柔性且形状适形的线缆型碱金属电池
专利汇可以提供柔性且形状适形的线缆型碱金属电池专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且提供了一种线缆形 碱 金属 电池 ，所述线缆形碱金属电池包括：(a)第一 电极 ，其包括具有孔的导电多孔棒、以及第一电极活性材料和第一 电解 质的第一混合物，其中所述第一混合物存在于所述多孔棒的所述孔中；(b)卷绕所述第一电极的多孔隔膜；(c)第二电极，其包括卷绕或包封所述多孔隔膜的导电多孔层，其中所述导电多孔层含有孔以及第二电极活性材料和第二 电解质 的第二混合物，并且所述第二混合物存在于所述多孔层的所述孔中；以及(d)卷绕或包封所述第二电极的保护 外壳 或保护 包装 管。，下面是柔性且形状适形的线缆型碱金属电池专利的具体信息内容。
1.一种线缆形碱金属电池，其中，所述碱金属选自Li、Na、K、或其组合，并且所述线缆形状具有其中长度与直径或长度与厚度纵横比为至少10的长度和直径或厚度；所述电池包括：
(a)第一电极，其包括具有孔的导电多孔棒、以及第一电极活性材料和第一电解质的第一混合物，其中所述第一混合物存在于所述多孔棒的所述孔中；
(b)卷绕所述第一电极的多孔隔膜；
(c)第二电极，其包括卷绕或包封所述多孔隔膜的导电多孔层，其中所述导电多孔层含有孔以及第二电极活性材料和第二电解质的第二混合物，并且所述第二混合物存在于所述多孔层的所述孔中；以及
(d)卷绕或包封所述第二电极的保护外壳或保护护套。
2.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电极是负电极或阳极，并且所述第二电极是正电极或阴极。
3.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第二电极是负电极或阳极，并且所述第一电极是正电极或阴极。
4.一种线缆形碱金属电池，其中，所述碱金属选自Li、Na、K、或其组合；所述电池包括：
(a)第一电极，其包括导电棒以及涂覆在所述导电棒表面上的第一电极活性材料和任
选的第一电解质的第一混合物；
(b)卷绕所述第一电极的多孔隔膜；
(c)第二电极，其包括卷绕或包封所述多孔隔膜的导电多孔层，其中所述导电多孔层含有孔以及第二电极活性材料和第二电解质的第二混合物，并且所述第二混合物存在于所述多孔层的所述孔中；以及
(d)卷绕或包封所述第二电极的保护外壳或保护护套。
5.一种线缆形碱金属电池，其中，所述碱金属选自Li、Na、K、或其组合；所述电池包括：
(a)第一电极，其包括具有孔的导电多孔棒、以及第一电极活性材料和第一电解质的第一混合物，其中所述第一混合物存在于所述多孔棒的所述孔中；
(b)卷绕所述第一电极的多孔隔膜；
(c)第二电极，其包括卷绕或包封所述多孔隔膜的导电层，其中所述导电层含有第二电极活性材料和任选的第二电解质的第二混合物；以及
(d)卷绕或包封所述第二电极的保护外壳或保护护套。
6.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述线缆形电池具有第一端和第二端，并且所述第一电极含有嵌入所述第一电极中、连接到所述第一电极或与所述第一电极成一体的第一端子连接器，所述第一端子连接器包括至少一种金属线、导电碳/石墨纤维、或导电聚合物纤维。
7.如权利要求4所述的碱金属电池，其中，所述至少一种金属线、导电碳/石墨纤维、或导电聚合物纤维大致从所述第一端延伸到所述第二端。
8.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述线缆形电池具有第一端和第二端，并且所述第二电极含有嵌入所述第二电极中、连接到所述第二电极或与所述第二电极成一体的第二端子连接器，所述第二端子连接器包括至少一种金属线、导电碳/石墨纤维、或导电聚合物纤维。
9.如权利要求6所述的碱金属电池，其中，所述至少一种金属线、导电碳/石墨纤维、或导电聚合物纤维大致从所述第一端延伸到所述第二端。
10.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电极中的所述导电多孔棒或所述
第二电极中的所述导电多孔层含有选自以下各项的多孔泡沫：金属泡沫、金属网、金属纤维毡、金属纳米线毡、导电聚合物纤维毡、导电聚合物泡沫、导电聚合物涂覆的纤维泡沫、碳泡沫、石墨泡沫、碳气凝胶、碳干凝胶、石墨烯气凝胶、石墨烯泡沫、氧化石墨烯泡沫、还原氧化石墨烯泡沫、碳纤维泡沫、石墨纤维泡沫、膨化石墨泡沫、或其组合。
11.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述多孔泡沫具有为圆形、椭圆形、矩形、正方形、六边形、空心或不规则形状的横截面。
12.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述电池具有线缆形状，所述线缆形状具有长度和直径或厚度以及大于10的纵横比——长度/厚度比或长度/直径比。
13.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电极或第二电极含有Li、Na、K、或其组合的颗粒、箔或涂层作为电极活性材料。
14.如权利要求4所述的碱金属电池，其中，所述第一电极或第二电极含有Li、Na、K、或其组合的颗粒、箔或涂层作为电极活性材料。
15.如权利要求5所述的碱金属电池，其中，所述第一电极或第二电极含有Li、Na、K、或其组合的颗粒、箔或涂层作为电极活性材料。
16.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述碱金属电池是锂离子电池并且所述第
一电极活性材料或第二电极活性材料选自由以下各项组成的组：
(a)天然石墨、人造石墨、中间相碳微球(MCMB)和碳的颗粒；
(b)硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、钛(Ti)、铁(Fe)和镉(Cd)；
(c)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al或Cd与其他元素的合金或金属间化合物，其中所述合金或化合物是化学计量的或非化学计量的；
(d)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Fe、Ni、Co、Ti、Mn或Cd的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物和碲化物、及其混合物或复合物；
(e)其预锂化型式；
(f)预锂化石墨烯片；
及其组合。
17.如权利要求16所述的碱金属电池，其中，所述预锂化石墨烯片选自由以下各项组成的组：原生石墨烯、氧化石墨烯、还原氧化石墨烯、石墨烯氟化物、石墨烯氯化物、石墨烯溴化物、石墨烯碘化物、氢化石墨烯、氮化石墨烯、硼掺杂石墨烯、氮掺杂石墨烯、化学官能化石墨烯、其物理或化学活化或蚀刻型式、及其组合的预锂化型式。
18.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述碱金属电池是钠离子电池并且所述第
一电极活性材料或第二电极活性材料含有选自由以下各项组成的组的碱插层化合物：石油焦炭、炭黑、无定形碳、活性炭、硬碳、软碳、模板碳、空心碳纳米线、空心碳球、钛酸盐、NaTi2(PO4)3、Na2Ti3O7、Na2C8H4O4、Na2TP、NaxTiO2(x＝0.2至1.0)、Na2C8H4O4、基于羧酸盐的材料、C8H4Na2O4、C8H6O4、C8H5NaO4、C8Na2F4O4、C10H2Na4O8、C14H4O6、C14H4Na4O8、及其组合。
19.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述碱金属电池是钠离子电池并且所述第
一电极活性材料或第二电极活性材料含有选自由以下各项组成的组的碱插层化合物：
(a)钠或钾掺杂的硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)、钛(Ti)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、镉(Cd)、及其混合物；
(b)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Co、Ni、Mn、Cd的含钠或含钾合金或金属间化合物、及其混合物；
(c)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Fe、Ti、Co、Ni、Mn、Cd的含钠或含钾氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物、碲化物、或锑化物、及其混合物或复合物；
(d)钠盐或钾盐；
(e)预负载有钠或钾的石墨烯片；以及
(f)其组合。
20.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第二电极活性材料或第一电极活性材
料含有选自由以下各项组成的组的锂插层化合物或锂吸收化合物：锂钴氧化物、掺杂的锂钴氧化物、锂镍氧化物、掺杂的锂镍氧化物、锂锰氧化物、掺杂的锂锰氧化物、锂钒氧化物、掺杂的锂钒氧化物、锂混合金属氧化物、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、锂混合金属磷酸盐、非锂金属硫化物、硒化锂、及其组合。
21.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第二电极活性材料或第一电极活性材
料含有选自由以下各项组成的组的钠插层化合物或钾插层化合物：NaFePO4、Na(1-x)KxPO4、KFePO4、Na0.7FePO4、Na1.5VOPO4F0.5、Na3V2(PO4)3、Na3V2(PO4)2F3、Na2FePO4F、NaFeF3、NaVPO4F、KVPO4F、Na3V2(PO4)2F3、Na1.5VOPO4F0.5、Na3V2(PO4)3、NaV6O15、NaxVO2、Na0.33V2O5、NaxCoO2、Na2/3[Ni1/3Mn2/3]O2、Nax(Fe1/2Mn1/2)O2、NaxMnO2、λ-MnO2、NaxK(1-x)MnO2、Na0.44MnO2、Na0.44MnO2/C、Na4Mn9O18、NaFe2Mn(PO4)3、Na2Ti3O7、Ni1/3Mn1/3Co1/3O2、Cu0.56Ni0.44HCF、NiHCF、NaxMnO2、NaCrO2、KCrO2、Na3Ti2(PO4)3、NiCo2O4、Ni3S2/FeS2、Sb2O4、Na4Fe(CN)6/C、NaV1-xCrxPO4F、SezSy——y/z＝0.01至100、Se、磷锰钠石、及其组合，其中x为从0.1至1.0。
22.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电解质和/或所述第二电解质含有溶解在液体溶剂中的锂盐或钠盐，并且其中所述液体溶剂是水、有机溶剂、离子液体、有机溶剂和离子液体的混合物、或液体溶剂-聚合物凝胶。
23.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电解质和/或所述第二电解质含有具有大于2.5M的盐浓度的溶解在液体溶剂中的锂盐或钠盐。
24.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电解质和/或所述第二电解质含有具有大于5.0M的盐浓度的溶解在液体溶剂中的锂盐或钠盐。
25.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电解质和/或所述第二电解质含有具有大于7.0M的盐浓度的溶解在液体溶剂中的锂盐或钠盐。
26.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电极中的所述导电多孔棒或所述
第二电极中的所述导电多孔层具有按体积计至少85％的孔，所述第一电极或第二电极具有不小于100μm的直径或厚度，或具有占整个电池单元的按重量计或按体积计至少25％的活性质量负载量，或者所组合的所述第一电极活性材料和第二电极活性材料占整个电池单元的按重量计或按体积计至少40％。
27.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电极中的所述导电多孔棒或所述
第二电极中的所述导电多孔层具有按体积计至少90％的孔，所述第一电极或第二电极具有不小于200μm的直径或厚度，或具有占整个电池单元的按重量计或按体积计至少30％的活性质量负载量，或者所组合的所述第一电极活性材料和第二电极活性材料占整个电池单元的按重量计或按体积计至少50％。
28.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电极中的所述导电多孔棒或所述
第二电极中的所述导电多孔层具有按体积计至少95％的孔，所述第一电极或第二电极具有不小于300μm的直径或厚度，或具有占整个电池单元的按重量计或按体积计至少35％的活性质量负载量，或者所组合的所述第一电极活性材料和第二电极活性材料占整个电池单元的按重量计或按体积计至少60％。
29.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述第一电极活性材料或第二电极活性材
料包含选自以下各项的碱金属插层化合物或碱金属吸收化合物：无机材料、有机材料或聚合物材料、金属氧化物/磷酸盐/硫化物、或其组合。
30.如权利要求29所述的碱金属电池，其中，所述金属氧化物/磷酸盐/硫化物选自由以下各项组成的组：锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂钒氧化物、锂混合金属氧化物、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、锂混合金属磷酸盐、过渡金属硫化物、及其组合。
31.如权利要求29所述的碱金属电池，其中，所述无机材料选自过渡金属二硫属化物、过渡金属三硫属化物、或其组合。
32.如权利要求29所述的碱金属电池，其中，所述无机材料选自TiS2、TaS2、MoS2、NbSe3、MnO2、CoO2、氧化铁、钒氧化物、或其组合。
33.如权利要求29所述的碱金属电池，其中，所述金属氧化物/磷酸盐/硫化物含有选自由以下各项组成的组的钒氧化物：VO2、LixVO2、V2O5、LixV2O5、V3O8、LixV3O8、LixV3O7、V4O9、LixV4O9、V6O13、LixV6O13、其掺杂型式、其衍生物、及其组合，其中0.1
35.如权利要求29所述的碱金属电池，其中，所述无机材料选自由以下各项组成的组：
(a)硒化铋或碲化铋，(b)过渡金属二硫属化物或三硫属化物，(c)铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钴、锰、铁、镍、或过渡金属的硫化物、硒化物、或碲化物；(d)氮化硼，以及(e)其组合。
36.如权利要求29所述的碱金属电池，其中，所述有机材料或聚合物材料选自由以下各项组成的组：聚(蒽醌硫醚)(PAQS)、碳氧化锂、3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)、聚(蒽醌硫醚)、芘-4,5,9,10-四酮(PYT)、聚合物键合型PYT、醌(三氮烯)、氧化还原活性有机材料、四氰基醌-二甲烷(TCNQ)、四氰基乙烯(TCNE)、2,3,6,7,10,11-六甲氧基三亚苯(HMTP)、聚(5-氨基-1,4-二羟基蒽醌)(PADAQ)、磷腈二硫化物聚合物([(NPS2)3]n)、锂化的1,4,5,8-萘四醇甲醛聚合物、六氮杂联三萘(HATN)、六氮杂三亚苯六腈(HAT(CN)6)、5-亚苄基乙内酰脲、靛红锂盐、均苯四酸二酰亚胺锂盐、四羟基-对苯醌衍生物(THQLi4)、N,N'-二苯基-2,3,5,
6-四酮哌嗪(PHP)、N,N'-二烯丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(AP)、N,N'-二丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PRP)、硫醚聚合物、醌化合物、1,4-苯醌、5,7,12,14-并五苯四酮(PT)、5-氨基-2,3-二氢-1,4-二羟基蒽醌(ADDAQ)、5-氨基-1,4-二羟基蒽醌(ADAQ)、醌型杯芳烃、Li4C6O6、Li2C6O6、Li6C6O6、及其组合。
37.如权利要求36所述的碱金属电池，其中，所述硫醚聚合物选自由以下各项组成的
组：聚[甲烷三硝基苯甲硝胺-四(硫代亚甲基)](PMTTM)、聚(2,4-二硫代戊烯)(PDTP)、含有聚(乙烯-1,1,2,2-四硫醇)(PETT)作为主链硫醚聚合物的聚合物、具有由共轭芳香族部分组成的主链并且具有硫醚侧链作为侧链的侧链硫醚聚合物、聚(2-苯基-1,3-二硫戊环)(PPDT)、聚(1,4-二(1,3-二硫戊环-2-基)苯)(PDDTB)、聚(四氢苯并二噻吩)(PTHBDT)、聚[1,2,4,5-四(丙硫基)苯](PTKPTB)、聚[3,4(亚乙基二硫代)噻吩](PEDTT)、及其组合。
38.如权利要求29所述的碱金属电池，其中，所述有机材料含有选自由以下各项组成的组的酞菁化合物：酞菁铜、酞菁锌、酞菁锡、酞菁铁、酞菁铅、酞菁镍、酞菁氧钒、酞菁氟铬、酞菁镁、酞菁锰、酞菁二锂、酞菁氯化铝、酞菁镉、酞菁氯镓、酞菁钴、酞菁银、无金属酞菁、其化学衍生物、及其组合。
39.如权利要求2所述的碱金属电池，其中，所述阴极含有选自由以下各项组成的组的
碱金属插层化合物或碱金属吸收化合物：金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属二硫属化物、及其组合。
40.如权利要求3所述的碱金属电池，其中，所述阴极含有选自由以下各项组成的组的
碱金属插层化合物或碱金属吸收化合物：呈纳米线、纳米盘、纳米带或纳米片晶形式的铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钒、铬、钴、锰、铁和镍的氧化物、二硫属化物、三硫属化物、硫化物、硒化物或碲化物。
41.如权利要求2所述的碱金属电池，其中，所述阴极活性材料含有无机材料的纳米盘、纳米片晶、纳米涂层或纳米片，所述无机材料选自由以下各项组成的组：(a)硒化铋或碲化铋，(b)过渡金属二硫属化物或三硫属化物，(c)铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钴、锰、铁、镍、或过渡金属的硫化物、硒化物、或碲化物；(d)氮化硼，以及(e)其组合；其中所述盘、片晶或片具有小于100nm的厚度。
42.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述电池的长度大于1m。
43.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述电池被弯曲，其具有大于10cm的曲率半径。
44.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述电池是可弯曲的，以基本上适形于车辆中的空隙或内部隔室的形状，所述空隙或内部隔室包括行李箱、门、舱口、备用轮胎隔室、座椅内部区域、座椅靠背内部区域、座椅下方区域或仪表板下方区域。
45.如权利要求44所述的碱金属电池，其中，所述电池可从车辆上拆卸并且可弯曲以适形于不同空隙或内部隔室的形状。
46.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述电池的一个或多个单元被结合到服装、腰带、支撑带、携负带、行李带、武器带、乐器带、头盔、帽子、靴子、脚套、手套、手腕套、表带、珠宝物品、动物项圈或动物挽具。
47.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述电池的一个或多个单元被可拆卸地结
合到服装、腰带、支撑带、携负带、行李带、武器带、乐器带、头盔、帽子、靴子、脚套、手套、手腕套、表带、珠宝物品、动物项圈或动物挽具。
48.如权利要求1所述的碱金属电池，其中，所述电池适形于空心自行车车架的内腔。
49.一种用于生产线缆形碱金属电池的方法，其中所述碱金属选自Li、Na、K、或其组合，并且所述线缆形状具有不小于10的长度与厚度比或长度与直径比；所述方法包括：
(e)提供第一电极，其包括具有孔的导电多孔棒、以及第一电极活性材料和第一电解质的第一混合物，其中所述第一混合物存在于所述多孔棒的所述孔中；
(f)用多孔隔膜卷绕或包封所述第一电极，以形成多孔隔膜保护结构；
(g)用包括导电多孔层的第二电极卷绕或包封所述多孔隔膜保护结构，其中所述导电
多孔层含有孔以及第二电极活性材料和第二电解质的第二混合物，并且所述第二混合物存在于所述多孔层的所述孔中；以及
(h)用保护外壳或保护护套卷绕或包封所述第二电极以形成所述电池。
50.一种用于生产线缆形碱金属电池的方法，其中所述碱金属选自Li、Na、K、或其组合；
所述方法包括：
(a)提供第一电极，其包括导电棒以及涂覆在所述导电棒表面上的第一电极活性材料
和任选的第一电解质的第一混合物；
(b)用多孔隔膜卷绕或包封所述第一电极，以形成多孔隔膜保护结构；
(c)用包括导电多孔层的第二电极卷绕或包封所述多孔隔膜保护结构，其中所述导电
多孔层含有孔以及第二电极活性材料和第二电解质的第二混合物，并且所述第二混合物存在于所述多孔层的所述孔中；以及
(d)用保护外壳或保护护套卷绕或包封所述第二电极以形成所述电池。
51.一种用于生产线缆形碱金属电池的方法，其中所述碱金属选自Li、Na、K、或其组合；
所述方法包括：
(a)提供第一电极，其包括具有孔的导电多孔棒、以及第一电极活性材料和第一电解质的第一混合物，其中所述第一混合物存在于所述多孔棒的所述孔中；
(b)用多孔隔膜卷绕或包封所述第一电极，以形成多孔隔膜保护结构；
(c)用包括导电层的第二电极卷绕或包封所述多孔隔膜保护结构，其中所述导电层含
有第二电极活性材料和任选的第二电解质的第二混合物；以及
(d)用保护外壳或保护护套卷绕或包封所述第二电极以形成所述电池。
52.如权利要求49所述的方法，其中，步骤(a)进一步包括将至少一种金属线、导电碳/石墨纤维、或导电聚合物纤维引入所述导电多孔棒中。
53.如权利要求49所述的方法，其中，所述第一电极中的所述导电多孔棒或所述第二电极中的所述导电多孔层含有选自以下各项的多孔泡沫：金属泡沫、金属网、金属纤维毡、金属纳米线毡、导电聚合物纤维毡、导电聚合物泡沫、导电聚合物涂覆的纤维泡沫、碳泡沫、石墨泡沫、碳气凝胶、碳干凝胶、石墨烯气凝胶、石墨烯泡沫、氧化石墨烯泡沫、还原氧化石墨烯泡沫、碳纤维泡沫、石墨纤维泡沫、膨化石墨泡沫、或其组合。
54.如权利要求49所述的方法，其中，所述多孔泡沫具有为圆形、椭圆形、矩形、正方形、六边形、空心或不规则形状的横截面。
55.如权利要求49所述的方法，其中，所述步骤(a)或步骤(c)包括将Li、Na、K、或其组合的颗粒、箔或涂层作为电极活性材料引入所述第一电极或所述第二电极中的程序。
56.如权利要求50所述的方法，其中，所述步骤(A)或步骤(C)包括将Li、Na、K、或其组合的颗粒、箔或涂层作为电极活性材料引入所述第一电极或所述第二电极中的程序。
57.如权利要求51所述的方法，其中，所述步骤(a)或步骤(c)包括将Li、Na、K、或其组合的颗粒、箔或涂层作为电极活性材料引入所述第一电极或所述第二电极中的程序。
58.如权利要求49所述的方法，其中，所述步骤(a)包括(i)将所述导电多孔棒连续进料至第一电极活性材料浸渍区的操作，其中所述导电多孔棒含有互连的电子传导通路并且具有至少一个多孔表面；以及(ii)从所述至少一个多孔表面将所述第一混合物浸渍到所述导电多孔棒中以形成所述第一电极的操作。
59.如权利要求58所述的方法，其中，所述步骤(a)包括通过喷涂、印刷、涂覆、浇铸、传送带膜递送和/或辊表面递送来连续或间歇地按需将所述第一混合物递送到所述至少一个多孔表面。
60.如权利要求49所述的方法，其中，所述步骤(c)包括(i)将所述导电多孔层连续进料至所述第二电极活性材料的浸渍区的操作，其中所述导电多孔层含有互连的电子传导通路并且具有至少一个多孔表面；以及(ii)从所述至少一个多孔表面将所述第二混合物浸渍到所述导电多孔层中以形成所述第二电极的操作。
61.如权利要求60所述的方法，其中，所述步骤(c)包括通过喷涂、印刷、涂覆、浇铸、传送带膜递送和/或辊表面递送来连续或间歇地按需将所述第二混合物递送到所述至少一个多孔表面。
62.如权利要求49所述的方法，其中，所述步骤(b)包括用多孔隔膜带以盘绕或螺旋方
式卷绕所述第一电极，以形成所述多孔隔膜保护结构。
63.如权利要求49所述的方法，其中，所述步骤(b)包括喷涂电绝缘材料以包封所述第
一电极，形成覆盖所述第一电极的多孔壳结构，以形成所述多孔隔膜保护结构。
64.如权利要求49所述的方法，其中，所述步骤(c)包括用所述第二电极以直线或螺旋
方式卷绕或包封所述多孔隔膜保护结构。
65.如权利要求49所述的方法，其中，所述碱金属电池是锂离子电池并且所述第一电极活性材料或第二电极活性材料选自由以下各项组成的组：
(g)天然石墨、人造石墨、中间相碳微球(MCMB)和碳的颗粒；
(h)硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、钛(Ti)、铁(Fe)和镉(Cd)；
(i)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al或Cd与其他元素的合金或金属间化合物，其中所述合金或化合物是化学计量的或非化学计量的；
(j)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Fe、Ni、Co、Ti、Mn或Cd的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物和碲化物、及其混合物或复合物；
(k)其预锂化型式；
(l)预锂化石墨烯片；
及其组合。
66.如权利要求49所述的方法，其中，所述碱金属电池是钠离子电池并且所述第一电极活性材料或第二电极活性材料含有选自由以下各项组成的组的碱插层化合物：石油焦炭、炭黑、无定形碳、活性炭、硬碳、软碳、模板碳、空心碳纳米线、空心碳球、钛酸盐、NaTi2(PO4)3、Na2Ti3O7、Na2C8H4O4、Na2TP、NaxTiO2(x＝0.2至1.0)、Na2C8H4O4、基于羧酸盐的材料、C8H4Na2O4、C8H6O4、C8H5NaO4、C8Na2F4O4、C10H2Na4O8、C14H4O6、C14H4Na4O8、及其组合。
67.如权利要求49所述的方法，其中，所述碱金属电池是钠离子电池并且所述第一电极活性材料或第二电极活性材料含有选自由以下各项组成的组的碱插层化合物：
(g)钠或钾掺杂的硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)、钛(Ti)、钴(Co)、镍(Ni)、锰(Mn)、镉(Cd)、及其混合物；
(h)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Ti、Co、Ni、Mn、Cd的含钠或含钾合金或金属间化合物、及其混合物；
(i)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Fe、Ti、Co、Ni、Mn、Cd的含钠或含钾氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物、碲化物、或锑化物、及其混合物或复合物；
(j)钠盐或钾盐；
(k)预负载有钠或钾的石墨烯片；以及
(l)其组合。
68.如权利要求49所述的方法，其中，所述第二电极活性材料或第一电极活性材料含有选自由以下各项组成的组的锂插层化合物或锂吸收化合物：锂钴氧化物、掺杂的锂钴氧化物、锂镍氧化物、掺杂的锂镍氧化物、锂锰氧化物、掺杂的锂锰氧化物、锂钒氧化物、掺杂的锂钒氧化物、锂混合金属氧化物、磷酸铁锂、磷酸钒锂、磷酸锰锂、锂混合金属磷酸盐、金属硫化物、硒化锂、及其组合。
69.如权利要求49所述的方法，其中，所述第二电极活性材料或第一电极活性材料含有选自由以下各项组成的组的钠插层化合物或钾插层化合物：NaFePO4、Na(1-x)KxPO4、KFePO4、Na0.7FePO4、Na1.5VOPO4F0.5、Na3V2(PO4)3、Na3V2(PO4)2F3、Na2FePO4F、NaFeF3、NaVPO4F、KVPO4F、Na3V2(PO4)2F3、Na1.5VOPO4F0.5、Na3V2(PO4)3、NaV6O15、NaxVO2、Na0.33V2O5、NaxCoO2、Na2/3[Ni1/
3Mn2/3]O2、Nax(Fe1/2Mn1/2)O2、NaxMnO2、λ-MnO2、NaxK(1-x)MnO2、Na0.44MnO2、Na0.44MnO2/C、Na4Mn9O18、NaFe2Mn(PO4)3、Na2Ti3O7、Ni1/3Mn1/3Co1/3O2、Cu0.56Ni0.44HCF、NiHCF、NaxMnO2、NaCrO2、KCrO2、Na3Ti2(PO4)3、NiCo2O4、Ni3S2/FeS2、Sb2O4、Na4Fe(CN)6/C、NaV1-xCrxPO4F、SezSy——y/z＝0.01至100、Se、磷锰钠石、及其组合，其中x为从0.1至1.0。
70.如权利要求49所述的方法，其中，所述第一电解质和/或所述第二电解质含有溶解
在液体溶剂中的锂盐或钠盐，并且其中所述液体溶剂是水、有机溶剂、离子液体、有机溶剂和离子液体的混合物、或液体溶剂-聚合物凝胶。
71.如权利要求49所述的方法，其中，所述第一电解质和/或所述第二电解质含有具有
从2.5M至14M的盐浓度的溶解在液体溶剂中的锂盐或钠盐。
72.如权利要求49所述的方法，其中，所述第一电极中的所述导电多孔棒或所述第二电极中的所述导电多孔层具有按体积计从70％至99％的孔。
73.如权利要求49所述的方法，其中，所述第一电极活性材料或第二电极活性材料包含选自以下各项的碱金属插层化合物或碱金属吸收化合物：无机材料、有机材料或聚合物材料、金属氧化物/磷酸盐/硫化物、或其组合。
74.如权利要求73所述的方法，其中，所述金属氧化物/磷酸盐/硫化物选自由以下各项组成的组：锂钴氧化物、锂镍氧化物、锂锰氧化物、锂钒氧化物、锂混合金属氧化物、磷酸铁锂、磷酸锰锂、磷酸钒锂、锂混合金属磷酸盐、过渡金属硫化物、及其组合。
75.如权利要求73所述的方法，其中，所述无机材料选自由以下各项组成的组：TiS2、TaS2、MoS2、NbSe3、MnO2、CoO2、氧化铁、钒氧化物、及其组合。
76.如权利要求25所述的方法，其中，所述金属氧化物/磷酸盐/硫化物含有选自由以下各项组成的组的钒氧化物：VO2、LixVO2、V2O5、LixV2O5、V3O8、LixV3O8、LixV3O7、V4O9、LixV4O9、V6O13、LixV6O13、其掺杂型式、其衍生物、及其组合，其中0.1
78.如权利要求73所述的方法，其中，所述无机材料选自由以下各项组成的组：(a)硒化铋或碲化铋，(b)过渡金属二硫属化物或三硫属化物，(c)铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钴、锰、铁、镍、或过渡金属的硫化物、硒化物、或碲化物；(d)氮化硼，以及(e)其组合。
79.如权利要求73所述的方法，其中，所述有机材料或聚合物材料选自由以下各项组成的组：聚(蒽醌硫醚)(PAQS)、碳氧化锂、3,4,9,10-苝四甲酸二酐(PTCDA)、聚(蒽醌硫醚)、芘-4,5,9,10-四酮(PYT)、聚合物键合型PYT、醌(三氮烯)、氧化还原活性有机材料、四氰基醌-二甲烷(TCNQ)、四氰基乙烯(TCNE)、2,3,6,7,10,11-六甲氧基三亚苯(HMTP)、聚(5-氨基-1,4-二羟基蒽醌)(PADAQ)、磷腈二硫化物聚合物([(NPS2)3]n)、锂化的1,4,5,8-萘四醇甲醛聚合物、六氮杂联三萘(HATN)、六氮杂三亚苯六腈(HAT(CN)6)、5-亚苄基乙内酰脲、靛红锂盐、均苯四酸二酰亚胺锂盐、四羟基-对苯醌衍生物(THQLi4)、N,N'-二苯基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PHP)、N,N'-二烯丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(AP)、N,N'-二丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PRP)、硫醚聚合物、醌化合物、1,4-苯醌、5,7,12,14-并五苯四酮(PT)、5-氨基-2,3-二氢-
1,4-二羟基蒽醌(ADDAQ)、5-氨基-1,4-二羟基蒽醌(ADAQ)、醌型杯芳烃、Li4C6O6、Li2C6O6、Li6C6O6、及其组合。
80.如权利要求73所述的方法，其中，所述有机材料含有选自由以下各项组成的组的酞菁化合物：酞菁铜、酞菁锌、酞菁锡、酞菁铁、酞菁铅、酞菁镍、酞菁氧钒、酞菁氟铬、酞菁镁、酞菁锰、酞菁二锂、酞菁氯化铝、酞菁镉、酞菁氯镓、酞菁钴、酞菁银、无金属酞菁、其化学衍生物、及其组合。
81.如权利要求50所述的方法，其中，所述阴极含有选自由以下各项组成的组的碱金属插层化合物或碱金属吸收化合物：金属碳化物、金属氮化物、金属硼化物、金属二硫属化物、及其组合。
82.如权利要求51所述的方法，其中，所述阴极含有选自由以下各项组成的组的碱金属插层化合物或碱金属吸收化合物：呈纳米线、纳米盘、纳米带或纳米片晶形式的铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钒、铬、钴、锰、铁和镍的氧化物、二硫属化物、三硫属化物、硫化物、硒化物以及碲化物。
83.如权利要求50所述的方法，其中，所述阴极活性材料含有无机材料的纳米盘、纳米片晶、纳米涂层或纳米片，所述无机材料选自由以下各项组成的组：(a)硒化铋或碲化铋，(b)过渡金属二硫属化物或三硫属化物，(c)铌、锆、钼、铪、钽、钨、钛、钴、锰、铁、镍、或过渡金属的硫化物、硒化物、或碲化物；(d)氮化硼，以及(e)其组合；其中所述盘、片晶或片具有小于100nm的厚度。
柔性且形状适形的线缆型碱金属电池
技术领域
背景技术
柔性且可适形的电源还将节省电动车辆中的重量和空间。
1kW/kg)，以及需要使用预锂化阴极(例如锂钴氧化物)，由此限制了可用阴极材料的选择。
而且，这些常用的阴极具有相对低的比容量(典型地<200mAh/g)。这些因素已造成了现今Li离子电池的两个主要缺点-低重量能量密度和体积能量密度(典型地150-220Wh/kg和450-
600Wh/L)和低功率密度(典型地<0.5kW/kg和<1.0kW/L)，全部基于总电池单元重量或体积。
极的插入和提取依赖于具有非常低的扩散系数(典型地10 至10 cm /s)的呈固体颗粒的
Li的极其慢的固态扩散，导致了非常低的功率密度(现今的锂离子电池的另一个长期存在的问题)。(3)目前的阴极材料是电绝缘和热绝缘的，不能有效地和高效地传输电子和热量。
低电导率意味着高内阻和需要添加大量的导电添加剂，有效地降低了已经具有低容量的阴极中的电化学活性材料的比例。低热导率还意味着经受热失控的更高倾向，这是锂电池行业的主要安全性问题。
发明内容
7.0M、并且最优选>10M)的盐浓度。
5-亚苄基乙内酰脲、靛红锂盐、均苯四酸二酰亚胺锂盐、四羟基-对苯醌衍生物(THQLi4)、N,N'-二苯基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PHP)、N,N'-二烯丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(AP)、N,N'-二丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PRP)、硫醚聚合物、醌化合物、1,4-苯醌、5,7,12,14-并五苯四酮(PT)、5-氨基-2,3-二氢-1,4-二羟基蒽醌(ADDAQ)、5-氨基-1,4-二羟基蒽醌(ADAQ)、醌型杯芳烃(calixquinone)、Li4C6O6、Li2C6O6、Li6C6O6、或其组合。
LiCoO2纳米颗粒作为阴极活性材料。实验数据是从通过本发明的方法制备的线缆形Li离子电池单元和通过常规的电极浆料涂覆制备的线缆形Li离子电池单元获得的。
元水平的重量能量密度(Wh/kg)和体积能量密度(Wh/L)。
NaFePO4纳米颗粒作为阴极活性材料。数据是针对通过本发明的方法制备的线缆状钠离子电池单元和通过常规的电极浆料涂覆制备的线缆状钠离子电池单元二者。
具体实施方式
用)；和(d)电池单元中的所有非活性材料层(例如集流体和隔膜)必须保持最小，以便获得最小的无贡献(overhead)重量和最大的锂储存容量，以及因此最大化的能量密度(电池单元的Wk/kg或Wh/L)。
电池单元结构。(d)然后将矩形或圆柱形层压结构包封在铝塑料层压封套或钢制外壳中。
(e)然后将液体电解质注入到所述层压结构中以制造锂电池单元。
302c、和302d)迫使湿活性材料/电解质混合物(306a、306b)从两侧浸渍到多孔层中以形成浸渍的活性电极308(阳极或阴极)。导电多孔泡沫层含有互连的电子传导通路网络和按体积计至少70％(优选>80％、更优选>90％、并且进一步更优选>95％)的孔。
314a、314b覆盖的活性材料电极320(阳极或阴极电极层)。随后可以除去这些保护膜。
500μm、600μm、或甚至>1,000μm的厚度；对所述电极厚度没有理论限制。
0.34nm，而多层石墨烯可以具有最高达100nm、但是更典型地小于10nm(通常被称为少层石墨烯)的厚度。可以使用造纸工艺将多个石墨烯片或片晶制成NGP纸片。该NGP纸片是本发明方法中使用的多孔石墨烯结构层的实例。
例如，阶段1钾插层的GIC意味着对于每个石墨烯平面有一个K层；或者可以在G/K/G/K/G/KG…序列中找到插入在两个相邻石墨烯平面之间的一个K原子层，其中G是石墨烯平面并且K是钾原子平面。阶段2GIC将具有GG/K/GG/K/GG/K/GG…的序列并且阶段3GIC将具有GGG/K/GGG/K/GGG…的序列等。然后可以使这些GIC与水或水-醇混合物接触以产生膨化石墨和/或分开的/分离的石墨烯片。
锂离子)。在一个优选的实施例中，阳极活性材料选自由以下各项组成的组：(a)天然石墨、人造石墨、中间相碳微球(MCMB)和碳(包括软碳、硬碳、碳纳米纤维和碳纳米管)的颗粒；(b)硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)、铅(Pb)、锑(Sb)、铋(Bi)、锌(Zn)、铝(Al)、镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、钛(Ti)、铁(Fe)和镉(Cd)；(Si、Ge、Al和Sn由于其高比容量是最希望的。)(c)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al或Cd与其他元素的合金或金属间化合物，其中所述合金或化合物是化学计量的或非化学计量的(例如SiAl、SiSn)；(d)Si、Ge、Sn、Pb、Sb、Bi、Zn、Al、Fe、Ni、Co、Ti、Mn或Cd的氧化物、碳化物、氮化物、硫化物、磷化物、硒化物和碲化物、及其混合物或复合物(例如SnO、TiO2、Co3O4等)；(e)其预锂化型式(例如预锂化TiO2，其是钛酸锂)；(f)预锂化石墨烯片；及其组合。
10,11-六甲氧基三亚苯(HMTP)、聚(5-氨基-1,4-二羟基蒽醌)(PADAQ)、磷腈二硫化物聚合物([(NPS2)3]n)、锂化的1,4,5,8-萘四醇甲醛聚合物、六氮杂联三萘(HATN)、六氮杂三亚苯六腈(HAT(CN)6)、5-亚苄基乙内酰脲、靛红锂盐、均苯四酸二酰亚胺锂盐、四羟基-对-苯醌衍生物(THQLi4)、N,N'-二苯基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PHP)、N,N'-二烯丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(AP)、N,N'-二丙基-2,3,5,6-四酮哌嗪(PRP)、硫醚聚合物、醌化合物、1,4-苯醌、5,7,12,
14-并五苯四酮(PT)、5-氨基-2,3-二氢-1,4-二羟基蒽醌(ADDAQ)、5-氨基-1,4-二羟基蒽醌(ADAQ)、醌型杯芳烃、Li4C6O6、Li2C6O6、Li6C6O6、或其组合。
小的至少一种种类的非水性溶剂(下文中称为第二溶剂)的混合溶剂组成。该非水性溶剂是有利的，因为其：(a)对于含有在石墨结构中良好发展的含碳材料的负电极是稳定的；(b)有效抑制电解质的还原或氧化分解；和(c)高导电率。仅由碳酸亚乙酯(EC)构成的非水性电解质是有利的，因为其对通过石墨化含碳材料还原造成的分解是相对稳定的。然而，EC的熔点相对高，39℃至40℃，并且其粘度相对高，使得其电导率低，因此使单独的EC不适合用作在室温或更低温度下操作的二次电池电解质。待在混合物中与EC一起使用的第二溶剂起到使溶剂混合物的粘度低于单独的EC的粘度的作用，从而促进混合溶剂的离子电导率。此外，当使用供体数为18或更小的第二溶剂(碳酸亚乙酯的供体数为16.4)时，上述碳酸亚乙酯可以用锂离子容易地并且选择性地溶剂化，使得假定第二溶剂与在石墨化中良好发展的含碳材料的还原反应被抑制。另外，当第二溶剂的供体数被控制为不超过18时，可以容易地将锂电极的氧化分解电势提高到4V或以上，使得能够制造高电压的锂二次电池。
所述电池可从车辆上拆卸并且可弯曲以适形于不同空隙或内部隔室的形状。
导电性互连的石墨烯网络]”,Nature Materials[自然材料],10,424–428(2011)。选择镍泡沫(具有互连的3D镍支架的多孔结构)作为石墨烯泡沫生长的模板。简言之，通过在环境压力下在1,000℃下分解CH4将碳引入镍泡沫中，并且然后将石墨烯膜沉积在镍泡沫的表面
上。由于镍与石墨烯之间的热膨胀系数的差异，在石墨烯膜上形成波纹和皱纹。在该实例中制造的以下四种类型的泡沫被用作本发明的锂电池中的集流体：Ni泡沫、CVD石墨烯涂覆的Ni形式、CVD石墨烯泡沫(Ni被蚀刻掉)以及导电聚合物结合的CVD石墨烯泡沫。
物)卷绕，所述多孔隔膜层进而被基于LFP的阴极层卷绕。然后将圆柱形结构包封在薄聚合物护套中以获得线缆形锂离子电池。
800℃。这以2℃/min的速率进行。将温度保持至少15分钟以实现浸泡并且然后关闭炉电源并以大约1.5℃/min的速率冷却至室温，以大约2psi/min的速率释放压力。最终的泡沫温度是630℃和800℃。在冷却循环期间，将压力逐渐释放到大气条件。然后将泡沫在氮气层下热处理至1050℃(碳化)并且然后在石墨坩埚中在单独的操作中在氩气中热处理至2500℃和
2800℃(石墨化)。可得厚度范围为75-500μm的石墨泡沫层。
1000mL长颈烧瓶中。然后，在烧瓶中添加20g的K2S2O8、20g的P2O5和400mL的浓H2SO4水溶液(96％)。将混合物在回流下加热6小时并且然后在室温下无扰动静置20小时。将氧化石墨过滤并用大量蒸馏水冲洗直至中性pH。在该第一次氧化结束时回收湿饼状材料。
15mL 30wt.％H2O2的水溶液来停止反应。在该阶段样品的颜色变成亮黄色。为了除去金属离子，将混合物过滤并用1:10的HCl水溶液冲洗。将收集的材料以2700g温和离心并用去离子水冲洗。最终产品是含有1.4wt.％GO(如从干提取物估计的)的湿饼。随后，通过轻度超声处理在去离子水中稀释的湿饼材料获得GO片晶的液体分散体。
(50wt.％)和脱氧胆酸钠(50wt.％)盐的混合物。表面活性剂重量分数为0.5wt.％。对于所有样品该分数保持恒定。使用配备有13mm步进破碎器角(disruptor horn)和3mm锥形微尖端、以20kHz频率操作的Branson Sonifier S-250A进行超声处理。例如，将10mL含有
0.1wt.％GO的水溶液超声处理10min并且随后以2700g离心30min以除去任何未溶解的大颗粒、聚集体和杂质。化学还原获得原样的GO以产生RGO是通过遵循以下方法进行的，所述方法涉及将10mL的0.1wt.％GO水溶液置于50mL的长颈烧瓶中。然后，将10μL的35wt.％N2H4(肼)水溶液和70mL的28wt.％NH4OH(氨)水溶液添加到混合物中，通过表面活性剂使其稳
定。将所述溶液加热至90℃并回流1h。反应后测得的pH值为大约9。在还原反应过程中样品的颜色变成深黑色。
结合到电池中。
将石墨颗粒-液体电解质(即阳极活性混合物)浸渍到Cu泡沫层的孔中以形成阳极电极。此外，将石墨烯包围的Si纳米颗粒和液体电解质的混合物浸渍到Cu泡沫的孔中以获得阳极电极。组装阳极电极、多孔隔膜层和阴极电极，压实并包封在塑料-Al封套中以形成电池单元。
然后将电池单元气密地密封。
10wt.％PVDF粘合剂(Kynar)构成。在浇铸之后，将电极首先在70℃下干燥2h，然后在80℃下动态真空干燥至少6h。从钠块(奥德里奇公司，99％)切割钠金属箔，将所述钠块使用己烷清洗掉任何油，然后轧制并冲压出。为了制备本发明的浆料，将NMP用液体电解质(具有1M NaClO4的碳酸丙烯酯)代替。将此种浆料直接浸渍到阴极集流体的孔中。
Na1.0Li0.2Ni0.25Mn0.75Oδ粉末二者分开地连同液体电解质一起结合到电池中。
CuPc涂覆的石墨烯片用作锂金属电池中的阴极活性材料。该电池具有锂金属棒作为阳极活性材料和碳酸亚丙酯(PC)溶液中的1-3.7M的LiClO4作为电解质。
学透明溶液。然后，将32.4mL的0.1mol/L KMnO4溶液和选定量的GO溶液添加到溶液中，将其超声处理30min以制备深棕色沉淀物。将产物分离，用蒸馏水和乙醇洗涤若干次，并且在80℃下干燥12h。样品为呈粉末形式的石墨烯负载的MnO2，将其在液体电解质中混合以形成阴极活性材料混合物浆料。
(OH)2/石墨烯复合前体。将该前体在空气中在450℃下煅烧2h以形成层状Co3O4/石墨烯复合材料，所述复合材料的特征在于具有彼此重叠的Co3O4涂覆的石墨烯片。这些Co3O4涂覆的石墨烯片是另一种高容量阳极活性材料。
50mL的蒸馏水中。在剧烈搅拌下以1mL/min的速率将NaOH溶液逐滴地添加到氯化锡溶液中。
通过超声处理5min使该溶液均匀化。随后，使所得水溶胶与GO分散体反应3小时。向该混合溶液中添加几滴0.1M的H2SO4来使产物絮凝。将沉淀的固体通过离心收集、用水和乙醇洗涤并在真空中干燥。在Ar气氛下将干燥的产物在400℃下热处理2h。
学透明溶液。然后，将32.4mL的0.1mol/L KMnO4溶液和选定量的GO溶液添加到溶液中，将其超声处理30min以制备深棕色沉淀物。将产物分离，用蒸馏水和乙醇洗涤若干次，并且在80℃下干燥12h。样品为呈粉末形式的石墨烯负载的MnO2，将其分散在液体电解质中以形成浆料并浸渍到发泡集流体的孔中。
(RGO)片用作阴极活性材料。所使用的电解质是溶解在碳酸丙烯酯和DOL(1/1比率)的混合物中的1M KClO4盐。在对应于不同C倍率的若干电流密度(从50mA/g到50A/g)下获得充电-放电曲线，测量和计算所得能量密度和功率密度数据。
2400薄膜)和阴极层层压在一起并且安置在塑料-Al封套中。然后向电池单元中注入溶解在碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)(EC-DEC，1:1v/v)的混合物中的1M LiPF6电解质溶液。
在一些电池单元中，使用离子液体作为液体电解质。电池单元组件是在充氩气的手套箱中制成的。
6,417W/L的功率密度也是前所未有的。通过本发明的方法制备的电池单元的功率密度总是显著高于通过常规方法制备的相应电池单元的功率密度。
度。再次，所述差异是巨大的并且可能是由于与本发明的电池单元相关的显著更高的活性材料质量负载量(不仅仅是质量负载量)，相对于活性材料重量/体积的无贡献(非活性)组分的比例减少，不需要具有粘合剂树脂，电极活性材料的出人意料地更好的利用率(大部分的，如果不是全部，活性材料有助于锂离子储存容量；在电极中没有干燥袋或无效点，特别是在高的充电/放电倍率条件下)，以及本发明的方法将活性材料颗粒更有效地填充在发泡集流体的孔中的出人意料的能力。
5％至10％，这意味着实际的电池单元(装置)能量密度或功率密度可以通过将相应的基于活性材料重量的值除以10至20的因子来获得。考虑到该因子后，这些论文中报道的特性实际上看起来并不比商业电池的特性更好。因此，在阅读和解释科学论文和专利申请中报道的电池的性能数据时必须非常小心。
常规的电池电极设计是基于在平坦的金属集流体上涂覆电极层，这具有若干主要问题：(a)固体Cu箔或Al箔上的厚涂层需要长的干燥时间(需要30-100米长的加热区)。(b)在干燥和后续处理时，厚电极倾向于分层或开裂，并且即使树脂粘合剂比例高达15％-20％以有希望改善电极完整性，这个问题仍然是主要限制因素。因此，在固体平坦集流体上辊涂浆料的此种工业实践不允许高活性材料质量负载量。(c)通过涂覆、干燥和压缩制备的厚电极使得电解质(在电池单元制成后注入到电池单元中)难以渗透通过电极，并且因此厚电极将意味着许多干燥袋或点不被电解质润湿。这将意味着活性材料的较差利用率。本发明解决了这些与锂电池相关的长期存在的、至关重要的问题。
重量能量密度(Wh/kg)和体积能量密度(Wh/L)。
40mg/cm2、经常>50mg/cm2、并且甚至>60mg/cm2)。通过浆料涂覆方法制成的常规锂电池不可能获得这些高活性材料质量负载量。这些高活性材料质量负载量产生另外在给定相同的电池系统的情况下以前未曾达到的异常高的重量和体积能量密度(例如本发明的锂金属电池的503Wh/kg和956Wh/L)。
高至793Wh/L)。
池。
率密度。再次，所述差异是巨大的并且可能是由于与本发明的电池单元相关的显著更高的活性材料质量负载量，相对于活性材料重量/体积的无贡献(非活性)组分的比例减少，不需要具有粘合剂树脂，电极活性材料的出人意料地更好的利用率(大部分的，如果不是全部，活性材料有助于钠离子储存容量；在电极中没有干燥袋或无效点，特别是在高的充电/放电倍率条件下)，以及本发明的方法将活性材料颗粒更有效地填充在发泡集流体的孔中的出人意料的能力。
kg)。此外，对于基于有机阴极活性材料的钠电池(甚至对于相应的锂电池)，1,289W/kg的重量功率密度和3,738W/L的体积功率密度是不可想象的。
的值除以10至20的因子来获得。考虑到该因子后，这些论文中报道的特性实际上看起来并不比商业电池的特性更好。因此，在阅读和解释科学论文和专利申请中报道的电池的性能数据时必须非常小心。
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