用于电池的阴极结构及其制造方法与流程

1.本公开涉及用于电池的阴极结构，以及制造这种阴极结构的方法。


背景技术：

2.电池，例如锂离子电池，使用相对的电极，即阳极和阴极，相对的电极在空间上相互分离，但经由化学电解质以电化学方式相互连接。每个电极可以以多种方式生产。例如，阴极的制造可以包括将成分的浆料沉积到基板的导电表面上，并且然后通过加热浆料以蒸发掉挥发性成分并固化或凝固其余成分来固化浆料。挥发性成分可包括溶剂，而且其余成分可包括活性材料(例如氧化锂)、导电填料和聚合粘合剂。
3.当利用上述沉积浆料，并且然后将浆料加热以形成电极的方案时，由于浆料的流变性质和其他因素，对所得电极多厚和/或多高有限制。


技术实现要素：

4.根据一个实施例，用于电池的阴极结构包括具有导电表面的基板和沉积在导电表面上的电极。电极由两种或更多种电极材料制成，电极材料包括(i)一种或多种活性材料，和(ii) 0.05-10.0重量%的多壁碳纳米管(“mwcnt”)，或0.1-20.0重量%的磨碎碳纤维(“mcf”)，或0.3-20.0重量%的mwcnt与mcf的混合物，其中电极具有的厚度大于120 μm。
5.在此实施例中，两种或更多种电极材料可以彼此均匀混合，并且一种或多种活性材料可以是锂锰氧化物、磷酸锰铁锂、镍钴锰铝氧化物、镍钴铝氧化物和锂镍钴锰氧化物中的至少一种。两种或更多种电极材料可以进一步包括碳粒子和/或单壁碳纳米管，并且两种或更多种电极材料可以进一步包括聚合物粘合剂。
6.mwcnt和/或mcf可以随机分散在整个电极中，以便在活性材料的相邻粒子之间提供额外的导电性。此外，mwcnt中的每一个可以与羧酸官能团、羟基官能团、胺官能团、环氧官能团或酯官能团结合。由电极提供的电极载荷可以是至少5.0 mah/cm2；更具体地，由电极提供的电极载荷可以是至少5.0 mah/cm2并且小于或等于6.0 mah/cm2。mwcnt中每一个可具有大于或等于5nm且小于或等于100nm的第一直径，以及mcf中的每一个可具有大于或等于2μm且小于或等于20μm的第二直径和至少10μm的长度。
7.根据另一个实施例，用于生产电池的厚电极的浆料配方包括：40-85重量%的活性材料；和0.02-8.0重量%的多壁碳纳米管，或0.05-16.0重量%的磨碎碳纤维，或0.1-16.0重量%的多壁碳纳米管与磨碎碳纤维的混合物。该浆料配方具有大于66重量%的固体含量。浆料配方可以进一步包括以下一项或多项(i) 0.5-8.0重量%的碳粒子和/或单壁碳纳米管，(ii) 0.5
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15重量%的聚合物粘合剂，和(iii) 20-50重量%的溶剂。
8.根据另一个实施例，制造电池的阴极结构的方法包括：(i)将多壁碳纳米管和/或磨碎碳纤维与炭黑和溶剂混合以产生第一混合物；(ii)将聚合物粘合剂与第一混合物混合以产生第二混合物；(iii)将活性材料与第二混合物混合以产生第三混合物；(iv)用第三混合物涂覆基板的导电表面，以产生涂覆的基板；和(v)将涂覆的基板加热到至少50℃的温
度，以便基本上移除溶剂。方法可以进一步包括将额外的溶剂与第三混合物混合。
9.活性材料可以是锂锰氧化物、磷酸锰铁锂、镍钴锰铝氧化物、镍钴铝氧化物和锂镍钴锰氧化物中的至少一种。第三混合物可以具有大于66重量%的固体含量。加热涂覆的基板的步骤可以产生具有的厚度大于120 μm的电极。此外，多壁碳纳米管中的每一个可以与羧酸官能团、羟基官能团、胺官能团和环氧官能团或酯官能团结合。
10.本技术可以包括以下方案：1. 一种用于电池的阴极结构，包括：具有导电表面的基板；以及沉积在所述导电表面上的电极，其中所述电极由两种或更多种电极材料制成，所述两种或更多种电极材料包括：一种或多种活性材料；以及0.05-10.0重量%的多壁碳纳米管(“mwcnt”)，或0.1-20.0重量%的磨碎碳纤维(“mcf”)，或0.3-20.0重量%的mwcnt和mcf的混合物；其中所述电极具有的厚度大于120μm。
11.2. 根据方案1的阴极结构，其中，所述两种或更多种电极材料彼此均匀混合。
12.3. 根据方案1所述的阴极结构，其中，所述一种或多种活性材料是锂锰氧化物、磷酸锰铁锂、镍钴锰铝氧化物、镍钴铝氧化物和锂镍钴锰氧化物中的至少一种。
13.4. 根据方案1所述的阴极结构，其中，所述两种或更多种电极材料还包括碳粒子和/或单壁碳纳米管。
14.5. 根据方案1所述的阴极结构，其中，所述两种或更多种电极材料还包括聚合物粘合剂。
15.6. 根据方案1所述的阴极结构，其中，所述mwcnt和/或mcf随机分散在整个所述电极中，以便在所述活性材料的相邻粒子之间提供额外的导电性。
16.7. 根据方案1所述的阴极结构，其中，所述mwcnt中的每一个与羧酸官能团、羟基官能团、胺官能团、环氧官能团或酯官能团结合。
17.8. 根据方案1的阴极结构，其中，由所述电极提供的电极载荷为至少5.0 mah/cm2。
18.9. 根据方案1所述的阴极结构，其中，由所述电极提供的电极载荷为至少5.0 mah/cm2且小于或等于6.0 mah/cm2。
19.10. 根据方案1所述的阴极结构，其中，所述mwcnt中的每一个具有大于或等于5nm且小于或等于100nm的第一直径，以及所述mcf中的每一个具有大于或等于2μm且小于或等于20μm的第二直径和至少10 μm的长度。
20.11. 一种用于生产电池的厚电极的浆料配方，包括：40-85重量%的活性材料；以及0.02-8.0重量%的多壁碳纳米管，或0.05-16.0重量%的磨碎碳纤维，或0.1-16.0重量%的多壁碳纳米管与磨碎碳纤维的混合物；其中所述浆料配方具有的固体含量大于66重量%。
21.12. 根据方案11所述的浆料配方，进一步含有：0.5-8.0重量%的碳粒子和/或单壁碳纳米管。
22.13. 根据方案11所述的浆料配方，进一步含有：0.5-15重量%的聚合物粘合剂。
23.14. 根据方案11所述的浆料配方，进一步含有：20-50重量%的溶剂。
24.15. 一种制造电池的阴极结构的方法，包括：将多壁碳纳米管和/或磨碎碳纤维与炭黑和溶剂混合以产生第一混合物；将聚合物粘合剂与所述第一混合物混合以产生第二混合物；将活性材料与所述第二混合物混合以产生第三混合物；用所述第三混合物涂覆基板的导电表面以产生涂覆的基板；以及将所述涂覆的基板加热到至少50℃的温度，以便基本上移除所述溶剂。
25.16. 根据方案15所述的方法，进一步包括：将额外的溶剂与所述第三混合物混合。
26.17. 根据方案15所述的方法，其中，所述活性材料是锂锰氧化物、磷酸锰铁锂、镍钴锰铝氧化物、镍钴铝氧化物和锂镍钴锰氧化物中的至少一种。
27.18. 根据方案15所述的方法，其中，所述第三混合物具有的固体含量大于66重量%。
28.19. 根据方案15所述的方法，其中，加热涂覆的基板产生具有的厚度大于120 μm的电极。
29.20. 根据方案15所述的方法，其中，所述多壁碳纳米管中的每一个与羧酸官能团、羟基官能团、胺官能团和环氧官能团或酯官能团结合。
30.当结合附图考虑时，本教导的上述特征和优点以及其他特征和优点从下面对如所附权利要求中限定的用于实施本教导的一些最佳方式和其他实施例的详细描述中变得显而易见。
附图说明
31.图1是电池的示意性截面侧视图。
32.图2是电池的阴极结构的示意性侧视图。
33.图3是多壁碳纳米管的端部部分的放大示意性透视图。
34.图4是磨碎碳纤维的放大扫描电子显微镜视图。
35.图5是含有多壁碳纳米管的阴极结构的实施例的示意性截面侧视图。
36.图6是含有磨碎碳纤维的阴极结构的另一个实施例的示意性截面侧视图。
37.图7是阴极结构的又一个实施例的示意性截面侧视图，其含有多壁碳纳米管和磨碎碳纤维的混合物。
38.图8是示出用于制备电极的各种材料的框图。
39.图9是示出用于制备浆料配方的各种成分的框图。
40.图10是制造电池的阴极结构的方法的流程图。
41.图11是不含多壁碳纳米管或磨碎碳纤维的基线阴极结构的示意性截面侧视图。
42.图12是比较含有多壁碳纳米管的阴极结构与不含多壁碳纳米管的基线阴极结构的放电容量和保持率的图表。
43.图13是比较含有磨碎碳纤维的阴极结构与不含磨碎碳纤维的基线阴极结构的放电容量和保持率的图表。
44.图14是比较含有多壁碳纳米管的阴极结构与不含多壁碳纳米管的基线阴极结构在几种充电速率下的充电容量和保持率的图表。
45.图15是比较含有多壁和单壁碳纳米管的组合的阴极结构与含有多壁碳纳米管但不含任何单壁碳纳米管的阴极结构在几种充电速率下的充电容量和保持率的图表。
具体实施方式
46.现在参考附图，其中在几个视图中相同的数字指示相同的部件，本文示出和描述了电池10的阴极结构20、用于生产电池10的厚电极26的浆料配方70和制造电池10的阴极结构20的方法100。本公开的阴极结构20、浆料配方70和方法100以独特的方式利用多壁碳纳米管(“mwcnt”)32和/或磨碎碳纤维(“mcf”)34来生产电极26，该电极26比可以使用先前已知的方案制造的电极厚得多。例如，使用本文所描述的浆料配方70和方法100可以生产的电极26和阴极结构20可以生产高度可以超过120 μm的厚电极26。
47.图1示出了电池10的示意性侧视图，电池10具有外壳体12、设置在壳体12内并位于壳体12相对端的阳极14和阴极16，以及设置在阳极14与阴极16之间并电连接阳极14与阴极16的电解质18。外部电路径17将阳极14与阴极16彼此连接，电路径17穿过负载19(例如，一个或多个马达、电气/电子组件、电阻元件等)。现在转到阴极16，图11示出了基线阴极结构90(即普通阴极构造)的示意性截面侧视图，其不含有mwcnt 32或mcf 34。基线阴极结构90含有形成在基板22的导电表面24上的两种或更多种电极材料28的混合物，例如遍布在聚合物粘合剂50中的活性材料30和碳粒子46，从而形成电极26。
48.图2示出了根据本公开的电池10的阴极结构20的一个实施例，以及图5-图7示出了此实施例的三种不同配置。阴极结构20包括具有导电表面24的基板22和沉积或涂覆在导电表面22上的电极26。基板22本身可以由导电材料制成，在这种情况下，其表面中的一个或多个(并且或许全部)表面可以是导电的，例如基板22是未涂覆或未绝缘的铜、铝等的板的情况。或者，基板22可以由部分或完全不导电的材料制成，在这种情况下，可以在其上电镀或以其他方式设置导电材料层，以提供导电表面24。沉积或以其他方式设置在基板22上的电极26由两种或更多种电极材料28制成。这些电极材料28包括下列的组合：(i)一种或多种活性材料30，和(ii)mwcnt 32或mcf34，或mwcnt 32和mcf34的混合物。也就是说，电极26可由(a)一种或多种活性材料30和mwcnt 32(图5)，或(b)一种或多种活性材料30和mcf 34(图6)，或(c)一种或多种活性材料30和mwcnt 32和mcf 34的混合物(图7)制成。
49.应当指出的是，图1-2、图5-7和图11是简化的示意图，它们相应的元件不一定相对于彼此按比例绘制。例如，在图1的一些实施例中，可以有多于一个阳极14、一个阴极16和一个电解质区域18，并且每个电解质区域18的厚度可以比其相邻的阳极14和阴极16薄得多。例如，每个电解质区域18可以是大约20微米厚，以及阳极14和阴极16中的每一个可以是大约20到150微米厚。并且虽然图2示出基板22比电极26厚得多，但是在一些实施例中，基板22可以与电极26的厚度相同或者比电极26薄得多。例如，基板22可以是10到20微米厚，而且电极26可以超过120微米厚。(为了避免疑问，应当指出的是1微米（micron）相当于1μm、1微米（micrometer）和1
×
10-6
米。)。
50.图3示出了mwcnt 32的端部部分的放大示意透视图，并且图4示出了mcf 34的集合的放大扫描电子显微镜视图。应当指出的是，图3的mwcnt 32呈现出某种程度上为管状或圆柱形的整体形状，由三个(如这里所示)或更多同心单壁碳纳米管(“swcnt”)48制成。这里，三个(或更多个)swcnt 48中的每一个由相应的石墨烯层(由一系列互连的碳原子组成)制成，整个mwcnt 32具有第一直径d1，该第一直径d1是同心swcnt 48中最外部管的外径。此第一直径d1可以大于或等于5纳米，并且小于或等于100纳米。在图4中，mcf 34中的每一个可具有大于或等于2μm且小于或等于20μm的第二直径d2，以及至少10 μm的长度l。(应当指出的是，尽管swcnt 48、mwcnt 32和mcf 34彼此共享一些相似的性质，但它们也具有一些彼此非常不同的性质，使得它们不能彼此通用互换。)。
51.回到图5-7，mwcnt 32(图5)、mcf 34(图6)或mwcnt 32和mcf 34的混合物(图7)可各自在电极材料28的总重量的相应重量百分比范围内提供。具体而言，mwcnt 32可占电极材料28总重量的0.05-10.0重量%；mcf 34可占电极材料28总重量的0.1-20.0重量%；mwcnt 32和mcf 34的混合物可占电极材料28总重量的0.3-20.0重量%。(应当指出的是，本文使用的“重量%”是指“重量百分比”。)。在这些情况的每一种中，电极26可具有大于120 μm的厚度t(即，导电表面24上方的高度)。如图5-7所示，mwcnt 32和/或mcf 34可随机和/或均匀地分散在整个电极26中，以便在活性材料30的相邻粒子之间提供额外的或增强的导电性，从而提高厚电极26的整体导电性。
52.图8示出了可用于制备电极26的各种电极材料28的框图。在该实施例中，两种或更多种电极材料28可以彼此均匀混合。一种或多种活性材料30可包括锂锰氧化物(“lmo”)36、磷酸锰铁锂（lithium manganese iron phosphate）(“lmfp”或“lfp”，有时也称为磷酸锂锰铁（lithium manganese ferro phosphate）)38、镍钴锰铝氧化物(“ncma”)40、镍钴铝氧化物(“nca”)42、锂镍钴锰氧化物(“nmc”)44或前述材料的两种或更多种的混合物。两种或更多种电极材料28可进一步包括碳粒子46和/或swcnt 48，并且两种或更多种电极材料28可进一步包括聚合物粘合剂50，例如聚偏二氟乙烯(“pvdf”)。
53.还如图8所示，mwcnt 32中的每一个可与羧酸官能团52(例如，rcooh)、羟基官能团54(例如，roh)、胺官能团56 (rnh2)、环氧官能团58(例如，具有三原子环的环醚)或酯官能团60(例如，rcoor)结合。这些官能团中的每一个都可以给电极26、阴极结构20、浆料配方70和/或方法100增添化学、流变、机械和/或其他性质，如果使用没有这些官能团的mwcnt 32，这些性质将是不可用的。
54.在一个示例性配方中，阴极结构20可以是97.0重量%的活性材料30、0.3重量%的mwcnt 32和/或mcf 34、1.1重量%的炭黑46、0.1重量%的swcnt 48和1.5重量%的pvdf。在另一个示例性配方中，阴极结构20可以是97.0重量%的(多种)活性材料30、0.3重量%的mwcnt 32和/或mcf 34、1.2重量%的炭黑46和1.5重量%的pvdf。
55.图9示出了说明另一个实施例的框图，显示了为了生产阴极结构20和/或电池10的厚电极26，用于制备浆料配方70的各种成分。浆料配方70包括以下组合：(i)一种或多种活性材料30；和(ii)mwcnt 32或mcf 34或者mwcnt 32与mcf 34的混合物。(即，浆料配方70可由(a)一种或多种活性材料30和mwcnt 32，或(b)一种或多种活性材料30和mcf 34，或(c)一种或多种活性材料30与mwcnt 32和mcf 34的混合物制成)。具体地，浆料配方70可以包括(i) 40-85重量%的活性材料30；和(ii) 0.02-8.0重量%的mwcnt 32，或0.05-16.0重量%的
mcf 34，或0.1-16.0重量%的mwcnt 32和mcf 34的混合物。
56.浆料配方70可进一步包括(iii) 0.5-8.0重量%的碳粒子46和/或swcnt 48，(iv) 0.5-15重量%的聚合物粘合剂50(例如pvdf)，和(v) 20-50重量%的溶剂72(例如n-甲基-2-吡咯烷酮，也称为“nmp”或c5h9no)中的一种或多种。浆料配方70被配置为在根据用于凝固/固化/干燥的预定温度-比-时间曲线被加热之前，其混合或“湿”形式的固体含量大于66重量%。在根据该曲线暴露于热量之后，先前的“湿”浆料配方70将凝固或固化成“干”形式，其中基本上所有的溶剂72已经蒸发掉，并且所形成的（多个）电极26可以具有上文对于成品电极26规定的“干”mwcnt和/或mcf重量%范围，即mwcnt 32可以占电极材料28总重量的0.05-10.0重量%；mcf 34可占电极材料28总重量的0.1-20.0重量%；以及mwcnt 32和mcf 34的混合物可占电极材料28总重量的0.3-20.0重量%。
57.图10示出了制造电池10的阴极结构20的方法100的流程图。应当指出的是，成分或“输入”示出在每个框或步骤的左边，而结果或“输出”示出在每个框或步骤的右边。方法100在框110包括，将mwcnt 32和/或mcf 34与炭黑/碳粒子46(其可包括swcnt 48)和溶剂72混合以产生第一混合物74的步骤。在框120，聚合物粘合剂50与第一混合物74混合以产生第二混合物76，并且在框130，活性材料30与第二混合物76混合以产生第三混合物78。在框140，可以执行将额外的溶剂72与第三混合物78混合的可选步骤。在框150，用第三混合物78涂覆基板22的导电表面24，以产生涂覆的基板80。以及在框160，将涂覆的基板80加热(用热量82，例如来自烘箱或其他加热源)到至少50℃的温度，以便基本上移除溶剂72，并可选地固化或凝固聚合物粘合剂50，从而产生成品阴极结构20。应当指出的是，浆料配方70(由图9表示)可用于方法100(由图10表示)中，以生产由上文所讨论的两种或更多种电极材料28(由图8表示)制成的电极26和/或阴极结构20(由图2和图5-7中的一个或多个表示)，其包括mwcnt 32(图3和图5)或mcf 34(图4和图6)或者mwcnt 32和mcf 34(图3、图4和图7)。
58.在该方法100中，活性材料30可以是锂锰氧化物36、磷酸锰铁锂38、镍钴锰铝氧化物40、镍钴铝氧化物42和锂镍钴锰氧化物44中的至少一种，并且第三混合物78可以具有大于66重量%的固体含量。加热涂覆的基板80的步骤160可产生具有的厚度或高度t大于120 μm的电极26。此外，mwcnt 32中的每一个可与羧酸官能团52、羟基官能团54、胺官能团56和环氧官能团58或酯官能团60结合。
59.图12-图15示出了比较(i)含有mwcnt 32(和swcnt 48)的阴极结构20
32
、(ii)含有mcf 34的阴极结构20
34
、(iii)含有mwcnt 32但没有任何swcnt 48的阴极结构20
99
和(iv)不含有mwcnt 32或mcf 34的基线阴极结构90之间的充电和放电容量(和保持率百分比)的各种图表。对于含有mwcnt 32(和swcnt 48)的阴极结构20
32
，示例性配方或组成可包括97重量%的（多种）活性材料30、0.3重量%的mwcnt 32、0.1重量%的swnct 48、1.1重量%的碳粒子46和1.5重量%的pvdf粘合剂50。对于含有mcf 34的阴极结构20
34
，示例性配方或组成可包括97重量%的（多种）活性材料30、0.3重量%的mcf 34、0.1重量%的swnct 48、1.1重量%的碳粒子46和1.5重量%的pvdf粘合剂50。对于含mwcnt 32但不含swcnt 48的阴极结构20
99
，示例性配方或组成可包括97重量%的（多种）活性材料30、0.3重量%的mwcnt 32、1.2重量%的碳粒子46和1.5重量%的pvdf粘合剂50。并且对于基线阴极结构90，示例性配方或组成可包括97重量%的（多种）活性材料30、0.1重量%的swnct 48、1.4重量%的碳粒子46和1.5重量%的pvdf粘合剂50。
60.图12示出了比较含有mwcnt 32的阴极结构20
32
(图5)与基线阴极结构90(图11)的放电容量和放电容量保持率的图表，基线阴极结构90基本上与含有mwcnt的阴极结构20
32
相同但不含有mwcnt 32。该图表在左垂直轴86上示出了放电容量(以mah/cm2测量)，并且在右垂直轴88上示出了放电容量保持率(以%测量)，两者都作为底部水平轴84上所示的运行的循环次数的函数绘制。对于此图表，使用了大约5.0 mah/cm2的电极载荷62。附图标记90和空心圆形标记(
○
)指示基线阴极结构90的曲线，而附图标记92和实心圆形标记(
•
)指示含有mwcnt 32的阴极结构20
32
的曲线。下标86和88指示给定的曲线是相对于哪个相应的垂直轴绘制的。例如，90
86
是基线结构90的放电容量曲线(相对于左垂直轴86)，90
88
是基线结构90的放电容量保持率曲线(相对于右垂直轴88)，92
86
是阴极结构20
32
的放电容量曲线(相对于左垂直轴86)，以及92
88
是阴极结构20
32
的放电容量保持率曲线(相对于右垂直轴88)。
61.在图12中，应当指出的是在大约40次循环，基线结构90(没有mwcnt 32)的放电容量90
86
和放电容量保持率90
88
的曲线开始下降，而阴极结构20
32
(含有mwcnt 32)的放电容量92
86
和放电容量保持率92
88
的曲线保持相当恒定。这表明，如本文所描述的，在阴极结构20、20
32
中使用mwcnt 32比普通阴极构造90更有效地维持放电容量和放电容量保持率持续延长的循环次数。
62.图13示出了比较含有mcf 34的阴极结构20
34
(图6) 与基线阴极结构90(图11)的放电容量和放电容量保持率的图表，基线阴极结构90基本上与含mcf的阴极结构20
34
相同但不含有mcf 34。该图表在左垂直轴86上示出了放电容量(以mah/cm2测量)，并且在右垂直轴88上示出了放电容量保持率(以%测量)，两者都作为在底部水平轴84上所示运行循环次数的函数绘制。对于该图表，使用了大约5.0 mah/cm2的电极载荷62。附图标记90和空心圆形标记(〇)指示基线阴极结构90的曲线，而附图标记94和实心菱形标记(
♦
)指示含有mcf 34的阴极结构20
34
的曲线。下标86和88指示一个给定的曲线是相对于哪个相应的垂直轴绘制的。例如，90
86
是基线结构90的放电容量曲线(相对于左垂直轴86)，90
88
是基线结构90的放电容量保持率曲线(相对于右垂直轴88)，94
86
是阴极结构20
34
的放电容量曲线(相对于左垂直轴86)，以及94
88
是阴极结构20
34
的放电容量保持率%曲线(相对于右垂直轴88)。
63.在图13中，应当指出的是在大约40次循环，基线结构90(没有mcf 34)的放电容量90
86
和放电容量保持率90
88
的曲线开始下降，而阴极结构20
34
(含有mcf 34)的放电容量94
86
和放电容量保持率94
88
的曲线保持率相当恒定。这表明，如本文所描述的，在阴极结构20、20
34
中使用mcf 34比普通阴极构造90更有效地维持放电容量和放电容量保持率持续延长的循环次数。
64.图14是比较含有mwcnt 32的阴极结构20
32
(图5)与不含有mwcnt 32的基线阴极结构90(图11)在几种充电状态下的充电容量和充电容量保持率的图表。该图表在左垂直轴96上示出了充电容量(以mah/cm2测量)，并且在右垂直轴98上示出了充电容量保持率(以%测量)，两者都作为底部水平轴84所示运行循环次数的函数绘制。对于该图表，使用约5.6至5.9 mah/cm2的电极载荷62。附图标记90和空心正方形标记(
□
)指示基线阴极结构90的曲线，而附图标记97和实心正方形标记(
■
)指示含有mwcnt 32的阴极结构20
32
的曲线。下标96和98指示给定的曲线是相对于哪个相应的垂直轴绘制的。例如，90
96
是基线结构90的充电容量曲线(相对于左垂直轴96)，90
98
是基线结构90的充电容量保持率%曲线(相对于右垂直轴98)，97
96
是阴极结构20
32
的充电容量曲线(相对于左垂直轴96)，以及97
98
是阴极结构20
32
的
充电容量保持率曲线(相对于右垂直轴98)。含有字母“c”的图表标签指示各种“c速率”或充电速率，其中“1c”表示标称或正常充电速率，“4c”表示非常快的充电速率，以及“c/10”表示非常慢的充电速率。因此，这些曲线以c/10的充电速率开始，并到大约第33个循环稳定地增加到4c的充电速率，在该点，为其余的循环设定c/3的充电速率。
65.在图14中，应当指出的是，当充电速率在大约第33次循环从4c变为c/3时，阴极结构20
32
(含有mwcnt 32)的充电容量97
96
和充电容量保持率97
98
的曲线保持相当恒定且处于相对较高的水平，相比之下，基线结构90(没有mwcnt 32)的充电容量90
96
和充电容量保持率90
98
的曲线相对较低且随着循环的继续开始缓慢降低。这表明，如本文所描述的，在阴极结构20、20
32
中使用mwcnt 32比普通阴极构造90更有效地恢复到(并维持)先前的充电状态。
66.图15是比较含有mwcnt 32和swcnt 48组合的阴极结构20
32
与含有mwcnt 32但不含有任何swcnt 48的阴极结构20
99
在几种电荷状态下的电荷容量和电荷容量保持率的图表。该图表在左垂直轴96上示出了充电容量(以mah/cm2测量)，以及在右垂直轴98上示出了充电容量保持率(以%测量)，两者都作为底部水平轴84所示运行循环次数的函数绘制。对于该图表，使用约5.6至5.9 mah/cm2的电极载荷62，其与图14中使用的相同。还应当指出的是，图14的前30次循环的阴极结构20
32
(其含有mwcnt 32和swcnt 48)的充电容量97
96
和充电容量保持率97
98
的曲线在这里在图15中重复，并与阴极结构20
99
(其含有mwcnt 32但不含有swcnt 48)的充电容量99
96
和充电容量保持率99
98
的曲线重叠。附图标记97和实心方形标记(
■
)指示含有mwcnt 32和swcnt 48的阴极结构20
32
的曲线，而附图标记99和实心三角形标记(
▲
)指示含有mwcnt 32但不含有swcnt 48的阴极结构20
99
的曲线。下标96和98指示给定的曲线是相对于哪个相应的垂直轴绘制的。例如，97
96
是阴极结构20
32
的充电容量的曲线(相对于左垂直轴96)，97
98
是阴极结构20
32
的充电容量保持率%的曲线(相对于右垂直轴98)，99
96
是阴极结构20
99
的充电容量的曲线(相对于左垂直轴96)，以及99
98
是阴极结构20
99
的充电容量保持率%的曲线（相对于右垂直轴98）。
67.在图15中，应当指出的是，除了1c和2c充电速率之外，对于所示的所有充电速率，充电容量的两条曲线97
96
、99
96
彼此大致相同；同样，除了1c和2c充电速率之外，对于所示的所有充电速率，充电容量保持率的两条曲线97
98
、99
98
彼此大致相同。应当指出的是，为了突出这两个特定的充电速率，在1c曲线周围画了一个大的虚线圆角矩形，并且在2c曲线周围画了一个较小的虚线圆角矩形。在这两种充电速率下，似乎含有mwcnt 32但不含有swcnt 48的阴极结构20
99
比含有mwcnt 32和swcnt 48的阴极结构20
32
提供了更高的充电容量和充电容量保持率。因此，对于一种或多种充电速率，含有mwcnt 32但不含有swcnt 48的阴极结构20
99
可提供比含有mwcnt 32和swcnt 48的类似阴极结构20
32
更高的充电容量和充电容量保持率。
68.利用上述方案，由电极26提供的电极载荷62(有时称为电极载荷容量62)可以是至少5.0 mah/cm2。更具体地，由电极26提供的电极载荷62可以是至少5.0 mah/cm2并且小于或等于6.0 mah/cm2。由于普通沉积电极的电极载荷容量62通常在2至3 mah/cm2的范围内，并且在一些情况下高达4 mah/cm2(例如，对于短尖峰或占空比)，可以理解的是，由本公开的厚电极26提供的电极载荷容量62是对先前方案的改进。还应当指出的是，虽然上述阴极结构20、浆料配方70和方法100已被描述为应用于阴极16及其制造，但相同的结构20、浆料配方70和方法100也可应用于阳极14及其制造。
69.在如上文所描述的阴极结构20、浆料配方70和方法100中使用mwcnt 32和/或mcf 34提供了竞争性结构、配方和方法所没有提供的益处和技术优势。第一，它们使得电极26更厚，其具有的高度或厚度t可超过120 μm。第二，它们有助于在电池循环期间电极26在x、y和z方向上更均匀的电导率，以增强电池10的电化学性能。第三，由于mwcnt 32和/或mcf 34提供的独特的形态和表面化学性质，浆料配方70的流变性质可以得到改善，允许更高的固体含量，这在厚电极沉积过程中是有益的。第四，可以提高循环寿命性能。以及第五，改善了电极载荷容量62。
70.以上描述意欲是说明性的，而不是限制性的。虽然本文描述的材料的尺寸和类型意欲是说明性的，但是它们决不是限制性的，而是示例性的实施例。在下面的权利要求中，术语“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”等的使用仅用作标签，并不打算对它们的对象强加数字或位置要求。如本文所使用的，以单数形式叙述并且前面有单词“一”或“一个”的元件或步骤应该被理解为不排除多个这样的元件或步骤，除非这样的排除被明确地陈述。此外，短语“a和b中的至少一个”和短语“a和/或b”应各自理解为表示“仅a、仅b或a和b两者”。此外，除非明确声明相反，否则“包括”或“具有”具备特定性质的一个或多个元件的实施例可以包括不具备该性质的额外的这种元件。并且当广义描述性副词例如“基本上”和“大体上”在本文中用于修饰形容词时，这些副词表示“对于大部分”、“在很大范围”和/或“在很大程度上”，而不一定表示“完美地”、“完全地”、“严格地”或“全部地”。
71.本书面描述使用示例，包括最佳方式，以使本领域技术人员能够根据本公开制造和使用设备、系统和物质组合物，并执行方法。是下面的权利要求，包括等同物，限定了本公开的范围。