[發(fā)明專利]多孔電極結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380029226.8
• 申請(qǐng)日: 2013-03-07
• 公開（公告）號(hào): CN104364862A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: T·呂海寧;魏迪;A·馬修斯;P·安德魯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 諾基亞公司
• 主分類號(hào): H01G9/048
• 分類號(hào): H01G9/048;H01M4/13;H01G11/26
• 代理公司: 北京市中咨律師事務(wù)所 11247
• 代理人: 楊曉光;于靜

技術(shù)領(lǐng)域

本公開涉及蓄電池、相關(guān)聯(lián)的方法和裝置，以及特別地關(guān)注高表面面積電極，在該高表面面積電極上沉積電解質(zhì)和第二電極以形成具有緊湊結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)的儲(chǔ)存密度和容量的蓄電池(電池、電容器或電池-電容器混合體)。該蓄電池可以形成電子設(shè)備的一部分，特別地，所謂的可以手持使用的手持型便攜式電子設(shè)備(盡管在使用中它們可以被放置在底座上)。此類手持型便攜式電子設(shè)備包含：移動(dòng)電話以及所謂的個(gè)人數(shù)字助理(PDA)。

便攜式電子設(shè)備可以提供一個(gè)或多個(gè)音頻/文本/視頻通信功能(例如，電信，視頻通信，和/或文本傳輸，短消息服務(wù)(SMS)/多媒體消息服務(wù)(MMS)/電子郵件傳送功能，交互式/非交互式瀏覽功能(例如，網(wǎng)絡(luò)瀏覽、導(dǎo)航、TV/節(jié)目瀏覽功能)，音樂記錄/播放功能(例如，MP3或其它格式和/或(FM/AM)無線電廣播記錄/播放)，數(shù)據(jù)下載/發(fā)送功能，圖像捕獲功能(例如，使用(例如，內(nèi)建的)數(shù)字相機(jī))，以及游戲功能。

背景技術(shù)

能量?jī)?chǔ)存密度和容量是任何電儲(chǔ)存裝置的重要參數(shù)。隨著便攜式電子設(shè)備變得越來越耗電，更大的需求被強(qiáng)加在向這些設(shè)備供電的電池和電容器的儲(chǔ)存密度和容量上。各種高表面面積的材料已經(jīng)被考慮用于形成下一代的蓄電池的電極。示例包含：活性炭、碳納米管以及金屬/半導(dǎo)體納米線。高表面面積材料通過提高與電解質(zhì)接觸的電極面積來增加電儲(chǔ)存密度/容量，從而促進(jìn)電能的產(chǎn)生和/或儲(chǔ)存。然而，與此類材料相關(guān)聯(lián)的一個(gè)問題是它們的微粒形態(tài)，其降低了電極的結(jié)構(gòu)完整性以及要求使用另外的粘合劑。此類粘合劑提高了制造工藝的成本和復(fù)雜度，以及還可能提高電極的電阻。本文中公開的裝置和方法可能解決或可能不解決這個(gè)問題。

在本說明書中列出或討論的現(xiàn)有公開的文檔或任何背景不應(yīng)當(dāng)必定地被認(rèn)為是承認(rèn)該文檔或背景是現(xiàn)有技術(shù)的一部分或是公知常識(shí)。本公開的一個(gè)或多個(gè)方面/實(shí)施例可能解決或可能不解決背景問題中的一個(gè)或多個(gè)背景問題。

發(fā)明內(nèi)容

根據(jù)第一方面，提供了一種裝置，所述裝置包括具有一個(gè)或多個(gè)孔的開放互連壁結(jié)構(gòu)，所述開放互連壁結(jié)構(gòu)包括第一電極材料，所述孔包括電解質(zhì)和第二電極材料，其中在所述孔內(nèi)的所述第一電極材料上支撐所述電解質(zhì)和第二電極材料，使得通過所述電解質(zhì)使所述第一電極材料與所述第二電極材料分離，以使得使用所述裝置能夠產(chǎn)生和/或儲(chǔ)存電能。

關(guān)于開放互連壁結(jié)構(gòu)中的詞語(yǔ)“開放”的意思可以指在外部上的所述孔中的一個(gè)或多個(gè)孔允許訪問所述結(jié)構(gòu)的內(nèi)部表面面積。關(guān)于所述開放互連壁結(jié)構(gòu)中的詞語(yǔ)“互連”的意思可以指所述結(jié)構(gòu)的壁中的至少一些壁物理上彼此接觸(即，它們形成連續(xù)的結(jié)構(gòu))。

所述電解質(zhì)可以形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)上的覆蓋層。所述第二電極材料可以充分地填充所述孔的剩余體積。所述電解質(zhì)可以是固體電解質(zhì)或膠狀電解質(zhì)(例如，電解質(zhì)包括鋰磷氧氮化物，聚(環(huán)氧乙烷)的衍生物，硼酸酯基，和二氧化鈦)中的一個(gè)或多個(gè))。

所述第一電極材料和第二電極材料每個(gè)可以包括活性材料。所述第一電極材料和/或所述第二電極材料可以包括電荷收集材料。所述活性材料可以與所述電荷收集材料在物理上接觸。

詞語(yǔ)“活性材料”的意思可以指參與所述裝置的充電/放電機(jī)制的電極材料。在電池中，例如，所述活性材料可以是參加電化學(xué)反應(yīng)或嵌入機(jī)制的電極材料。在另一個(gè)方面，在超級(jí)電容器中，所述活性材料可以是參加雙電層的形成的電極材料。

所述電荷收集材料可以包括金屬和半導(dǎo)體中的一個(gè)或多個(gè)。所述金屬可以包括以下中的一個(gè)或多個(gè)：金、銀、鎳和銅。

所述第一電極材料可以形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)。所述開放互連壁結(jié)構(gòu)可以包括基質(zhì)，在該基質(zhì)上支撐所述第一電極材料。

所述開放互連壁結(jié)構(gòu)可以具有螺旋二十四面體(gyroid)結(jié)構(gòu)。可以通過以下用三角學(xué)的方法來近似所述螺旋二十四面體結(jié)構(gòu)：

cosx·siny+cosy·sinz+cosz·sinx＝0??方程式1

(其中x，y和z是三個(gè)空間方向)

所述孔中的一些或全部孔可以互相連接。所述孔中的一些或全部孔可以形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)內(nèi)的通過通道。所述孔中的一些或全部孔可以形成所述開放互連壁結(jié)構(gòu)內(nèi)的盲通道。可以周期性地排列所述孔中的一些或全部孔。所述孔中的一些或全部孔可以具有小于2nm的直徑(即，微孔)。所述孔中的一些或全部孔可以具有在2nm和50nm之間(包含2nm和50nm)的直徑(即，中孔)。所述孔中的一些或全部孔可以具有大于50nm的直徑(即，大孔)。