[发明专利]电荷收集器和相关联的方法

说明书

技术领域

本公开涉及蓄电池、相关联的方法和装置的领域，以及特别地关注用于蓄电池的电极的高表面面积电荷收集器，该高表面面积电荷收集器促进更大地粘附于活性电极材料以及改进蓄电池的储存容量/密度和内电阻。该电池可以形成电子设备的一部分，特别地，所谓的可以手持使用的手持型便携式电子设备(尽管在使用中它们可以被放置在底座上)。此类手持型便携式电子设备包含：移动电话以及所谓的个人数字助理(PDA)。

便携式电子设备可以提供一个或多个音频/文本/视频通信功能(例如，电信，视频通信，和/或文本传输，短消息服务(SMS)/多媒体消息服务(MMS)/电子邮件传送功能，交互式/非交互式浏览功能(例如，网络浏览、导航、TV/节目观看功能)，音乐记录/播放功能(例如，MP3或其它格式和/或(FM/AM)无线电广播记录/播放)，数据下载/发送功能，图像捕获功能(例如，使用(例如，内建的)数字相机)，以及游戏功能。

背景技术

能量储存密度和容量是任何电储存装置的重要参数。随着便携式电子设备变得越来越耗电，更大的需求被强加在向这些设备供电的电池和电容器的储存密度和容量上。各种高表面面积的材料已经被考虑用于下一代的蓄电池的电极。示例包含：活性炭、碳纳米管、金属/半导体纳米线和纳米颗粒料浆(slurries)。

高表面面积材料通过提高与电解质接触的电极的面积来增加电储存密度/容量，从而允许更多数量的电能的产生和/或储存。然而，与此类材料相关联的一个问题是它们的微粒形态，其降低了电极的结构完整性。在柔性和/或可伸缩的蓄电池的情况下尤其如此，其中反复地弯曲和伸缩该电池使得活性材料与下面的电荷收集器分离，导致电极的物理降解以及设备性能中的降低。针对这个问题的一种解决方案是将另外的粘合剂包含在活性材料中以改进活性材料与电荷收集器的粘附力。然而，此类粘合剂倾向于增加制造工艺的成本和复杂度，以及还能够增加电极的电阻。

本文中公开的装置和方法可以解决或可以不解决这个问题。

在本说明书中列出或讨论的现有公开的文档或任何背景不应当必定地被认为是承认该文档或背景是现有技术的一部分或是公知常识。本公开的一个或多个方面/实施例可以解决或可以不解决背景问题中的一个或多个背景问题。

发明内容

根据第一方面，提供了一种装置，所述装置包括导电材料层，所述导电材料层具有在其上形成的导电材料的开放互连壁结构，所述开放互连壁结构具有螺旋二十四面体(gyroid)结构，该螺旋二十四面体(gyroid)结构包括一个或多个开放孔，可以将供在产生和/或储存电荷中使用的活性材料沉积在所述一个或多个开放孔中，其中所述导电材料层和所述开放互连壁结构一起形成电荷收集器，所述电荷收集器从所述活性材料提供针对所产生的和/或储存的电荷的电路径。

关于开放互连壁结构中的词语“开放”的意思可以指在外部上的孔(即，开放孔)中的一个或多个孔允许访问所述结构的内部表面面积。关于所述开放互连壁结构中的词语“互连”的意思可以指所述结构的壁中的至少一些壁物理上彼此连接(即，它们形成连续的结构)。

词语“活性材料”的意思可以指参与所述装置的充电/放电机制的电极材料。在电池中，例如，所述活性材料可以是参加电化学反应或嵌入机理(intercalation mechanism)的电极材料。在另一方面，在超级电容器中，所述活性材料可以是参加双电层的形成的电极材料。

表述“产生电荷”的意思可以涵盖与电池和电池-电容器混合体相关联的氧化还原反应和嵌入机理，而表述“储存电荷”的意思可以涵盖与电容器和电池-电容器混合体相关联的电荷分离。

可以通过以下用三角学的方法来近似所述螺旋二十四面体结构：

cosx·siny+cosy·sinz+cosz·sinx＝0方程式1

其中x，y和z是三个空间方向。

可以从相同的导电材料来形成所述层和开放互连壁结构。可以从不同的导电材料来形成所述层和开放互连壁结构。