[发明专利]用于储能装置的核/壳结构的电极

说明书

相关申请交叉参考

不适用。

关于联邦政府资助的研究或开发的声明

不适用。

技术领域

概括地，本发明涉及电极中，并且更特别地核/壳电极结构中的碳纳米结构。

背景技术

储能装置广泛地用于我们的经济的多个方面。作为非限制性实例，使用低容量电池作为诸如移动电话、笔记本计算机和便携式摄像机的小型电子装置的电源，而使用高容量电池作为用于驱动混合电动车辆等中的电机的电源。近来，用于可再生能源的电网规模的储能也需要快速存储和输送大量能量。由于在更大的电需求下结合电化学储能装置使用的装置变得更复杂，因此必须改进储能装置的特性。

储能装置的特征可在于其循环寿命和其充电-放电倍率。这些特性主要受储能装置的正电极和负电极影响。通常，储能装置的电极包括活性物质和集电器。活性物质在充电和放电期间经历化学反应，例如离子的还原或氧化，而集电器在活性物质与其各自端子之间传输电子。此外，在正电极与负电极之间，电解质介导(mediate)例如锂离子的离子的迁移。

活性物质和集电器的组成和构造影响电极的特性。储能装置的充电和放电倍率尤其取决于电极的电阻和离子扩散速率。诸如LiFePO₄、V₂O₅的许多高容量电极材料具有高电阻和低离子扩散速率。已经将电极材料的纳米粒子并入电极中以缓解这个问题。通常通过混合纳米粒子与常规导电添加剂来制备电极。纳米粒子用以缩短离子扩散路径，从而增加离子扩散速率。为确保纳米粒子与导电添加剂充分接触，添加剂的量必须高，这不可避免地降低电极的比容量。

随着电极继续进行充电和放电循环的进程，电极在离子的吸收和解吸期间膨胀和收缩。膨胀和收缩导致活性物质与其集电器之间的接触减少或损失。这些不利效应导致循环寿命显著缩短。为克服与此类机械劣化有关的问题，已经提出数种方法，包括使用纳米级粒子作为活性物质。然而，大多数现有技术复合电极具有缺陷，如可逆容量不那么令人满意、循环稳定性差、不可逆容量高和不能有效地降低诸如锂离子嵌入和提取循环的充电/放电循环期间的内应力或应变。

鉴于上述内容，具有更高充电-放电倍率和延长的循环寿命的电极结构，将在本领域中在实质上有利。本发明满足这个需要并且还提供相关优点。

发明内容

概括地，本文中公开的实施方案涉及用于储能装置中的核/壳电极结构中的碳纳米结构。

在特定实施方案中，储能装置具有至少一个如下的电极和电解质，所述电极包括多根与活性物质接触的并入碳纳米结构(CNS)的纤维。

在特定实施方案中，储能装置具有多个正电极、多个负电极和电解质。所述正电极的至少一个和/或所述负电极的至少一个包括与活性物质接触的并入CNS的纤维。

在特定实施方案中，电极具有与活性物质接触的并入CNS的纤维。

在特定实施方案中，制造核/壳电极结构的方法包括，提供并入CNS的纤维，并向所述并入CNS的纤维施加活性物质，以在所述活性物质与所述并入CNS的纤维之间产生多个接触点。

上述内容相当宽泛地概述了本发明的特征，以便可更好地理解随后的发明详述。下文将描述本发明的构成权利要求主题的其它特征和优点。

附图说明

为更全面地理解本发明和其优点，现在将结合描述本发明具体实施方案的附图参照下文的说明，其中：

图1A-1C显示电子可行进通过双连续集电器的路径的非限制性实例。

图2显示核/壳电极结构的非限制性实例。

图3显示具有堆叠架构的储能装置的非限制性实例。

图4显示具有滚压架构的储能装置的组件的非限制性实例。

图5A-5B显示具有掺杂(intermingled)纤维架构的储能装置的非限制性实例。

图6显示并入CNS的碳纤维的扫描电子显微照片。

图7显示碳纤维上并入CNS的扫描电子显微照片。

图8显示碳纤维上并入CNS的扫描电子显微照片，已经将活性物质电沉积在CNS上。

发明详述

本发明部分地涉及用于储能装置的核/壳电极结构中的碳纳米结构。