[发明专利]可拉伸电极、包括其的电化学设备及制造可拉伸电极的方法

说明书

本发明涉及可拉伸电极、包括其的电化学设备及制造可拉伸电极的方法。可拉伸电极包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的金属层或电极活性材料层，其中所述集流体包括螺线型盘簧和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括围绕点以螺线图案卷绕的盘簧，并且其中所述弹性聚合物设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年10月20日在美国专利商标局提交的美国临时申请No.62/575,079的权益，将其公开内容全部引入本文中作为参考。

技术领域

本公开内容涉及可拉伸(可伸长)电极、包括其的电化学设备以及制造所述可拉伸电极的方法。

背景技术

近来，可附在身体上的可穿戴电子设备引起了关注，并且对于形状可改变的电化学设备(例如形状可改变的电池)存在日益增加的需求。

电池例如锂电池通常是刚性类型的，因此不容易经受弯曲或拉伸。这些锂电池不适合用作可穿戴电子设备的电源。然而，替代电源尚未达到相当的能量密度或充电/放电性能。

因此，对于如下的用于电化学设备如电池中的可拉伸电极存在需求：其为形状可改变的并且具有提高的能量密度和提高的充电/放电特性。

发明内容

提供在拉伸之前和之后呈现优异的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性的可拉伸电极。

提供包括所述可拉伸电极的电化学设备。

提供制造如下的可拉伸电极的方法：其在拉伸之前和之后呈现优异的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性。

另外的方面将部分地在随后的描述中阐明，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的示例性实施方式的实践而获知。

根据一个实施方式的方面，可拉伸电极包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的金属层或电极活性材料层，其中所述集流体包括螺线型盘簧(线圈弹簧，螺旋弹簧)和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括围绕点以螺线图案卷绕的盘簧，并且其中所述弹性聚合物设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。

根据另一实施方式的方面，电化学设备包括：作为第一电极的可拉伸电极；第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解质。

根据另一实施方式的方面，制造可拉伸电极的方法包括：围绕点以螺线图案卷绕盘簧以提供螺线型盘簧；通过使所述螺线型盘簧和弹性聚合物溶液接触而制造螺线型盘簧集流体；将所述螺线型盘簧集流体干燥，其中所述弹性聚合物设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中；以及将金属层或电极活性材料层设置在所述螺线型盘簧集流体的表面上。

附图说明

从结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易领会，其中：

图1为根据实施方式的制造可拉伸电极的方法的示意图；

图2A和2B为扫描电子显微镜(SEM)图像，其分别在x100和x500的放大率下显示在锂电沉积之前的在实施例1中使用的硬币半单元电池的负极的分析结果；

图3A-3C为显示具有嵌入其中的聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)嵌段共聚物的在实施例1中使用的螺线型铜盘簧集流体分别在0％伸长率(拉伸之前)、60％伸长率、和80％伸长率下的电阻测量结果的图像；

图4为电压(伏特，V)对比容量(毫安时/平方厘米，mAh/cm²)的图，其显示关于根据实施例1制造的锂二次电池(硬币半单元电池，插图)在第160次循环时的充电/放电曲线和平台的放大图像；