高性能电极制造技术

提供了用于将纳米结构化材料结合到用于贮能装置的电极中的技术、配置、和组合物。可以使用例如碳纳米管、硅纳米线、碳化硅纳米线、锌纳米线、和其它材料的材料来改善电极性能如电子传导率、导热率、耐久性。在一些实施方案中，可以将纳米结构化材料添加到电极配制剂如浆料或粉末中。可以将纳米结构化材料直接沉积在活性材料颗粒或电极部件上。在一些实施方案中，可以使用涂层来帮助进行沉积。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及形成电极，更特别涉及用于形成包含纳米结构化(nanostructured) 材料的电极的技术。
技术介绍
电极用于从一些介质(medium)供给电子和移除电子，并典型地由金属或金属合金制成。电化学电池使用电极来促进电化学相互作用过程中的电子传送和传输。蓄电池或电化学存储设备可以以流电(galvanic)和电解容量使用电极，分别对应于放电过程或充电过程。电化学反应通常发生在电解质和电极的界面处或附近，其可以扩展至外电路，通过该外电路可以施用或提取电功率。电极典型地被设置为与集流体接触，以便吸取和/或供给电力。典型地使用机械和化学工艺来制造电极，该电极的特征在于期望的性能规格 (metrics)，如充电/放电倍率或循环寿命。这些性能规格经常取决于所使用的材料。此外， 一些电化学材料在充电或放电过程期间经受体积变化。例如，一些活性材料的之间的体积变化可以达到百分之几百那么大。这可能在电极上产生显著的应力和应变。这些活性材料的重复的体积变化可以导致破碎和电极循环寿命缩短。
技术实现思路
考虑到前述内容，提供了用于将纳米结构化材料纳入电极的技术、组合物、和配置。在一些实施方案中，向浆料或其它混合物添加纳米结构化材料来形成电极。在一些实施方案中，将纳米结构化材料直接沉积在电极部件的表面上。在一些方法中，在电极中使用纳米结构化材料可以改变电极的性能。例如，在一些实施方案中，可以在电极中纳入碳纳米管，以提高电子传导率、导热率、耐久性、任何其它适当的性能或其性能的适当组合。此外， 在一些方法中，在电极中使用纳米结构化材料可以减少充电和放电期间的体积变化。在一些实施方案中，可以通过组合一种或多种活性材料、电子传导性材料、粘合齐U、液体试剂、或其它的适当材料或其适当组合来制备浆料。浆料的一种或多种组分可以是包括纳米结构化元件的纳米结构化材料，所述纳米结构化元件例如纳米颗粒(例如， LiMPO4, LiMO2，其中M是任何合适的金属)、纳米线(例如，硅纳米线、锌纳米线)、单壁或多壁纳米管(例如碳纳米管)、闭合的富勒烯(例如C6tl巴基球)、任何其它合适的纳米结构化元件、任何合适的纳米结构化复合元件或其任何合适的组合或阵列。可以将浆料设置为与电极部件接触或以其它方式施用于电极部件，例如金属化泡沫体、基材、任何其它电极部件或部件的子组件、或其任何合适的组合。可以在电极部件的又一个表面上形成至少一个基本上连续的浆料层。所述层的厚度可以是均勻的或不均勻的，并且可以在电极部件的一个或多个表面上是连续的或不连续的。在一些实施方案中，可以在电极部件的一个特定表面上形成多于一个连续层。可以在电极部件上将浆料干燥，形成电极。干燥可能需要从至少一个连续的浆料层除去基本上所有(即，所有或几乎所有)的液体试剂，以留下固体材料， 其可以保持与电极部件的表面接触。电极可以在干燥之前或之后进行定尺寸(size)、压延、 处理、或以其它方式进行加工。在一些实施方案中，可以将多个活性材料颗粒用一种或多种纳米结构化材料改性。可以将活性材料颗粒用任何合适的材料涂覆以有助于在活性材料颗粒上形成纳米结构，所述材料例如铁0 )、铝(Al)、氧化铝(Al2O3)、锰盐、镁盐、硅(Si)、任何其它合适的材料或其任何合适的组合。可以使用沉积技术(例如，化学气相沉积、物理真空沉积、电泳)在经涂覆的活性材料上形成纳米结构化材料。沉积技术可以包括向经涂覆的颗粒引入前体， 例如烃、氢、硅烷(例如SiH4)、惰性物质、或其它合适的前体或其混合物。纳米结构化材料可以包括纳米结构化元件的阵列，例如纳米颗粒(例如，LiFePO4纳米颗粒)、纳米线(例如硅纳米线、锌纳米线)、单壁或多壁纳米管(例如碳纳米管)、闭合的富勒烯、任何其它合适的纳米结构化元件、任何合适的纳米结构化复合元件或其任何合适的组合。可以在浆料中包括已经通过沉积纳米结构化材料进行改性的活性材料颗粒，并将该浆料施用于电极部件并干燥以形成电极。在一些实施方案中，可以将电极部件用一种或多种纳米结构化材料改性。可以使电极部件涂覆有任何合适的材料或材料组合，其可充当用于沉积纳米结构化材料的催化齐U。可以使用沉积技术(例如化学气相沉积、物理真空沉积、电泳)在经涂覆的电极部件上形成纳米结构化材料。沉积技术可以包括向经涂覆的电极部件引入前体，例如烃、氢、硅烷(例如SiH4)、惰性物质、或其它合适的前体或其混合物。纳米结构化材料可以包括纳米结构化元件的阵列，例如纳米颗粒(例如LiFePO4纳米颗粒)、纳米线(例如硅纳米线、锌纳米线)、单壁或多壁纳米管(例如碳纳米管)、闭合的富勒烯、任何其它合适的纳米结构化元件、任何合适的纳米结构化复合元件或其任何合适的组合。可以向已经通过沉积纳米结构化材料改性的电极部件添加活性材料。在一些实施方案中，可以将活性材料包括在浆料中，将该浆料施用于电极部件并干燥以形成电极的活性材料可以在电极部件的改性之前或之后添加。附图简述通过结合附图考虑以下的专利技术详述可以使本专利技术的上述和其它目的和优点变得清楚，其中，自始至终，相似的标记表示相似的部分，其中附图说明图1显示了根据本专利技术的一些实施方案的双极性电极单元(BPU)的说明性结构的示意性横截面图；图2显示了根据本专利技术的一些实施方案的图1的BPU的叠层的说明性结构的示意性横截面图；图3显示了根据本专利技术的一些实施方案的单极性电极单元(MPU)的说明性结构的示意性横截面图；图4显示了根据本专利技术的一些实施方案的包含两个图3的MPU的装置的说明性结构的示意性横截面图；图5显示了根据本专利技术的一些实施方案的在活性界面处的说明性传送过程的图表；图6显示了根据本专利技术的一些实施方案的活性界面区域的说明性的部分横截面示意图；图7显示了根据本专利技术的一些实施方案的带有切去部分的说明性的电极结构；图8显示了根据本专利技术的一些实施方案的两个说明性电极结构的侧面正视图 (side elevation view)；图9显示了根据本专利技术的一些实施方案的纳米结构化材料的示意图；图10显示了根据本专利技术的一些实施方案的纳米结构化材料的示意图；图11是根据本专利技术的一些实施方案的用于形成电极的说明性步骤的流程图；图12是根据本专利技术的一些实施方案的用于形成电极的说明性步骤的流程图；图13是根据本专利技术的一些实施方案的用于形成改性颗粒的说明性步骤的流程图；图14是根据本专利技术的一些实施方案的用于形成电极的说明性步骤的流程图；图15是根据本专利技术的一些实施方案的用于形成电极的说明性步骤的流程图；图16显示了根据本专利技术的一些实施方案的与基材接触的浆料的说明性侧面正视图；图17显示了根据本专利技术的一些实施方案的图16的元件的从线XVII-XVII截取的说明性俯视图；图18和19显示了根据本专利技术的一些实施方案的经受改性的说明性的颗粒；图20显示了根据本专利技术的一些实施方案的与基材接触的电极部件的说明性侧面正视图；图21显示了根据本专利技术的一些实施方案的图20的元件的从线XXI-XXI截取的说明性俯视图；和图22显示了根据本专利技术的一些实施方案的电极部件的几个说明性的部分横截面图。专利技术详述本专利技术提供用于形成包括纳米结构化材料的电极和电极结构的技术、组合物、和配置。在一些实施方案中，纳米结构化材料可以直接形成在电极或电极部件上。所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【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：J·K·韦斯特，D·J·韦斯特，J·雷加拉多，周昕，M·克拉克，
申请(专利权)人：G四协同学公司，
类型：发明
国别省市：