电荷收集器和相关联的方法_3

文档序号:8417708阅读:来源:国知局
专用集成电路(ASIC)。
[0054] 本公开包含一个或多个对应的方面,孤立的或各种组合的示例实施例或特征,不 管它们是否在该组合中或孤立地明确被阐明(包含主张)。用于执行所论述的功能中的一 个或多个功能的对应的构件和对应的功能单元(例如,支撑体)也在本公开内。
[0055] 以上概述旨在仅是示例性和非限制性的。
【附图说明】
[0056] 现在参照附图,仅通过示例给出描述,其中:
[0057] 图la示意性地说明了传统电池的放电过程;
[0058] 图lb示意性地说明了传统电池的充电过程;
[0059] 图2a示意性地说明了锂离子电池的放电过程;
[0060] 图2b示意性地说明了锂离子电池的充电过程;
[0061] 图3a示意性地说明了超级电容器的充电过程;
[0062] 图3b示意性地说明了超级电容器的放电过程;
[0063] 图4a示意性地说明了锂离子电容器的充电过程;
[0064] 图4b示意性地说明了锂离子电容器的放电过程;
[0065] 图5示意性地说明了柔性和/或可伸缩的蓄电池的活性材料的物理降解;
[0066] 图6示意性地说明了包括具有开放互连壁结构的电荷收集器的电极;
[0067] 图7说明了形成图6的电极的一个方法,该方法包括通过在晶格的微粒之间的空 间在导电材料层上沉积导电材料;
[0068] 图8说明了形成图6的电极的另一个方法,该方法包括通过在晶格的微粒之间的 空间来蚀刻导电材料层;
[0069]图9说明了形成图6的电极的另一个方法,该方法包括通过嵌段共聚物的孔在导 电材料层上沉积导电材料;
[0070] 图10说明了形成图6的电极的另一个方法,该方法包括通过嵌段共聚物的孔来蚀 刻导电材料层;
[0071] 图11示意性地说明了包括如图6中示出的电极的蓄电池;
[0072] 图12示意性地说明了在电路板结构内集成的如图11中示出的蓄电池;
[0073] 图13示意性地说明了包括图11的蓄电池的设备;
[0074] 图14不意性地说明了图7和图9的方法的关键步骤;
[0075] 图15示意性地说明了图8和图10的方法的关键步骤;
[0076] 图16示意性地说明了提供用于控制图7-10的方法的程序的计算机可读介质;
[0077] 图17a示意性地说明了垂直定向的层状形貌的嵌段共聚物;
[0078] 图17b示意性地说明了螺旋二十四面体的嵌段共聚物;
[0079] 图17c示意性地说明了垂直定向的柱状形貌的嵌段共聚物;
[0080] 图18a是示出未经处理的铜箔的表面拓扑的原子力显微图像;
[0081] 图18b是示出在铜箔之上形成的螺旋二十四面体聚合物模板的表面拓扑的原子 力显微图像;以及
[0082] 图19是示出在铜箔之上形成的铜螺旋二十四面体的结构细节的扫描电子显微图 像。
【具体实施方式】
[0083] 在电路中,电池和电容器用于向其他组件提供电源。然而,这些电源以不同的方式 进行操作。
[0084] 电池使用电化学反应以产生电力。在图la中示出了传统电池的放电过程。电池 包括:由电解质101分离的两个电端子(电极102、103)。电池还可以含有隔离物110以防 止电极之间的直接物理连接,当使用液体电解质时这是特别重要的。在负电极(阳极102) 处,氧化反应发生,其产生电子。这些电子从阳极102围绕外部电路105流动到正电极(阴 极103)(由箭头104指示),使得在阴极103处发生还原反应。电子的流动能够用于向外部 电路105中的一个或多个电子组件106供电。氧化反应和还原反应可以继续直到反应物完 全被转换。重要地是,除非电子能够经由外部电路105从阳极102流到阴极103,否则电化 学反应不能发生。这允许电池在长时间段内储存电力。因为电子从阳极102围绕外部电路 流动到阴极103,所以负电荷云在阴极103附近的电解质101中产生,以及正电荷云在阳极 102附近的电解质101中产生。在电解质101中的正离子107和负离子108移动以中和这 些电荷云,允许反应以及电子的流动继续进行。没有来自电解质101的离子107、108,在每 个电极102、103附近的电荷云将抑制电力的产生。
[0085] 一次电池是电化学反应不可逆的任何种类的电池。这些电池用作一次性电池。在 另一个方面,在二次电池的情况下,电化学反应是可逆的,意味着能够将化学反应物恢复到 它们原始的状态。这些二次电池用作可再充电电池。图lb中示出了传统可再充电电池的充 电过程。为了对电池进行充电,在阳极102和阴极103之间施加电势差。充电器109的正 端子从阴极103夺取电子并且将它们返回到阳极102 (由箭头111指示),包含在电极-电 解质接口处的化学反应。此外,为了补偿电荷的转移,电解质101中的正离子107和负离子 108在与之前的相对方向中在电极102、103之间移动。
[0086] 由电池产生电流和电压直接与用于电极和电解质的材料有关。相对于另一个材料 而丢失或获得电子的材料的能力被称为它的电极电势。氧化剂和还原剂的强度由它们标准 的电极电势来指示。具有正电极电势的材料用于形成阳极,而具有负电极电势的那些材料 用于形成阴极。在阳极和阴极材料之间的差异越大,则能够由该电池产生的电能的数量越 大。
[0087] 锂出现在电化序的顶部(大的负电极电势),指示的是,它是最强还原剂。同样地, 氟出现在电化序的低部(大的正电极电势),指示的是,它是最强氧化剂。由于锂的高电 极电势,锂电池能够产生接近4V的电压,在锌碳或碱性电池的电压两倍以上。取决于针对 阳极、阴极和电解质的材料的选择,锂电池的电流、电压、容量、寿命和安全性能够显著地变 化。
[0088] 锂离子电池是不同类型的可再充电电池,其使用锂离子"嵌入"机理而不是传统的 氧化还原反应。这涉及将锂离子插入到电极的晶体结构中以及从该电极的晶体结构中取 出,因为在充电和放电期间离子在电极之间往返通过。为了实现这一点,电极要求开放的晶 体结构,其允许插入和取出锂离子,以及在同时接受补偿电子的能力。此类电极被称为"嵌 入主体"。锂离子电池当前是用于便携式电子产品的最流行的电池类型中的一种电池类型, 因为它们展现出数一数二的能量-至-重量比、没有记忆效应以及当不使用时较慢的电荷 损失。
[0089] 在典型的锂离子电池中,阳极由碳制成,阴极是金属氧化物,以及电解质是有机溶 液中的锂盐。商业上,最流行的阳极材料是石墨,以及阴极一般是以下三种材料中的一种: 层状氧化物(诸如,锂钴氧化物)、基于聚阴离子的材料(诸如铁锂磷酸盐)或尖晶石(诸 如锂锰氧化物)。电解质典型地是有机碳酸盐的混合物,诸如含有锂离子复合物的碳酸亚乙 酯或碳酸二乙酯。这些无水电解质通常包括非配位负离子盐,诸如六氟磷酸锂(LiPF 6),六 氟砷酸锂一水化合物(LiAsF6),高氯酸锂(LiC104),四氟硼酸锂(LiBF 4),和三氟甲磺酸锂 (LiCF3S03) 〇
[0090] 图2A和图2b分别示意性地说明了锂离子电池的放电和充电过程。如在图中示出 的,阳极202和阴极203每个包括:被沉积在电荷收集基质236上的开放晶
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