CN109560250A - 电极、其制造方法及包含其的装置 - Google Patents

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江建志
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张文昇
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Abstract

本发明提供一种电极及包含其的装置。该电极包含一金属网状结构；以及一活性材料网状结构，且该金属网状结构是设置于该活性材料网状结构内，其中该金属网状结构与该活性材料网状结构的重量比是0.5至155。

Description

电极、其制造方法及包含其的装置
技术领域
本发明关于一种电极及包含其的装置。
背景技术
铝在地球上蕴藏量非常丰富，以铝作为材料的电子装置具有较低的成本。此外，与单电子转移子的锂离子电池相比可提供较高的能量储存容量。再者，由于铝具有低可燃性及电子氧化还原性质，大幅提升铝离子电池在使用上的安全性。
尽管有着上述理论优点，然而为满足实际商业化应用的需求，铝离子电池的效能(例如低放电电压、以及电容量)仍需被进一步的提升。
铝离子电池的电容量与电池中电极的石墨含量呈正比。传统以发泡石墨作为电极的铝离子电池，由于其在高充放电流下导电率不足以及集流处接触点不佳等缺点，使得该铝离子电池的电池效能不佳。此外，由于纯发泡石墨较脆，使得该材料不易进行加工。
在此背景下，产生对开发本揭露的实施例的需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电极，基本上可以克服现有技术的缺陷，使得应用其的电池的电池效能得以改善。
根据本发明实施例，本发明提供一种电极，例如为金属离子电池的正电极。该电极包含一金属网状结构；以及一活性材料网状结构，且该金属网状结构是设置于该活性材料网状结构内，其中该金属网状结构与该活性材料网状结构的重量比是0.5至155。
根据本发明其他实施例，本发明提供一种电极的制造方法。该方法包含提供一金属网状结构；以及，沉积一活性材料于该金属网状结构的表面，得到该电极，其中该金属网状结构与该活性材料网状结构的重量比是0.5至155。
根据本发明其他实施例，本发明提供一种装置，例如为金属离子电池、或电容器。该装置包含：一第一电极，其中该第一电极是本申请案所述电极；一第一隔离膜；以及，一第二电极，其中该第一隔离膜设置于该第一电极与该第二电极之间。
与现有技术相比，本发明提供的电极及包含其的装置是藉由沉积一活性材料于一金属网状结构的表面，得到具有活性材料网状结构的电极。由于在该电极的活性材料网状结构中设置了金属材料，因此可提高该电极的导电性以及提高活性材料网状结构的柔软性。此外，本发明可进一步对该金属网状结构进行蚀刻，移除活性材料网状结构内部份的金属，以形成多个空隙于该活性材料网状结构内。如此一来，使得电池中的电解液可更容易经由该空隙润湿活性材料，提升活性材料的使用率，以增加包含电极的装置的电容量，并提升总发电量。另一方面，覆盖于该金属网状结构的活性材料网状结构可为不连续的，以提高电解液润湿效果。
附图说明
图1为本发明实施例所述电极的示意图；
图2为本发明图1所述电极其区域2的透视示意图；
图3-4为本发明其他实施例所述电极的透视示意图；
图5为本发明实施例所述电极制造方法的流程图；
图6为本发明某些实施例所述装置的示意图；
图7是显示为本发明实施例1至5及比较例1所述铝离子电池其循环稳定性测试结果；
图8是显示为本发明实施例6至9所述铝离子电池其循环稳定性测试结果；
图9是显示为本发明实施例10至13所述铝离子电池其循环稳定性测试结果；
图10是显示为本发明实施例14至17所述铝离子电池其循环稳定性测试结果；
图11是显示为本发明实施例18所述铝离子电池其循环稳定性测试结果；
图12是显示为本发明实施例19及20所述铝离子电池其循环稳定性测试结果；
其中，符号说明：
2 区域； 12 金属网状结构；
13 孔洞； 14 活性材料网状结构；
15 孔隙； 50 方法；
52、54、56 步骤； 100 电极；
101 第一电极； 102 第一隔离膜；
103 第二电极； 105 电解质；
200 装置； T 厚度。
具体实施方式
本发明提供一种电极(例如为一金属离子电池的正极)及包含其的装置(例如金属离子电池)。藉由沉积一活性材料于一金属网状结构的表面，得到具有活性材料网状结构的电极。由于在该电极的活性材料网状结构中设置了金属材料，因此可提高该电极的导电性以及提高活性材料网状结构的柔软性。此外，可进一步对该金属网状结构进行蚀刻，移除活性材料网状结构内部份的金属，以形成多个空隙于该活性材料网状结构内。如此一来，使得电池中的电解液可更容易经由该空隙润湿活性材料，提升活性材料的使用率，以增加包含电极的装置的电容量，并提升总发电量。另一方面，覆盖于该金属网状结构的活性材料网状结构可为不连续的，以提高电解液润湿效果。
请参照图1，为本发明一实施例所述电极10的示意图，该电极10可具有一厚度T介于100nm至10mm之间。请参照图2，为图1所述电极10其区域2的示意图。如图2所示，该电极10是包含一金属网状结构12、以及一活性材料网状结构14，其中该金属网状结构12是设置于该活性材料网状结构14内。换言之，该活性材料网状结构14是包覆该金属网状结构12。仍请参照图2，该金属网状结构12具有类似海绵的构形，因此使得包覆该金属网状结构12的该活性材料网状结构14同样具有类似海绵的构形。如此一来，多个孔洞13是以三维方式分散于活性材料网状结构14的四周。此外，该金属网状结构与该活性材料网状结构的重量比约为0.5至155，例如约为1.6至155。
根据本发明实施例，该金属网状结构12可为一发泡金属材料，其材质可为发泡镍、发泡铁、发泡铜、发泡钛、或发泡合金(例如：含镍合金、含铁合金、含铜合金、或含钛合金)所形成。根据本发明实施例，该金属网状结构12可为发泡镍、发泡镍合金、或发泡不锈钢。
根据本发明实施例，该活性材料网状结构的材质可为具插层的活性材料、或具插层的活性材料的团聚物。举例来说，该活性材料网状结构的材质可为石墨、层状双氢氧化物(layered double hydroxide)、层状氧化物、层状硫族化合物(layered chalcogenide)、或上述材料的组合。根据本发明某些实施例，该电极的单位面积活性材料含量可介于约0.2mg/cm2至20mg/cm2之间。
根据本发明实施例，该活性材料网状结构14为一连续的结构，如图2所示。另一方面，请参照图3，该活性材料网状结构14可为一不连续的结构，并露出部份金属网状结构12表面。当该活性材料网状结构14为一不连续的结构时，该金属网状结构被该活性材料网状结构所覆盖的面积可占该金属网状结构总面积约1％至95％，以提高电解液润湿该活性材料网状结构14的效果。
根据本发明实施例，部份该金属网状结构12可进一步被移除，使得多个空隙15设置于该活性材料网状结构14内，如图4所示。根据本发明实施例，其中该空隙15与该金属网状结构12的体积比可介于约99至1之间。如此一来，电池中的电解液可更容易经由该空隙15润湿活性材料，提升活性材料的使用率，以增加包含电极的装置的电容量，并提升总发电量。该空隙与该金属网状结构的体积比可藉由量测该金属网状结构在进行蚀刻前后的重量换算得知。举例来说，该金属网状结构在进行蚀刻前具有一重量W0，而该金属网状结构在进行蚀刻后具有一重量W1，则空隙15与该金属网状结构12的体积比Rv可藉由下公式计算得出：
Rv＝(W0-W1)/W1
根据本发明实施例，本发明亦提供上述电极的制造方法。图5为一制造流程图，用以说明本发明一实施例所述电极的制造方法50。可被了解的是，除了制造流程图所述的步骤外，可以有其他额外的步骤实施于该方法50之前、之后、或是穿插于该方法50中。
本发明所述电极的制造方法的起始步骤52是提供一金属网状结构。接着，藉由一沉积制程(例如：化学气相沉积法(chemical vapor deposition))形成一活性材料于该金属网状结构的表面(步骤54)，得到该电极。根据本发明实施例，该沉积制程可在一真空高温炉管中进行活性材料网状结构的成长(成长温度可介于约800～1200℃之间)。举例来说，若该活性材料网状结构为石墨时，可通入甲烷作为反应气体，并可选择性通入氩气及氢气作为传输气体。在沉积制程时，亦可藉由增加或减少反应时间来控制所得的活性材料网状结构为一连续或非连续结构。根据本发明实施例，在步骤54后，亦可进一步对该电极进行一湿蚀刻制程，以移除部份金属网状结构，形成多个空隙(步骤56)。一般来说，当所成长的活性材料单位面积克数较高时(例如高于1.5mg/cm2)，可对该金属网状结构进行该湿蚀刻制程，以形成利于电解液渗入的孔隙。举例来说，若该金属网状结构为发泡镍时，可以氯化铁水溶液或盐酸(HCl)作为蚀刻液，将上述电极浸泡于于蚀刻液中，并依据浸泡时间长短来控制金属网状结构的蚀刻程度。在进行蚀刻后可利用去离子水(DI water)将残留在电极上的蚀刻液去除，并进行烘干。
根据本发明实施例，本发明亦提供一种装置，例如为金属离子电池、或电容器。请参照图6，该装置200包含：一第一电极101、一第一隔离膜102、以及一第二电极103，其中第一电极101为本发明所述电极，且该第一隔离膜102设置于该第一电极101与该第二电极103之间。该装置200亦包含电解质105，其设置于该第一电极101与该第二电极103之间。该装置200可为充电式的二次电池，但本发明亦涵盖一次电池。
根据本发明实施例，更包括一第三电极及一第二隔离膜，其中该第二隔离膜设置于该第一电极与该第三电极之间。第一电极设置于第二电极与第三电极之间。
根据本发明实施例，该装置200可为铝离子电池，但本发明其他实施例亦涵盖其它类型的金属离子电池。该第二电极103包含铝，诸如非合金形式的铝或铝合金。此外，适合作为该第二电极103的材料可包含以下的一者或多者：碱金属(例如，锂、钾、钠等)、碱土金属(例如，镁、钙等)、过渡金属(例如，锌、铁、镍、钴等)、主族金属(main group metal)或类金属(metalloid)(例如，铝、硅、锡等)及前述元素中的两者或两者以上的金属合金(例如，铝合金)。
第一隔离膜102可避免第一电极101直接接触该第二电极103导致短路，且电解质105支持阴离子在第一电极101处的可逆的迁入及迁出，并支持铝在第二电极103处的可逆的沉积及溶解(stripping)。根据本揭露实施例，电解质包含离子液体。此外，该电解质为离子液体及金属卤化物的混合物。举例来说，该离子液体可为氯化胆碱(choline chloride)、乙酰氯化胆碱(ethylchlorine chloride)、碱金族卤化物(alkali halide)、烷基咪唑鎓盐(alkylimidazolium salt)、烷基吡啶鎓盐(alkylpyridinium salt)、烷基氟吡唑鎓盐(alkylfluoropyrazolium salt)、烷基三唑鎓盐(alkyltriazolium salt)、芳烷铵盐(aralkylammonium salt)、烷基烷氧基铵盐(alkylalkoxyammonium salt)、芳烷鏻盐(aralkylphosphonium salt)、芳烷锍盐(aralkylsulfonium salt)、或其混合物。该金属卤化物可为卤化铝。金属卤化物与离子液体的摩尔比大于或等于约1.1、或大于或等于约1.2，例如为1.5或1.8。该金属卤化物(例如氯化铝)与离子液体(例如氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓)的摩尔比可大于或等于约1.2，例如介于约1.2至1.8之间。根据本揭露其他实施例，电解质可为特定溶液及金属卤化物的混合物，该特定溶液可为尿素(urea)、N-甲基脲(N-methylurea)、二甲基亚砜(dimethyl sulfoxide)、二甲基砜(methylsulfonylmethane)、或上述的混合。金属卤化物与该特定溶液的摩尔比大于或等于约1.1，例如介于约1.2至1.8之间。可对离子液体电解质进行掺杂(或添加添加剂)以提高电导率且降低粘度，或可以其他方式变更离子液体电解质以得到有利于金属的可逆电沉积的组合物。
为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举数实施例及比较实施例，作详细说明如下：
实施例1：
首先，提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为1.78mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为10.3:1。接着，回复至室温后，将成长石墨的镍发泡板置于一蚀刻液(氯化铁(FeCl3)水溶液、浓度为5％)中，以对镍发泡板进行蚀刻以移除部份的镍，蚀刻出镍金属孔洞出来。控制蚀刻时间，直到镍与石墨的重量比至0.63。最后，以去离子水(DI water)清洗残留的蚀刻液，并在80℃下烘干去除去离子水，得到石墨电极。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman))，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazolium chloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(1)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例1所得的铝离子电池(1)的电池效能(量测条件为：以分别以不同电流(1000mA/g、3000mA/g、5000mA/g)进行放电测试)，结果如图7及表1所示。
实施例2：
实施例2如实施例1所述的方式进行，蚀刻后镍与石墨的重量比为1.32，得到铝离子电池(2)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例2所得的铝离子电池(2)的电池效能，结果如图7及表1所示。
实施例3：
实施例3如实施例1所述的方式进行，蚀刻后镍与石墨的重量比为1.63，得到铝离子电池(3)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例3所得的铝离子电池(3)的电池效能，结果如图7及表1所示。
实施例4：
实施例4如实施例1所述的方式进行，蚀刻后镍与石墨的重量比为2.66，得到铝离子电池(4)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例4所得的铝离子电池(4)的电池效能，结果如图7及表1所示。
实施例5：
实施例5如实施例1所述的方式进行，蚀刻后镍与石墨的重量比为4.99，得到铝离子电池(5)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例5所得的铝离子电池(5)的电池效能，结果如图7及表1所示。
比较例1：
比较例1如实施例1所述的方式进行，将镍完全移除(即镍与石墨的重量比降低至0)，得到铝离子电池(6)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测比较例1所得的铝离子电池(6)的电池效能，结果如图7及表1所示。
实施例6：
实施例6如实施例1所述的方式进行，蚀刻后镍与石墨的重量比为5.7，得到铝离子电池(7)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例6所得的铝离子电池(7)的电池效能，结果如图8及表1所示。
实施例7：
实施例7如实施例1所述的方式进行，蚀刻后镍与石墨的重量比为8.3，得到铝离子电池(8)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例7所得的铝离子电池(8)的电池效能，结果如图8及表1所示。
实施例8：
实施例8如实施例1所述的方式进行，并控制单位面积石墨含量，蚀刻后镍与石墨的重量比为31，得到铝离子电池(9)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例8所得的铝离子电池(9)的电池效能，结果如图8及表1所示。
实施例9：
实施例9如实施例1所述的方式进行，并控制单位面积石墨含量，蚀刻后镍与石墨的重量比为155，得到铝离子电池(10)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例9所得的铝离子电池(10)的电池效能，结果如图8及表1所示。
表1
由表1及图7及图8可得知，当石墨内部未留金属(即比较例1，镍与石墨重量比0)时，在高充放电时克电容量效果不佳。反观实施例1至9，当石墨内部留有发泡镍时，电池性质明显提升。此外，当镍与石墨重量比提升至约1.6或以上时，在不同电流密度的比电容量差值明显收敛，这表示残留镍金属增加样品的导电性而使本案碳电极在高电流密度充放电下仍保有较高克电容量。
实施例10
首先，提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为2mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为8.9，得到石墨电极(未进行蚀刻)。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(11)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例10所得的铝离子电池(11)的电池效能(量测条件为：以分别以不同电流(1000mA/g、3000mA/g、5000mA/g)进行放电测试)，结果如图9所示。
实施例11
提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为2mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为7.78。接着，进一步蚀刻所得的石墨电极，即镍与石墨的重量比由7.78降低至4.67(40％的镍被移除)，得到石墨电极。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(12)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例11所得的铝离子电池(12)的电池效能，结果如图9所示。
实施例12
提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为2mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为7.85。接着，进一步蚀刻所得的石墨电极，即镍与石墨的重量比由7.85降低至2.67(66％的镍被移除)，得到石墨电极。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(13)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例12所得的铝离子电池(13)的电池效能，结果如图9所示。
实施例13
提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为2mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为7.64。接着，进一步蚀刻所得的石墨电极，即镍与石墨的重量比由7.64降低至1.3(83％的镍被移除)，得到石墨电极。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(14)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例13所得的铝离子电池(14)的电池效能，结果如图9所示。
实施例14
首先，提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为1.53mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为10，得到石墨电极(未进行蚀刻)。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(15)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例14所得的铝离子电池(15)的电池效能(量测条件为：以分别以不同电流(1000mA/g、3000mA/g、5000mA/g)进行放电测试)，结果如图10所示。
实施例15
提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为1.53mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为10.21。接着，进一步蚀刻所得的石墨电极，即镍与石墨的重量比由10.21降低至4.9(52％的镍被移除)，得到石墨电极。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(16)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例15所得的铝离子电池(16)的电池效能，结果如图10所示。
实施例16
提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为1.53mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为9.64。接着，进一步蚀刻所得的石墨电极，即镍与石墨的重量比由9.64降低至2.7(72％的镍被移除)，得到石墨电极。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(17)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例16所得的铝离子电池(17)的电池效能，结果如图10所示。
实施例17
提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为1.53mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为10。接着，进一步蚀刻所得的石墨电极，即镍与石墨的重量比由10降低至1.6(84％的镍被移除)，得到石墨电极。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(18)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例17所得的铝离子电池(18)的电池效能，结果如图10所示。
由图9及图10可得知，当单位面积石墨含量超过1.5mg/cm2时，以蚀刻去除部份镍发泡板后，电解液可藉由该空隙与石墨接触，确实可增加电解液对于石墨的湿润性。
实施例18：
首先，提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为1.78mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为8.58。接着，回复至室温后，将表面成长石墨的镍发泡板置于一蚀刻液(氯化铁(FeCl3)水溶液、浓度为5％)中，以对镍发泡板进行蚀刻以移除部份的镍。控制蚀刻时间，直到镍与石墨的重量比至1.63(约81％的镍被移除)。最后，以去离子水(DI water)清洗残留的蚀刻液，并在80℃下烘干去除去离子水，得到石墨电极。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(19)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例18所得的铝离子电池(19)的电池效能(量测条件为：以分别以不同电流(1000mA/g、3000mA/g、5000mA/g)进行放电测试)，结果如图11所示。
由图11可知，当单位面积石墨含量超过1.7mg/cm2，蚀刻移除81％的金属，可使电池在高充放电仍具高克电容量及良好的好导电性。
实施例19
首先，提供一镍发泡板(尺寸为70mm×70mm、厚度为0.2mm、孔隙率为90％)。接着，接该镍发泡板放入一真空高温炉管中，并通入甲烷，并配合氩气及氢气当传输气体，于900至1100℃下成长石墨于镍发泡板上，并控制单位面积石墨含量为1.42mg/cm2，并计算出镍与石墨的重量比为10.7，得到石墨电极(未进行蚀刻)。
接着，提供一厚度为0.03mm的铝箔(由Alfa Aesar制造)，对其进行裁切，得到铝电极(尺寸为70mm×70mm)。接着，提供隔离膜(玻璃滤纸(2层)、商品编号为沃特曼(Whatman)，按照铝电极、隔离膜、石墨电极、隔离膜、铝电极顺序排列，并以铝塑膜将其封装并注入电解液(氯化铝(AlCl3)/氯化l-乙基-3-甲基咪唑鎓(1-ethyl-3-methylimidazoliumchloride、[EMIm]Cl)、其中AlCl3与[EMIm]Cl的比值约为1.3)，得到铝离子电池(20)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例19所得的铝离子电池(20)的电池效能(量测条件为：以分别以不同电流(1000mA/g、3000mA/g、5000mA/g)进行放电测试)，结果如图12所示。
实施例20
实施例20如实施例19所述的方式进行，除了进一步蚀刻所得的石墨电极，即镍与石墨的重量比由10.7降低至4.75(56％的镍被移除)，得到铝离子电池(21)。
接着，使用电池充放电仪(购自新威)量测实施例20所得的铝离子电池(21)的电池效能，结果如图12所示。
由图12可得知，当单位面积石墨含量小于1.5mg/cm2时，由于石墨成长量少，导致不连续的石墨层形成于镍发泡板上，此时以蚀刻去除部份镍发泡板对于电池性能的提升并不明显。
虽然本发明已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何本技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作任意的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (14)

1.一种电极，包含：
金属网状结构；
活性材料网状结构，且该金属网状结构是设置于该活性材料网状结构内，其中该金属网状结构与该活性材料网状结构的重量比是0.5至155；以及
多个空隙，设置于该活性材料网状结构内，其中该空隙与该金属网状结构的体积比是99至1之间。
2.如权利要求1所述的电极，其中该金属网状结构是发泡金属。
3.如权利要求2所述的电极，其中该发泡金属是发泡镍、发泡铁、发泡铜、发泡钛、发泡钴、或上述材料的发泡合金。
4.如权利要求1所述的电极，其中该活性材料网状结构是石墨、或具插层的活性材料。
5.如权利要求1所述的电极，其中该电极的厚度是100nm至10mm。
6.如权利要求1所述的电极，其中该活性材料网状结构为连续的结构。
7.如权利要求1所述的电极，其中该活性材料网状结构为不连续的结构。
8.如权利要求7所述的电极，其中该金属网状结构被该活性材料网状结构所覆盖的面积占该金属网状结构总面积的1％至95％。
9.一种电极的制造方法，包含：
提供金属网状结构；以及
沉积活性材料于该金属网状结构的表面，得到如权利要求1所述电极，其中该金属网状结构与该活性材料网状结构的重量比是0.5至155。
10.如权利要求9所述的电极的制造方法，更包含：
对该电极进行湿蚀刻，以移除部份金属网状结构，形成多个空隙。
11.一种装置，包含：
第一电极，其中该第一电极是权利要求1所述的电极；
第一隔离膜；
第二电极，其中该第一隔离膜设置于该第一电极与该第二电极之间；以及
电解质，设置于该第一电极与该第二电极之间。
12.如权利要求11所述的装置，其中该电解质为离子液体及金属卤化物的混合物，其中该离子液体是氯化胆碱、乙酰氯化胆碱、碱金族卤化物、烷基咪唑鎓盐、烷基吡啶鎓盐、烷基氟吡唑鎓盐、烷基三唑鎓盐、芳烷铵盐、烷基烷氧基铵盐、芳烷鏻盐、芳烷锍盐、或其混合物。
13.如权利要求11所述的装置，其中该电解质为溶液及金属卤化物的混合物，其中该溶液是尿素、N-甲基脲、二甲基亚砜、二甲基砜、或上述的混合。
14.如权利要求11所述的装置，更包括第三电极及第二隔离膜，其中该第二隔离膜设置于该第一电极与该第三电极之间。
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