背景技術(shù)：

1、鋰電池用于許多產(chǎn)品，包括醫(yī)療裝置、電動(dòng)汽車、飛機(jī)以及諸如筆記本電腦、手機(jī)和相機(jī)的消費(fèi)產(chǎn)品。由于其高能量密度、高工作電壓和低自放電，鋰離子電池已經(jīng)超越了二次電池市場(chǎng)，并繼續(xù)在產(chǎn)品和發(fā)展行業(yè)中尋找新的用途。

2、通常，鋰離子電池(“l(fā)ib”或“l(fā)ib”)包括負(fù)極、正極和諸如包含鋰鹽的有機(jī)溶劑的電解質(zhì)材料。更具體地，負(fù)極和正極(統(tǒng)稱為“電極”)通過(guò)以下形成：將負(fù)極活性材料或正極活性材料與粘合劑和溶劑混合以形成糊劑或漿料，然后將該糊劑或漿料涂覆在集流體(諸如鋁或銅)上并在該集流體上干燥，以在集流體上形成薄膜。將負(fù)極和正極分層或卷繞，然后裝入包含電解質(zhì)材料的加壓殼體中，它們一起形成鋰離子電池。

3、在傳統(tǒng)的電極中，所使用的粘合劑具有足夠的粘合性和化學(xué)特性，使得涂覆在集流體上的薄膜即使在被操縱以安裝到加壓電池殼體中時(shí)也將保持與集流體的接觸。由于薄膜包含電極活性材料，如果薄膜不能與集流體保持充分的接觸，則可能會(huì)對(duì)電池的電化學(xué)特性產(chǎn)生顯著干擾。此外，重要的是選擇與電極活性材料機(jī)械相容的粘合劑，使得其能夠承受電池充電和放電期間電極活性材料的膨脹和收縮程度。

4、因此，諸如纖維素粘合劑或交聯(lián)聚合物粘合劑的粘合劑已被用于提供良好的機(jī)械特性。然而，在傳統(tǒng)的電極中，所選擇的粘合劑通常需要使用對(duì)環(huán)境不友好或有毒的溶劑來(lái)進(jìn)行處理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

技術(shù)特征：

1.一種儲(chǔ)能裝置，其包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)的所述交叉密度為至少0.15/μm2。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)的所述交叉密度為至少0.15/μm2。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)的所述交叉密度小于0.5/μm2。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)包括一組碳納米管，并且所述一組碳納米管中包括的碳納米管對(duì)應(yīng)于電通路。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述一組碳納米管的至少子集在所述儲(chǔ)能裝置的充電和放電循環(huán)期間保持電連接性。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)包括一組多壁碳納米管。

12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述一組多壁碳納米管包括：

13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的儲(chǔ)能裝置，其中多個(gè)多壁碳納米管中的至少50％具有大于8微米的長(zhǎng)度。

14.根據(jù)權(quán)利要求11所述的儲(chǔ)能裝置，其中多個(gè)多壁碳納米管中的至少50％具有大于12微米的長(zhǎng)度。

15.根據(jù)權(quán)利要求11所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述多壁碳納米管的標(biāo)稱長(zhǎng)度為至少15微米。

16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其進(jìn)一步包括電解質(zhì)，其中在用電解質(zhì)潤(rùn)濕之后，所述正極或負(fù)極的平均厚度增加小于10％。

18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管包括多壁碳納米管。

20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第二組碳納米管包括單壁碳納米管。

21.根據(jù)權(quán)利要求18所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

22.根據(jù)權(quán)利要求18所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)包括一組多壁碳納米管。

23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包括按所述活性層的重量計(jì)在0.25％與1.5％之間的多壁碳納米管。

24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包括按所述活性層的重量計(jì)在0.2％與2％之間的多壁碳納米管。

25.根據(jù)權(quán)利要求18所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管的第一平均縱橫比大于所述第二組碳納米管的第二平均縱橫比。

26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性層進(jìn)一步包括：

27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑為：尼龍。

28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑為：水溶性的。

29.根據(jù)權(quán)利要求26所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑具有大于1,000,000g/mol的分子量。

30.根據(jù)權(quán)利要求26所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑具有在500,000g/mol與2,000,000g/mol之間的分子量。

31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性層具有20微米至30微米的平均厚度。

32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性層具有在20微米與200微米之間的平均厚度。

33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性材料顆粒包括磷酸鐵鋰。

34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性材料顆粒包括鋰金屬氧化物。

35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性材料顆粒包括鋰金屬氧化物、鋰硫、鋰鈷氧化物中的一種或多種。

36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性材料顆粒包括鋰鎳錳鈷氧化物。

37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性材料顆粒包括鋰鎳鈷鋁氧化物。

38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性材料顆粒包括鋰鎳鈷錳鋁氧化物。

39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且其中所述活性層包含按所述活性層的重量計(jì)至少98.5％的所述活性材料顆粒。

40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述活性層包含按所述活性層的重量計(jì)在96.0％至98.5％之間的所述活性材料顆粒。

41.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

42.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

43.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述正極包括所述活性層，并且所述網(wǎng)絡(luò)為按重量計(jì)至少99％的碳，并且包括表現(xiàn)出高于滲濾閾值的連接性的電互連碳元件網(wǎng)絡(luò)，并且其中所述網(wǎng)絡(luò)限定具有大于100μm的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)高度導(dǎo)電通路；

44.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

45.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

46.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中：所述聚合物添加劑具有當(dāng)所述聚合物添加劑干燥時(shí)測(cè)量的小于70mpa的拉伸強(qiáng)度。

48.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑具有當(dāng)所述聚合物添加劑干燥時(shí)測(cè)量的小于50mpa的拉伸強(qiáng)度。

49.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑具有當(dāng)所述聚合物添加劑干燥時(shí)測(cè)量的小于25mpa的拉伸強(qiáng)度。

50.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑具有當(dāng)所述聚合物添加劑干燥時(shí)測(cè)量的小于10mpa的拉伸強(qiáng)度。

51.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑具有當(dāng)所述聚合物添加劑干燥時(shí)測(cè)量的大于10％的屈服伸長(zhǎng)率。

52.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑具有當(dāng)所述聚合物添加劑干燥時(shí)測(cè)量的大于20％的屈服伸長(zhǎng)率。

53.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑為水溶性的。

54.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑可溶于醇類。

55.根據(jù)權(quán)利要求46所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述聚合物添加劑可溶于水和醇類中的每一者。

56.根據(jù)權(quán)利要求1所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述電極活性材料顆粒中包括的所述硅為sio的形式。

58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述電極活性材料中包括的所述硅為微硅。

59.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述電極活性材料中包括的所述硅按重量計(jì)大于所述活性層的百分之五十。

60.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述電極活性材料中包括的所述硅按重量計(jì)為所述活性層的至少百分之八十。

61.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

62.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

63.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)包括：

64.根據(jù)權(quán)利要求63所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管包括多壁納米管。

65.根據(jù)權(quán)利要求63所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第二組碳納米管包括單壁納米管。

66.根據(jù)權(quán)利要求63所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

67.根據(jù)權(quán)利要求63所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管和所述第二組碳納米管形成網(wǎng)格，所述網(wǎng)格在包括電極的電池的充電和放電期間保持所述網(wǎng)格中包括的碳納米管之間的電連接。

68.根據(jù)權(quán)利要求63所述的儲(chǔ)能裝置，其中在用電解質(zhì)潤(rùn)濕之后，所述多壁碳納米管的平均厚度增加小于10％。

69.根據(jù)權(quán)利要求63所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管的第一平均縱橫比大于所述第二組碳納米管的第二平均縱橫比。

70.根據(jù)權(quán)利要求63所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管的平均縱橫比為至少100微米。

71.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)包括：

72.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)包括按所述活性層的重量計(jì)大約5％的石墨。

73.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

74.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

75.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

76.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

77.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

78.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

79.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

80.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

81.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述多壁碳納米管包括：

82.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述單壁碳納米管包括：

83.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述單壁碳納米管包括：

84.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述單壁碳納米管包括：

85.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述單壁碳納米管平均包括1層或2層壁。

86.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述單壁碳納米管包括：

87.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述單壁碳納米管包括：

88.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中在用電解質(zhì)潤(rùn)濕之后，所述活性層的平均厚度增加小于10％。

89.根據(jù)權(quán)利要求88所述的儲(chǔ)能裝置，其中在用電解質(zhì)潤(rùn)濕之后，所述活性層的一個(gè)或多個(gè)部分溶脹以引起所述活性層的所述厚度增加。

90.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中在用電解質(zhì)潤(rùn)濕之后，所述活性層的平均厚度增加小于15％。

91.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中在用電解質(zhì)潤(rùn)濕之后，所述活性層的平均厚度增加小于5％。

92.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管的第一平均縱橫比大于所述第二組碳納米管的第二平均縱橫比。

93.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管的平均縱橫比為至少100。

94.根據(jù)權(quán)利要求71所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述第一組碳納米管的平均縱橫比在200與1000之間。

95.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中：

96.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中：

97.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

98.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

99.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

100.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

101.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)包括選自由以下項(xiàng)組成的組的至少一種材料：碳納米結(jié)構(gòu)、碳納米結(jié)構(gòu)的片段和斷裂的多壁碳納米管。

102.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

103.根據(jù)權(quán)利要求102所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述碳納米管的所述標(biāo)稱長(zhǎng)度為至少15微米。

104.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

105.根據(jù)權(quán)利要求104所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述多壁碳納米管的所述標(biāo)稱長(zhǎng)度為至少15微米。

106.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其進(jìn)一步包括：

107.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

108.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中：

109.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包含按重量計(jì)至少98.5％的所述活性材料顆粒。

110.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包含按重量計(jì)在96.0％至98.5％之間的所述活性材料顆粒。

111.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述網(wǎng)絡(luò)為按重量計(jì)至少99％的碳，并且包括表現(xiàn)出高于滲濾閾值的連接性的電互連碳元件網(wǎng)絡(luò)，并且其中所述網(wǎng)絡(luò)限定具有大于100μm的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)高度導(dǎo)電通路；

112.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其進(jìn)一步包括：

113.根據(jù)權(quán)利要求112所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述箔為銅。

114.根據(jù)權(quán)利要求112所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述箔的所述厚度等于或小于6微米。

115.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包含按重量計(jì)至少50％的所述活性材料顆粒。

116.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包含按重量計(jì)在50％至98.5％之間的所述活性材料顆粒。

117.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包括按重量計(jì)至少5％的所述聚合物添加劑。

118.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包括按重量計(jì)8％之間的所述聚合物添加劑。

119.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述活性層包括按重量計(jì)小于12％的所述聚合物添加劑。

120.根據(jù)權(quán)利要求56所述的儲(chǔ)能裝置，其中所述網(wǎng)絡(luò)為按重量計(jì)至少99％的碳，并且包括表現(xiàn)出高于滲濾閾值的連接性的電互連碳元件網(wǎng)絡(luò)，并且其中所述網(wǎng)絡(luò)限定具有大于100μm的長(zhǎng)度的一個(gè)或多個(gè)高度導(dǎo)電通路。

121.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極，其中所述聚合物添加劑來(lái)自聚烯烴、聚(丙烯酸)和sbr中的至少一種的家族。

122.一種儲(chǔ)能裝置，其包括：

123.一種電動(dòng)載具，其包括儲(chǔ)能裝置，其中所述儲(chǔ)能裝置包括：

124.根據(jù)權(quán)利要求123所述的電動(dòng)載具，其中所述電動(dòng)載具對(duì)應(yīng)于汽車、踏板車、摩托車、船、飛機(jī)和運(yùn)動(dòng)休閑載具中的至少一種。

技術(shù)總結(jié)
本文公開了一種儲(chǔ)能裝置，其包括正極和負(fù)極，其中所述負(fù)極和所述正極中的至少一者包括活性層，所述活性層包括：高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)，其限定所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的空隙空間；以及多個(gè)電極活性材料顆粒，其設(shè)置在所述網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的所述空隙空間中；并且所述高縱橫比碳元件網(wǎng)絡(luò)具有至少0.1/μm<supgt;2</supgt;的交叉密度。

技術(shù)研發(fā)人員：尼科洛·布蘭比拉,曹萬(wàn)君,陳驥,托馬斯·于
受保護(hù)的技術(shù)使用者：快帽系統(tǒng)公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10