CN111902971A - 箔状功能材料及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种箔状功能材料(1)，其提供了至少一种预定功能并且可以用于有针对性的物理、化学、物理化学、生物学、技术和工艺目的，并且在其中布置了支撑介质(2)，该支撑介质包括总支撑体积，其横截面长度(7)≤100μm，可以视为基质，并由线性支撑元件(3a)以及节点形支撑元件(3b)形成，线性支撑元件(3a)以及节点形支撑元件(3b)形成支撑介质(2)的物质成分，并穿过总支撑体积，以形成带形范围，其中，互连的部分体积(5)位于所述带形范围中并且由附近的支撑元件(3)跨越。支撑元件(3)被提供第一功能的第一功能物质(4)包覆。由互连的部分体积(5)形成的总支撑体积的剩余体积填充有至少一种第二功能物质(6)，该第二功能物质提供与第一功能不同的第二功能。本发明还涉及一种用于制造这种箔状功能材料(1)的方法。

Description

箔状功能材料及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种箔状功能材料，箔状功能材料提供至少一种预定功能，因此可以用于有针对性的物理、化学、物理化学、生物学或其他技术、或者工艺目的。
背景技术
在本发明的意义上，箔状功能材料一直是复合材料，即由三种或更多种接合材料组成的材料，其中这些材料中的至少一种是构造材料并且至少两种材料是功能材料。功能材料尤其用于实现对于特定的、有针对性的物理、化学、物理化学、生物学或其他技术、或者工艺应用具有决定性和特征性的功能。整体而言，箔状功能材料与制成箔状功能材料的材料具有不同的特性。因此，它可以用于实现有针对性的功能，尤其是可以以不同于使用单独材料的方式。
就材料科学而言，功能材料是材料的子类别。对于这些材料，通常会在结构材料和功能材料之间进行区分，其中功能材料与结构材料不同的主要特点不是其机械强度和所产生的机械稳定性，而特点是可以有针对性地影响特定的电气、机械、磁、声、光或生物化学性质，以改变组件的特性。对于功能材料，功能材料的特性、用途和预期应用是最重要的，而不是组件的结构设计；然而，功能材料也可以具有机械强度。
本发明尤其涉及一种用作应用于电能存储中的电极的箔状功能材料，并且涉及一种生产该箔状功能材料的方法。除此之外，基于本发明，还可以实现功能材料，功能材料可以用于除电能存储中的电极以外的功能。
术语箔状材料用于描述本发明。箔状材料通常具有许多与箔相同的特性。此外，与箔相比，它们还显示出一些显著差异。
众所周知，箔是片状或网状的薄材料，通常由塑料或金属制成，但也由具有很小厚度和很大面积的其他材料制成。典型的箔厚度小于0.4毫米。箔通常被制造成连续的网、被卷起并且随后经常被切成适合各自应用的片。尽管箔的特点是具有较大的面积，但它们代表三维实体，其中当x和y代表箔的面积尺寸并且z代表箔的厚度时，可以认为Δx和Δy＞＞Δz，其中Δx代表箔的长度，Δy代表箔的宽度以及Δz代表箔的厚度。另一个特点特征是材料成分(即，制成箔的材料)无一例外地宏观填充了整个三维实体，即，在实体中的任何地方都没有其他材料或宏观上没有自由空间。仅制造箔的材料填充箔所包围的三维空间。看起来类似箔、行为类似于箔的材料以及可以类似箔一样使用的所有其他材料(但不组合所列出的特征)都是箔状材料。不幸的是，这些材料也被称为箔，然而这并不是严格正确的。
箔状材料非常类似二维范围较大而三维范围较小的片状或网状的薄材料。箔状材料通常也被制造成连续的网、被卷起并且随后经常切成适合的片。与箔的不同之处在于箔状材料的主体，其特点还在于x、y和z，其中x和y代表主体的面积尺寸，z代表箔状材料的横截面尺寸的方向，横截面尺寸代表从主体的一侧到主体的相对侧的可测量距离，并且Δx表示长度，Δy表示宽度，Δz表示箔状材料的横截面长度，在这个维度上被一种材料连续地穿过然而该材料没有填充整个空间，即，组成箔状材料的材料在宏观上没有完全填充该主体所跨越的三维空间。因此，该主体被离散的或互连的部分体积(也称为自由体积)遍历。离散的部分体积(也称为封闭的部分体积)是空腔、或空心体积、或者是表示特定边界内的自由空间的空白空间。这些边界由构成箔状材料的材料、边界层或结构形成。
箔状功能材料是互连材料的组合物。在箔状功能材料中，被材料(例如设计为支撑介质的构造材料)包围或界定的部分体积被一种或多种其他材料穿过，或者甚至完全填充了一种除限制该部分体积的材料以外的一种或多种材料，例如支撑介质。
因为这个原因，箔状功能材料的光谱相应地大。
膨胀聚四氟乙烯(也称为ePTFE)是聚四氟乙烯的一种特殊工艺形式，在这里应作为设计为支撑介质的构造材料的一个示例。它可以形成为箔状材料。在制造工艺中，该材料称为多向ePTFE。通过这种制造工艺产生的材料散布着PTFE分子纤维，并且其特点是多孔结构，多孔结构具有高达70％开放式的、可填充的部分体积。
箔状纺织结构形式的材料也可以用作箔状材料的支撑介质，诸如机织织物、针织织物、编织物、非机织织物和毛毡。所有纺织产品的主要成分是纺织纤维，即，可以在纺织制造工艺中加工的纤维，特别是可以纺制的纤维。这些是线结构，这意味着长度与直径的比率显著大于1，并且具有足够的长度以及可弯曲性和柔韧性是其工艺性性的前提。纤维的形状可分为短纤维(即，长度有限的纤维)和长丝(即，连续纤维)。
纺织结构的一种特殊形式是那些由金属线制成的结构。金属线制成的纺织织物称为金属网或金属线网。金属织物也在织机上制成。
电极箔在电能存储中用作可实现有源和无源功能的正极、或负极、或者用作阳极箔、或阴极箔。在电极箔的情况下，电荷载流子储存代表整个有源功能。相反，无源功能是用于对载流子进行充电和放电的导电功能，用于功能材料的连接功能实施有源功能。在已知的电极箔情况下，功能材料通常还支持电极箔的机械稳定性或显著有助于电极箔的机械稳定性。
电能存储例如基于化学物质向电能的自发转换，因此是所谓的原电池，或者它们基于将电能存储在化学化合物中，其中例如在氧化还原流电池中存在反应物溶解于溶剂。可替代地，电能存储可以基于能量静态地存储于电场中的原理。该原理尤其用于电容器，例如用于电解电容器、诸如双层电容器的超级电容器、伪电容器或混合电容器。电极箔的厚度应尽可能小，以便以较小的结构体积实现最大的能量存储能力。为了确保电极箔的机械稳定性，使用了支撑箔或三维纺织结构形式的构造材料。
金属箔形式的金属通常用作电极箔中的材料。在大多数情况下，金属箔不需要附加的金属涂层或附加的金属类涂层，因为金属箔本身除了机械稳定性之外，还可以保证用于充电和放电载流子的导电功能。在本文中，术语稳定性包括抵抗材料上的机械影响和热影响(诸如机械应力和热应力、弯曲、伸长、扭转、屈曲、形状变化等)的材料强度。
这些金属箔在z方向上的范围(即，金属箔的厚度)是由以下条件决定的：可以满足所需的机械稳定性、以及可以安全地进一步加工的金属箔。由于必须确保所需的机械稳定性，因此无法将此类金属箔制成所需的厚度。然而，相当薄的金属箔足以确保导电功能。
箔的机械稳定性必须首先使电极箔的制造工艺成为可能。电极箔还必须确保电芯的整个箔组件的功能。为此，需要具有与层和要施加的组件结合的具有足够粘附力的复合材料。
还已知设计为箔的具有介电材料的电极箔，例如施加在一侧或两侧具有金属化的聚合物箔。金属化必须设计和确定尺寸，以确保载流子的充电和放电。这包括足够高的电导率，该电导率也可以承受自发出现的电流密度。由于这些金属层的厚度通常大于一微米或两微米，并且金属涂层是通过化学、电化学或真空技术施加的，因此该复合材料的制造与纯金属箔的制造相比相应地昂贵。两侧上的金属化还具有电介质位于两个相互独立的金属层之间的缺点。需要附加的工艺步骤以将这些金属层彼此连接，即，将它们短路。
例如，使用尽可能薄的导电铝箔来制造电解电容器。由于它们的机械稳定性不足，由箔厚度低于100μm的高纯度铝制成的导电箔难以在常规(即，最新技术)制造工艺中进行加工，例如对于电解电容器的阳极箔的制造。
在锂离子电池中，用于正极集流体的常规铝箔厚度在25μm至15μm之间，正极集流体还必须确保电极的机械稳定性。这里的目标是使用箔厚度约为10μm的箔。用于铜制负极电流导体的这些电池的常规箔的厚度在15μm至10μm之间，负极电流导体也必须确保电极的机械稳定性，厚度。目标是使用箔厚度约为6μm的箔。在这种情况下的主要问题是箔的机械稳定性不足，尤其是在电极箔的制造工艺中。因此，减小箔的厚度存在限制。
DE 10 2010 011 413 A1公开了一种带有载流子的阴极电极，包括特别是铝的金属材料，并且金属材料具有15μm至45μm的厚度。EP 1 455 404 A2描述了一种具有由金属线构成的多孔支撑结构的电极单元。
为了改善金属箔的机械稳定性，DE 10 2012 000 508 A1公开了一种用于制造所谓的GLARE组件的方法，其中，交替地将铝和预浸料幅的幅材叠置然后胶合或压在一起。该顺序使得铝板总是布置在外侧。预浸料网是指由预固化玻璃纤维增强的环氧树脂制成的网。然而，通过该方法生产的机械稳定的金属箔不适合需要箔具有高导电性的应用。
涂有金属的织物也用于服装。最重要的是，保持了织物的透气性。DE 101 96 402T1描述了一种覆有金的织物及其制造方法。借助于涂覆有金属的支撑元件之间的开口确保了透气性。
DE 10 2013 108 808 B4公开了一种用于生产碳-金属复合材料的方法和一种用于制造半导体元件的装置的方法。具有带形支撑元件的碳纤维织物涂有金属，因此可以随后用于半导体组件上的散热。为了附接至半导体组件，将焊料金属引入到金属涂覆的碳纤维织物的空隙中，其将涂覆的碳纤维织物实质上连接至半导体组件。因此，施加到碳纤维织物上的第一金属层主要用于散发来自组件的热量，随后引入的焊料金属主要实现在待冷却组件上的结构性附接功能。带形支撑元件填充了总体积的很大部分，以确保有效的散热。另一方面，焊料金属仅占总体积的小部分，这足以将散热器固定到半导体组件上。结果，碳纤维织物的体积占据了散热器总体积的很大部分。
发明内容
本发明的目的是提供一种箔状功能材料，具有由支撑基体意义上的构造材料形成的支撑介质和连接至支撑介质的至少两种功能材料。在这种情况下，由构造材料形成的支撑介质相对于整个箔状功能材料的体积应仅具有较小的体积，并且具有足以使用箔状功能材料的机械稳定性。
目的通过具有根据独立权利要求的特征的物理物体和方法来实现。在从属权利要求中规定了其他实施例。
目的尤其是通过一种箔状功能材料来实现，该箔状功能材料满足至少一个预定功能并且可以以这种方式用于物理、化学、物理化学、生物或其他技术应用。在箔状功能材料中布置有箔状支撑介质，箔状支撑介质由至少一种构造材料制成并且具有横截面尺寸＜100μm的总支撑体积，其被视为矩阵，即基本主体中嵌入了其他材料。支撑介质由线形和节点形支撑元件(以下简称为线形和节点形支撑元件)形成，支撑元件形成支撑介质的材料成分并穿过总支撑体积以形成带形范围，带形范围具有由相邻支撑元件跨越的总支撑体积中互连的相邻部分体积。线形和节点形支撑元件被实现第一功能的第一功能材料包覆，并且由互连的部分体积形成的总支撑体积的剩余体积被至少一种第二功能材料填充，第二功能材料实现与第一功能不同的第二功能。
如果由互连的部分体积形成的总支撑体积的剩余体积被多于一种的第二功能材料填充，则每个第二功能材料实施不同于第一功能的至少一个功能。
本发明的部分，可以通过引入部分体积中的第二功能材料或其他功能材料来实施其他功能。此外，还应该始终理解，引入到部分体积中的第二功能材料或另外功能材料不必仅实现一种功能，而是可以实现多种功能。引入到部分体积中的功能材料的至少一种有源或无源功能与包覆支撑元件的第一功能材料的有源或无源功能不同。
支撑介质由多个单独的支撑元件组成，这些元件可以是线形的，即，在一个维度上较大而在另外两个维度上较小，但是也可以是节点形的。在本发明的上下文中，线形支撑元件是在线形支撑元件为小的那两个维度上具有大致相同范围的支撑元件。大尺寸与两个较小尺寸的比率至少为50：1。两个较小尺寸的尺寸的比率彼此不小于1：5且不大于5：1。因此，线形支撑元件不同于带形支撑元件。如果至少部分地在线形支撑元件之间存在大距离，则也可以超过所说明的线形支撑元件的限制。
线形支撑元件至少部分地具有大的相互距离，使得它们相对于线形支撑元件的表面所在的几何平面的二维影响可忽略不计，并且因此，线形支撑物元件几乎不能完全界定彼此隔开的部分容积。
大距离被理解为是指各个线形支撑元件之间的距离相对于线形支撑元件的两个较小尺寸中的较大者大于5:1。在这种情况下，两个较小尺寸的比率可能超过前面提到的限制。
在本发明的上下文中，如果支撑元件在所有维度上具有相似的范围，则支撑元件是节点形的；特别地，与线形支撑元件的大尺寸相比，所有维度上的范围较小。当两个或更多个线形支撑元件彼此接触时，支撑介质在接触点处具有节点形支撑元件。
在本发明的上下文中，总支撑体积描述了包括所有支撑元件并因此包括整个支撑介质的体积。
在本发明的上下文中，如果主体在一个维度上的范围小于在其他两个维度上的范围，则该主体具有带形范围。
支撑元件被第一功能材料包覆。在支撑元件的接触点处包覆可以具有缺陷，但是前提条件是涂层的所有区域都互连并且形成连续的层。
穿过总支撑体积的支撑元件在截面上彼此间隔地布置，使得部分体积在相邻的支撑元件之间跨越。跨越的部分体积被设计为开放的、互连的自由空间。这些部分体积当前没有被支撑元件填充，因此在被第一功能材料包覆的支撑元件之间形成可以被填充的间隙空间。根据本发明，这些部分体积(即，这些间隙空间)被至少一种第二功能材料填充。
此外，应该始终将第一功能材料理解为是指将线形和节点形支撑元件包覆的功能材料，而将第二功能材料理解为是指引入开放的、互连的、由支撑元素跨越的自由部分体积(即，填充这些自由部分体积)的功能材料。第二功能材料填充了支撑元件所跨越的开放的、互连的自由部分体积(但不是以紧凑的形式填充)意味着，第二功能材料内可以存在开放和互连的较小自由体积(例如，以孔的形式)，并且自由体积包含其他第二功能材料。
根据本发明的概念，支撑元件被第一功能材料包覆，该第一功能材料实现至少一种第一有源或无源功能。保持涂覆的箔状支撑介质的矩阵形状。这意味着保持了大多数现有的空腔(即，支撑介质中自由的、互连的部分体积)，但是由于包围支撑元件的第一功能材料的体积而减小了空腔。特别地，支撑介质内的自由部分体积的总体积不小于被第一功能材料包覆的支撑元件的总体积。优选地，自由部分体积的总体积与包覆有第一功能材料的支撑元件的总体积的比率为至少2:1或至少5:1，特别优选为至少10:1。
在有利的实施方式中，在线形支撑元件的平行布置中，线形支撑元件在较小范围内的范围与线形支撑元件在支撑介质中的距离的比率至少为1:1。该比率优选为至少1:2或至少1:3或至少1:5。
可以将既实施有源功能又实施无源功能的一种或多种第二功能材料引入到箔状功能材料的现有部分体积中，并且箔状功能材料的顶侧和底侧可以是涂有第二功能材料。至少一种第二功能材料实现与第一功能材料所实现的有源或无源功能不同的至少一种有源或无源功能。
特别地，当箔状功能材料用作电能存储的电极时，第二功能材料内或第二功能材料内存在开放的孔形互连空腔。
因此，箔状功能材料是复合材料，复合材料的成分或材料除了用于功能材料应用的实际特性功能之外还实施一种或多种其他功能，以使得例如预期的应用能够存储电能或辅助催化过程或用作加热介质。
由于这个原因，功能材料通常必须同时具有有源功能和无源功能。
有源功能被理解为是指功能材料实现与使用箔状功能材料的目的相对应的功能，即，对于使用箔状功能材料而言是特性功能。
无源功能应理解为是指功能材料实现必要的功能，以使得能够实现使用箔状功能材料的目的有源功能。因此，有源功能和无源功能都非常重要。功能材料可以实现一种或多种功能，这些功能可以是有源功能或无源功能。
在上下文中，支撑介质或形成支撑介质的构造材料也实现无源功能，即箔状功能材料的机械稳定性。
至少一种第二功能材料粘附地覆盖箔状功能材料的顶侧和/或底侧，对于使用箔状功能材料可以是有利的。
在箔状功能材料的有利实施例中，支撑介质的线形支撑元件形成织物，该织物的相互垂直的经线和纬线交织在一起。在优选的变型中，经线和纬线由多根细丝组成。可替代地，经线和纬线可以被配置为单丝。
在箔状功能材料的实施例中，第一功能材料(即，包裹支撑元件的功能材料)是金属。
在箔状功能材料的优选实施例中，支撑介质是玻璃纤维织物、或碳纤维织物带、或矿棉纤维织物带、或聚合物纤维织物带、或金属线织物带。
在箔状功能材料的优选实施例中，第二功能材料包含选自锂/氧化镍、锂/氧化锰、锂/氧化钴和锂/磷酸铁的组中的一种，以及任选地其他添加剂，优选碳黑。
目的还通过一种用于制造箔状功能材料的方法来实现。该方法包括以下步骤：
Figure BDA0002587437130000081
通过在支撑元件上施加实现第一功能的第一功能材料来包覆支撑介质的支撑元件，以及
Figure BDA0002587437130000082
用至少一种第二功能材料填充由互连的部分体积形成的总支撑体积的剩余体积，该第二功能材料可实现与第一功能不同的第二功能。
支撑元件可以通过金属化支撑元件而被包覆。
优选地，支撑介质的支撑元件通过真空涂覆系统中金属的物理气相沉积而被金属化。优选地，真空涂覆系统中金属的物理气相沉积通过热气相、或通过电子束气相、或通过激光束气相、或通过电弧气相、或通过阴极溅射、或通过离子辅助沉积工艺来执行。
在本发明的上下文中，热气相沉积是其中通过输入热能使材料汽化或雾化、然后将其沉积在支撑介质的支撑元件上的工艺。有利地，在热气相沉积工艺期间，可以使用多个(即，大于两个)不同的气相沉积角度，以尽可能完全地(即，在所有侧上)用第一材料包覆支撑元件。
这里提到的任何其他沉积方法都是适当的，本质上是输入第一材料的能量类型不同。
在该方法的有利的变型中，通过热喷涂将支撑元件用第一功能材料包覆。优选地，该热喷涂通过金属线火焰喷涂、粉末火焰喷涂、高速火焰喷涂、高速金属线火焰喷涂、电弧丝喷涂、等离子喷涂、冷气喷涂或熔融浴喷涂来执行。
当使用热喷涂时，支撑介质的支撑元件也以多种(即，大于两个)不同的喷射角度在所有侧上完全包覆第一材料。
作为以多种(即，大于两个)不同的气相沉积角度、或喷雾角度进行热气相沉积、或热喷涂的替代方案，可以通过在一个或两个气相沉积或注入角度(优选以180°偏移)下进行热喷涂并进行后续热处理的热气相沉积，来执行用第一功能材料包覆支撑元件的热气相沉积或热喷涂。在该热处理中，将热量施加给第一功能材料，该第一功能材料已经以限定的短时间时段或以限定的时间间隔以所施加的第一功能材料的可变形性增加直到它开始流动并包裹支撑元件为止的方式，通过热气相沉积或热喷涂施加到支撑介质的支撑元件上。热输入必须在使得第一功能材料包覆在支撑元件上但不会从支撑元件上滴下这样的时间间隔内进行。该方法可用于将施加到支撑元件的第一材料的横截面扩展到10μm。
优选地，热输入以脉冲方式施加，脉冲持续时间为1ms至100s，其中热源的温度比所施加的第一功能材料的熔化温度高500K。因此，热输入的产生可以认为是冲击加热。
如果第一功能材料是导电材料并且施加到支撑元件上的功能材料层的厚度小于一个微米，则可以借助于微波将热引入。在这种情况下，将施加到支撑元件上的导电的第一功能材料暴露于微波辐射中，其中，微波能量的大小应确定为使得所产生的加热改变第一功能材料的如已经描述的可变形性，使得用第一功能材料包裹支撑元件。
对于厚度不超过约1μm的第一功能材料的层，用2.45GHz磁控管辐照的辐照功率可以在1Ws/cm2至10,000Ws/cm2的范围内，并且曝光时间在0.1s至150s之间。为了优化热输入，还可以将微波辐射功率提供为脉冲序列。脉冲宽度范围为0.01s至几秒。
如果第一功能材料是金属，则可以在两步工艺中通过化学金属涂覆来金属化支撑介质的支撑元件，其中，支撑介质的支撑元件的金属化包括以下步骤：
Figure BDA0002587437130000101
晶种工艺，以及
Figure BDA0002587437130000102
金属涂覆工艺。
可替代地，可以在三步工艺中通过电化学金属层增强来执行支撑介质的支撑元件的金属化，其中，支撑介质的支撑元件的金属化包括以下步骤：
Figure BDA0002587437130000103
晶种工艺
Figure BDA0002587437130000104
金属涂覆工艺，以及
Figure BDA0002587437130000105
金属层增强工艺。
在另一个可能的变型中，可以通过将支撑介质浸入熔融金属浴中来金属化支撑介质的支撑元件。
根据本发明的箔状功能材料的优选应用涉及电能存储中使用的电极箔的形成。实际上，在上下文中不应使用术语电极箔，因为在本发明的上下文中，电极材料是箔状的。然而，由于术语电极箔实际上在箔和箔状材料中都是通用的，在这里也将使用它，但是总是在根据本发明的应用中特别是箔状电极材料的附带条件下。
从概念上讲，电极箔由具有被视为矩阵的支撑介质的箔状功能材料构成，其支撑元件被第一导电功能材料(优选诸如铝、铜、银、金、黄铜或其他金属的金属、或金属合金)包覆。在特定情况下，例如，还可以使用诸如导电聚合物的其他导电功能材料，来形成包围支撑元件的导电层。该导电功能材料层(用其包裹支撑介质的支撑元件)用于输送电荷载流子(即，将电荷载流子移入或移出电极箔)，这是电极箔的无源、但仍然是重要的功能。由于支撑介质的几乎所有支撑元件都是互连的，因此载流子可以在x、y和z方向上流入和流出，从而使电流流动以接触电极箔。以这种方式金属化的载流子介质(其可以被视为金属化矩阵)具有＜100μm的厚度。特别地，提出了横截面尺寸≤100μm的三维纺织织物作为支撑介质。为了形成电极箔，还必须将实施至少一种第二功能的第二功能材料引入到支撑介质中现有的部分体积中，该部分体积被金属化的支撑元件所跨越。由第二功能材料实现的第二功能是针对能量存储或电荷载流子存储，即，要在电能存储中使用的电极箔的有源功能特性。引入到部分体积中的第二功能材料除了上述特性功能之外还可以实施其他功能。这可以是无源功能，诸如导电功能。第二功能材料还可有助于电极箔的机械稳定性。有利地，电极箔的顶侧和底侧可以粘附地涂覆有第二功能材料。
本发明提供了一种箔状功能材料，在该箔状功能材料中的功能材料(其实现作为电能存储中的电极箔的有源功能特性)与箔状功能材料中包含的其他材料(即，构造材料和第一功能材料)的比率大。
在本发明的上下文中，由构造材料以二维纺织表面元件的形式制成的具有三维范围的支撑介质可以看作构成纺织材料的矩阵，纺织材料特别地是由纱线或细丝，也可以是称为线的金属细丝形式的金属。纺织材料是使用任何纺织技术制造或加工的所有材料。纱线或细丝又由单独的细长丝，即单丝组成。除了天然纤维之外，玻璃纤维、碳纤维、矿棉纤维、聚合物纤维或金属线也可以用作纱线或细丝的材料。线固有地代表单丝。在本发明的上下文中，然后可以加工纱线、细线和线以形成纺织带，特别是其中各个经线和纬线交织的编织带。这种支撑介质可以是例如编织织物、机织织物或针织织物。
为了应用根据本发明的编织织物、机织织物或针织织物，细线密度应尽可能低，即，只要技术处理要求允许支撑和稳定功能则尽可能低。
用第一功能材料包覆支撑介质的支撑元件可以导致支撑介质的机械稳定性提高，这可以使随后的工艺步骤更容易实施。
有利地，可以以卷对卷的工艺实施支撑介质的工艺。
箔状功能材料也可以设计用于其他应用，在这种情况下，它们是适用于相应应用的其他材料的复合材料。例如，仅列举两个其他示例，它们可以被设计用于催化剂或具有微通风系统的可加热塑料垫中。
附图说明
本发明的实施例的其他细节、特征和优点由以下参照附图对示例性实施例的描述得出，附图中示出：
图1：箔状功能材料在横截面中的基本示意图，
图2A：矩阵的最简单设计的示意图，
图2B：比图2A所示更无序的设计中的矩阵的示意图，
图2C：作为矩阵的实施例的膨胀聚四氟乙烯箔-ePTFE的扫描电子显微照片，矩阵作为箔状功能材料的支撑介质，
图2D：作为箔状功能材料的支撑介质的实施例的单层织物的示意图，
图2E：作为箔状功能材料的支撑介质的实施例的单层针织织物的示意图，
图2F：作为箔状功能材料的支撑介质的实施例的编织织物的扫描电子显微照片，
图3A：玻璃纤维的箔状功能材料在横截面中的基本示意图，
图3B：根据现有技术的电极箔在横截面中的基本示意图，
图3C：箔状功能材料在横截面中的更详细的示意图，
图4A：玻璃纤维布作为支撑介质的铝电解电容器的阳极箔在横截面中的示意图，
图4B：根据现有技术的作为功能箔代表的铝电解电容器的阳极箔在横截面中的扫描电子显微照片，
图5A：根据现有技术的用于锂离子电池的常规电极在横截面中的扫描电子显微照片，
图5B：具有织物支撑介质的锂离子电池的箔状电极在横截面中的示意图，织物支撑介质的支撑元件被铝包覆。
图6：镀铜钢线网作为支撑介质的锂离子电池的箔状石墨电极在横截面中的示意图。
参考符号列表
1 箔状功能材料、箔状阳极材料或阳极箔、箔状阴极材料或阴极箔
1’ 根据现有技术的常规电极箔、根据现有技术的阳极或阴极、根据现有技术的箔状功能材料，根据现有技术的用于电解电容器的阳极箔
2 支撑介质
2’ 根据现有技术的支撑介质；根据现有技术的金属支撑箔、金属化的聚合物箔、铝箔
3 支撑元件
3a 线性支撑元件
3b 节点形支撑元件
4 第一功能材料
5 部分体积、织物的网孔空间
6 第二功能材料
7 支撑介质2的横截面长度
8 开孔
9 铝体
10 氧化铝层
DA 支撑介质2的截面长度
DvfFM 涂覆的箔状功能材料1的厚度
DTF 支撑箔2’的厚度
DVF 电极箔的厚度
具体实施方式
图1示出箔状功能材料1在横截面中的基本结构。箔状功能材料1具有支撑介质2，支撑介质2由构造材料组成并形成为矩阵，矩阵的支撑元件3被设计为线形支撑元件3a和节点形支撑元件3b并包覆有实现第一功能的第一功能材料4。部分体积5被支撑元件3a、3b跨越并且填充有第二功能材料6，第二功能材料6与第一功能不同的至少一个第二功能。根据应用，箔状功能材料1也可以称为箔状电极材料1、或箔状阳极材料1、或阳极箔1、或者箔状阴极材料1、或阴极箔，其中箔状功能材料1的顶侧和/或底侧然后被第二功能材料6完全覆盖。
图2A示意性地示出了支撑介质2的简单基本实施例。线形支撑元件3a和节点形支撑元件3b仅位于相互垂直的平面中。支撑元件3a和3b跨越开放的部分体积5，部分体积5互连并且在所有侧上开放。支撑介质2呈箔状形状，即，其x和y尺寸比其在z方向上的尺寸大得多，在z方向上的尺寸被称为支撑介质2的横截面长度7。即使在附图中没有总是清楚地示出，但是该情况总是适用于本发明的上下文。支撑介质2总是由两种不同类型的支撑元件3a和3b构成，支撑元件3a和3b包括包含在支撑介质2中的所有结构元件并由构造材料组成。线形支撑元件3a例如是织物中的纱线或膨胀聚合物或线形结构中的聚合物线、分子纤维、短纤维、纺织纤维、长丝或其他线形结构。节点形支撑元件3b例如是纺织纱线中的经纱和纬纱的交叉线，例如在膨胀聚合物中、构造材料的三维织物堆中的缠结的长丝、构造材料的细线形元件的紧凑集中、构造材料的元件的点形集合等。支撑元件3跨越互连的部分体积5，部分体积在横向上并且特别是朝向支撑介质2的顶部和底部开放。在图2A中的支撑介质2的特定情况下，线形支撑元件3a和节点形支撑元件3b总是位于相互垂直的平行平面中。
如果支撑介质2在三个维度上延伸，则参考支撑介质2。因此，当所有支撑元件3实际上都在单一平面中时仍参考支撑介质2，然而，支撑介质2不再代表二维区域而是具有三维范围。
图2B示出了与来自图2A的支撑介质2相比，支撑介质2更加无序的布置的示意图，其表示用于箔状功能材料的支撑介质2的更典型形式之一。该示意图旨在示出支撑介质2不需要具有有序的结构。实际上，线形支撑元件3a和节点形支撑元件3b的分布可能是无序的。同样，在图2B的情况下，支撑元件3a和3b跨越互连的开放的部分体积5，部分体积5在所有侧上是开放的。
图2C示出了膨胀聚四氟乙烯箔(也称为ePTFE)作为支撑介质2的平面图的扫描电子显微照片，以下称为SEM。线形支撑元件3a和节点形支撑元件3b是无序的。线形支撑元件3a是取向的分子纤维，而节点形支撑元件3b代表聚四氟乙烯材料成分的点形簇。取向的分子纤维(即，线形支撑元件3a)和节点形支撑元件3b跨越部分体积5。部分体积5是互连的。
图2D示意性地示出了纺织织物形式的支撑介质2。线形支撑元件3a是称为经线和纬线的纱线、细线或线。节点形支撑元件3b是经线和纬线交叉的区域。尽管支撑介质2具有三维尺寸，但是图2D中的纺织织物形式的支撑介质2是基本上位于单一平面中的所有支撑元件3的示例。开放的部分体积5横跨在线形支撑元件3a、经线和纬线及其交叉点(即，节点形支撑元件3b)之间。由经线和纬线交叉产生的距离对应于支撑介质2的横截面长度7。
图2E示出了作为支撑介质2的纺织针织物的俯视图的示意图。这种箔状纺织结构可以通过在针织机上形成针脚而由细线系统工业地生产；因此它们是针织品的部分。在这种情况下，线形支撑元件3a是纺织细线，节点形支撑元件3b由缠绕的细线形成。开放的部分体积5在由纺织细线形成的线形支撑元件3a与其细线的交织部分(即，节点形支撑元件3b)之间跨越。由纺织细线的交织的重叠部分产生的距离对应于支撑介质2的横截面尺寸7。
图2F描绘了网作为支撑介质2的平面图的SEM。线形支撑元件3a由纺织细线形成，节点形支撑元件3b由纺织细线的交叉或堆积形成。在该示例中，线形支撑元件3a和节点形支撑元件3b的分布是随机的。开放的部分体积5跨越在多个交织的纺织细线(节点形支撑元件3b)和相对大量的纺织细线(即，线形支撑元件3a)之间。
图3A以横截面示意性地示出了由织物支撑介质2组成的箔状功能材料1。织物支撑介质2的线性支撑元件3a、织物经线和纬线以及它们的交叉区域、节点形支撑元件3b、织物由第一功能材料4包覆，该第一功能材料4实现第一功能。部分体积5中填充有第二功能材料6，该第二功能材料6实现了与第一功能不同的至少一个第二功能。支撑介质2的顶侧和底侧由第二功能材料6覆盖。支撑介质2是玻璃纤维布，其基本结构在图2D中示出。将实现第一功能的第一功能材料4施加到线性支撑元件3a和节点形支撑元件3b上。第一功能材料4包围线性和节点形支撑元件3a和3b。DA表示支撑介质2的横截面长度7，其支撑元件3由第一功能材料4包覆。
DvfFM表示箔状功能材料1的厚度，该箔状功能材料1的顶部和底部覆盖有第二功能材料6。
作为与图3A所示的箔状功能材料1的比较，图3B示出了根据现有技术的具有金属箔2’或金属化箔，优选地金属化聚合物箔的常规电极箔作为支撑介质2’的横截面。将相同的功能材料6施加在支撑介质2’的两侧，该功能材料6填充了图3A所示的箔状功能材料1的开放的部分体积5，并且顶侧和底侧已经粘附有涂层。DTF在此对应于金属箔2’的厚度，金属箔2’既用作支撑介质又具有使电荷载流子充电和放电的功能。DVF对应于电极箔的厚度。来自图3B的电极箔的厚度DVF对应于来自图3A的箔状功能材料1的厚度DVfFM，该箔状功能材料1的两侧均涂覆有第二功能材料6。因此，DvfFM等于DVF。
图3C以截面图示出了图3A所示的箔状功能材料1的详细示意图。第二功能材料6实现至少一种有源和至少一种无源功能。第二功能材料6具有作为其内部结构的开孔8，但是该开孔不对应于部分体积5。
原则上，根据本发明的箔状功能材料1的特征在于，相对于箔状功能材料1的总体积或总质量，第二功能材料6的体积或质量分数大。这对于箔状功能材料1的使用很重要，因为箔状功能材料1的总体积或总质量的大部分因此被实现有源功能的第二功能材料6占据。
图4A以横截面示出了用于铝图示的电解电容器的阳极箔1，即，用作电极的箔状功能材料1，其中，支撑介质2是玻璃纤维，如图2D所示。支撑元件3被铝包覆为第一功能材料4。根据电极类型，层厚度可以在从0.2μm至4μm的范围内。将高度多孔铝作为第二功能材料6引入部分体积5中。高度多孔铝也设置在支撑介质2的顶侧和底侧。如图4A右侧所示的放大细节所示，高孔隙度的铝由高孔隙度的铝体9和形成在高孔隙度的铝体9的表面上的氧化铝层10以及开孔8组成。第二功能材料6中的开孔8在箔状功能材料1用作电能存储装置的电极时用于保持电解质。通过阳极氧化在高度多孔铝体9的表面上生成表示铝电解电容器的介电层的氧化铝层10。高度多孔铝体实现无源功能，即对载流子充电和放电。氧化铝层10实现了存储电荷载流子的有源功能，即，电荷载体存储作为铝电解电容器的阳极箔1的箔状功能材料1应用的特征函数。开孔8填充有电解质，并因此通过提供用于电解质的体积来实现无源功能。优选将高度多孔铝引入到分容积5中，并通过真空涂覆工艺施加到支撑介质2的顶侧和底侧。
作为包覆支撑元件3的第一功能材料4的铝的量必须确定尺寸以满足电线的要求，通常对应于厚度为0.2μm至4μm的铝层。为了确保这些要求，例如，使用每厘米具有二十二根经线和纬线的玻璃织物作为支撑介质2。将该织物变平。压缩产生的经线和纬线的宽度为180μm，并且线高为15.5μm。第一功能材料4以具有优异的导电性能的铝层的形式被施加到这些线上。因此，支撑介质用第一功能材料4，即铝，金属化，其中施加到并包覆经线和纬线的铝的层厚度平均约为2.5μm。这导致金属化的支撑介质2的横截面长度7为36μm。高度多孔铝作为第二功能材料沉积在金属化支撑介质2的部分体积5中，即玻璃织物的网孔空间中。厚度为32μm的高度多孔铝也沉积在箔状功能材料1的顶侧和底侧上。阳极箔1的总厚度为100μm。用铝作为第一功能材料4金属化的支撑介质2占据每平方厘米的阳极箔1的基底面积的0.00156cm3的体积。每平方厘米基底面积阳极箔1的总体积为0.01cm3。因此，支撑介质2和第一功能材料的体积分数为约15.6％，第二功能材料6(即，高度多孔铝)的体积分数为约84.4％。
相反地，在常规的阳极箔1’中，支撑介质2’占据了阳极箔1’的总体积的相当大的比率。在图4B中以横截面示出了根据现有技术的这种常规阳极箔1’的可能实施例。该阳极箔1’已经由高纯度铝箔通过电化学蚀刻制备，其中，内部部分未加工。该比率代表阳极箔1’的支撑介质2’。如图4B的SEM所示，在具有100μm厚度的常规阳极箔1’中，未被电化学蚀刻的支撑介质2’的厚度为约28.6μm，并且电化学蚀刻面积为约71.4μm，相当于该区域每侧的厚度约35.7μm。阳极箔1’是在所谓的形成工艺(即电化学或阳极氧化)之后产生的。支撑介质2’实施支撑功能，并且同时负责对电荷载流子进行充电和放电。电化学蚀刻区域实施实际的电容器功能，即电荷载流子的存储。支撑介质2’与实施实际电容器功能的层之间的厚度DTF的比率可以估计为约一至两倍半，即1至2.5。
常规阳极箔1’的支撑介质2’占据每平方厘米0.00286cm3的体积。这相当于根据现有技术的常规阳极箔1’的总体积的约28.6％。常规的阳极箔1’实施电容器功能的区域占据每平方厘米基底面积的0.0032cm3的体积。这对应于总体积的约71.4％。相反地，利用根据本发明的技术方案，总体积的84.4％可用于实施电容器功能，即用于存储电荷载流子。
在用于铝电解电容器的阳极箔1的情况下，可通过进一步减少例如经线和纬线的数量将可用于实现电容器功能的第二功能材料6的体积比率进一步提高至94％，或使用直径为4μm的线代替直径为5μm的线。
图5A以截面图示出了根据现有技术的锂离子电池的阴极1’的SEM。术语阴极始终在电池放电时被理解。电极是所谓的锂金属氧化物电极之一。这种常规的阴极1’由本身导电性差的有源材料组成，诸如例如锂和氧化镍、锂和氧化锰、锂和氧化钴或锂和磷酸铁，以及多种添加剂，作为功能材料实现无源功能。炭黑是产生电导率的重要添加剂。在此，将铝箔用作支撑介质2’。
锂离子电池的阳极(此处未示出)由石墨制成，并且因此被称为石墨电极。用于阴极的支撑介质2’(也称为集电器)是铝箔2’和用于未示出的阳极的铜箔。在图5A所示的应用中的支撑介质2’也是厚度为30μm的铝箔。这种铝箔的使用被认为是现有技术。此外，在现有技术中存在解决方案，其中，支撑介质2’是厚度为15μm的铝箔。目的是使用10μm厚的铝箔作为支撑介质2’。阴极箔的总厚度为约194μm。
图5B以截面图示意性地示出了箔状功能材料1作为阴极1在锂离子电池中的应用。箔状功能材料1具有作为玻璃织物形式的支撑介质2的三维织物，其中，每厘米具有18根经线和18根纬线。线性支撑元件3a的经线和纬线具有近似圆形的横截面，直径为约35μm。经线和纬线相交的区域形成节点形支撑元件3b。铝被用作第一功能材料4以包覆支撑元件3a和3b。施加的铝的层厚度为约7μm。金属化的支撑介质2的部分体积5(即在经线和纬线之间的网孔5)由第二功能材料6填充。箔状功能材料1的顶侧和底侧分别涂覆有厚度为55μm的第二功能材料6。第二功能材料6由磷酸锂铁、导电炭黑、溶剂、粘合剂和添加剂的混合物组成。新型阴极1被压延。压延是指使箔状功能材料1依次通过多个重叠的加热和抛光辊之间的间隙的过程，这引起箔状功能材料1(即，阴极1)的压缩和固化。这些处理后的阴极1的DVfFM为194μm，从而允许容易地与图5A所示的现有技术解决方案进行比较。
如图5A所示，根据现有技术的阴极1’的铝箔形式的支撑介质2’的体积为每平方厘米0.003cm3。这相当于阴极1’的总体积的约15.5％。施加到支撑介质2’的两侧的第二功能材料6占据每平方厘米的基底面积的0.0164cm3的体积。这相当于总体积的约84.5％。
当使用15μm厚的铝箔作为支撑介质2’时，第二功能材料6的体积将为约0.018cm3。这相当于阴极1’的总体积的约92.3％。当使用10μm厚的铝箔作为支撑介质2’时，第二功能材料6的体积将为约0.0184cm3。这相当于阴极1’的总体积的约94.85％。
在使用箔状功能材料的图5B所示的阴极1的溶液中，支撑介质2的体积(其支撑元件3由第一功能材料4包覆)占据阴极1的总体积的约4.7％。因此，第二功能材料6的体积的比率为阴极1的总体积的约95.3％。与图5A所示的现有技术的解决方案相比，甚至当使用10μm厚的铝箔作为迄今为止在技术上不可行的支撑介质2’时，第二功能材料6在阴极1’的总体积中的比率最多为94.85％是可能的。
图6以横截面示意性地示出了使用箔状功能材料的锂离子电池的阳极1。阳极1具有钢丝网作为支撑介质2，每厘米具有二十根经线和二十根纬线。因此，经线和纬线是单丝，并且具有约15μm的直径。在作为第一功能材料4的支撑元件3(作为线性支撑元件3a的线及其交叉点作为节点形支撑元件3b)上施加并包覆厚度为约4μm的致密铜层。由支撑元件3跨越的部分体积5填充有第二功能材料6。箔状功能材料1的顶侧和底侧分别涂覆有厚度为75μm的第二功能材料6。第二功能材料是具有开孔的石墨。阳极1被压延，这也是现有技术中通常的做法。压延后，阳极1的厚度DVfFM为188μm。
与图6中所示的阳极1相比，根据现有技术的用于锂离子蓄电池的阳极由粘附地施加到铜箔上的石墨组成。当使用15μm厚的铜箔时，该箔占据每平方厘米阳极基底的0.0015cm3的体积。这相当于阳极总体积的约8.0％。粘附地施加到铜箔上的石墨(即，第二功能材料6)占据每平方厘米阳极基底面积的体积为0.0173cm3。这相当于阳极总体积的约92.0％。
当使用6μm厚的铜箔时，该箔占据每平方厘米阳极基底面积的0.0006cm3的体积。这相当于阳极总体积的约3.2％。粘附地施加到铜箔上的石墨(即，第二功能材料6)占据每平方厘米阳极基底面积的0.0182cm3的体积。这相当于阳极总体积的约96.8％。
相比之下，采用图6所示的解决方案，其支撑元件3包覆有厚度为约4μm的致密铜层的支撑介质2占据每平方厘米阳极基底的0.0002cm3的体积，占阳极总体积的约1.1％。第二功能材料6(即，石墨)占据每平方厘米阳极基底面积的体积为约0.0186cm3。因此，第二功能材料6在阳极1的总体积中的比率为98.9％。
可以使用如下的箔状功能材料来制造根据本发明的阴极1或阳极1：
织物用作支撑介质2。支撑元件3(即，经线和纬线作为线形支撑元件3a，而经线和纬线的交叉区域作为节点形支撑元件3b)与作为第一功能材料4的导电金属(例如，铝或铜)的施加相匹配的粘附地包覆。层厚度在1μm至4μm之间。根据本发明的概念，支撑介质2赋予箔状功能材料1机械稳定性，而第一功能材料4实现电荷载流子的充电和放电的无源功能。然而，第一功能材料4也可以有助于增加箔状功能材料1的机械稳定性。可以使用真空PVD工艺或热喷涂工艺以及如已经描述的，取决于方法的实施方式，可选地执行热后处理，来实施用第一功能材料4涂覆支撑元件3，通过使用上述化学和电化学方法或通过将支撑介质热浸入熔融金属浴中，在这种情况下，金属的熔融温度必须低于会导致织物破坏的温度。随后，用第二功能材料6填充由包覆有第一功能材料4的支撑元件3跨越的部分体积5。这产生了箔状功能材料1，随后使用本领域中已知的方法将其加工成阴极1或阳极1。
为了产生阴极1或阳极1，箔状功能材料1的顶侧和底侧涂覆有第二功能材料6。第二功能材料6例如是现有技术中已知的涂料，称为浆液。第二功能材料实现作为存储电荷载流子的有源功能以及作为无源功能对第二功能材料6中的存储位置进行电荷载流子充电和放电。它还可以有助于机械稳定性。涂料化合物被存储在也可以混合成分的储器中，并通过施加系统(即，施涂器)施加在箔状功能材料1的两侧。
涂覆之后的工艺，诸如干燥，可以根据现有技术进行。
适合用作根据本发明的箔状功能材料1的支撑介质2的织物不必以高密度的经线和纬线为特征，而是足够大的部分体积5应被经线和纬线跨越。纬线作为线性支撑元件3a以及其交叉点作为节点形支撑元件3b，但是前提是织物的机械稳定性对于支撑功能要足够高。
这意味着适合用作支撑介质2的织物不必必须具有特别小的横截面尺寸7或特别小的网孔尺寸的特征。
但是，在许多情况下，保持由用于支撑介质2的经线和纬线的纱线组成的细丝的直径尽可能小是有用的，以保持支撑介质2的体积分数相对于箔状功能材料1的总体积足够小，但是前提是织物的机械稳定性对于支撑功能而言足够高。
现在将在下面描述用于铝电解电容器的阳极箔：
阳极箔的厚度为100μm。支撑介质2是玻璃纤维(EC5 5.5 1x0 5 5.51x0)。这种玻璃织物的线密度为每厘米22根经线和22根纬线。经线和纬线均由直径为5μm的细丝组成，其中线宽为160μm，线高为17.5μm。将2.5μm厚的铝层施加到经线和纬线上作为第一功能材料4。金属化玻璃织物的特征在于以下尺寸：
Figure BDA0002587437130000211
金属化织物的横截面长度7为0.004cm，即40μm。
Figure BDA0002587437130000212
金属化玻璃织物的网孔尺寸为约0.031cm x 0.031cm。
Figure BDA0002587437130000213
金属化玻璃织物的体积为约每平方厘米玻璃织物基底面积的0.004cm3。
Figure BDA0002587437130000214
箔状功能材料1的约38.36％的体积由金属化的玻璃纤维布占据，由线形和节点形支撑元件跨越的互连的开放式部分体积5的总和占箔状功能材料1的该体积的61.64％。
部分体积5中填充有高度多孔铝作为第二功能材料6。形成了箔状的功能材料1。为了形成阳极箔，箔状功能材料1的顶侧和底侧也涂覆有高度多孔铝。以这种方式生产的阳极箔1的特征在于以下尺寸：
Figure BDA0002587437130000221
施加至箔状功能材料顶侧和底侧的高度多孔铝(即，第二功能材料)的总体积为每平方厘米阳极箔基部面积的0.006cm3。
Figure BDA0002587437130000222
高度多孔铝(即实现电解电容器的存储电荷载流子功能的第二功能材料)的总体积为每平方厘米阳极箔基底面积的0.0085cm3。
Figure BDA0002587437130000223
高度多孔铝占阳极箔总体积的85％。
在用于铝电解电容器的另一阳极箔中，使用具有经线和纬线的玻璃织物作为支撑介质2。该玻璃织物由约102根细丝组成，细丝的直径为5μm，线密度在每厘米15至20根线之间。通过压缩线横截面并利用双轴张力使线曲率平滑，可以实现横截面尺寸7的显着减小。减小的横截面尺寸7可以在25μm至35μm之间，而网孔在325μm至550μm×325μm至550μm的范围内。利用该阳极箔，可以将金属化玻璃织物(即，金属化支撑介质2)所占据的箔状功能材料1的体积比率减小至13.5％。
在用于铝电解电容器的另一阳极箔中，使用具有经线和纬线的玻璃织物作为支撑介质2。该玻璃织物由约51根细丝组成，细丝的直径为4μm，的并且线密度在每厘米20至25根线之间。通过压缩线横截面并利用双轴张力使线曲率平滑，可以实现横截面尺寸7的显着减小。减小的横截面尺寸7可以在10μm至18μm之间，而网孔在300μm至425μm×300μm至425μm的范围内。利用该阳极箔，可以将金属化玻璃织物(即，金属化支撑介质2)所占据的箔状功能材料1的体积比率减小至5.5％。
现在将在下面描述锂离子电池的正极或负极：
使用具有直径为5μm且线密度为每厘米12至18根线的约102根细丝的经线和纬线的织物作为支撑介质2。支撑介质2的横截面长度7最高可达100μm。网孔的尺寸可以在400μm至725μm x 400μm至725μm的范围内。支撑介质2的支撑元件3(即，经线和纬线作为线形支撑元件3a，而经线和纬线的交叉区域作为节点形支撑元件3b)被导电金属(铝或铜)粘接地包覆为与预期用作例如正极或负极相称的第一功能材料4。金属化支撑元件3所占据的体积比率为支撑介质2所跨越的总体积的约6％。
对于由直径为4μm并且横截面几乎是圆形的的51根细丝组成的纱线，支撑介质2可以用织物产生，并且具有在每厘米17至22根线之间的线密度，其横截面长度7可达65μm。网孔的尺寸在425μm至600μm×425μm至600μm的范围内。然后，金属化的支撑元件3所占据的体积的比率为支撑介质2所跨越的总体积的约3％。

Claims (12)

1.一种箔状功能材料(1)，至少实现一种预定功能并且可用于物理、化学、物理化学和生物应用，其中，箔状支撑介质(2)由至少一种构造材料制成，并包含布置的横截面长度(7)≤100μm的总支撑体积，其被视为矩阵，并由线性支撑元件(3a)以及节点形支撑元件(3b)形成，所述线性支撑元件(3a)在一个维度上是较大的尺寸，而在另外两个维度上是两个较小尺寸，较大尺寸与两个较小尺寸的比率至少为50:1，并且两个较小尺寸彼此的比率不小于1:5且不大于5:1，线性支撑元件(3a)和节点形支撑元件(3b)形成支撑介质(2)的材料成分并穿透所述总支撑体积，以呈带形范围，其中，所述总支撑体积的互连的部分体积(5)由相邻的支撑元件(3)跨越，其中，线性支撑元件(3a)至少在截面上彼此距离较大，所述距离相对于线性支撑元件(3a)的两个较小尺寸中的较大者大于5:1，其中，所述线性支撑元件(3a)和所述节点形支撑元件(3b)包覆有实现第一功能的第一功能材料(4)，并且其中，由所述互连的部分体积(5)形成的所述总支撑体积的剩余体积填充有至少一种第二功能材料(6)，所述第二功能材料实现与所述第一功能不同的第二功能。
2.根据权利要求1所述的箔状功能材料(1)，其特征在于，至少一种第二功能材料(6)覆盖所述支撑介质(2)的顶侧和/或底侧。
3.根据权利要求1或2中的任一项所述的箔状功能材料(1)，其特征在于，所述支撑介质(2)的线形支撑元件(3a)交织成相互垂直的经线和纬线，从而形成织物。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的箔状功能材料(1)，其特征在于，所述第一功能材料(4)是金属。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的箔状功能材料(1)，其特征在于，所述支撑介质(2)是玻璃纤维编织带或碳纤维编织带或矿物纤维编织带或聚合物纤维编织带或金属丝编织带。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的箔状功能材料(1)，其特征在于，至少一种第二功能材料(6)包括选自锂/氧化镍、锂/氧化锰、锂/氧化钴和锂/磷酸铁以及任选的其他添加剂的物质混合物中的一种，优选炭黑。
7.一种用于制造根据权利要求1至6中任一项的箔状功能材料(1)的方法，包括以下步骤：
通过在所述支撑元件(3)上施加实现第一功能的第一功能材料(4)来包覆支撑介质(2)的支撑元件(3)，以及
用至少一种第二功能材料(6)填充由所述互连的部分体积(5)形成的所述总支撑体积的剩余体积，所述第二功能材料实现与所述第一功能不同的第二功能。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，通过金属化所述支撑元件(3)来执行所述支撑元件(3)的包覆。
9.根据权利要求7或8中任一项所述的方法，其特征在于，所述支撑介质(2)是织物带。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述支撑介质(2)是玻璃纤维织物带或碳纤维织物带或矿棉纤维织物带或金属丝织物带。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述支撑元件(3)的金属化是通过在真空涂覆系统中金属的物理气相沉积或通过热喷涂或通过将支撑介质(2)热浸渍在熔融金属浴中来实施的。
12.根据权利要求8至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述支撑元件(3)的金属化是通过两步工艺中的化学金属涂覆来实施的，所述支撑元件(3)的金属化包括以下步骤：
晶种工艺，以及
金属涂覆工艺
或为三步工艺，其中，支撑元件(3)的金属化包括以下步骤：
晶种工艺
金属涂覆工艺，以及
金属层增强工艺。
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