CN117174823A - 电极和制造电极的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开内容涉及电极和制造电极的方法。该电极包括基板和层压至基板的本体。该本体包括活性材料和非活性材料。由本体限定多个孔。在本体的第一表面中限定多个裂纹，并且在本体的第一表面中限定多个岛状物。多个裂纹被多个裂纹中的相应裂纹完全或部分包围。
Description
本申请要求于2022年6月3日提交的美国临时申请第63/365,808号的优先权，该美国临时申请的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开内容总体上涉及电化学能量领域，并且更具体地涉及能够实现高活性材料负载的具有多个裂纹的电极。
背景技术
电池和其他电化学装置提供了存储能量以备稍后使用的有用方式。但是存在针对具有改善的能量密度、增强的充电/放电速率能力和增加的循环稳定性的电池的需求。
发明内容
本发明人认识到，具有多个裂纹的电极可以在抵抗与基板的剥离的同时实现高活性材料负载。这可以改善能量密度、增强充电/放电速率能力、并且增加循环稳定性。因此，本公开内容的一个方面涉及一种电极，该电极包括基板和层压至该基板的本体。该本体包括活性材料和非活性材料。该电极还包括由本体限定的多个孔和在本体的第一表面中限定的多个裂纹。该电极还包括在本体的第一表面中限定的多个岛状物。多个裂纹被多个裂纹中的相应裂纹完全或部分包围。实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个。活性材料的负载大于2mg/cm2，并且多个裂纹被配置成在该负载下抵抗本体与基板的剥离。负载大于6mg/cm2。多个岛状物的平均尺寸在0.1mm与10mm之间。多个岛状物的平均尺寸在0.2mm与1.2mm之间。多个岛状物的平均圆度(circularity)在0.10与0.75之间。多个岛状物的平均真圆度(roundness)在0.35与0.75之间。活性材料可以包括氧、硫、硒或碲中的至少一种。多个裂纹限定进入电极的路径，该路径被配置成接收电解质。所述路径被配置成改善了从电解质至活性材料的内部子集的离子转移，所述活性材料的内部子集被定位成相比于靠近第一表面更靠近所述路径中的一个或更多个。多个裂纹中的每一个的尺寸大于孔的平均尺寸。多个裂纹中的每一个的尺寸大于孔中的最大孔的尺寸。该电极是阴极。
本公开内容的另一总体方面涉及一种制造电极的方法。该制造方法包括形成浆料，该浆料可以包括非活性材料上支承的活性材料以及溶剂。该制造方法还包括：在第一时段混合浆料，以及在第二时段将添加剂材料混合至浆料中。该制造方法还包括：将浆料涂覆至基板上，以及在第三时段使浆料干燥以形成电极。该电极可以包括层压至基板的本体。该本体可以包括活性材料和非活性材料以及在本体的第一表面中限定的多个裂纹，所述多个裂纹通过添加剂材料在浆料的干燥期间的蒸发而形成。
实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个。活性材料可以包括氧、硫、硒或碲中的至少一种，并且非活性材料可以包括碳。添加剂材料可以包括二丙二醇二甲醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚、二丙二醇甲醚或丙二醇甲醚中的至少一种。添加剂材料的沸点高于或等于溶剂的沸点。溶剂是水基的，并且添加剂材料的表面张力小于或等于溶剂的表面张力。溶剂是非水基的，并且添加剂材料的表面张力大于或等于溶剂的表面张力。干燥在环境温度下执行。干燥在从50℃至70℃范围内的温度下执行。
本公开内容的另一总体方面涉及一种制造电极的方法。该制造方法包括形成浆料，该浆料可以包括支承在非活性材料上的活性材料以及溶剂。该制造方法还包括在第一时段使浆料絮凝，以及在第二时段将添加剂材料混合至浆料中。该制造方法还包括：将浆料涂覆至基板上，以及在第三时段使浆料干燥以形成电极。该电极可以包括层压至基板的本体。该本体可以包括活性材料和非活性材料以及在本体的第一表面中限定的多个裂纹，所述多个裂纹通过添加剂材料在浆料的干燥期间的蒸发而形成。
实现方式可以包括以下特征中的一个或更多个。使浆料絮凝可以包括向浆料中添加絮凝剂。絮凝剂可以包括二丙二醇二甲醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚、二丙二醇甲醚或丙二醇甲醚中的至少一种。使浆料絮凝可以包括增加浆料的电解质浓度。使浆料絮凝可以包括向浆料施加机械力。
在结合附图参阅对说明性实施方式的以下详细描述之后，本公开内容的各种附加特征和优点对于本领域普通技术人员将变得明显。
附图说明
在结合附图阅读时，可更好地理解以下详细描述。出于说明的目的，在附图中示出了示例；然而，该主题不限于所公开的具体元素和手段。在附图中：
图1示出了电池的示意性截面图；
图2示出了具有多个裂纹的电极的表面的放大视图；
图3示出了对图2所示的电极的表面的进一步放大；
图4示出了具有第一厚度的电极的视图；
图5示出了具有比第一厚度更大的第二厚度的另一电极的视图；
图6示出了具有比第二厚度更大的第三厚度的另一电极的视图；
图7示出了具有比第三厚度更大的第四厚度的另一电极的视图；
图8示出了具有比第四厚度更大的第五厚度的另一电极的视图；以及
图9示出了制造具有多个裂纹的电极的处理。
具体实施方式
在电子设备、电动/混合动力车辆、航空航天/无人机、潜艇以及其他工业、军事和消费者应用中，对于具有以快速速率充电和放电的能力的长寿命、高能量密度和高功率密度的可再充电电池的需求不断增长。锂离子电池是上述应用中的可再充电电池的示例。然而，随着在锂离子电池方面的技术已经成熟，对更好的性能和循环能力的需求尚未被当前的锂离子电池满足。
本公开内容的各方面涉及具有多个裂纹的电极。裂纹可以抵抗电极与基板的剥离，并且从而使得能够增加电极厚度以及/或者提高电极的活性材料负载。裂纹可以使电极的活性材料与诸如电池的电化学装置的电解质之间的距离减小。这可以使针对在电极中的离子扩散的路径缩短。这些特征可以改善电极的总能量密度和性能。下面参照图1至图9描述本公开内容的这些和其他方面。
图1示出了根据本公开内容的各方面的电池100的示意性截面图。虽然在此描述了电池100，但是本公开内容的电极的各方面可以并入至其他电化学装置例如燃料电池。图2示出了电池100的第二电极104的第一表面105的放大视图。图3示出了对图2的第二电极104的进一步放大。
电池100可以包括第一电极102、第二电极104以及将第一电极102与第二电极104电隔离的分隔件106。分隔件106可以包括可以促进离子(例如，锂离子)在第一电极102与第二电极104之间移动的电解质。电解质可以润湿或浸透第一电极102和第二电极104。电解质可以包括例如LiBF4、LiC2F6NO4S2、LiNS2O4F2、双(草酸硼酸)锂(LiBOB)、LiPO2F2、LiPF6、乙醚、碳酸盐以及其他可能中的一种或更多种。电解质可以是用于例如传统硬币式单元电池和袋式单元电池的电解质。在诸如固体电极的实施方式中，分隔件106可以仅包括电解质。在其他实施方式中，分隔件106可以包括固体分隔件和电解质。电解质可以防止或抑制电子在第一电极102与第二电极104之间的移动。在一些实施方式中，第一电极102可以是阳极，而第二电极104可以是阴极。在一些替选实施方式中，第一电极102可以是阴极，而第二电极104可以是阳极。本文中对第二电极104的本体112的几何形状的实施方式的任何描述也可以应用于第一电极102的本体。
第二电极104可以包括层压在基板114上的本体112。本体112可以包括支承在非活性材料上的活性材料。本体112可以限定多个孔。孔可以大体均匀地分布于整个本体112。本体112可以限定部分或完全延伸穿过本体112的第一表面105的多个裂纹116。本体112可以限定第一表面105的多个岛状物118。岛状物118可以全部或部分地被裂纹116包围。因此，本文中使用的术语“岛状物”不限于完全被裂纹116包围的电极本体的部分，并且包括大体上被裂纹116包围成使得可以容易地从其他明显岛状物118中识别出的明显岛状物118的程度的电极本体的部分。例如，岛状物118可以是第一表面105中的如下区域，该区域超过50％被裂纹116包围。
裂纹116和岛状物118可以允许本体112的更高的活性材料负载，而不会导致本体112与基板114剥离。这可以改善第二电极104的能量密度和容量。在实施方式中，活性材料负载可以大于或等于1mg/cm2、大于或等于2mg/cm2、大于或等于3mg/cm2、大于或等于4mg/cm2、大于或等于5mg/cm2、大于或等于6mg/cm2、或者大于或等于7mg/cm2。
岛状物118可以以多种不同的几何形状形成。例如，在实施方式中，岛状物118的平均尺寸可以在0.5mm与10mm之间。在一些实施方式中，岛状物118的平均尺寸可以在0.5mm与1.2mm之间。在一些实施方式中，岛状物118的尺寸可以小于或等于10mm、小于或等于5mm、小于或等于4mm、小于或等于3mm、小于或等于2mm、小于或等于1mm、小于或等于0.8mm、小于或等于0.5mm、或者小于或等于0.4mm。其他尺寸也是可以的。岛状物118的平均尺寸可以通过使用沿第一表面105延伸的虚拟线L的已知长度来计算，如图2所示。岛状物118的平均尺寸可以通过将虚拟线L的长度除以沿其长度将线L等分的裂纹116的数量来计算。
在实施方式中，岛状物118的平均圆度(circularity)可以在0.10与0.75之间。在该范围之外的其他圆度也是可能的。每个岛状物118的圆度可以根据以下等式计算：
其中，A为岛状物118的面积，以及P为岛状物118的周长。岛状物118的平均圆度可以通过对第一表面105的代表性区域中的每个岛状物118的圆度值进行平均来计算。
在一些实施方式中，岛状物118的平均真圆度(roundness)可以在0.35与0.75之间。在一些实施方式中，岛状物118的平均真圆度可以大于或等于0.1、大于或等于0.2、大于或等于0.3。在该范围之外的其他真圆度值也是可能的。每个岛状物118的真圆度可以根据以下等式计算：
其中，A为岛状物118的面积，以及M为岛状物118的长轴。岛状物118的平均真圆度可以通过对第一表面105的代表性区域中的每个岛状物118的真圆度值进行平均来计算。
本体112的活性材料可以与电池100内的电化学反应中的离子反应。例如，在一些实施方式中，第二电极104是阴极，并且活性材料可以经由外部电路120从第一电极102即阳极获取电子，并且活性材料可以在电化学反应中被还原。活性材料可以包括例如氧、硫、硒、碲以及其他可能中的一种或更多种。例如，在第二电极104是阴极的实施方式中，活性材料可以包括例如以下中的一种或更多种：硫属元素(例如S、Se、O和Te)、氟化物、可以包括各种掺杂剂例如Ni、Mg、Al、Cr、Zn、Ti、Fe、Co、Ni、Cu、Nd和La的夹层阴极材料(例如LiCoO2、LiMnO2、LiNiO2、LiCoxNiyMn1-x-yO2(其中x≤1、y≤1以及x+y≤1)和LiFePO4)、超级电容器材料(例如，金属氧化物/氢氧化物)、导电聚合物以及其他可能。在第二电极104是阳极的实施方式中，活性材料可以包括例如以下中的一种或更多种：来自第IVA族的元素(例如，C、Si、Sn)、来自第IIIA族的元素(例如，Al)、来自第IB-VIIIB族的过渡金属(例如，Zn、Cd、Ag)、来自第IIA族的碱土金属(例如，Mg、Ca)、来自第IA族的碱金属(例如，Li、Na、K)、化合物(例如，LixSiy、LixGey、LiAl、LixSny、锂钛氧化物(LTO)、NiO、SiOx)以及其他可能。在另一示例中，第二电极包括锂。活性材料可以支承在非活性材料例如碳上。支承在非活性材料上的活性材料可以形成复合材料，所述复合材料在实施方式中可以包括粘合剂。粘合剂可以是水基或非水基的。活性材料、非活性材料和粘合剂的其他示例稍后将参照处理900进行讨论。在一些实施方式中，第二电极104可以是阳极，并且活性材料可以将电子释放至外部电路120，并且活性材料可以在电化学反应中被氧化。
第一表面105可以邻接分隔件106。裂纹116可以从第一表面105延伸至第二电极104中一定深度。在实施方式中，裂纹116中的一些或全部可以从第一表面105完全穿过本体112延伸至基板114。在实施方式中，裂纹116中的一些或全部可以从第一表面105部分地延伸穿过本体112并且在基板114之前终止。
裂纹116可以限定进入第二电极104的路径，并且该路径可以接收分隔件106的电解质。离子在电解质内可以比在活性材料内更自由地移动。因此，通过为电解质提供进入第二电极104的路径，裂纹116可以改善离子向第二电极104内的活性材料的内部子集的转移，该内部子集位于与靠近第一表面105相比更靠近所述路径中的一个或更多个。也就是说，通过使能够携带离子的电解质更靠近(与内部子集和第一表面105之间的距离相比)活性材料的内部子集，裂纹116可以改善离子向活性材料的内部子集的转移。裂纹116可以增加与电解质接触的第二电极104的表面积，并且从而改善离子向活性材料的转移。通过改善离子向活性材料的内部子集的转移，裂纹116可以增加电池100的总能量密度，可以增强电池100的充电/放电速率能力，并且可以增加电池100的循环稳定性。
本体112可以包括活性材料的外部子集，该外部子集被设置成与靠近由裂纹116限定的路径中的任何一个路径相比更靠近第一表面105。被转移至外部子集的离子中的大部分离子可以在第一表面105处从电解质迁移。这是因为活性材料的外部子集被设置成与靠近由裂纹116限定的路径中的任何一个路径相比更靠近第一表面105。相反地，由于内部子集被设置成与靠近第一表面105相比更靠近由裂纹116限定的路径中的至少一个路径，因此被转移至内部子集的离子中的大部分离子可以在由裂纹116限定的路径中的最近路径内从电解质迁移。换句话说，活性材料的外部子集可以由第二电极104的被定位成与靠近限定裂纹116的第二表面中的任何第二表面相比更靠近第一表面105的活性材料限定。外部子集可以通过穿过外部子集的孔的正常扩散将离子转移至电解质和从电解质转移离子。活性材料的内部子集可以由第二电极的被定位成与靠近第一表面105相比更靠近第二表面中的任何第二表面的活性材料限定。由于裂纹116内的电解质比第一表面105处的电解质更近，因此内部子集可以将离子转移至多个裂纹116内的电解质并且从多个裂纹116内的电解质转移离子。
第二电极104可以分别包括可以与裂纹116区分开的孔。裂纹116中的每一个裂纹的尺寸(例如，长度、宽度、深度等)可以大于第二电极104的孔的平均尺寸。在一些实施方式中，裂纹116中的每一个裂纹的尺寸可以大于第二电极104的最大孔的尺寸。在实施方式中，裂纹116的平均厚度可以为约48μm、约44μm、约26μm、约20μm、在15μm与50μm之间以及其他可能。在一些实施方式中，裂纹116中的每一个裂纹的平均尺寸(例如，厚度)可以比相应孔的平均尺寸(例如，厚度)大4至10000倍，尽管其他范围也可以是有效的。在一些实施方式中，第二电极104的孔的平均尺寸(例如，厚度)可以在0.5nm与5μm之间，包括例如约0.5nm、约3nm、约0.2μm、约5μm以及其他可能。
图4至图8分别示出了其他的第二电极204、304、404、504、604的顶视图。第二电极204、304、404、504、604各自可以包括第二电极104的结构、特征和关系中的任何结构、特征和关系，并且第二电极104也可以包括第二电极204、304、404、504、604各自的结构、特征和关系中的任何结构、特征和关系。例如，第二电极204、304、404、504、604各自可以包括多个裂纹216、316、416、516、616和多个岛状物218、318、418、518、618。第二电极204、304、404、504、604各自可以具有不同的厚度。例如，第二电极204可以是第二电极204、304、404、504、604中最薄的，并且每个随后的第二电极304、404、504、604的厚度可以顺序地增加。例如，第二电极204的厚度可以为100μm，第二电极304的厚度可以为200μm，第二电极404的厚度可以为300μm，第二电极504的厚度可以为400μm，以及第二电极604的厚度可以为500μm。其他厚度也是可能的。例如，第二电极104的厚度可以为小于100μm、在100μm与500μm之间、或大于500μm。在第二电极204、304、404、504、604中的每一个中，多个裂纹可以部分地延伸通过第二电极、完全地延伸通过第二电极、或者多个裂纹中的一些裂纹部分地延伸通过第二电极而其他裂纹完全地延伸通过第二电极。
如图4至图8所示，各个裂纹216、316、416、516、616和岛状物218、318、418、518、618的特性可以作为相应第二电极204、304、404、504、604的厚度的函数而变化。各个裂纹216、316、416、516、616和岛状物218、318、418、518、618的特性可以与相应第二电极204、304、404、504、604的厚度成比例。例如，诸如第二电极204、304的较薄电极可以比诸如第二电极504、604的较厚电极的裂纹516、616和岛状物518、618具有更多的裂纹216、316和更多的岛状物218、318。此外，诸如第二电极504、604的较厚电极的岛状物518、618可以比诸如第二电极204、304的较薄电极的岛状物218、318更大和/或更明显。电极越厚，活性材料负载越大，因为较厚的电极将比薄的电极具有更多的活性材料。
图9示出了根据本公开内容的各方面制造电极的处理900。处理900可以用于制造先前描述的第一电极102和第二电极104、204、304、404、504、604中的任何一个。参照利用处理900制造的电极描述的材料、结构、特征、关系等中的任何材料、结构、特征、关系等可以应用于先前描述的第一电极102和第二电极104、204、304、404、504、604中的任何一个，并且参照先前描述的第一电极102和第二电极104、204、304、404、504、604中的任何一个描述的材料、结构、特征、关系等中的任何材料、结构、特征、关系等可以应用于利用处理900制造的电极。
处理900可以包括，在步骤901处形成非活性材料上支承的活性材料和溶剂的浆料。活性材料可以包括先前描述的活性材料中的任何活性材料，包括例如氧、硫、硒或碲中的一种或更多种。非活性材料可以包括先前描述的非活性材料中的任何非活性材料，包括例如碳。示例性碳包括但不限于活性炭、石墨、石墨烯、单壁或多壁碳纳米管、木炭、碳烟灰或碳灰等。非活性材料可以包括导电碳和粘合剂(水基或非水基)。粘合剂可以包括聚合物材料。合适的聚合物材料的非限制性示例包括羧甲基纤维素(CMC)、聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)、丁苯橡胶(SBR)、聚乙二醇二甲醚(PEGDME)、导电聚合物(例如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)(PEDOT))、聚丙烯酸(PAA)、聚乙烯亚胺(PEI)、胶乳聚合物、丙烯酸酯、聚氨酯、聚氨酯丙烯酸酯以及其他可能。浆料的固体部分的导电碳含量可以是例如小于50wt％、小于40wt％、小于30wt％、小于20wt％、10wt％或更低以及其他可能。浆料的固体部分的粘合剂含量可以是例如小于50wt％、小于40wt％、小于30wt％、小于20wt％、10wt％或更低以及其他可能。非活性材料和活性材料中的至少一些可以为复合材料例如碳-硫复合物。浆料的固体部分的碳-硫复合物含量可以是例如大于10wt％、大于30wt％、大于50wt％、大于70wt％、80wt％或更大以及其他可能。碳-硫复合物的硫含量可以是例如5wt％或更大、大于20wt％、大于30wt％、大于40wt％、大于50wt％以及其他可能。溶剂可以是水性的、有机的或其组合。合适的有机溶剂包括但不限于醇(例如，甲醇、乙醇、异丙醇和叔丁醇)、酮(例如，丙酮、丁酮、环戊酮、乙基异丙基酮、甲基异丁基酮)、醛(例如，甲醛、乙醛、丙醛、丁醛)、脂肪族化合物(例如，己烷和辛烷)、芳香族化合物(例如，苯、甲苯和二甲苯)、氯化溶剂(例如，氯仿和二氯甲烷)以及N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)。在一些情况下，溶剂可以是由水和一种或更多种水混溶性有机溶剂制成的共同溶剂系统。在一些情况下，溶剂可以是由两种或更多种可混溶的有机溶剂制成的共同溶剂系统。浆料中的固体(即，活性材料和非活性材料)的重量百分比可以例如在1wt％至99wt％之间、在3wt％至90wt％之间、在5wt％至80wt％之间、在7wt％至70wt％之间或在10wt％至60wt％之间以及其他可能。
在步骤901处形成的浆料的一些实施方式可以包括10％与60％之间的重量百分比的固体(例如，支承在非活性材料上的活性材料、导电碳、粘合剂以及其他可能)，以及剩余重量百分比(即，在90％与40％之间)的溶剂。例如，在一些实施方式中，浆料中的固体的重量百分比可以为约18％，以及浆料中的液体(例如，水)的重量百分比可以为约82％。在一些实施方式中，浆料中的固态固体中的支承在非活性材料上的活性材料的重量百分比可以在70％与99.9％之间。例如，在一些实施方式中，浆料中的固态固体中的支承在非活性材料上的活性材料(即，支承在碳上的硫的复合物)的重量百分比可以为约80％。例如，在一些实施方式中，浆料中的固态固体中的活性材料(例如，硫)的重量百分比可以为约52％，以及浆料中的固体中的支承活性材料的非活性材料的重量百分比可以为约29％。在一些实施方式中，浆料中的固体中的导电碳的重量百分比可以在0.1％与20％之间，包括例如约11％。在一些实施方式中，浆料中的固体中的粘合剂的重量百分比可以在0.5％与10％之间，包括例如约8％。如至少在本段中使用的术语“约”可以包括所述值的+/-5％。
处理900可以包括：在步骤902处，在第一时段混合浆料。第一时段可以是例如2分钟。在实施方式中，混合可以在以1800RPM与2400RPM之间的速率旋转的混合器中发生，尽管该范围之外的其他速率也是可以的。在实施方式中，混合可以通过手动来执行。浆料在絮凝之前的颗粒尺寸范围可以是Dx50＝0.1μm至200μm，其中，Dx50是以微米为单位的尺寸，Dx50将分布分成一半在该直径以上而一半在该直径以下。浆料在絮凝之后的颗粒尺寸范围可以为Dx50＝0.2μm至500μm。浆料的絮凝度(即，絮凝之前的Dx50/絮凝之后的Dx50)可以为大于1.01、大于1.1、大于1.2、大于1.3、大于1.5、以及其他可能。
处理900可以包括：在步骤903处，在第二时段将添加剂材料混合至浆料中。在实施方式中，步骤903可以发生在步骤901和步骤902之后。在实施方式中，步骤903可以与步骤901和步骤902同时发生。第二时段可以是例如2分钟。在实施方式中，混合可以在以1800RPM与2400RPM之间的速率旋转的混合器中发生，尽管该范围之外的其他速率也是可以的。在实施方式中，混合可以通过手动来执行。添加剂材料可以是水基的或非水基的。添加剂材料可以包括二丙二醇二甲醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚、二丙二醇甲醚或丙二醇甲醚中的至少一种。可以基于在步骤901处用于形成浆料的溶剂的材料特性来针对材料特性选择添加剂材料。例如，添加剂材料可以是具有大于或等于溶剂的沸点(例如，大于100℃)的沸点的材料。当溶剂是水基的时，添加剂材料可以是具有比水基溶剂的表面张力更小的表面张力的材料。当溶剂是非水基的时，添加剂材料可以是具有比溶剂的表面张力更大的表面张力的材料。一旦添加至浆料中，添加剂材料可以体现混合物的总重量百分比。总重量百分比可以小于50％、在0.01％与40％之间、在0.1％与30％之间、在0.5％与20％之间、以及其他可能。例如，在一些实施方式中，在步骤903处形成的浆料和添加剂材料(例如，醚溶剂)混合物中的添加剂材料的重量百分比可以在0.5％与20％之间，包括例如约2.8％。至少在本段中使用的术语“约”可以包括所述值的+/-5％。
处理900可以包括：在步骤904处，将浆料涂覆至基板上。可以使用任何数目的技术将浆料涂覆至基板上，任何数目的技术包括例如利用刮刀、槽模、膜流延、印刷、喷涂、挤出、电化学沉积、辊铸造、以及其他可能。该基板可以是例如铝，尽管其他基板诸如例如不锈钢、碳布或者甚至经设置的基板也是可能的。基板可以是金属或非金属。基板可以被涂覆至0.1μm与1mm之间的厚度。基板的表面可以是原始的或经修改的。例如，基板可以是经碳涂覆的，或经等离子/电晕处理的。浆料可以被涂覆在基板上以具有0.1nm与1mm之间的厚度，尽管其他厚度也是可能的。例如，浆料可以被涂覆至先前描述的具有第二电极204、304、404、504、604的厚度中的任何厚度的基板上。
处理900可以包括：在步骤905处，在第三时段使基板上的浆料干燥以形成电极。在一些情况下，干燥可以在大气压或减压下在环境温度下进行。在一些情况下，干燥可以在烘箱中在从约30℃至约100℃的范围内、替选地从约40℃至约85℃的范围内、以及替选地从约50℃至约70℃的范围内的高温下进行。干燥时间可以根据例如浆料的成分、涂层厚度、干燥温度等而变化。在一些情况下，干燥时间可以在从例如约30分钟至约4小时的范围内。在一些情况下，约1小时的干燥时间是足够的。在环境温度下执行干燥的情况下，可能需要更长的干燥时间段，诸如例如约12小时。通过处理900形成的所得电极可以包括先前关于第一电极102和第二电极104、204、304、404、504、604中的任何一个描述的特征、结构和关系中的任何特征、结构和关系。例如，通过处理900形成的电极可以包括层压在基板上的本体。该本体可以包括活性材料和非活性材料以及在本体的第一表面中限定的多个裂纹。裂纹可以通过添加剂材料在浆料的干燥期间的蒸发而形成。
在不限制处理900的情况下，在步骤903处添加添加剂材料可以引发步骤901中形成的浆料的絮凝，并且该絮凝可以有助于电极中多个裂纹的形成。絮凝可以意指一种处理，通过该处理可以将化学凝结剂或絮凝剂(例如，先前描述的添加剂材料)添加至溶液(例如，浆料)中以促进颗粒之间的结合，这可以产生更容易分离的更大的聚集体。在一些实施方式中，在步骤903处添加至浆料中的添加剂材料可以是絮凝剂。在一些实施方式中，可以通过增加浆料中的电解质浓度例如盐来(单独或与在步骤903处添加添加剂材料一起)执行浆料的絮凝以在电极中形成裂纹。在一些实施方式中，可以通过向浆料施加机械力来(单独或与在步骤903处添加添加剂材料一起)执行浆料的絮凝以在电极中形成裂纹。
在一些实施方式中，该处理可以包括：形成非活性材料上支承的活性材料和溶剂的浆料(步骤901)、在第一时段混合浆料(步骤902)、以及在第二时段进行絮凝(先前描述的修改步骤903)。该处理可以包括将浆料涂覆至基板上(步骤904)以及在第三时段干燥浆料以形成电极(步骤905)。通过该处理形成的电极可以包括层压至基板的本体。该本体包括活性材料和非活性材料，并且在本体的第一表面中限定多个裂纹，所述多个裂纹通过添加剂材料在浆料的干燥期间的蒸发而形成。使浆料絮凝可以包括向浆料中添加絮凝剂。絮凝剂可以包括二丙二醇二甲醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚、二丙二醇甲醚或丙二醇甲醚中的至少一种。使浆料絮凝可以包括增加浆料的电解质浓度。使浆料絮凝可以包括向浆料施加机械力。
将理解，前述描述提供了本公开内容的示例。然而，设想本公开内容的其他实现方式可以在细节上与前述示例不同。对本公开内容或本公开内容的示例的所有引用意在引用在这个意义上所讨论的具体示例，而不是意在暗示在更一般的意义上的本公开内容的范围的任何限制。针对某些特征的区分和贬低的所有语言意在表明这些特征不是优选的，但除非另外指出，否则不把这些特征完全从本公开内容的范围中排除。
Claims (25)
1.一种电极，包括：
基板；
层压至所述基板的本体，其中，所述本体包括活性材料和非活性材料；
由所述本体限定的多个孔；
在所述本体的第一表面中限定的多个裂纹；以及
在所述本体的第一表面中限定的多个岛状物，所述多个裂纹被所述多个裂纹中的相应裂纹完全或部分包围。
2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述活性材料的负载大于2mg/cm2，并且所述多个裂纹被配置成在所述负载下抵抗所述本体和所述基板的剥离。
3.根据权利要求2所述的电极，其中，所述负载大于6mg/cm2。
4.根据权利要求1所述的电极，其中，所述多个岛状物的平均尺寸在0.1mm与10mm之间。
5.根据权利要求4所述的电极，其中，所述多个岛状物的平均尺寸在0.2mm与1.2mm之间。
6.根据权利要求1所述的电极，其中，所述多个岛状物的平均圆度在0.10与0.75之间。
7.根据权利要求1所述的电极，其中，所述多个岛状物的平均真圆度在0.35与0.75之间。
8.根据权利要求1所述的电极，其中，所述活性材料包括氧、硫、硒或碲中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的电极，其中，所述多个裂纹限定进入所述电极的路径，所述路径被配置成接收电解质，
其中，所述路径被配置成改善从所述电解质至所述活性材料的内部子集的离子转移，所述活性材料的内部子集被定位成与靠近所述第一表面相比更靠近所述路径中的一个或更多个。
10.根据权利要求1所述的电极，其中，所述多个裂纹中的每一个的尺寸大于所述孔的平均尺寸。
11.根据权利要求10所述的电极，其中，所述多个裂纹中的每一个的尺寸大于所述孔中的最大孔的尺寸。
12.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极是阴极。
13.一种制造电极的方法，包括：
形成包括溶剂和非活性材料上支承的活性材料的浆料；
在第一时段混合所述浆料；
在第二时段将添加剂材料混合至所述浆料中；
将所述浆料涂覆至基板上；以及
在第三时段使所述浆料干燥以形成所述电极，所述电极包括：层压至所述基板的本体，其中，所述本体包括所述活性材料和所述非活性材料以及在所述本体的第一表面中限定的多个裂纹，所述多个裂纹通过所述添加剂材料在所述浆料的干燥期间的蒸发而形成。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，所述活性材料包括氧、硫、硒或碲中的至少一种，并且所述非活性材料包括碳。
15.根据权利要求13所述的方法，其中，所述添加剂材料包括二丙二醇二甲醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚、二丙二醇甲醚或丙二醇甲醚中的至少一种。
16.根据权利要求13所述的方法，其中，所述添加剂材料的沸点高于或等于所述溶剂的沸点。
17.根据权利要求13所述的方法，其中，所述溶剂是水基的，并且
其中，所述添加剂材料的表面张力小于或等于所述溶剂的表面张力。
18.根据权利要求13所述的方法，其中，所述溶剂是非水基的，并且
其中，所述添加剂材料的表面张力大于或等于所述溶剂的表面张力。
19.根据权利要求13所述的方法，其中，干燥在环境温度下执行。
20.根据权利要求13所述的方法，其中，干燥在从50℃至70℃的范围内的温度下执行。
21.一种制造电极的方法，包括：
形成包括溶剂和非活性材料上支承的活性材料的浆料；
在第一时段混合所述浆料；
在第二时段使所述浆料絮凝；
将所述浆料涂覆至基板上；以及
在第三时段使所述浆料干燥以形成所述电极，所述电极包括：层压至所述基板的本体，其中，所述本体包括所述活性材料和所述非活性材料以及在所述本体的第一表面中限定的多个裂纹，所述多个裂纹通过所述添加剂材料在所述浆料的干燥期间的蒸发而形成。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，使所述浆料絮凝包括向所述浆料中添加絮凝剂。
23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述絮凝剂包括二丙二醇二甲醚、二乙二醇单丁醚、乙二醇单丁醚、二丙二醇甲醚或丙二醇甲醚中的至少一种。
24.根据权利要求21所述的方法，其中，使所述浆料絮凝包括增加所述浆料的电解质浓度。
25.根据权利要求21所述的方法，其中，使所述浆料絮凝包括向所述浆料施加机械力。
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