[发明专利]用于制作由CNT浆料网络限定的结构的系统和方法

说明书

本文提供用于制作如下这样的结构的产品和方法：其具有由碳纳米管(CNT)浆料网络所限定的主体、分散在该主体内的活性材料、以及将该活性材料粘结到主体内的CNT浆料网络的粘结剂材料，该碳纳米管(CNT)浆料网络具有超过该结构的逾渗阈值的长程连通性以允许电子在整个结构中传输。

交叉引用

本申请要求2016年11月15日提交的美国实用新型申请号15/351912的权益和优先权，其在此以其全部通过引用结合至本文。

技术领域

领域

本发明涉及用于制作碳纳米管(CNT)浆料网络的组合物和方法，并且特别涉及CNT浆料网络限定的结构。

背景技术

背景

诸如锂离子蓄电池组(LiB类)和超级电容器(SC类)的可充电储能装置(ESD类)广泛用于电子装置中。然而，ESD通常是硬质结构，其具有有限的厚度和容量的储能活性材料。此外，LiB阴极中的活性材料通常是具有很少的或没有固有电传导性的金属氧化物。为了在整个阴极活性材料中传输电子，必须采用导电添加剂。现有技术采用某些形式的炭黑(CB)作为导电添加剂，其会限制该阴极活性材料层可用的厚度。通常，较厚的活性材料层需要更多的CB以实现所需的电传导性。然而，如果CB浓度超过约5％重量，则该材料变得机械不稳定，并且在干燥时将泥裂。这限制了阴极层的厚度到小于约100微米，要求许多层以实现用于满电蓄电池(full battery)所需的容量。每个层必须具有隔离件和集流体，这会占据空间并增加重量，而并不有助于储能容量。具有较厚的活性层将减少蓄电池中的层数以及因此的隔离件数目，因而导致整个蓄电池组电池的体积和重量容量增加。

粉末形式的充分分离的、短的(长度100微米)碳纳米管已经用作LiB阴极中的导电添加剂，并且在约为炭黑三分之一的浓度下实现了活性材料中电子传输的逾渗阈值。然而，这些粉末化CNT不能赋予机械强度的改进。

发明内容

概述

在一些实施方案中，提供一种结构。该结构包括由互连的碳纳米管(CNT)浆料网络限定的主体，该CNT浆料以足以允许电子在整个结构中传输的量提供。该结构还包括粘结剂材料，其分散在该CNT浆料网络内。该结构还包括活性材料，其分布在整个主体中以用于离子存储。

在一些实施方案中，提供一种用于形成结构的方法。该方法包括使碳纳米管(CNT)浆料与粘结剂、活性材料和溶剂混合以形成分散体。该方法还包括将该分散体施加到基底上。该方法还包括固化该分散体以形成具有在其中形成的CNT浆料网络的结构，该CNT浆料以足以允许电子经由该网络在整个结构中传输的量提供。

在一些实施方案中，提供一种储能装置。该储能装置包括外壳。该储能装置还包括位于外壳中的第一集流体。该储能装置还包括第一结构，其与该第一集流体电连通。该第一结构包括第一主体，其由互连的碳纳米管(CNT)浆料的第一网络限定，该CNT浆料以足以允许电子在整个该第一结构中传输的量提供。该第一结构还包括第一粘结剂材料，其分散在第一CNT浆料网络内。该第一结构还包括第一活性材料，其分布在整个该第一主体中以用于离子存储。

该储能装置还包括位于外壳中的第二集流体。该储能装置还包括第二结构，其与该第二集流体电连通。

该第二结构包括第二主体，其由互连的碳纳米管(CNT)浆料的第二网络限定，该CNT浆料以足以允许电子在整个该第二结构中传输的量传输。该第二结构还包括第二粘结剂材料，其分散在第二CNT浆料网络内。该第二结构还包括第二活性材料，其分布在整个该第二主体中以用于离子存储。该储能装置还包括隔离件，其插在该第一结构和第二结构之间用于抑制该第一和第二结构之间的直接电接触以及用于允许离子在该第一和第二结构之间通过。