另一个电接触。该电池可另外包含经分布以覆盖该一或多个第一碳纳米管的部分及该一或多个第二碳纳米管的部分的活性材料涂层，其中该一或多个第二碳纳米管的多个与其他第二碳纳米管在该活性材料涂层下电连通。本文还提供一种制造电池及电极的方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】
技术介绍
随着电池用量一直增加，消费者要求在电池的充电和放电速度以及电池容量方面有较佳性能。随着供应增加，碳纳米管(及其他纳米级物体)在制造时变得更受欢迎。然而，用于涂覆碳纳米管的方法已受限于传统涂覆技艺，其导致不均匀的涂层特性，特别是当该碳纳米管在涂覆前被形成网络时。
技术实现思路
本专利技术提供一种快速纤丝(fibril)电池，其可具有高功率密度而能获得快速充电及放电性质，以及具有高的能量密度而能反映容量增加。快速充电及放电性质可通过以下方式被提供:利用传导性纳米纤维及纳米级活性材料以提供在集电器与活性材料(例如该纳米级活性材料)之间具有短距离的电极。高充电容量可通过以下方式被提供:利用高表面积载体(例如纳米纤维)，形成具有大而连续的孔的网络，以容纳较大量的活性材料。本专利技术还提供一种包含纳米级经涂覆网络的电极，该网络包含一或多个第一碳纳米管，其电连接至一或多个第二纳米管以形成纳米级的网络，其中该一或多个第二碳纳米管的至少一个与该一或多个第二纳米管的另一个电接触。该电极另外包含活性材料涂层，其覆盖至少一部分的该一或多个第一碳纳米管的至少一部分且不覆盖该一或多个第二碳纳米管，以形成该纳米级的经涂覆网络。本专利技术还提供一种电池，其包含两个电极；及电解质，其中至少一个电极包含:纳米级的经涂覆网络，其包含一或多个第一碳纳米管，其连接至一或多个第二碳纳米管以形成纳米级的网络，其中该一或多个第二碳纳米管的至少一个与该一或多个第二碳纳米管的另一个电接触。该电池另包含活性材料涂层，其经分布以覆盖该一或多个第一碳纳米管的部分及该一或多个第二碳纳米管的部分，其中该一或多个第二碳纳米管的多个与其他第二碳纳米管在该活性材料涂层下电连通。本专利技术还提供一种包含第一电极的电化学电容器，该第一电极包含纳米级的经涂覆网络，该网络另包含一或多个第一碳纳米管，其与一或多个第二碳纳米管电连接以形成纳米级的网络。该电化学电容器的该一或多个第二碳纳米管的至少一个与该一或多个第二碳纳米管的另一个电接触；且所述电化学电容器具有活性材料涂层，其经分布以覆盖该一或多个第一碳纳米管的部分及该一或多个第二碳纳米管的部分。此外，所述电化学电容器的该一或多个第二碳纳米管的多个与其他第二碳纳米管在该活性材料涂层下电连通；且所述电化学电容器包含第二电极；及电解质。本专利技术还提供一种电池，其包含两个具有不同电极化学的电极，其中所述电极之一包含碳纳米管(CNT)，该含CNT的电极具有大于50%的体积孔隙率。该电池的CNT电极另包含少于25重量％的CNT。当该电池在环境条件下以IC速率放电时，具有大于80%理论电压的槽电压，该电池以2C速率再充电时具有大于95 %的再充电效率。本专利技术还提供一种形成电池的方法，其包括提供第一电极，其中形成该第一电极另包括:提供第一碳纳米管；提供第二碳纳米管；以纳米级物质涂覆该第一碳纳米管以形成经涂覆的碳纳米管。该方法另包括形成该经涂覆的碳纳米管及该第二碳纳米管的网络；提供第一电解质；及将该纳米级物质在该第一电解质中再分布到该网络上，以形成该第一电极。该方法另包括提供第二电解质；提供第二电极；及在该第二电解质中提供该第一电极及该第二电极以形成电池，其中该第一电解质及该第二电解质是不同的电解质。本专利技术还提供一种形成电池的方法，其包括提供第一电极，其中形成该第一电极另包括:提供第一碳纳米管；提供第二碳纳米管；以及以纳米级物质涂覆该第一碳纳米管以形成经涂覆的碳纳米管。该方法另包括在该第一电解质中形成该经涂覆的碳纳米管及该第二碳纳米管的网络；提供第一电解质；及将该纳米级物质在该第一电解质中再分布到该网络上，以形成该第一电极。该方法另包括提供第二电解质；提供第二电极；及在该第二电解质中提供该第一电极及该第二电极以形成电池，其中该第一电解质及该第二电解质是不同的电解质，且该第一电解质及该第二电解质包括水性的离子传导性电解质。本专利技术还提供一种形成电池的方法，其包括提供第一电极，其中形成该第一电极另包括:提供第一碳纳米管；提供第二碳纳米管；以及以纳米级物质涂覆该第一碳纳米管以形成经涂覆的碳纳米管。该方法另包括形成该经涂覆的碳纳米管及该第二碳纳米管的网络；提供第一电解质；及将该纳米级物质在该第一电解质中再分布到该网络上，以形成该第一电极。该方法另包括提供第二电解质；提供第二电极；及在该第二电解质中提供该第一电极及该第二电极以形成电池，其中该第一电解质及该第二电解质是不同的电解质，且该第二电解质另包括pH在7-12.5范围的电解质。本专利技术还提供一种形成电极的方法，其包括提供第一碳纳米管；提供第二碳纳米管；以及以纳米级物质涂覆该第一碳纳米管以形成经涂覆的碳纳米管。该方法另包括提供局部缓冲剂；形成该经涂覆的碳纳米管、该第二碳纳米管及该局部缓冲剂的网络；提供电解质；及将该纳米级物质在该电解质中再分布到该网络上以形成该电极。本专利技术还提供一种形成电池的方法，其包括提供第一电极，其中形成该第一电极另包括:提供第一碳纳米管；提供第二碳纳米管；以及以纳米级物质涂覆该第一碳纳米管以形成经涂覆的碳纳米管。该方法另包括提供局部缓冲剂；形成该经涂覆的碳纳米管、该第二碳纳米管及该局部缓冲剂的网络；提供第一电解质；及将该纳米级物质在该第一电解质中再分布到该网络上，以形成该第一电极。该方法另包括提供第二电极；及在第二电解质中提供该第一电极及该第二电极以形成电池，其中提供局部缓冲剂另包括提供固态的氧化物、氢氧化物或碳酸盐。【附图说明】被并入且构成本说明书一部份的附图举例说明了本专利技术的实施例。在附图中，图1是作为活性材料载体的纳米纤维和粗纤维的总体积的概述；图2是可借以形成电极的实例方法的概述；图3A-3F是通过图2的实例方法形成电极的实例说明；图3G是使用根据图2实例方法的电极形成电池的实例说明；图4是纳米纤维网络的扫描电子显微镜(SEM)图像；图5是在纳米纤维内再分布活性材料之前，在其上包含活性材料的纳米纤维的SEM图像；图6是在纳米纤维内再分布活性材料之后，在其上包含活性材料的纳米纤维的SEM图像；图7是图2的实例方法的步骤的实例流程；图8A-8B是当将活性材料再分布于纳米纤维之间时，纳米纤维和活性材料的实例说明；图9是在活性材料再分布之前及之后，实例的纳米纤维-纳米级活性材料电极的充电-放电结果的实例作图说明；图10是含Ni化合物的实例的纳米纤维-纳米级电极的实例作图说明；图11是含Zn化合物的实例的纳米纤维-纳米级电极的实例作图说明；图12是作为独立的电极在2次充电-放电循环后、作为独立的电极在9次充电-放电循环后、及作为电池槽(battery cell)(即复合电极)在18次充电-放电循环后，实例的纳米纤维-纳米级电极的放电结果的实例作图说明。【具体实施方式】以下详述涉及附图。不同图中相同的附图标记可指相同或类似的组件。并且，以下详述描述本专利技术的实施例，无意限制本专利技术。本专利技术的范围由所附权利要求书及等同方式定义。A.概述如本文所述，可通过使用比传统电池较小尺度的载体及活性材料提供具有快速充电和放电性质及高电荷容量的快速纤丝电池。通过提供较小尺度的载体及活性材料，可使得载体与活性材料之间的电子输送距离更短，且因此提供较高的充电和放电速率。目前，使用载体结构(诸如本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电极，其包含：纳米级的经涂覆的网络，所述网络包含：一或多个第一碳纳米管，其与一或多个第二碳纳米管电连接以形成纳米级的网络，其中所述一或多个第二碳纳米管的至少一个与所述一或多个第二碳纳米管的另一个电接触，以及活性材料涂层，其覆盖所述一或多个第一碳纳米管的至少一部分且不覆盖所述一或多个第二碳纳米管，以形成所述纳米级的经涂覆的网络。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：伊格尼亚·佛瑞迪纳，
申请(专利权)人：海佩里恩催化国际公司，
类型：发明
国别省市：美国;US