CN116487586A - 包括具有竹型纤维的聚合物粘合剂网络的电极 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了包括具有竹型纤维的聚合物粘合剂网络的电极。本公开提供了用于电化学电池的电极。所述电极包括聚合物粘合剂网络和多个电活性材料粒子。聚合物粘合剂网络包括限定聚合物粘合剂网络的多个纤维。所述多个纤维各自包括多个珠粒和多个长丝。多个长丝分别由多个珠粒的至少一部分延伸。多个电活性材料粒子在聚合物粘合剂网络的空隙中。在某些方面，本公开提供了包括集流体和电极的单侧或双侧电极组件。

Description

包括具有竹型纤维的聚合物粘合剂网络的电极
技术领域
本发明涉及用于电化学电池的电极、电极组件和制造用于电化学电池的电极的方法。
背景技术
本章节中提供的信息用于概括地呈现本公开背景的目的。目前指定的发明人的工作（在其在本章节中所述的程度上）以及在提交时可能不另行算作现有技术的描述方面均未明示或暗示地承认为针对本公开的现有技术。
本公开涉及电极（如用于电化学电池），其包括包含竹型纤维的聚合物粘合剂网络。
用于锂离子电池组或电池的电极可具有高负载密度的电活性材料以提高整体电池能量密度。例如，更厚的电活性材料层和/或更大的电活性材料负载提高了电活性材料相对于电化学电池中存在的惰性材料（如集流体和隔离件）的相对量。但是，例如通过电解质和/或电活性材料之间的受限的锂离子通道、溶剂蒸发过程中聚合物粘合剂的物理化学变化可阻碍厚电极的性能。
发明内容
在各个方面，本公开提供了用于电化学电池的电极。所述电极包括聚合物粘合剂网络和多个电活性材料粒子。聚合物粘合剂网络包括限定聚合物粘合剂网络的多个纤维。多个纤维各自包括多个珠粒和多个长丝。多个长丝分别由多个珠粒的至少一部分延伸。多个电活性材料粒子在聚合物粘合剂网络的空隙中。
在一方面，多个纤维各自包括多个节段。多个节段各自包括第一部分和第二部分。所述第一部分包括多个珠粒。第二部分包括多个长丝。
在一方面，多个节段各自限定了大于或等于大约0.1 μm至小于或等于大约50 μm的长度。
在一方面，多个节段各自包括限定内部区域的基本圆筒形的壁。基本圆筒形的壁包括包含多个珠粒的第一部分和包含多个长丝的第二部分。
在一方面，基本圆筒形的壁限定了大于或等于大约0.1 μm至小于或等于大约500μm的直径。
在一方面，多个纤维各自限定了大于或等于大约5 μm至小于或等于大约2 cm的长度。
在一方面，多个珠粒各自限定了大于或等于大约10 nm至小于或等于大约1 μm的直径。多个长丝各自限定了大于或等于大约1 nm至小于或等于大约300 nm的直径。
在一方面，电极限定了大于或等于大约100 μm至小于或等于大约2 mm的厚度。
在一方面，聚合物粘合剂网络以大于或等于大约0.3重量%至小于或等于大约10重量%存在。
在一方面，电极具有大于或等于大约4 mAh/cm2至小于或等于大约50 mAh/cm2的面积比容量。
在一方面，（i）多个电活性材料粒子包含正极电活性材料，且电极具有大于或等于大约2 g/cm3至小于或等于大约4 g/cm3的压实密度（press density），或（ii）多个电活性材料粒子包含负极电活性材料，且电极具有大于或等于大约1 g/cm3至小于或等于大约3 g/cm3的压实密度。
在一方面，电极限定了大于或等于大约25体积%至小于或等于大约60体积%的孔隙率。
在一方面，多个珠粒的至少一部分配置为在包括电极的电化学电池的循环过程中被原纤化。
在一方面，聚合物粘合剂网络包含聚四氟乙烯（PTFE）。
在一方面，电极进一步包括导电材料。
在一方面，多个电活性材料粒子包括以下之一：（i）正极电活性材料，其选自：橄榄石化合物、岩盐、无钴层状氧化物、岩盐层状氧化物、尖晶石、羟磷锂铁石、硼酸盐、硅酸盐、有机化合物、硫，或其任意组合，或（ii）负极电活性材料，其选自：碳质材料、含锂材料、含锡材料、锂钛氧化物、金属氧化物、金属硫化物、含硅材料、锂化的含硅材料，或其任意组合。
在各个方面，本公开提供了一种电极组件。该电极组件包括集流体和电极层。集流体包括导电材料。电极层在集流体上。电极层包括聚合物粘合剂网络和多个电活性材料粒子。聚合物粘合剂网络包括多个纤维。该多个纤维限定了聚合物粘合剂网络。多个纤维各自包括多个珠粒和多个长丝。所述多个长丝分别由多个珠粒的至少一部分延伸。多个电活性材料粒子在粘合剂聚合物网络的空隙中。
在一方面，集流体包括网，并且电极层与网直接接触。
在一方面，电极组件进一步包括在集流体与电极层之间的导电粘结剂。
在各个方面，本公开提供了制造用于电化学电池的电极的方法。该方法包括通过混合多个电活性材料粒子与多个聚合物粘合剂纤维来制备混合物。多个聚合物粘合剂纤维各自包括多个珠粒和由多个珠粒的至少一部分延伸的多个长丝。方法进一步包括将混合物沉积到基材上。方法进一步包括预辊压基材上的混合物以形成包含混合物并限定第一厚度的膜前体。方法进一步包括通过最终辊压膜前体以限定小于第一厚度的第二厚度来形成电极。
本发明公开了以下实施方案：
1. 用于电化学电池的电极，包括：
聚合物粘合剂网络，其包括：
限定所述聚合物粘合剂网络的多个纤维，所述多个纤维各自包括：
多个珠粒，和
分别由所述多个珠粒的至少一部分延伸的多个长丝；和
在所述聚合物粘合剂网络的空隙中的多个电活性材料粒子。
2 根据实施方案1所述的电极，其中
所述多个纤维各自包括多个节段，和
所述多个节段各自包括
包括多个珠粒的第一部分，和
包括多个长丝的第二部分。
3 根据实施方案2所述的电极，其中所述多个节段各自限定大于或等于大约0.1 μm至小于或等于大约50 μm的长度。
4 根据实施方案2所述的电极，其中
所述多个节段各自包括限定内部区域的基本圆筒形的壁，且
所述基本圆筒形的壁包括
包括多个珠粒的第一部分，和
包括多个长丝的第二部分。
5 根据实施方案4所述的电极，其中所述基本圆筒形的壁限定大于或等于大约0.1μm至小于或等于大约500 μm的直径。
6 根据实施方案1所述的电极，其中所述多个纤维各自限定大于或等于大约5 μm至小于或等于大约2 cm的长度。
7 根据实施方案1所述的电极，其中
所述多个珠粒各自限定大于或等于大约10 nm至小于或等于大约1 μm的直径，和
所述多个长丝各自限定大于或等于大约1 nm至小于或等于大约300 nm的直径。
8 根据实施方案1所述的电极，其中所述电极限定大于或等于大约100 μm至小于或等于大约2 mm的厚度。
9 根据实施方案1所述的电极，其中所述聚合物粘合剂网络以大于或等于大约0.3重量%至小于或等于大约10重量%存在。
10 根据实施方案1所述的电极，其中所述电极具有大于或等于大约4 mAh/cm2至小于或等于大约50 mAh/cm2的面积比容量。
11 根据实施方案1所述的电极，其中
（i）所述多个电活性材料粒子包含正极电活性材料，且所述电极具有大于或等于大约2 g/cm3至小于或等于大约4 g/cm3的压实密度，或
（ii）所述多个电活性材料粒子包含负极电活性材料，且所述电极具有大于或等于大约1 g/cm3至小于或等于大约3 g/cm3的压实密度。
12 根据实施方案1所述的电极，其中所述电极限定大于或等于大约25体积%至小于或等于大约60体积%的孔隙率。
13 根据实施方案1所述的电极，其中将所述多个珠粒的至少一部分配置为在包含所述电极的电化学电池循环过程中被原纤化。
14 根据实施方案1所述的电极，其中所述聚合物粘合剂网络包含聚四氟乙烯（PTFE）。
15 根据实施方案1所述的电极，进一步包含：
导电材料。
16 根据实施方案1所述的电极，其中所述多个电活性材料粒子包括以下之一：
（i）正极电活性材料，其选自：橄榄石化合物、岩盐、无钴层状氧化物、岩盐层状氧化物、尖晶石、羟磷锂铁石、硼酸盐、硅酸盐、有机化合物、硫，或其任意组合，或
（ii）负极电活性材料，其选自：碳质材料、含锂材料、含锡材料、锂钛氧化物、金属氧化物、金属硫化物、含硅材料、锂化的含硅材料，或其任意组合。
17 电极组件，包括：
集流体，其包含导电材料；和
在所述集流体上的电极层，所述电极层包含：
聚合物粘合剂网络，其包括：
限定所述聚合物粘合剂网络的多个纤维，所述多个纤维各自包括：
多个珠粒，和
分别由所述多个珠粒的至少一部分延伸的多个长丝；和
在所述粘合剂聚合物网络的空隙中的多个电活性材料粒子。
18 根据实施方案17所述的电极组件，其中所述集流体包括网，并且所述电极层与所述网直接接触。
19 根据实施方案17所述的电极组件，进一步包含：
在集流体与电极层之间的导电粘结剂。
20 制造用于电化学电池的电极的方法，所述方法包括：
通过混合多个电活性材料粒子与多个聚合物粘合剂纤维来制备混合物，所述多个聚合物粘合剂纤维各自包括多个珠粒和由所述多个珠粒的至少一部分延伸的多个长丝；
将所述混合物沉积到基材上；
预辊压所述基材上的混合物以形成包含所述混合物并限定第一厚度的膜前体；和
通过最终辊压所述膜前体以限定小于第一厚度的第二厚度来形成所述电极。
本公开的其它适用领域将由详述、权利要求书和附图变得显而易见。详述和具体实例仅意在用于举例说明的目的而无意限制本公开的范围。
附图说明
将由以下详述和附图使本公开变得被更充分地理解，其中：
图1是用于循环锂离子的电化学电池的示意图；
图2是根据本公开的各个方面的用于电化学电池的电极组装件的示意图；
图3是根据本公开的各个方面的用于电化学电池的另一电极组装件的示意图；
图4是根据本公开的各个方面的电极的局部示意图，电极包括聚合物粘合剂网络、电活性材料粒子和导电材料；
图5是根据本公开的各个方面的图4的聚合物粘合剂网络的纤维的示意图；
图6是根据本公开的各个方面的图5的纤维的壁的局部透视图；
图7是根据本公开的各个方面的多个聚合物粘合剂纤维的一部分的扫描电子显微镜图像；
图8是描绘根据本发明的原理制造电极的方法的流程图；和
图9是根据本公开的各个方面的图8的方法的示例性实施方案。
在附图中，附图标记可重复用于标识相似和/或相同的元件。
具体实施方式
提供示例性实施方案从而使得本公开将为完全的，并使本公开将向本领域技术人员充分传达范围。阐述了许多具体细节，例如具体组成、组件、装置和方法的实例，以提供对本公开的实施方案的充分理解。对本领域技术人员将显而易见的是，不需要采用具体细节，示例性实施方案可以以许多不同的形式表现，并且它们都不应被解释为限制本公开的范围。在一些示例性实施方案中，没有详细描述公知的方法、公知的设备结构和公知的技术。
本文中所用的术语仅为了描述特定的示例性实施方案，并且无意作为限制。除非上下文清楚地另行指明，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”可旨在也包括复数形式。术语“包含”、“包括”、“涵盖”和“具有”是可兼的，并且因此指定了所述特征、元件、组合物、步骤、整数、操作和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或加入。尽管开放式术语“包括”应被理解为用于描述和要求保护本文中所述的各种实施方案的非限制性术语，但在某些方面，该术语或可被理解成替代性地为更具限制性和局限性的术语，如“由……组成”或“基本由……组成”。由此，对叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤的任意给定实施方案，本公开还具体包括由或基本由此类所叙述组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤组成的实施方案。在“由……组成”的情况下，替代实施方案排除任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，而在“基本由……组成”的情况下，从此类实施方案中排除了实质上影响基本和新颖特性的任何附加的组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤，但是不在实质上影响基本和新颖特性的任何组合物、材料、组件、元件、特征、整数、操作和/或方法步骤可以包括在实施方案中。
本文中描述的任何方法步骤、工艺和操作不应解释为必定要求它们以所论述或举例说明的特定次序执行，除非明确确定以一履行次序的形式进行。还要理解的是，除非另行说明，可采用附加或替代的步骤。
当组件、元件或层被提到在另一元件或层“上”，“啮合”、“连接”或“耦合”到另一元件或层上时，其可直接在另一组件、元件或层上，啮合、连接、或耦合到另一组件、元件或层上，或可存在居间元件或层。相较之下，当元件被提到直接在另一元件或层上，“直接啮合”、“直接连接”、或“直接耦合”到另一元件或层上时，可不存在居间元件或层。用于描述元件之间关系的其它词语应以类似方式解释(例如“在…之间”相对“直接在…之间”，“相邻”相对“直接相邻”等)。如本文所用，术语“和/或”包括一个或多个相关罗列项的任何和所有组合。
尽管术语第一、第二、第三等在本文中可用于描述各种步骤、元件、组件、区域、层和/或区段，但除非另行说明，这些步骤、元件、组件、区域、层和/或区段不应受这些术语限制。这些术语可仅用于将一个步骤、元件、组件、区域、层或区段与另一步骤、元件、组件、区域、层或区段进行区分。除非上下文清楚表明，术语如“第一”、“第二”和其它数值术语在本文中使用时并不暗示次序或顺序。因此，下文论述的第一步骤、元件、组件、区域、层或区段可以被称作第二步骤、元件、组件、区域、层或区段而不背离示例性实施方案的教导。
为了易于描述，在本文中可使用空间或时间上相对的术语，如“之前”、“之后”、“内”、“外”、“下”、“下方”、“下部”、“上方”、“上部”等描述如附图中所示的一个元件或特征与其它(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。空间或时间上相对的术语可旨在涵盖装置或系统在使用或操作中在附图中所示的取向之外的不同取向。
在本公开通篇中，数值代表近似测量值或范围界限以涵盖与给定值的轻微偏差和大致具有所提及值的实施方案以及确切具有所提及值的实施方案。除了在详细描述最后提供的工作实例中之外，本说明书(包括所附权利要求)中的(例如量或条件)参数的所有数值应被理解为在所有情况中被术语“大约”修饰，无论在该数值前是否实际出现“大约”。“大约”是指所述数值允许一定的轻微不精确(在一定程度上接近该值的精确值；大致或合理地近似该值；几乎是)。如果在本领域中不以这种普通含义另行理解由“大约”提供的不精确性，那么本文所用的“大约”是指可由测量和使用此类参数的普通方法造成的至少偏差。例如，“大约”可包括小于或等于5%、任选小于或等于4%、任选小于或等于3%、任选小于或等于2%、任选小于或等于1%、任选小于或等于0.5%，和在某些方面任选小于或等于0.1%的偏差。
此外，范围的公开包括对在整个范围内的所有值和进一步细分范围的公开，包括对范围所给出的端点和子范围的公开。
现在将参照附图更充分地描述示例性实施方案。
本技术涉及可再充电的锂离子电池组，其可用于车辆应用。但是，本技术也可用于循环锂离子的其它电化学装置，如手持电子设备或储能系统（ESS）。
一般电化学电池功能、结构和组成
作为背景，在图1中显示了电化学电池（也称为电池组）20的示例性和示意性图示。尽管所示实例包括单个正电极或阴极和单个负电极或阳极，但技术人员将了解，本公开还设想了各种其它配置，包括具有一个或多个阴极和一个或多个阳极以及具有设置在其一个或多个表面上或与其一个或多个表面相邻设置的电活性层的各种集流体的那些。
典型的锂离子电池组20包括与第二电极（如正电极24或阴极）相对的第一电极（如负电极22或阳极）和设置在二者之间的隔离件26和/或电解质30。虽然并未显示，通常在锂离子电池包中，电池组或电池可以以堆叠或卷绕配置电连接以提高总输出。锂离子电池组通过在第一与第二电极之间可逆地传送锂离子来运行。例如，在电池组充电过程中，锂离子可从正电极24移动至负电极22，且当电池组放电时在相反的方向上移动。电解质30适于传导锂离子并可为液体、凝胶或固体形式。
当使用液体或半液体/凝胶电解质时，隔离件26（例如微孔聚合物隔离件）由此设置在两个电极22、24之间并可包含电解质30，其也可存在于负电极22和正电极24的孔隙中。当使用固体电解质时，微孔聚合物隔离件26可省略。固态电解质也可混合到负电极22和正电极24中。负电极集流体32可位于负电极22处或附近，且正电极集流体34可位于正电极24处或附近。可中断外电路40和负载装置42连接负电极22（通过其集流体32）和正电极24（通过其集流体34）。
电池组20可以通过在外电路40闭合（以连接负电极22和正电极24）且负电极22的电势低于正电极时发生的可逆电化学反应在放电过程中产生电流。正电极24与负电极22之间的化学势差驱动由负电极22处的反应（例如嵌入锂的氧化）所产生的电子穿过外电路40前往正电极24。同样在负电极22处产生的锂离子同时经由隔离件26中所含的电解质30前往正电极24转移。电子流过外电路40且锂离子穿过含有电解质溶液30的隔离件26迁移，以便在正电极24处形成嵌入锂。如上所述，电解质30通常也存在于负电极22和正电极24中。穿过外电路40的电流可以被利用并被引导通过负载装置42，直到负电极22中的锂耗尽且电池组20的容量减小。
电池组20可以随时通过将外部动力源（power source）连接到锂离子电池组20上以逆转在电池组放电过程中发生的电化学反应来充电或重新赋能。将外部电源连接到电池组20上促进了正电极24处的反应（例如过渡金属离子的非自发氧化），由此产生电子和锂离子。锂离子从负电极22流动通过电解质30跨越隔离件26，以便为正电极24补充在下一次电池组放电事件过程中使用的锂。由此，完整的放电事件随后是完整的充电事件被认为是一个循环，其中锂离子在正电极24与负电极22之间循环。可用于将电池组20充电的外部动力源可根据电池组20的尺寸、结构和特定的最终用途而不同。一些值得注意和示例性的外部动力源包括但不限于通过壁装插座连接到AC电网上的AC-DC转换器和机动车辆交流发电机。
在许多锂离子电池组配置中，负电极集流体32、负电极22、隔离件26、正电极24和正电极集流体34中的每一个被制备为相对薄的层（例如几微米至零点几毫米或更小的厚度）并且以电并联布置连接的层组装以提供合适的电能和功率封装。负电极集流体32和正电极集流体34分别收集自由电子并将自由电子移动到外电路40和从外电路40收集自由电子并将自由电子移动。
此外，如上所述，当使用液体或半液体电解质时，隔离件26通过夹在负电极22和正电极24之间来起到电绝缘体的作用以防止物理接触并由此防止发生短路。隔离件26不仅在两个电极22、24之间提供物理和电气屏障，还在锂离子循环过程中在开放孔隙网络中含有电解质溶液，以促进电池组20的功能。固态电解质层可起到类似的离子导电和电绝缘功能，而不需要隔离件26组件。
电池组20可以包括多种其它组件，所述其它组件尽管并未在本文中描绘，但是是本领域技术人员已知的。例如，电池组20可包括壳体、垫圈、端子盖、极耳、电池组端子以及可位于电池组20内（包括在负电极22、正电极24和/或隔离件26之间或周边）的任何其它常规组件或材料。图1中显示的电池组20包括液体电解质30，并显示了相应的电池组运行概念。但是，如本领域技术人员已知的那样，电池组20也可以是可能具有不同设计的包括固态电解质的固态电池组。
电极通常可以并入各种商业电池组设计中，如棱柱形电池、卷绕的圆柱形电池、纽扣电池、袋式电池或其它合适的电池形状。电池可以包括每种极性的单个电极结构，或具有以并联和/或串联电连接组装的具有多个正电极和负电极的堆叠结构。特别地，电池组可以包括交替的正电极和负电极的堆叠，具有隔离件设置在其间。虽然正极电活性材料可以用于一次或单次充电应用的电池组，但所得电池组通常具有用于在电池多次循环期间的二次电池组应用的合意循环性质。
如上所述，电池组20的尺寸和形状可根据其所设计用于的特定应用而改变。电池组供电的车辆和手持式消费电子设备例如是两个实例，其中电池组20将最有可能被设计为不同的尺寸、容量和功率输出规格。电池组20还可与其它类似的锂离子电池或电池组串联或并联连接，以便在负载装置42需要的情况下产生更大的电压输出、能量和功率。因此，电池组20可以生成向着负载装置42的电流，所述负载装置42是外电路40的一部分。负载装置42可由电池组20放电时通过外电路40的电流来供电。虽然电气负载装置42可以是任何数量的已知电动装置，一些具体实例包括用于电气化车辆的电动机、膝上型计算机、平板计算机、蜂窝电话和无绳电动工具或器具。负载装置42还可以是为了存储电能而对电池组20充电的发电设备。
本技术涉及制造改善的电化学电池，尤其是锂离子电池组。在各种情况下，此类电池用于车辆或汽车运输应用（例如摩托车、船、拖拉机、公共汽车、摩托车、移动房屋、露营车和坦克）。但是，本技术还可用于广泛种类的其它行业和应用，例如包括航空航天部件、消费品、装置、建筑物（例如房屋、办公室、棚屋和仓库）、办公设备和家具、以及工业设备机械、农业或农场设备、或重型机械。
电解质
重新参照图1，正电极24、负电极22和隔离件26可各自在其孔隙内部包含电解质溶液或体系30，能够在负电极22与正电极24之间传导锂离子。能够在负电极22与正电极24之间传导锂离子的任何合适的电解质30（无论是固体、液体或凝胶形式的）均可用于锂离子电池组20。在某些方面，电解质30可以是非水性液体电解质溶液，其包括溶解在有机溶剂或有机溶剂的混合物中的锂盐。在锂离子电池组20中可采用许多非水性液体电解质30溶液。在某些情况下，电解质30可包括水性溶剂（即基于水的溶剂）或混合溶剂（例如包含至少1重量%的水的有机溶剂）。
适当的锂盐通常具有惰性阴离子。可溶解在有机溶剂中以形成非水性液体电解质溶液的锂盐的实例包括六氟磷酸锂（LiPF6）；高氯酸锂（LiClO4）；四氯铝酸锂（LiAlCl4）；碘化锂（LiI）；溴化锂（LiBr）；硫氰酸锂（LiSCN）；四氟硼酸锂（LiBF4）；二氟草酸根合硼酸锂（LiBF2(C2O4)）（LiODFB）；四苯基硼酸锂（LiB(C6H5)4）；双(草酸)硼酸锂（LiB(C2O4)2）（LiBOB）；四氟草酸根合磷酸锂（LiPF4(C2O4)）（LiFOP）；硝酸锂（LiNO3）；六氟砷酸锂（LiAsF6）；三氟甲磺酸锂（LiCF3SO3）；双(三氟甲磺酰亚胺)锂（LiN(CF3SO2)2）（LiTFSI）；双(氟代磺酰)亚胺锂（LiN(FSO2)2）（LiFSI）；及其组合。在某些变型中，电解质30可包括1 M浓度的锂盐。
这些锂盐可溶解在多种有机溶剂中，例如有机醚或有机碳酸酯。有机醚可包括二甲醚、甘醇二甲醚（乙二醇二甲醚或二甲氧基乙烷(DME，例如1,2-二甲氧基乙烷)）、二甘醇二甲醚（二乙二醇二甲醚或双(2-甲氧基乙基)醚）、三甘醇二甲醚（三(乙二醇)二甲醚）、附加的链结构醚如1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷、1,3-二甲氧基丙烷（DMP），环状醚如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃，及其组合。在某些变型中，有机醚化合物选自：四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、二氧戊环、二甲氧基乙烷（DME）、二甘醇二甲醚（二乙二醇二甲醚）、三甘醇二甲醚（三(乙二醇)二甲醚）、1,3-二甲氧基丙烷（DMP），及其组合。基于碳酸酯的溶剂可包括各种碳酸烷基酯，如环状碳酸酯（例如碳酸乙烯酯(EC)、碳酸丙烯酯(PC)、碳酸丁烯酯）和无环碳酸酯（例如碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、碳酸乙基甲基酯(EMC)）。基于醚的溶剂包括环状醚（例如四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、1,3-二氧戊环）和链结构醚（例如1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、乙氧基甲氧基乙烷）。
在各种实施方案中，除上述这些外合适的溶剂可选自碳酸丙烯酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、γ-丁内酯、二甲亚砜、乙腈、硝基甲烷及其混合物。
当电解质是固态电解质时，其可包括选自以下的化合物：LiTi2(PO4)3、LiGe2(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li3xLa2/3-xTiO3、Li3PO4、Li3N、Li4GeS4、Li10GeP2S12、Li2S-P2S5、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I、Li3OCl、Li2.99Ba0.005ClO，或其任意组合。
多孔隔离件
在某些变型中，多孔隔离件26可包括包含聚烯烃的微孔聚合物隔离件，包括由均聚物（衍生自单一单体成分）或杂聚物（衍生自超过一种单体成分）制成的那些，其可以是直链或支链的。在某些方面，聚烯烃可以是聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、或PE和PP的共混物，或PE和/或PP的多层结构化多孔膜。市售聚烯烃多孔隔离件26膜包括可获自Celgard LLC的CELGARD® 2500（一种单层聚丙烯隔离件）和CELGARD® 2340（一种三层聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯隔离件）。
当多孔隔离件26是微孔聚合物隔离件时，其可以是单层或多层层合材料。例如，在一个实施方案中，单个聚烯烃层可形成整个微孔聚合物隔离件26。在其它方面，隔离件26可以是纤维膜，其具有在相对表面之间延伸的大量孔隙，并可具有例如小于1毫米的厚度。但是，作为另一实例，可组装相似或不相似的聚烯烃的多个离散层以形成微孔聚合物隔离件26。该微孔聚合物隔离件26还可包括替代性的或除聚烯烃外（还有）的其它聚合物，例如但不限于聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚偏二氟乙烯（PVDF）、聚酰胺（尼龙）、聚氨酯、聚碳酸酯、聚酯、聚醚醚酮（PEEK）、聚醚砜（PES）、聚酰亚胺（PI）、聚酰胺-酰亚胺、聚醚、聚甲醛（例如乙缩醛）、聚对苯二甲酸丁二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯（polyethylene naphthenate）、聚丁烯、聚甲基戊烯、聚烯烃共聚物、丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚物（ABS）、聚苯乙烯共聚物、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）、聚硅氧烷聚合物（例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)）、聚苯并咪唑（PBI）、聚苯并噁唑（PBO）、聚亚苯基、聚芳醚酮、聚全氟环丁烷、聚偏二氟乙烯共聚物（例如PVDF–六氟丙烯或(PVDF-HFP)）和聚偏二氟乙烯三元共聚物、聚氟乙烯、液晶聚合物（例如VECTRANTM(Hoechst AG, Germany)和ZENITE®(DuPont, Wilmington, DE)）、聚芳酰胺、聚苯醚、纤维素材料、介孔二氧化硅，或其组合。
此外，多孔隔离件26可与陶瓷材料混合，或其表面可涂覆陶瓷材料。例如，陶瓷涂层可包括氧化铝（Al2O3）、二氧化硅（SiO2），或其组合。考虑了用于形成隔离件26的各种市售聚合物和商业产品，以及可用于制造此类微孔聚合物隔离件26的许多制造方法。
固态电解质
在各个方面，可用充当电解质和隔离件二者的固态电解质（SSE）替代多孔隔离件26和电解质30。SSE可设置在正电极和负电极之间。SSE有助于锂离子的传递，同时机械分隔负电极与正电极22、24并在二者之间提供电绝缘。作为实例，SSE可包括LiTi2(PO4)3、LiGe2(PO4)3、Li7La3Zr2O12、Li3xLa2/3-xTiO3、Li3PO4、Li3N、Li4GeS4、Li10GeP2S12、Li2S-P2S5、Li6PS5Cl、Li6PS5Br、Li6PS5I、Li3OCl、Li2.99Ba0.005ClO、基于聚环氧乙烷（PEO）的聚合物、聚碳酸酯、聚酯、聚腈（例如聚丙烯腈(PAN)）、聚醇（例如聚乙烯醇(PVA)）、聚胺（例如聚乙烯亚胺(PEI)）、聚硅氧烷（例如聚二甲基硅氧烷(PDMS)）和含氟聚合物（例如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚偏二氟乙烯-六氟丙烯(PVDF-HFP)）、生物聚合物如木质素、壳聚糖和纤维素，以及其任意组合。
集流体
负电极和正电极22、24通常与相应的负电极集流体32和正电极集流体34相关联以促进电子在电极与外电路40之间流动。集流体32、34是导电的，并可以包括金属，如金属箔、金属格栅或筛网，或多孔金属。所述多孔金属集流体是指具有更大厚度的金属格栅，使得在金属格栅中放置更大量的电活性材料。作为实例，导电材料包括铜、镍、铝、不锈钢、钛、其合金、或其组合。
正电极集流体34可由铝或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料形成。负电极集流体32可由铜或本领域技术人员已知的任何其它合适的导电材料形成。负电极集流体通常不包括铝，因为铝与锂反应，由此导致大的体积膨胀和收缩。剧烈的体积变化可导致集流体破裂和/或粉碎。
正电极&负电极
正电极24可由基于锂的活性材料形成或包括基于锂的活性材料，其可以经受锂嵌入和脱嵌、合金化和脱合金化、或镀敷和剥离，同时充当锂离子电池组20的正电极端子。正电极24可包括正极电活性材料。所述正极电活性材料可包括一种或多种过渡金属阳离子，如锰（Mn）、镍（Ni）、钴（Co）、铬（Cr）、铁（Fe）、钒（V），及其组合。但是，在某些变型中，正电极24基本不含所选金属阳离子，如镍（Ni）和钴（Co）。正电极材料（也称为“正极电活性材料”）在下文结合图4的讨论中更详细地描述。
负电极22可包负极电活性材料作为能充当锂离子电池组20的负电极端子的锂基质材料。常见的负极电活性材料包括锂嵌入材料或合金基质材料。负电极材料（也称为“负极电活性材料”）在下文结合图4的讨论中更详细地描述。
在某些方面，负电极22包括金属锂，且负电极22是锂金属电极（LME）。锂离子电池组20可以是锂-金属电池组或电池。用于可再充电电池组的负电极的金属锂具有各种潜在的优点，包括具有最高的理论容量和最低的电化学电势。由此，并入锂-金属阳极的电池组可以具有更高的能量密度，其可以潜在地使储存容量双倍，由此电池组的尺寸可减半，但仍持续与其它锂离子电池组相同量的时间。
厚电极
本文中所用的“厚电极”是具有大于或等于大约100 μm的厚度和大于或等于大约5mAh/cm2的面积比容量的电极（即单侧电极或双侧电极的一侧）。如上文所述，在电化学电池中使用厚电极可合意地提高整体电池能量密度。但是，当电极包含某些粘合剂时，厚电极的性能可能受到阻碍。例如，一些粘合剂涂覆电活性材料粒子表面的全部或一部分，由此抑制了电活性材料与电解质之间的锂离子通道。这可导致有限的C-倍率性能。此外，某些粘合剂在溶剂蒸发过程中可经受物理化学性质的改变，导致电极中粒子/粒子和粒子/集流体的粘附力降低。这可导致分层。
在各个方面，本公开提供了包括聚合物粘合剂网络的电极。聚合物粘合剂网络包括多个纤维。纤维通常可包括具有中空的、基本圆筒形的形状的重复单元或节段。在某些方面，纤维可被称为“竹型’纤维。对每个单元，基本圆筒形形状的壁可包括多个珠粒或点，以及从珠粒的至少一部分延伸的多个长丝。聚合物粘合剂网络是弹性且稳固的。粘合剂的纤维与电活性材料表面进行点或线接触（与表面涂层相反），同时允许锂离子在电活性材料表面与电解质之间流动。使用包括竹型纤维的聚合物粘合剂网络可提供与包括传统粘合剂的电极相比具有提高的寿命和性能的厚电极，并允许电极在电化学电池中以高C-倍率循环。
参照图2，提供了根据本公开的各个方面的电极组件200。所述电极组件200包括集流体202、两个电活性层204（也称为“电极”）和分别设置在集流体202与各个电活性层204之间的两个导电粘结剂层206。尽管电极组件200是双侧的，本公开还提供了单侧电极组件（例如通过导电粘结剂单层耦合到集流体一侧上的单个电活性层）和并未耦合到集流体上的电极（例如单个电活性层）。
各个电活性层204可以是厚电极。在某些方面，各个电活性层204可限定大于或等于大约100 μm、任选大于或等于大约150 μm、任选大于或等于大约200 μm、任选大于或等于大约300 μm、任选大于或等于大约400 μm、任选大于或等于大约500 μm、任选大于或等于大约750 μm、任选大于或等于大约1 mm、任选大于或等于大约1.25 mm、任选大于或等于大约1.5 mm、或任选大于或等于大约1.75 mm的第一厚度210。所述第一厚度210可为小于或等于大约2 mm、任选小于或等于大约1.75 mm、任选小于或等于大约1.5 mm、任选小于或等于大约1.25 mm、任选小于或等于大约1 mm、任选小于或等于大约750 μm、任选小于或等于大约500 μm、任选小于或等于大约400 μm、任选小于或等于大约300 μm、任选小于或等于大约200 μm。在某些方面，作为实例，第一厚度210可为大于或等于大约100 μm至小于或等于大约2 mm、或任选大于或等于大约150 μm至小于或等于大约500 μm。在某些方面，穿过电活性层204的第一厚度210可变化大约5%。
电活性层204可限定大于或等于大约25体积%、任选大于或等于大约30体积%、任选大于或等于大约35体积%、任选大于或等于大约40体积%、任选大于或等于大约45体积%、任选大于或等于大约50体积%、任选大于或等于大约55体积%的孔隙率。孔隙率可为小于或等于大约60体积%、任选小于或等于大约55体积%、任选小于或等于大约50体积%、任选小于或等于大约45体积%、任选小于或等于大约40体积%、任选小于或等于大约35体积%、或任选小于或等于大约30体积%。在某些方面，作为实例，孔隙率可为大于或等于大约25体积%至小于或等于大约45体积%。
集流体202可包括导电材料。作为实例，集流体202可为所示箔或膜的形式，或网的形式（参见例如图3）。作为实例，导电材料可包括金属、基于碳的材料、基于有机的材料或其组合。在某些方面，集流体202可包括导电材料，如上文在图1的讨论中描述的那些。集流体202可限定第二厚度220。所述第二厚度220可为大于或等于大约4 μm、任选大于或等于大约6 μm、任选大于或等于大约10 μm、任选大于或等于大约15 μm、任选大于或等于大约20 μm、或任选大于或等于大约25 μm。第二厚度220可为小于或等于大约30 μm、任选小于或等于大约25 μm、任选小于或等于大约20 μm、任选小于或等于大约15 μm、任选小于或等于大约10μm、任选小于或等于大约8 μm、或任选小于或等于大约6 μm。在一个实例中，第二厚度220可为大于或等于大约4 μm至小于或等于大约30 μm、任选大于或等于大约6 μm至小于或等于大约15 μm、或任选大约23 μm。
导电粘结剂层206可包括导电填料和聚合物。导电填料对聚合物的质量比可为大于或等于大约0.001、任选大于或等于大约0.01、任选大于或等于大约0.05、任选大于或等于大约0.1、任选大于或等于大约0.2、任选大于或等于大约0.3、或任选大于或等于大约0.4。质量比可为小于或等于大约0.5、任选小于或等于大约0.4、任选小于或等于大约0.3、任选小于或等于大约0.2、任选小于或等于大约0.1、任选小于或等于大约0.05、或任选小于或等于大约0.01。在某些方面，质量比可为大于或等于大约0.001至小于或等于大约0.5。
导电填料包括导电材料。所述导电材料可包括基于碳的材料、金属或其组合。在某些方面，作为实例，基于碳的材料可包括炭黑（例如由TIMCAL Belgium制造的SUPER P）、石墨烯、碳纳米管（CNT）、碳纳米纤维或其组合。在某些方面，作为实例，金属材料可包括银、镍、铝、其合金、或其组合。聚合物可以是耐溶剂的，并具有良好的粘结性质。在某些方面，作为实例，聚合物可包括环氧树脂、聚酰亚胺（PI）、聚酯、乙烯基酯、聚丙烯酸（PAA）、一种或多种热塑性聚合物（例如聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚酰胺、硅酮、丙烯酸类）、或其组合。
导电粘结剂层206限定了第三厚度230。在某些方面，第三厚度230为大于或等于大约0.5 μm、任选大于或等于大约1 μm、任选大于或等于大约5 μm、任选大于或等于大约10 μm、或任选大于或等于大约15 μm。第三厚度230可为小于或等于大约20 μm、任选小于或等于大约15 μm、任选小于或等于大约10 μm、任选小于或等于大约5 μm、或任选小于或等于大约1 μm。在某些方面，作为实例，第三厚度230为大于或等于大约0.5 μm至小于或等于大约20μm。在一个实例中，导电粘结剂层206以大约1/3的质量比包括包含SUPER P炭黑的导电填料和包含PAA的聚合物。在另一实例中，导电粘结剂层206以大约0.002的质量比包括包含单壁碳纳米管SWCNT的导电填料和包含PVDF的聚合物。
各个电活性层204可具有大于或等于大约4 mAh/cm2、任选大于或等于大约5 mAh/cm2、任选大于或等于大约10 mAh/cm2、任选大于或等于大约15 mAh/cm2、任选大于或等于大约20 mAh/cm2、任选大于或等于大约25 mAh/cm2、任选大于或等于大约30 mAh/cm2、任选大于或等于大约35 mAh/cm2、任选大于或等于大约40 mAh/cm2、或任选大于或等于大约45mAh/cm2的面积比容量。面积比容量可为小于或等于大约50 mAh/cm2、任选小于或等于大约45 mAh/cm2、任选小于或等于大约40 mAh/cm2、任选小于或等于大约35 mAh/cm2、任选小于或等于大约30 mAh/cm2、任选小于或等于大约25 mAh/cm2、任选小于或等于大约20 mAh/cm2、任选小于或等于大约15 mAh/cm2、或任选小于或等于大约10 mAh/cm2。在某些方面，面积比容量可为大于或等于大约5 mAh/cm2至小于或等于大约50 mAh/cm2、任选大约5 mAh/cm2至小于或等于大约10 mAh/cm2。电活性层200上的面积比容量在可变化大约5%。
压实密度（或电极密度）定义为电极中电极材料（例如电活性材料、粘合剂和导电添加剂的混合物）的体积质量密度。在某些方面，各个电活性层204的压实密度通常可为大于或等于大约1 g/cm3至小于或等于大约4 g/cm3。压实密度的改变可为大约3%。在某些方面，电活性层204是正极电活性层，且压实密度为大于或等于大约2 g/cm3至小于或等于大约4 g/cm3、或任选大于或等于大约3.3 g/cm3至小于或等于大约3.7 g/cm3。在某些方面，电活性层204是负极电活性层，且压实密度为大于或等于大约1 g/cm3至小于或等于大约3 g/cm3、或任选大于或等于大约1.4 g/cm3至小于或等于大约2 g/cm3。
参照图3，提供了根据本公开的各个方面的另一电极组件300。所述电极组件300包括集流体302和在集流体302的相对侧上的两个电活性层304。所述电活性层304可与图2的电活性层204相同。在某些方面，电极组件300可不含导电粘结剂，使得电活性层304直接接触集流体302。除下述外，集流体302可与图2的集流体202相同。
集流体302可以是多孔的或网。集流体302可限定大于或等于大约0.01体积%、任选大于或等于大约0.1体积%、任选大于或等于大约1体积%、任选大于或等于大约5体积%、任选大于或等于大约10体积%、任选大于或等于大约15体积%、任选大于或等于大约20体积%、任选大于或等于大约25体积%、任选大于或等于大约30体积%、任选大于或等于大约35体积%、任选大于或等于大约40体积%、或任选大于或等于大约45体积%的孔隙率。孔隙率可为小于或等于大约50体积%、任选小于或等于大约45体积%、任选小于或等于大约40体积%、任选小于或等于大约35体积%、任选小于或等于大约30体积%、任选小于或等于大约25体积%、任选小于或等于大约20体积%、任选小于或等于大约15体积%、任选小于或等于大约10体积%、任选小于或等于大约5体积%、任选小于或等于大约1体积%、或任选小于或等于大约0.1体积%。在某些方面，作为实例，孔隙率为大于或等于大约0.01体积%至小于或等于大约50体积%。
集流体302可限定大于或等于大约5 μm、任选大于或等于大约10 μm、任选大于或等于大约25 μm、任选大于或等于大约50 μm、任选大于或等于大约100 μm、任选大于或等于大约150 μm、任选大于或等于大约200 μm、任选大于或等于大约250 μm、任选大于或等于大约300 μm、任选大于或等于大约350 μm、任选大于或等于大约400 μm、或任选大于或等于大约450 μm的平均孔隙尺寸。所述孔隙尺寸可为小于或等于大约500 μm、任选小于或等于大约450 μm、任选小于或等于大约400 μm、任选小于或等于大约350 μm、任选小于或等于大约300 μm、任选小于或等于大约250 μm、任选小于或等于大约200 μm、任选小于或等于大约150 μm、任选小于或等于大约100 μm、任选小于或等于大约50 μm、任选小于或等于大约25μm、或任选小于或等于大约10 μm。在某些方面，作为实例，孔隙尺寸为大于或等于大约5 μm至小于或等于大约500 μm。
参照图4，提供了根据本公开的各个方面的一部分电活性层400。所述电活性层400可与图2的电活性层204和/或图3的电活性层 304相同或相似。电活性层400包括多个电活性材料粒子402、多个导电粒子404、和聚合物粘合剂网络406。在某些其它方面，电活性层400可包括电活性材料粒子402和聚合物粘合剂网络406，但基本不含导电材料。
电活性材料
电活性层400可以以大于或等于大约80重量%、任选大于或等于大约85重量%、任选大于或等于大约90重量%、或任选大于或等于大约96重量%的量包含电活性材料粒子402。电活性层400可以以小于或等于大约98重量%、任选小于或等于大约96重量%、任选小于或等于大约90重量%、或任选小于或等于大约85重量%的量包含电活性材料粒子402。在某些方面，作为实例，电活性层400可以以大于或等于大约80重量%至小于或等于大约98重量%的量包括电活性材料粒子402。
电活性材料粒子402可包括正极电活性材料（也称为“阴极材料”）或负极电活性材料（也称为“阳极材料”）。
在某些方面，正极电活性材料选自橄榄石化合物、岩盐、无钴层状氧化物、岩盐层状氧化物、尖晶石、羟磷锂铁石、硼酸盐、硅酸盐、有机化合物、其它类型的正电极材料，或其任意组合。例如，橄榄石化合物可包括LiV2(PO4)3、LiFePO4（LFP）、LiCoPO4和/或磷酸锂锰铁（LMFP）。例如，LMFP可包括LiMnFePO4和/或LiMnxFe1-xPO4，其中0 ≤ x ≤ 1。例如，LiMnxFe1-xPO4（其中0≤x≤1）的实例包括LiMn0.7Fe0.3PO4、LiMn0.6Fe0.4PO4、LiMn0.8Fe0.2PO4和LiMn0.75Fe0.25PO4。例如，岩盐、无钴层状氧化物可包括LiNixMn1-xO2（例如LiNi0.75Mn0.25O2NM75）和/或LiNixMnyAl1-x-yO2（例如LiNi0.94Mn0.04Al0.02O2 NMA）。例如，岩盐层状氧化物可包括LiNixMnyCo1-x-yO2、LiNixMn1-xO2, Li1+xMO2（例如LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2和/或LiNi0.5Mn0.5O2）、锂镍锰钴氧化物（NMC）（例如NMC 111、NMC 523、NMC 622、NMC 721和/或NMC811）、锂镍锰钴铝氧化物（NMCA）和/或锂镍钴铝氧化物（NCA）。例如，尖晶石可包括LiMn2O4和/或LiNi0.5Mn1.5O4。例如，羟磷锂铁石化合物可包括 LiVPO4F。例如，硼酸盐化合物可包括LiFeBO3、LiCoBO3和/或LiMnBO3。例如，硅酸盐化合物可包括Li2FeSiO4、Li2MnSiO4和/或LiMnSiO4F。例如，有机化合物可包括(2,5-二锂氧基(dilithiooxy))对苯二甲酸二锂（如Stéven Renault, Sébastien Gottis, Anne-Lise Barrés, Matthieu Courty, OliverChauvet, Franck Dolhem, and Philippe Poizot, A Green Li-Organic Battery Working as a Fuel Cell in Case of Emergency, ELEC. SUPPLEMENTARY INFO. FORENERGY & ENVTL. SCI. (2013)中所述，通过引用以其全文并入本文）和/或聚酰亚胺。另一类型的正极电活性材料的实例是含硫材料，如硫。
一些正极电活性材料，如橄榄石化合物、岩盐、无钴层状氧化物、岩盐层状氧化物和/或尖晶石，可涂覆和/或掺杂。掺杂剂可以包括镁（Mg）、铝（Al）、钇（Y）、钪（Sc）等等。在某些方面，包含LMFP化合物的正极电活性材料可掺杂有大约10重量%的一种或多种掺杂剂。
在某些方面，负极电活性材料选自碳质材料（例如CNT、石墨和/或石墨烯）、含锂材料（例如锂和/或锂合金）、含锡材料（例如锡和/或锡合金）、锂钛氧化物（例如Li4Ti5O12）、金属氧化物（例如V2O5、SnO2和/或Co3O4）、金属硫化物（例如FeS）、含硅材料（例如硅、氧化硅、硅合金、硅-石墨、氧化硅石墨和/或硅合金石墨，其中任何可任选被锂化）或其任意组合。
导电材料
电活性层400可以以大于或等于大约0.5重量%、任选大于或等于大约1重量%、任选大于或等于大约5重量%、或任选大于或等于大约10重量%的量包含导电材料404。电活性层400可以以小于或等于大约15重量%、任选小于或等于大约10重量%、任选小于或等于大约5重量%、或任选小于或等于大约1重量%的量包含导电材料404。在某些方面，作为实例，电活性层400可以以大于或等于大约0.5重量%至小于或等于大约15重量%的量包含导电材料404。
导电材料404可包括结合图1的讨论中所述的任何导电材料。此外或替代性地，在某些方面，导电材料404可包括基于碳的材料、金属（例如金属丝）、金属氧化物，或其任意组合。作为实例，基于碳的材料可包括炭黑（例如TIMCAL Belgium制造的SUPER P炭黑和/或KETJENBLACK炭黑）、石墨烯、碳纳米管（CNT）、碳纳米纤维，或其组合。在某些方面，作为实例，金属材料可包括银、镍、铝、其合金、或其组合。作为实例，金属氧化物可包括简单氧化物如RuO2、SnO2、ZnO和/或Ge2O3，超导氧化物如YBa2Cu3O7和/或La0.75Ca0.25MnO3，或其组合。
聚合物粘合剂网络
电活性层400可以以大于或等于大约0.3重量%、任选大于或等于大约0.5重量%、任选大于或等于大约8重量%、任选大于或等于大约0.75重量%、任选大于或等于大约1重量%、任选大于或等于大约2重量%、任选大于或等于大约5重量%、或任选大于或等于大约8重量%的量包含聚合物粘合剂网络（即聚合物粘合剂网络406的聚合物）。电活性层400可以以小于或等于大约10重量%、任选小于或等于大约8重量%、任选小于或等于大约5重量%、任选小于或等于大约2重量%、任选小于或等于大约1重量%、或任选小于或等于大约0.75重量%的量包含聚合物粘合剂网络。在某些方面，作为实例，电活性层400可以以大于或等于大约0.3重量%至小于或等于大约10重量%、或任选大于或等于大约0.75重量%至小于或等于大约2重量%的量包含聚合物粘合剂网络406。
聚合物粘合剂网络406包含聚合物。所述聚合物可以是弹性且稳固的。在某些方面，聚合物包括聚四氟乙烯（PTFE）、PVDF、全氟烷氧基烷烃（PFA）、氟化的乙烯丙烯（FEP）、乙烯-氯代三氟乙烯（ECTFE）、乙烯-四氟乙烯（ETFE），或其组合。在某些方面，聚合物粘合剂网络406基本由聚合物组成。
聚合物粘合剂网络406包括多个纤维410。至少一部分纤维410与电活性材料粒子402的表面直接接触。参照图5，提供了根据本公开的各个方面的多个纤维410中的一个。尽管图5的纤维410显示为线性的，纤维410不必是线性的，并可以以各种形状提供以形成聚合物粘合剂网络406，如图4中所示。
各个纤维410限定了大于或等于大约5 μm、任选大于或等于大约10 μm、任选大于或等于大约20 μm、任选大于或等于大约50 μm、任选大于或等于大约100 μm、任选大于或等于大约500 μm、任选大于或等于大约1 mm、任选大于或等于大约5 mm、任选大于或等于大约10 mm、任选大于或等于大约50 mm、任选大于或等于大约100 mm、任选大于或等于大约500mm、或任选大于或等于大约1 cm、或任选大于或等于大约1.5 cm的第一长度500。第一长度500可为小于或等于大约2 cm、任选小于或等于大约1.5 cm、任选小于或等于大约1 cm、任选小于或等于大约500 mm、任选小于或等于大约100 mm、任选小于或等于大约50 mm、任选小于或等于大约10 mm、任选小于或等于大约5 mm、任选小于或等于大约1 mm、任选小于或等于大约500 μm、任选小于或等于大约100 μm、任选小于或等于大约50 μm、任选小于或等于大约20 μm、或任选小于或等于大约10 μm。在某些方面，作为实例，第一长度500可为大于或等于大约5 μm至小于或等于大约2 cm、或任选大于或等于大约20 μm至小于或等于大约500 μm。
各个纤维410限定了第一直径502。所述第一直径502可为大于或等于大约0.1 μm、任选大于或等于大约0.5 μm、任选大于或等于大约1 μm、任选大于或等于大约5 μm、任选大于或等于大约10 μm、任选大于或等于大约20 μm、任选大于或等于大约50 μm、任选大于或等于大约75 μm、任选大于或等于大约100 μm、任选大于或等于大约200 μm、任选大于或等于大约300 μm、或任选大于或等于大约400 μm。第一直径502可为小于或等于大约500 μm、任选小于或等于大约400 μm、任选小于或等于大约300 μm、任选小于或等于大约200 μm、任选小于或等于大约100 μm、任选小于或等于大约75 μm、任选小于或等于大约50 μm、任选小于或等于大约20 μm、任选小于或等于大约10 μm、任选小于或等于大约5 μm、任选小于或等于大约1 μm、任选小于或等于大约0.5 μm。在某些方面，第一直径502可为大于或等于大约0.1 μm至小于或等于大约500 μm。
各个纤维410通常可包括壁504。所述壁504可以是中空圆筒形壁。在某些方面，壁504可具有所示的基本圆形的横截面、基本矩形的横截面（例如基本正方形的横截面）、或任何其它闭合的多边形的横截面。壁504可至少部分限定内部区域506。
各个纤维410可包括多个重复单元或节段510。每个单元510可包括壁504和内部区域506。单元510可以以末端对末端排列并彼此物理连接。因此，考虑到包括重复单元的中空圆筒形结构，纤维410可被称为竹型纤维。单元510可具有类似结构和特性而不相同。
各个单元510限定了第二长度512。第二长度512可为大于或等于大约0.1 μm、任选大于或等于大约0.5 μm、任选大于或等于大约1 μm、任选大于或等于大约2 μm、任选大于或等于大约5 μm、任选大于或等于大约8 μm、任选大于或等于大约10 μm、任选大于或等于大约20 μm、任选大于或等于大约30 μm、或任选大于或等于大约40 μm。第二长度512可为小于或等于大约50 μm、任选小于或等于大约40 μm、任选小于或等于大约30 μm、任选小于或等于大约20 μm、任选小于或等于大约10 μm、任选小于或等于大约8 μm、任选小于或等于大约5 μm、任选小于或等于大约2 μm、任选小于或等于大约1 μm、或任选小于或等于大约0.5 μm。在某些方面，作为实例，第二长度512可为大于或等于大约0.1 μm至小于或等于大约50 μm。
各个单元510可包括第一部分514和第二部分516。参照图6，第一部分514包括多个点或珠粒600。第二部分516包括多个长丝602（其可以是微纤维）。在某些方面，第一和第二部分514、516之间的边界不是刚性的，并且如所示，第一部分514也可包括长丝612和/或第二部分516也可包括珠粒600。此外，第一和第二部分514、516的纵向位置（即平行于第一和第二长度500、512，显示在图5中）可关于壁504的周长不等。
长丝602由珠粒600的至少一部分延伸。珠粒600和长丝602一起构成壁504。在某些方面，在包括电活性层400的电化学电池（图4）的循环过程中，纤维410（图4–5）可配置为进一步原纤化的，使得一部分珠粒600被拉伸成长丝602。例如，当电活性材料粒子402（图4）（例如包括硅）在锂化过程中发生体积膨胀时可发生循环过程中的原纤化。
在某些方面，珠粒600可限定不规则形状。珠粒600可具有大于或等于大约10 nm、任选大于或等于大约20 nm、任选大于或等于大约50 nm、任选大于或等于大约100 nm、任选大于或等于大约250 nm、任选大于或等于大约500 nm、或任选大于或等于大约750 nm的平均第二直径。平均第二直径可为小于或等于大约1 μm、任选小于或等于大约750 nm、任选小于或等于大约500 nm、任选小于或等于大约250 nm、任选小于或等于大约100 nm、任选小于或等于大约50 nm、或任选小于或等于大约20 nm。在某些方面，平均第二直径可为大于或等于大约10 nm至小于或等于大约1 μm。在其它方面，珠粒600可限定基本球形的形状和/或拉长的球形形状。
长丝602可限定大于或等于大约1 nm、任选大于或等于大约2 nm、任选大于或等于大约5 nm、任选大于或等于大约10 nm、任选大于或等于大约25 nm、任选大于或等于大约50nm、任选大于或等于大约100 nm、任选大于或等于大约150 nm、任选大于或等于大约200nm、或任选大于或等于大约250 nm的平均第三直径。平均第三直径可为小于或等于大约300nm、任选小于或等于大约250 nm、任选小于或等于大约200 nm、任选小于或等于大约150nm、任选小于或等于大约100 nm、任选小于或等于大约50 nm、任选小于或等于大约20 nm、任选小于或等于大约10 nm、任选小于或等于大约5 nm、或任选小于或等于大约2 nm。在某些方面，平均第三直径可为大于或等于大约1 nm至小于或等于大约300 nm。
实施例
参照图7，提供了根据本公开的各个方面的多个聚合物粘合剂纤维700。聚合物粘合剂纤维700各自包括至少部分限定内部区域（未显示）的壁702。所述壁702包括多个点或珠粒704和多个长丝或微纤维706。各个纤维700通常可包括多个末端对末端的重复单元或节段710。
制造厚电极的方法
参照图8，提供了根据本公开的各个方面制造电极，如电活性层200、300和/或400的方法。所述方法通常包括在800处制备电活性材料、聚合物粘合剂和任选的导电材料的混合物，在804处将混合物沉积到基材上，预辊压基材上的混合物以形成电极前体，在812处最终辊压电极前体以形成连续电极膜，任选在816处将连续电极膜固定到集流体上以形成连续电极组件，和任选在820处切割连续电极组件以形成单个的电极组件。
参照图9，提供了根据本公开的各个方面的图8的方法的实例。可将混合物900提供至料斗902。混合物900可包括电活性材料、聚合物粘合剂和任选的导电材料，如上面在图4-6的讨论中描述的那些。聚合物粘合剂可至少部分原纤化，使得其在形成电极或在电化学电池中循环电极之前包括多个点或珠粒和多个长丝。混合物900的制备可在将混合物900引入料斗902之前进行。混合可在任何市售混合器（未显示）中进行。此外或替代性地，可在料斗902中制备混合物。
混合物900可从料斗902中排出并沉积到移动基材904的表面上。混合物900可在移动基材904上传送前往第一对辊906。所述第一对辊906可预辊压混合物900以形成连续电极前体910。所述连续电极前体910可限定第一厚度912。
连续电极前体910可传送前往第二对辊914。在某些方面，电极连续前体910可在第一对辊906和第二对辊914之间从基材904上移除。第二对辊914可最终辊压连续电极前体910以形成连续电极膜920。连续电极膜920可限定小于第一厚度912的第二厚度922。
连续电极膜920可卷绕到辊924上。在卷绕到辊924上之前或之后，连续电极膜920可固定到连续集流体（例如箔或网）上以形成连续电极组件。在一个实例中，将连续电极膜920固定到连续集流体上可包括在连续电极膜920与连续集流体之间施加导电粘结剂，如当连续集流体是箔时。在另一实例中，将连续电极膜920固定到连续集流体上可包括将连续电极膜920压实到连续集流体上，如当连续集流体是网时。
连续电极膜920（或连续电极组件）可任选切割成单独的片材以形成单独的电极膜（或单独的电极组件）。任选的切割可在任选将电极膜固定到集流体上之前或之后进行。尽管图9描绘了连续过程，但图8的方法也可作为间歇过程来进行。
前面的描述本质上仅仅是说明性的，并且决非意在限制本公开、其应用或用途。本公开的广泛教导可以以各种形式实现。因此，虽然本公开包括特定实例，但本公开的真实范围不应如此限制，因为在研究附图、说明书和所附权利要求书之后，其它修改将变得显而易见。应当理解，在不改变本公开的原理的情况下，方法中的一个或多个步骤可以以不同的顺序（或同时）进行。此外，尽管上文将每个实施方案描述为具有某些特征，但关于本公开的任何实施方案描述的那些特征中的任意一个或多个可以在任何其它实施方案中实施和/或与任何其它实施方案的特征组合，即使并未明确描述该组合。换句话说，所述实施方案不是相互排斥的，并且一个或多个实施方案彼此的交换保持在本公开的范围内。

Claims (10)

1.用于电化学电池的电极，包括：
聚合物粘合剂网络，其包括：
限定所述聚合物粘合剂网络的多个纤维，所述多个纤维各自包括：
多个珠粒，和
分别由所述多个珠粒的至少一部分延伸的多个长丝；和
在所述聚合物粘合剂网络的空隙中的多个电活性材料粒子。
2.根据权利要求1所述的电极，其中
所述多个纤维各自包括多个节段，和
所述多个节段各自包括
包括多个珠粒的第一部分，和
包括多个长丝的第二部分。
3.根据权利要求2所述的电极，其中所述多个节段各自限定大于或等于大约0.1 μm至小于或等于大约50 μm的长度。
4.根据权利要求2所述的电极，其中
所述多个节段各自包括限定内部区域的基本圆筒形的壁，且
所述基本圆筒形的壁包括
包括多个珠粒的第一部分，和
包括多个长丝的第二部分。
5.根据权利要求4所述的电极，其中所述基本圆筒形的壁限定大于或等于大约0.1 μm至小于或等于大约500 μm的直径。
6.根据权利要求1所述的电极，其中所述多个纤维各自限定大于或等于大约5 μm至小于或等于大约2 cm的长度。
7.根据权利要求1所述的电极，其中
所述多个珠粒各自限定大于或等于大约10 nm至小于或等于大约1 μm的直径，和
所述多个长丝各自限定大于或等于大约1 nm至小于或等于大约300 nm的直径。
8.根据权利要求1所述的电极，其中所述聚合物粘合剂网络以大于或等于大约0.3重量%至小于或等于大约10重量%存在。
9.根据权利要求1所述的电极，其中将所述多个珠粒的至少一部分配置为在包括所述电极的电化学电池循环过程中被原纤化。
10.根据权利要求1所述的电极，其中所述聚合物粘合剂网络包含聚四氟乙烯（PTFE）。
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