电荷收集器和相关联的方法
【技术领域】
[0001] 本公开涉及蓄电池、相关联的方法和装置的领域，以及特别地关注用于蓄电池的 电极的高表面面积电荷收集器，该高表面面积电荷收集器促进更大地粘附于活性电极材 料以及改进蓄电池的储存容量/密度和内电阻。该电池可以形成电子设备的一部分，特别 地，所谓的可以手持使用的手持型便携式电子设备（尽管在使用中它们可以被放置在底座 上）。此类手持型便携式电子设备包含：移动电话以及所谓的个人数字助理（PDA)。
[0002] 便携式电子设备可以提供一个或多个音频/文本/视频通信功能（例如，电信，视 频通信，和/或文本传输，短消息服务（SMS)/多媒体消息服务（MMS)/电子邮件传送功能， 交互式/非交互式浏览功能（例如，网络浏览、导航、TV/节目观看功能），音乐记录/播放 功能（例如，MP3或其它格式和/或（FM/AM)无线电广播记录/播放），数据下载/发送功 能，图像捕获功能（例如，使用（例如，内建的）数字相机），以及游戏功能。
【背景技术】
[0003] 能量储存密度和容量是任何电储存装置的重要参数。随着便携式电子设备变得越 来越耗电，更大的需求被强加在向这些设备供电的电池和电容器的储存密度和容量上。各 种高表面面积的材料已经被考虑用于下一代的蓄电池的电极。示例包含：活性炭、碳纳米 管、金属/半导体纳米线和纳米颗粒料衆（slurries)。
[0004] 高表面面积材料通过提高与电解质接触的电极的面积来增加电储存密度/容量， 从而允许更多数量的电能的产生和/或储存。然而，与此类材料相关联的一个问题是它们 的微粒形态，其降低了电极的结构完整性。在柔性和/或可伸缩的蓄电池的情况下尤其如 此，其中反复地弯曲和伸缩该电池使得活性材料与下面的电荷收集器分离，导致电极的物 理降解以及设备性能中的降低。针对这个问题的一种解决方案是将另外的粘合剂包含在活 性材料中以改进活性材料与电荷收集器的粘附力。然而，此类粘合剂倾向于增加制造工艺 的成本和复杂度，以及还能够增加电极的电阻。
[0005] 本文中公开的装置和方法可以解决或可以不解决这个问题。
[0006] 在本说明书中列出或讨论的现有公开的文档或任何背景不应当必定地被认为是 承认该文档或背景是现有技术的一部分或是公知常识。本公开的一个或多个方面/实施例 可以解决或可以不解决背景问题中的一个或多个背景问题。
【发明内容】
[0007] 根据第一方面，提供了一种装置，所述装置包括导电材料层，所述导电材料层具 有在其上形成的导电材料的开放互连壁结构，所述开放互连壁结构具有螺旋二十四面体 (gyroid)结构，该螺旋二十四面体（gyroid)结构包括一个或多个开放孔，可以将供在产生 和/或储存电荷中使用的活性材料沉积在所述一个或多个开放孔中，其中所述导电材料层 和所述开放互连壁结构一起形成电荷收集器，所述电荷收集器从所述活性材料提供针对所 产生的和/或储存的电荷的电路径。
[0008] 关于开放互连壁结构中的词语"开放"的意思可以指在外部上的孔（即，开放孔） 中的一个或多个孔允许访问所述结构的内部表面面积。关于所述开放互连壁结构中的词语 "互连"的意思可以指所述结构的壁中的至少一些壁物理上彼此连接（即，它们形成连续的 结构）。
[0009] 词语"活性材料"的意思可以指参与所述装置的充电/放电机制的电极材料。在电 池中，例如，所述活性材料可以是参加电化学反应或嵌入机理（intercalation mechanism) 的电极材料。在另一方面，在超级电容器中，所述活性材料可以是参加双电层的形成的电极 材料。
[0010] 表述"产生电荷"的意思可以涵盖与电池和电池-电容器混合体相关联的氧化还 原反应和嵌入机理，而表述"储存电荷"的意思可以涵盖与电容器和电池-电容器混合体相 关联的电荷分离。
[0011] 可以通过以下用三角学的方法来近似所述螺旋二十四面体结构：
[0012] cosx?siny+cosy?sinz+cosz?sinx= 0 方程式 1
[0013] 其中x，y和z是三个空间方向。
[0014] 可以从相同的导电材料来形成所述层和开放互连壁结构。可以从不同的导电材料 来形成所述层和开放互连壁结构。
[0015] 所述开放孔中的一些或全部开放孔可以互相连接。所述开放孔中的一些或全部 开放孔可以形成至下面的导电材料层的在所述开放互连壁结构内的通过通道（through channels)。所述开放孔中的一些或全部开放孔可以形成所述开放互连壁结构内的盲通道。 可以周期性地布置所述开放孔中的一些或全部开放孔（即，所述孔可以具有有规律的重复 的间隔）。所述开放孔中的一些或全部开放孔可以具有小于2nm的直径（即，微孔）。所 述开放孔中的一些或全部开放孔可以具有在2nm和50nm之间（包含2nm和50nm)的直径 (即，介孔）。所述开放孔中的一些或全部开放孔可以具有大于50nm的直径（即，大孔）。 [0016]所述导电材料（从该导电材料形成所述层和/或开放互连壁结构）可以包括以下 中的一个或多个：铜、铝、镍、铂、金和银。所述导电材料（从该导电材料形成所述层和/或 开放互连壁结构）可以包括一个或多个导电聚合物，诸如聚苯胺、聚吡咯、聚（3,4_乙烯二 氧噻吩）和聚奧（polyazulene)。
[0017] 所述开放互连壁结构可以包括导电材料的两个或更多子层。例如，所述开放互连 壁结构可以包括在铜、铝、镍、铂、金或银的子层上的碳子层。所述碳子层可以改进在活性材 料和下面的金属子层之间的电路径。所述碳子层可以以活性炭、碳纳米管、碳纳米线、碳纳 米角、碳纳米洋葱（nano-onions)和/或石墨稀的形式。
[0018] 所述装置可以包括：在所述一个或多个开放孔内的活性材料。所述活性材料可以 形成在所述开放互连壁结构上的覆盖层而不完全填充所述一个或多个开放孔的体积。所述 活性材料可以完全填充所述一个或多个开放孔的体积。所述活性材料可以是碳的形式，诸 如活性炭、碳纳米管、碳纳米线、碳纳米角、碳纳米洋葱和/或石墨稀。
[0019] 所述导电材料层可以是印刷线路板的构成层。
[0020] 所述装置可以包括隔离物（separator)。所述隔离物可以包括：用于形成导电 材料的开放互连壁结构的沉积或蚀刻模板。所述隔离物可以包括：微粒（particle)晶格 (lattice)，该微粒晶格具有在多个微粒之间的以及由该多个微粒限定的互连空间。微粒可 以是聚合物微粒、二氧化硅微粒、聚苯乙烯微粒或金属微粒。所述隔离物可以包括开放多孔 聚合物结构。所述隔离物可以具有多达10 y m、20 y m、30 y m、40 y m或50 y m的厚度。
[0021 ] 所述装置可以是以下中的一个或多个：电储存装置、柔性电储存装置、可伸缩电储 存装置、用于电储存装置的电极、用于电储存装置的柔性电极以及用于电储存装置的可伸 缩电极。所述电储存装置可以是以下中的一个或多个：电池（一次或二次电池）、电容器 (静电式的、电解质的或超级电容器）以及电池-电容器的混合体。
[0022] 所述装置可以是设备。所述装置可以是以下中的一个或多个：电子设备、便携式电 子设备、便携式电信设备以及针对上述设备中的任何设备的模块。
[0023]根据另一个方面，提供了一种制作装