性载体以取消集电器也可增加电池的能量密度。
[0040]如美国专利6，205, 016及其分案专利-美国专利6，491，789、美国专利6，031, 711及美国专利6，099，960 (这些全部通过引用明确地被并入本文)中所述，纳米纤维可用在电化学电容器(EC)中。EC通常具有远比电池更低的能量密度。它们将能量贮存在由离子传导性电解质所隔开的常为多孔的电极之间的电场中。因此，电化学电容器可贮存基本上仅为表面电荷的能量，但另一方面，电池贮存对应于单电池(cell)中化学反应的能量，且基于与每摩尔反应物、特定数目的电子传递或法拉第相关的化学反应放出能量。
[0041]增加活性材料的能量密度也可通过将活性材料遍布分布于传导性载体网络而达成。在一实施方案中，增加活性材料的能量密度可通过以活性材料涂覆传导性载体系统而完成。例如，如图2中所说明的，可通过实例方法200在一实施例中提供快速纤丝电极。
[0042]B.制备电极的方法
[0043]图2说明可形成电极的实例方法200。图3A-3F是通过图2的方法200形成电极的实例说明。图3G是使用根据图2方法200的电极形成电池的实例说明。
[0044]方法200可包括在步骤210中提供纳米纤维。在一实施方案中，可在液态介质或其他介质(诸如空气)中提供该纳米纤维。
[0045]例如，如图3A中所说明的，可在第一容器320中提供第一纳米纤维310和第二纳米纤维315。纳米纤维310、315可以是具有相同或不同尺寸(即直径、长度/直径比率、团聚尺寸等)的纳米纤维，且分别在纳米纤维310和315内或在纳米纤维310与纳米纤维315之间，可由相同或不同类型的材料形成。例如，纳米纤维310和纳米纤维315可以是单壁型或多壁型纳米管，且可进一步包括固体纳米级纤维、鱼骨型纳米级纤维等。在一实施例中，在纳米纤维315中的一或多个纳米纤维可包含与在纳米纤维310中的一或多个纳米纤维或与在其他纳米纤维315中的一或多个纳米纤维相同或不同的纳米纤维(及微纤维及/或粗视的纤维(macrofiber))。
[0046]另外，纳米纤维310、315可同批或不同批地制造，这也可在尺寸、形状或结构上产生变化。在一实施例中，在每组纳米纤维310和纳米纤维315内，纳米纤维310和纳米纤维315分别是类似的。在一实施例中，纳米纤维310和纳米纤维315在全部纳米纤维310和纳米纤维315中在尺寸和形状上可以是类似的。纳米纤维310、315的不同尺寸、形状或结构在以下进一步被讨论。
[0047]可在液态介质325中提供纳米纤维310、315，所述液体介质可允许纳米纤维310、315自动集合(即聚集或团聚)或保持与其他纳米纤维310、315的独立(即维持特定的空间距离)。在一实施例中，液态介质325可包括液态载体诸如水溶液或电解质。例如，液态介质325可以是水。对于形成纳米纤维网络的另外讨论可见于美国专利6099965、美国专利7，923，403及美国专利申请公布2008/0176052A1，其以整体被并入本文。
[0048]图4是纳米纤微网络的扫描电子显微镜(SEM)图像。如图4中所说明的，纳米纤维310、315可以形成网络或缠结以形成一或多种聚集体。对纳米纤维310、315的进一步讨论如下。
[0049]方法200还可包括在步骤220中将活性材料沉积在第一纳米纤维310上以形成经涂覆的纳米纤维。如以下进一步讨论的，该活性材料可以是能为电池提供可接受的能量密度及电位的任何材料，诸如电化学活性纳米级固体物质，如以下进一步讨论的。在一实施方案中，可通过将第一纳米纤维310与第二纳米纤维315分开而进行活性材料的沉积，由此仅第一纳米纤维310 (或第二纳米纤维315)可受到该活性材料的沉积作用而形成经涂覆的纳米纤维，但第二纳米纤维315可仍为未经涂覆的纳米纤维。虽然在步骤220中该活性材料被沉积在第一纳米纤维310上以涂覆纳米纤维，其他材料诸如纳米级物质也可被沉积在第一纳米纤维310上。例如，局部缓冲剂或其他纳米级物质也可被沉积，如以下进一步讨论的。
[0050]例如，如图3B中所说明的，第一纳米纤维310可被放置在第二容器340中，而第二纳米纤维315可被放置在第三容器350中。活性材料330可被沉积在第二容器340中的第一纳米纤维310上，而在第三容器350中的纳米纤维315可仍不含活性材料330。活性材料330的沉积可通过允许活性材料附着至纳米纤维310表面的任何方法来完成。例如，可在液相中通过化学或电化学沉积进行沉积。作为另一实例，可在气相中通过化学气相沉积或物理气相沉积进行沉积。在一实施方案中，活性材料330可包含电化学活性纳米级固体物质，诸如一或多种化合物(诸如N1、Zn、Cd、Fe、Pb、Mn、Co、Ag、Al、或Mg)的氢氧化物、碳酸盐、氟化物、硫酸盐、草酸盐、磷酸盐中一或多种。
[0051]在另一实施方案中，沉积该活性材料与提供局部缓冲剂可一同进行。局部缓冲剂可包括会调节该中性电解质(即对本发明所讨论的该活性材料330而言，“中性”是在7至12.5范围的pH，优选是在9至11.5的范围)的pH的添加剂，该添加剂可被提供以供操作该电池。
[0052]方法200还可包括在步骤230中将涂覆活性材料330的第一纳米纤维310 (来自步骤210或类似步骤)与尚未被涂覆的第二纳米纤维315结合。在一实施方案中，具有活性材料330涂层的第一纳米纤维310与第二纳米纤维315可通过在液态载体中将它们物理性混合在一起而被结合。例如，它们可通过任何手段来混合，诸如通过使用混合器、搅拌器、音波振荡器或超音波振荡器。在另一实施方案中，它们可通过任何手段诸如混合器、掺混器或磨机以干状态混合，其中磨机可通过在任何种类的高强度装置(包括但不限于球磨机或棒磨机、胶体磨或微流化器)中，以连续或分批操作方式，将该活性材料与该纳米纤维研磨在一起而将它们混合。
[0053]例如，如图3C中所说明的，来自第二容器340的具有涂层330的第一纳米纤维310可与来自第三容器350的未经涂覆的纳米纤维315结合。
[0054]在一实例中，如图3D中所说明的，具有涂层330的第一纳米纤维310及第二纳米纤维315可一起被形成网络以形成具有电连通区360的导电性纳米纤维网络。通过将具有活性材料330的第一纳米纤维310与第二纳米纤维315结合，第一纳米纤维310与第二纳米纤维315之间的导电性可在电连通区360内被提供。虽然不希望局限于理论，相信纳米纤维315之间的电接触据不受活性材料330的阻碍。并且，因多个这些电接触，总网络可以极具传导性。
[0055]例如，如图5(其为在该纳米纤维内再分布该活性材料之前，在其上包含活性材料的纳米纤维的SEM图像)中所说明的，具有活性材料330的第一纳米纤维310 (即表面上具有活性材料330的纳米纤维310)及第二纳米纤维315 (即不含活性材料330的纳米纤维)的网络可被提供。如图5中所示的，活性材料330可存在于第一纳米纤维310上且不存在于第二纳米纤维315上。
[0056]方法200可包括在步骤240中将活性材料330再分布遍布于网络。在一实施方案中，活性材料330的再分布可通过从第二纳米纤维310表面上的活性材料330将活性材料330再结晶至第一纳米纤维315表面上来提供。在另一实施方案中，活性材料330的再分布可经由充电和放电被提供。
[0057]例如，如图3E中所说明的，来自经涂覆的纳米纤维310的活性材料330可被再分布到先前未经涂覆的纳米纤维315的一部分上以将活性材料330再分布。有利地，在一实施方案中，来自经涂覆的纳米纤维310的活性材料330可覆盖经涂覆的纳米纤维310表面及该先前未经涂覆的纳米纤维315表面，由此可与经涂覆的纳米纤维310和该先前未经涂覆的纳米纤维315接触的电解质不会接触下面的任一纳米纤维310、315。
[0058]通过将活性材料330直接提供在纳米纤维310、315上，纳米纤维310、315与活性材料330之间的电传导路径在长度上可被减少，因此引起经过所得电极的电传导速度增加。
[0059]在一实施方案中，如图6 (其为在纳米纤维内再分布活性材料之后，其上包含活性材料的该纳米纤维的SEM图像)中所说明的，通过从经涂覆的第一纳米纤维310将活性材料330再分布至先前未经涂覆的第二纳米纤维315，来自经涂覆的纳米纤维310的涂层可移动以使沉积物覆盖大面积的纳米纤维310、315。
[0060]在图7 (其为图2的方法200的步骤240的实例流程)及图8A(其为当活性材料330被再分布于纳米纤维310、315之间时，纳米纤维310、315和活性材料330的实例说明)中说明了一实施方案。在图7和8A中，再分布活性材料330可通过在步骤240的子步骤710中将电荷提供给包含第一(即经涂覆的)纳米纤维310和第二(即未经涂覆的)纳米纤维315的纳米纤维网络810而进行。通过提供电荷，一些活性材料330可由第一纳米纤维310释放以作为被释放的活性材料820。被释放的活性材料820可被释入经涂覆的第一纳米纤维310和未经涂覆的第二纳米纤维315之间的区域。
[0061]在子步骤820中可将由第一纳米纤维310所释放的活性材料820再分布至第二纳米纤维315。相信被释放的活性材料820将沉积在第二纳米纤维315的最具电化学活性的区域上，该区域应是第二纳米纤维315的未经涂覆的表面。也相信在第二纳米纤维315的未经涂覆的区域由被释放的活性材料820涂覆的同时，该新被涂覆的区域与第二纳米纤维315的未经涂覆的区域相比，电化学活性将较低且将较不吸引被释放的活性材料820。最终，第二纳米纤维315的未经涂覆的区域可成为经涂覆的，且第一纳米纤维310和第二纳米纤维315的电化学活性应由被释放的活性材料820的再分布达成平衡。
[0062]可选择地，可使用其他机制将活性材料330由经涂覆的第一纳米纤维310释放，作为被释放的活性材料820供沉积在第二纳米纤维315上。例如，经活性材料330涂覆的纳米纤维310与未经涂覆的纳米纤维315的网络可在液态载体中进行重复的加热及冷却循环。活性材料330在加热循环期间可部分地被释放为被释放的活性材料820，且在冷却循环期间被再沉积在不同位置上。
[0063]其次，如图8B (其为当活性材料330被再分布于纳米纤维310、315之间时，纳米纤维310、315和活性材料330的实例说明)中所说明的，可使被释放的活性材料820能接近纳米纤维网络810 (其可为第一纳米纤维310和第二纳米纤维315的团聚体或聚集体)。经涂覆的纳米纤维网络830可通过以下方式被形成:使被释放的活性材料820附至未经涂覆的第二纳米纤维315 (及经涂覆的第一纳米纤维310)，以经由再分布形成经涂覆的纳米纤维网络830。在一实施方案中，经由不同的再分布机制，可进行数次活性材料330的再分布以使被释放的活性材料820涂覆先前未经涂覆的第二纳米纤维315。再分布机制的实例可以是再结晶。
[0064]通过将活性材料330再分布以形成经涂覆的纳米纤维网络830，可在经涂覆的纳米纤维网络830内建立第二纳米纤维315之间的电连通。这可在第二纳米纤维315被涂覆以允许第二纳米纤维315之间的电连通被保留之前发生。通过保留该电连通，第二纳米纤维315之间的导电性可不受活性材料330的干扰，然而在整个经涂覆的纳米纤维网络830上，活性材料330的覆盖可被优化。
[0065]虽然不希望局限于理论，相信:在形成网络之前，被涂覆的第一纳米纤维310和第二纳米纤维315可使活性材料330将纳米纤维310、315之间的接点绝缘且可防止该纳米纤维彼此之间具有电连通。就此而言，该网络形成步骤较佳是在该涂覆之前或至少在该涂覆步骤完成之前(例如在再分布完成之前)。
[0066]图9是在活性材料330再分布之前和之后，一实例的纳米纤维-纳米级活性材料电极的充电-放电结果的实例图解说明。如图9中所说明的，分开的、经涂覆的、形成网络的且经再分布的纳米纤维与在形成网络前经涂覆的纳米纤维相比，显出优越的充电-放电性质。在图9中，两个类似样品，第一个样品具有以ZnCO3*覆的纳米纤维，第二个样品具有2/3的以ZnCO3*覆的纳米纤维，混合1/3的未经涂覆的纳米纤维。两样品以2C速率(电流，在此速率下预期电池在1/2小时内被充电及放电)被充电及放电。图9显