[发明专利]栅格集电器及相关的装置和方法

说明书

本发明涉及一种集电器(20)，其包括：基板(22)，该基板(22)由第一材料制成，第一材料包括聚合物；以及与基板(22)接触的栅格(24)，该栅格(24)由第二材料制成，第二材料包括金属粒子。

技术领域

本发明涉及集电器。本发明还涉及包括这样的集电器的组件、电化学蓄能器或超级电容器。本发明还提供了用于制造集电器的方法。

背景技术

电化学蓄能器通常包括至少四个元件：正电极、负电极、电解质以及用于每个电极的集电器。包括负电极和集电器的组件形成阳极，而包括正电极和集电器的组件形成阴极。

这些蓄能器的工作原理是基于通过两个分开和耦合的电化学反应的有效实施将电能转化为化学能的可逆存储。正电极和负电极浸在电解质中，该电解质充当被称为法拉第反应的电化学反应的场所。特别地，电极由可以通过氧化和还原反应储存和释放离子的活性材料制成。

在放电期间，负电极处的活性材料被氧化，并且一方面释放电子，另一方面释放阳离子，电子由集电器的中间体引导到外部电路，阳离子通过电解质朝向正电极迁移。然后，已经穿过电路的电子由此用作能量，并且处于正电极处的活性材料捕获阳离子，并被还原。蓄能器可以释放的能量密度是电化学电池的电势和容量的函数，电化学电池的电势和容量都与系统的化学性质直接相关。电池的电势由在正电极和负电极处同时发生的氧化还原反应的电势之间的差决定。

由于电池的发展，对于许多应用，希望改善电池的导电性以及它们随时间的耐久性。

为此，应该改进电池的每个部分的生产。

通常，集电器由足够导电以确保电子传输的材料制成，集电器重量轻、薄且具有机械抗性，以便用作电极的基板。例如，集电器是由铁、铜、铝、镍、钛或不锈钢或其他相关合金制成的金属板。

然而，金属集电器的厚度通常受到在用于生产蓄能器电极或超级电容器的大规模涂层和砑光期间它们的柔性和机械性能的限制。另外，这样的集电器在这些使用条件下会破裂、起皱或撕裂，这使它们的生产变得困难。

发明内容

需要用于蓄能器的更容易制造的集电器。

为此，提供了一种集电器。集电器包括基板和与基板接触的栅格，基板由第一材料制成，第一材料包括聚合物，栅格由第二材料制成，第二材料包括金属粒子。

根据特定的实施方式，集电器包括单独考虑或根据任何技术上可能的组合考虑的一个或多个下述特征：

-第二材料至少包含粒子。

-第二材料至少包含聚合物和粒子。

-第二材料至少由聚合物和粒子组成。

-第二材料至少包含粘合剂和粒子。

-第二材料至少由粘合剂和粒子组成。

-第二材料包含至少分散在粘合剂中的粒子。

-第二材料由至少分散在粘合剂中的粒子组成。

-第二材料包括从下述组成的列表中选择的至少一种成分：导电金属和合金，特别是金、银、铜、铝、镍、钯、铂和钛；以及金属氧化物，例如氧化铟锡、氟化氧化锡、氧化锡和氧化锌。

-栅格由图案的重复构成；

-集电器还包括涂层，涂层与栅格接触并形成沿层叠方向与基板叠置的层叠物。

-涂层根据第二组合物制成，第二组合物包含导电材料和粘合剂材料，导电材料包括从由下述组成的列表中选择的至少一种成分：碳、炭黑、石墨、石墨烯、碳纳米管、活性碳纤维、非活性碳纳米纤维、金属片、金属粉末、金属纤维和导电聚合物。

-粘合剂材料的重量含量大于或等于30％，优选小于80％。