相關(guān)申請的交叉引用

本申請要求2014年10月31日提交的美國臨時申請no.62/073,871的優(yōu)先權(quán)。

背景技術(shù)：

鋰離子電池和其他種類的儲能裝置(例如，鈉離子電池、超級電容器等等)的應(yīng)用近年來激增。例如，許多汽車現(xiàn)在是專門或部分地以聯(lián)接至鋰離子電池的電機為動力。另外，由于柔性/可穿戴電子產(chǎn)品的發(fā)展，柔性儲能裝置引起注意。對于這種應(yīng)用，性能穩(wěn)定性、裝置柔軟性和安全性是期望的屬性。這種儲能裝置的電極是獨特的多組件系統(tǒng)，其用作用于在鋰離子和電子之間的交換的"倉庫(warehouse)"。

附圖說明

圖1a-1b是依照本公開技術(shù)的實施方案的在各種操作模式期間的儲能裝置的示意圖。

圖2是說明適宜用于依照本公開技術(shù)的實施方案的圖1a和1b中的鋰離子電池的電極的結(jié)構(gòu)的示意圖。

圖3是說明適宜用于依照本公開技術(shù)的實施方案的圖2中的結(jié)構(gòu)的實例粘合劑組合物的示意圖。

圖4a、4b和4c是示出依照本公開技術(shù)的實施方案的圖3的粘合組合物的制造方法的流程圖。

圖5a、5b和5c是示出依照本公開技術(shù)的實施方案的圖2的無孔結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖。

圖6示出依照本公開技術(shù)的實施方案的在(a)6wt％、(b)10wt％、(c)15wt％、(d)20wt％和(e)25wt％的不同的導(dǎo)電性填充劑裝填量時的實例粘合劑組合物的游離面的透射電子顯微鏡("sem")圖像。

圖7示出依照本公開技術(shù)的實施方案的在不同的導(dǎo)電性填充劑的裝填量時的實例粘合劑組合物的(a)電子和離子電導(dǎo)率，(b)模量和粘合強度，和(c)彈性指數(shù)。

圖8示出依照本公開技術(shù)的實施方案的具有15wt％的導(dǎo)電性填充劑的實例粘合劑材料的(a)：適形性(conformability)和粘合性的數(shù)字照片，(b)和(c)：具有不同放大倍率的光學圖像；(d)：游離面的sem圖像；(e)和(f)：具有不同放大倍率的斷裂面的sem圖像。

圖9示出映射(mapping)依照本公開技術(shù)的實施方案的實例粘合劑組合物的粘合力。

圖10示出(a)實例粘合劑組合物與以往的粘合劑材料的粘合力的比較；(b)演示粘合性的數(shù)字照片；(c)實例粘合劑組合物的性能與選擇的相對物的比較；(d)實例粘合劑組合物的示出貯能、損耗模量和剪切變稀行為的流變性；(e)用于擠出的實例粘合劑組合物的流變性的演示；(f)用于電極基質(zhì)材料的力學/流變性的示意。

圖11示出依照本公開技術(shù)的實施方案的在粘合劑組合物的(a)20wt％、(b)25wt％、(c)30wt％和(d)35wt％裝填量時的電極實例的斷裂面的sem圖像。

圖12示出依照本公開技術(shù)的實施方案的在實例粘合組合物的不同裝填量時的實例電極的(a)電子和離子電導(dǎo)率，以及(b)模量和粘合強度。

圖13示出依照本公開技術(shù)的實施方案的實例陽極的(a)顯示適形性的數(shù)字照片，(b)斷裂面的sem圖像，(c)實例陰極的游離面的sem圖像，(d)顯示適形性/拉伸性的數(shù)字照片，(e)斷裂面的sem圖像，和(f)游離面的sem圖像。

具體實施方式

下面將描述粘合劑組合物、從這類粘合劑組合物形成的電極、合并所形成的電極的電池或其他儲能裝置、和相關(guān)的制造方法的各種實施方案。在以下說明書中，包括組件的具體細節(jié)以提供公開技術(shù)的一些實施方案的透徹了解。相關(guān)領(lǐng)域中熟練的技術(shù)人員也將了解到公開的技術(shù)可具有另外的實施方案，或者可在沒有下面參考圖1a-13描述的實施方案的幾個細節(jié)的情況下實施。

期望性能穩(wěn)定性、柔性和操作安全性是用于儲能裝置如鋰或鈉離子電池的屬性。這些性能認為是組件和不同的組件之間的界面的固有性能和結(jié)構(gòu)的結(jié)果。努力開發(fā)高性能的納米結(jié)構(gòu)化的電極。然而，已經(jīng)認識到界面問題可導(dǎo)致循環(huán)保持性的衰退、理論和實際容量之間的差異(gaps)、以及變形下的快速劣化。

傳統(tǒng)的用于形成電極的粘合劑材料典型地具有良好的粘合性和電子導(dǎo)電性。這樣的粘合劑材料可以用于形成由粘合劑材料和電極顆粒的隨機堆疊形成的電極的多孔結(jié)構(gòu)。然而，這樣的多孔結(jié)構(gòu)內(nèi)的缺陷和/或空隙可引起性能劣化。本公開技術(shù)的幾個實施方案旨在于適宜作為電極的適形的、電子和離子導(dǎo)電的結(jié)構(gòu)。這樣的結(jié)構(gòu)可以使用如下面更詳細描述的粘合劑組合物形成。

圖1a-1b是依照本技術(shù)的實施方案的在各種操作模式期間的儲能裝置的示意圖。出于說明目的，儲能裝置下面使用鋰離子電池100作為實例來描述。圖1a示出在放電期間的鋰離子電池100。圖1b示出在充電期間的鋰離子電池100。在其他實施方案中，儲能裝置可以是包含例如，鈉離子、鉀離子、鈣離子、鎂離子、鎘離子或銅離子的其他種類的電池和超級電容器。儲能裝置也可以包含化學品傳感器、有機薄膜晶體管、機電致動器、聚合物發(fā)光二極管、氣體分離膜、燃料電池、和/或其他適宜的組件。

如圖1a和1b中所示，鋰離子電池100可包括容納第一電極104a、第二電極104b、以及第一電極和第二電極104a、104b之間的電解質(zhì)108的殼體102。第一電極和第二電極104a、104b統(tǒng)稱為電極104。鋰離子電池100也可包括例如，在電解質(zhì)108中包含的諸如lipf6、liasf6、liclo4、libf4、和三氟甲磺酸鋰等鹽。在某些實施方案中，電解質(zhì)108可包括具有例如，高分子電解質(zhì)與適宜的添加劑的非液體電解質(zhì)。在其他實施方案中，電解質(zhì)108可包括其他適宜種類的電解質(zhì)。雖然在圖1a和1b中說明特定的組件，但在其他實施方案中，鋰離子電池100也可包括絕緣子、墊片、排氣孔、和/或其他適宜的組件(未示出)。

在某些實施方案中，第一電極104a可包括含碳材料(例如，石墨)、鋰金屬(li)、鈉金屬(na)、鋁金屬(al)、鎂金屬(mg)、硅(si)、錫(sn)、鋅(zn)、鉛(pb)、銻(sb)、鉍(bi)、銀(ag)、金(au)、和/或電解沉積在鋰(li)和/或鈉(na)、鋁(al)、鎂(mg)、硅(si)、錫(sn)上的其他元素和與鋰(li)和/或鈉(na)、鋁(al)、鎂(mg)、硅(si)、錫(sn)合金化的其他元素。在其他實施方案中，第一電極104a也可包括元素的二元、三元或高階的混合物，所述元素可以電解沉積在鋰(li)或鈉(na)、鋁(al)、鎂(mg)、硅(si)、錫(sn)上和與鋰(li)或鈉(na)、鋁(al)、鎂(mg)、硅(si)、錫(sn)合金化。二元混合物的實例包括sn-zn、sn-au、sn-sb、sn-pb、zn-ag、sb-ag、au-sb、sb-zn、zn-bi、和zn-au。三元混合物的實例包括sn-zn-sb、sn-zn-bi、sn-zn-ag、sn-sb-bi、sb-zn-ag、sb-zn-au、和sb-sn-bi。四元混合物的實例可包括sn-zn-sb-bi。在又一些實施方案中，第一電極104a也可包括元素(例如，上述討論的大致純的元素)和其他元素的金屬間化合物，所述元素可以電解沉積在鋰(li)或鈉(na)上和與鋰(li)或鈉(na)合金化。這種金屬間化合物的實例包括sn-cu、sn-co、sn-fe、sn-ni、sn-mn、sn-in、sb-in、sb-co、sb-ni、sb-cu、zn-co、zn-cu、和zn-ni。

在某些實施方案中，第二電極104b可包括層狀氧化物(例如，鋰鈷氧化物(licoo2))、聚陰離子(例如，磷酸鋰鐵(lifepo4))、硫及其與含碳材料的復(fù)合物、或尖晶石(例如，鋰錳氧化物(limn2o4))。用于第二電極104b的其他適宜的材料可包括鋰鎳氧化物(linio2)、氟化磷酸鋰鐵(li2fepo4f)、鋰鈷鎳錳氧化物(lico1/3ni1/3mn1/3o2)、li(lianixmnycoz)o2、和/或其他適宜的陰極材料。如下面參考圖2和3更詳細討論的，第一電極和第二電極104a、104b可以使用粘合劑組合物以將適宜于第一電極和/或第二電極104a、104b的前述組合物粘合而形成。所形成的第一電極和第二電極104a、104b可以是適形的，且具有高的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率。

如圖1a中所示，在放電期間，鋰離子112從第一電極104a引出經(jīng)由電解質(zhì)108朝向第二電極104b遷移。鋰離子112穿過電解質(zhì)108并且嵌入第二電極104b中。結(jié)果，電流114從第二電極104b經(jīng)過負載116流向第一電極104a。如圖1b中所示，在充電期間，充電器118將充電電流120提供給第二電極104b。充電電流120使鋰離子112從第二電極104b引出并且朝向第一電極104a移動。

圖2是說明適宜用于依照本公開技術(shù)的實施方案的圖1a和1b中的鋰離子電池100的電極104的結(jié)構(gòu)106的示意圖。如圖2中所示，結(jié)構(gòu)106可包括使多個電極顆粒124結(jié)合為大致無孔結(jié)構(gòu)的粘合劑組合物122。在某些實施方案中，粘合劑組合物122可包括與聚合物材料混合的電解質(zhì)溶液。例如，電解質(zhì)溶液可包括高氯酸鋰(liclo4)在碳酸亞丙酯中的溶液、或高氯酸鋰(liclo4)在離子液體、或其他適宜的溶劑中的溶液。聚合物材料可包括具有約5×10⁶g/mol或其他適宜的分子量的聚(環(huán)氧乙烷)和/或聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯醇)、聚丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)。電解質(zhì)溶液可使聚合物材料增塑為膠狀的粘合劑基質(zhì)。電解質(zhì)溶液可具有10％、20％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％或其他適宜的重量百分比的裝填量。在其他實施方案中，粘合劑組合物122也可包括電子導(dǎo)電的填充劑。例如，填充劑可包括懸浮在增塑的粘合劑基質(zhì)中的多個碳系顆粒、金屬納米顆粒/納米線、或其他適宜的導(dǎo)電性顆粒。在進一步的實施方案中，粘合劑組合物也可包括乳化劑/表面活性劑、粘度改良劑、或其他適宜的組分。實例粘合劑組合物122下面將參考圖3來更詳細地討論。

電極顆粒124可包括如上述參考圖1a和1b討論的組合物或任意其他適宜的組合物。例如，在某些實施方案中，電極顆粒124可包括非電子導(dǎo)電的顆粒，如硅(si)或硫(s)。在這些實施方案中，粘合劑材料可包括如上所述的填充劑。在其他實施方案中，電極顆粒124可包括導(dǎo)電性顆粒，如金屬或金屬合金顆粒。在這些實施方案中，填充劑可以在粘合劑組合物中省略。可選地，粘合劑組合物也可包括填充劑，從而例如，進一步提高結(jié)構(gòu)106的電子電導(dǎo)率。

圖3是說明適宜用于依照本公開技術(shù)的實施方案的圖2中的結(jié)構(gòu)106的實例粘合劑組合物122的示意圖。在某些實施方案中，電解質(zhì)溶液132可包括lipf6、liasf6、liclo4、libf4、或三氟甲磺酸鋰在有機溶劑(例如，碳酸亞丙酯、碳酸亞乙酯、碳酸乙基甲基酯)、離子液體(例如，1-乙基-3-甲基咪唑四氟硼酸鹽)、水、或其他適宜的溶劑中的溶液。在其他實施方案中，電解質(zhì)溶液132也可包括na2fepo4f、li2fepo4f、或其他適宜的組合物在適宜的溶劑中的溶液。在一個實施方案中，聚合物材料134可包括聚(環(huán)氧乙烷)。在其他實施方案中，聚合物材料134可包括聚氨酯、聚(丙烯酸)、聚(偏二氟乙烯)、聚(乙烯醇)、聚丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚二烯丙基二甲基氯化銨、羧甲基纖維素、丁苯橡膠、或其他適宜的粘合劑材料。填充劑顆粒136可包括多個電子導(dǎo)電的顆粒如碳、金屬的、或其他適宜的種類的顆粒。

如圖3中所示，粘合劑組合物122可包括電解質(zhì)溶液132、聚合物材料134和多個填充劑顆粒136。電解質(zhì)溶液132可以使聚合物材料134增塑為其中懸浮填充劑顆粒136的粘合劑基質(zhì)。在圖示實施方案中，聚合物材料134可包括在無定形狀態(tài)下的多個長鏈聚合物分子。在其他實施方案中，聚合物材料134也可包括在半無定形或其他適合的狀態(tài)下的多個其他適合的聚合物分子。

傳統(tǒng)的電極典型地包括粘合劑材料和電極顆粒的隨機堆疊以形成物理上脆性且不穩(wěn)定的多孔結(jié)構(gòu)。這類多孔結(jié)構(gòu)可具有電極顆粒和其他組分(例如，高分子粘合劑、導(dǎo)電性填充劑和集電體)之間的弱的粘合、不均勻的電子電導(dǎo)率和離子電導(dǎo)率的不足。圖2中的粘合劑組合物122和結(jié)構(gòu)106的幾個實施方案可具有例如，電極顆粒124(圖2)和填充劑顆粒136之間的穩(wěn)定且導(dǎo)電的界面。粘合劑組合物122和結(jié)構(gòu)106還可具有室溫下高的離子和電子電導(dǎo)率，例如，大于約10^-2s/cm的電子電導(dǎo)率和大于約10^-3s/cm的離子電導(dǎo)率。粘合劑組合物122和結(jié)構(gòu)106例如，通過具有大于約1mpa至約2.5mpa的彈性模量而可以是適形的且柔性的。

圖4a-4c是示出依照本公開技術(shù)的實施方案的圖3的粘合劑組合物的制造方法的流程圖。如圖4a中所示，該過程可包括在階段202在溶劑中將聚合物材料和任選的填充劑組合以形成大致均相的漿液。在一個實施方案中，聚合物材料和任選的填充劑可以使用高速混合來合并從而得到大致均相的漿液。在其他實施方案中，聚合物材料和任選的填充劑可以以其他適宜的方式合并。該過程則可以包括在階段204通過例如，加熱和/或抽真空以蒸發(fā)溶劑來除去漿液中的溶劑，從而得到干燥的材料。該過程可以進一步包括在階段206將所得干燥的材料與期望的電解質(zhì)溶液混合從而形成實例粘合劑組合物。如圖4b中所示，該過程可包括在階段212將聚合物材料和電解質(zhì)溶液組合從而得到粘合劑基質(zhì)。該過程則可包括在階段214在溶劑中混合填充劑與粘合劑基質(zhì)。該過程進一步包括在階段216除去溶劑從而得到實例粘合劑組合物。

如圖4c中所示，該過程可包括使用通過擠出、扭轉(zhuǎn)混合(torquemixing)的高速混合，機械共混或其他適宜的技術(shù)在階段218將固體聚合物材料用電解質(zhì)溶液增塑從而得到大致均相的粘合劑基質(zhì)。該過程接著可包括在階段220將任選的填充劑136(圖3)與粘合劑基質(zhì)混合從而得到實例粘合劑組合物。粘合劑基質(zhì)與填充劑136的混合可以使用通過擠出、扭轉(zhuǎn)混合的高速混合，機械共混處理來得到大致均相的粘合劑組合物。

圖5a-5c是示出依照本公開技術(shù)的實施方案的圖2的無孔結(jié)構(gòu)的制造方法的流程圖。除了電極顆粒與填充劑一起添加之外，圖5a和5b中示出的過程可通常類似于圖4a、4b和4c中的那些。如此，圖5a的操作222、224和226可通常類似于圖4a的操作202、204和206。圖5b的操作232、234和236可通常類似于圖4b的操作212、214和216。圖5c的操作238和240可通常類似于圖4c的操作218和220。然而，在某些實施方案中，如參考圖2和3上述討論的，圖5a和5b中示出的過程還可包括將聚合物材料與電極顆粒和具有多個電子導(dǎo)電的顆粒的填充劑合并。

如圖5c中所示，其他過程可包括使用通過擠出、扭轉(zhuǎn)混合的高速混合，機械共混或其他適宜的技術(shù)在階段238合并固體聚合物材料和電解質(zhì)溶液從而得到大致均相的粘合劑基質(zhì)。該過程接著可包括在階段214將任選的填充劑和電極顆粒與粘合劑基質(zhì)混合從而得到實例電極106(圖1a)。粘合劑基質(zhì)與填充劑136(圖3)和電極顆粒124(圖2)的混合可以使用通過擠出、扭轉(zhuǎn)混合的高速混合，機械共混處理來得到大致均相的電極106。

實驗

在使用如下面更詳細討論的粘合劑組合物形成實例粘合劑組合物(下文中稱為dca)和集成電極時進行實驗。這些實驗顯示了所形成的粘合劑組合物和集成電極與傳統(tǒng)粘合劑組合物和電極結(jié)構(gòu)相比可以具有顯著改善的力學性能、離子電導(dǎo)率、電子電導(dǎo)率。用于制備dca樣品和基于dca的集成電極的常規(guī)程序可以通常分別類似于圖4a-4c和圖5a-5c中示出的方法。

在一個實驗中，生產(chǎn)具有高濃度的高分子電解質(zhì)溶液的粘合劑組合物。溶液包括在液體電解質(zhì)(碳酸亞丙酯(pc)中的liclo4)中的超高分子量聚(環(huán)氧乙烷)(uhmwpeo，mw＝5×10⁶g/mol)。濃的高分子電解質(zhì)溶液顯示了明顯的膠狀行為，并且下文中稱為膠粘基質(zhì)(gummymatrix)。膠粘基質(zhì)中的液體電解質(zhì)(1mol/l，pc中的liclo4)的裝填量為約60wt％，這得到了3×10^-3s/cm的離子電導(dǎo)率。導(dǎo)電性填充劑(例如，炭黑)引入膠粘基質(zhì)中。調(diào)節(jié)膠粘基質(zhì)中的導(dǎo)電性炭黑(cb)的裝填量為約6wt％至約25wt％得到了結(jié)構(gòu)和性能的顯著變動。圖6顯示了dca的游離面隨著cb的裝填量增加怎樣變化。圖6中的sem圖像顯示了dca失去結(jié)構(gòu)完整性/連續(xù)性，并且當cb裝填量高于約15wt％時可觀察到缺陷/空隙的量。

樣品dca的包括粘合強度、電子和離子電導(dǎo)率、模量以及彈性的性能的cb-裝填量依賴行為示于圖7中。如圖7中所示，電子電導(dǎo)率、粘合強度和模量對cb裝填量更敏感?；诒砻嫘螒B(tài)，約15wt％的cb裝填量似乎具有最高的粘合強度。甚至更高的cb裝填量將明顯地降低粘合強度，這認為是如圖3(d)和(e)中所示的表面結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性的結(jié)果。

cb的添加可以以不同方式影響dca的離子電導(dǎo)率。例如，cb的添加可以通過降低膠粘基質(zhì)用于離子傳導(dǎo)的分數(shù)而降低離子電導(dǎo)率，或者可以通過提供用于離子傳輸?shù)奶厥獾穆窂?例如，在表面上形成液層)而增加離子電導(dǎo)率。然而，可維持高的離子電導(dǎo)率，只要cb填充劑是次要組分(例如，<約20％)即可。圖7中示出的離子電導(dǎo)率通過從僅考慮來自cb的添加的負貢獻的混合規(guī)則的計算來得到，即提供用于離子傳輸?shù)穆窂降臋C構(gòu)不在計算結(jié)果的考慮內(nèi)。此外，力學性能是用于基質(zhì)粘合劑材料的另一重要性能。優(yōu)選彈性材料，因為其可以用于制造彈性電極。如圖7(c)中所示，dca的彈性指數(shù)(定義為可恢復(fù)性應(yīng)變與初始應(yīng)變的比率)隨著cb裝填量的增加而減少，表明彈性受膠粘基質(zhì)控制。對于具有15wt％的cb的dca，彈性指數(shù)為約0.7，意味著良好的彈性。此外，彈性指數(shù)為1的理想的彈性材料供參考。

基于上述結(jié)果，具有15wt％的cb的dca(下文中稱為dca-15％)顯示了粘合強度、電子和離子電導(dǎo)率、彈性和模量的良好組合。進一步研究dca-15％的結(jié)構(gòu)，并且結(jié)果在圖8中示出。數(shù)字照片清楚地證明dca-15％的適形性以及強的粘合性。從光學圖像中，人們可以觀察到其內(nèi)部cb填充劑的均相的分布和良好的分散。sem圖像不僅進一步證實了良好的分散，而且意味著cb填充劑和膠粘基質(zhì)之間的良好的界面相互作用，因為兩種組分之間沒有分離。

還進行對dca-15％樣品的性能的系統(tǒng)研究。圖9示出通過經(jīng)由afm的峰值力定量納米力學(peakforcequantitativenano-mechanical)(pfqnm)表征確定的粘合力的映射。粘合力從約13nn改變至約27nn，這與包括純peo、聚(偏二氟乙烯)(pvdf)和丁苯橡膠(sbr)的傳統(tǒng)的粘合劑材料相比顯著更高，如圖10(a)中所示。如圖10(b)中所示，使用具有約0.6gpa的彎曲模量的兩塊聚乙烯類板。塑料板的明顯的彎曲行為表明在界面處強的粘合力。據(jù)認為高的粘合也可以促進對剛性電極顆粒的高的適形性，如稍后進一步討論的。

dca-15％樣品的一些性能在圖10(c)中總結(jié)且與選擇的相對物比較。dca-15％樣品的平均粘合力求得為約21±2nn。離子電導(dǎo)率求得為約2.2ms/cm，通過混合規(guī)則：估算，其中σ0和分別是粘合劑基質(zhì)的離子電導(dǎo)率和體積分數(shù)，其中σ0＝2.4ms/cm，發(fā)現(xiàn)dca-15％樣品的平均電子電導(dǎo)率(8ms/cm)在與純cb(20ms/cm)類似的水平。

圖10(d)顯示了dca是典型的粘彈性材料，其顯示了力學適形性期望的力學/流變性以及良好的加工性。dca-15％樣品的模量(在1hz下約0.2mpa)表明dca是柔軟且適形的材料。如圖10(e)中證明的，dca-15％樣品可以容易地從手動注射器分配，因而可以通過擠出或其他高生產(chǎn)能力的制造技術(shù)來加工。電極基質(zhì)的界面性能用的力學/流變性在圖10(f)中說明。如圖10(f)中所示，具有適當?shù)牧W/流變性的適形性的粘合劑基質(zhì)(例如，dca)可以順從變形的電極顆粒而沒有故障，并且可以用作"緩沖器(buffer)"以吸收體積變化且快速地釋放應(yīng)力。相反，具有高模量和/或脆性的剛性的電極基質(zhì)可以容易地形成裂紋，與此同時，提高對電極顆粒的體積變化的高抵抗力從而妨礙電化學進程(例如，鋰化)。最后，電極基質(zhì)的高彈性將有助于加強變形應(yīng)力，這會變成對體積變化或?qū)⒄澈蟿┗|(zhì)與電極顆粒分離的剝離的抵抗力。

在另外的實驗中，dca-15％用作非導(dǎo)電性的電極顆粒用的基質(zhì)(下文中稱為基質(zhì)粘合劑)。對于導(dǎo)電性的電極顆粒，如鋰/鈉粉末、石墨、碳納米管等等，dca中的導(dǎo)電性填充劑可以被導(dǎo)電性電極顆粒替代，如下面使用石墨證明的。圖11示出基質(zhì)粘合劑的裝填量對所得電極結(jié)構(gòu)的影響。對于具有dca-15％的裝填量小于約30wt％的電極，在電極內(nèi)部存在一些空隙和缺陷。對于具有dca-15％的裝填量高于約30wt％的電極，在sem圖像上觀察到非常少的缺陷/空隙。然而，粘合劑組合物的高裝填量可能不會有利于高能量密度。因此，dca-15％對于集成電極的裝填量應(yīng)當對于各種電極，并且從許多方面包括微結(jié)構(gòu)、力學性能和裝置性能單獨地評價。

如圖12(a)中所示，用dca-15％形成的電極顯示了與市售陰極相比好得多的電子電導(dǎo)率。與此同時，如圖12(b)中所示，這些電極也具有良好的力學(例如，模量>約1mpa)和粘合性(≈0.1mpa)。圖13顯示了具有約30wt％的基質(zhì)粘合劑的裝填量的適形集成電極(conformableintegratedelectrode)的適形性/拉伸性以及結(jié)構(gòu)。如圖13(a)和13(d)中所示，電極可以通過扭轉(zhuǎn)或拉伸變形而沒有破損，表明良好的適形性和結(jié)構(gòu)完整性。sem圖像進一步證實了電極顆粒之間沒有或有少量空隙/缺陷的集成電極結(jié)構(gòu)，如圖13(b)和13(e)中的斷裂表面所顯示的。基質(zhì)粘合劑和電極顆粒之間的強的相互作用也由圖13(c)和13(f)中顯示的游離面所表明，這導(dǎo)致在電極表面上粘合劑組合物的大致均相的涂布。相反，具有多孔結(jié)構(gòu)的傳統(tǒng)陰極具有粘合劑/cb和電極顆粒之間的許多裂紋，如圖13(g)中所見的。經(jīng)由圖13(h)中的傳統(tǒng)陰極與圖13(i)中的起皺后的集成電極的對比進一步表明結(jié)構(gòu)完整性的差異。如在這些圖像中所示的，傳統(tǒng)陰極破損或與集電體分開，而基于dca的集成電極即使在起皺之后也維持結(jié)構(gòu)完整性。

從前述中，將意識到本公開的特定實施方案出于說明的目的來描述，但是可以進行各種改造而不偏離本公開。此外，一個實施方案的許多要素可以與除了其他實施方案的要素之外或者代替其他實施方案的要素的其他實施方案合并。因此，除了所附權(quán)利要求之外，技術(shù)不受限制。