专利名称：包含含硫的多孔结构的电化学电池的制作方法
技术领域：
本发明涉及电化学电池，更具体而言涉及包括电化学电池的系统和方法，所述电化学电池包含含硫的多孔结构。
背景技术：
典型的电化学电池包含阴极和阳极，所述阴极和阳极参与电化学反应。通常，电化学反应由电解质促进，电解质可含自由离子并可起到导电介质的作用。电化学电池的性能可通过增大电极活性材料与电解质之间的接触的量(例如通过采用多孔电极)得以增强， 所述接触的量的增大可使得电池内电化学反应的速率提高。此外，电化学电池的性能可通过在电极本体(bulk)内(例如电极活性材料与在上面沉积电极活性材料的载体之间)保持高程度的导电性得以增强。因此，增大电极活性材料与电解质之间的接触的量以及增大电极内的导电性的系统和方法将是有利的。
发明内容
本发明涉及电化学电池，更具体而言，包括电化学电池的系统和方法，所述电化学电池包含含硫的多孔结构。在一些情况下，本发明的主题涉及到互相关联的产品、特定问题的可选解决方案和/或一种或多种系统和/或制品的多种不同用途。在一个方面，描述了一种电极。在一些实施方案中，所述电极可包含含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒， 所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒中的每个颗粒具有最大横截面尺寸；所述多个颗粒中的每个颗粒具有颗粒体积，所述多个颗粒具有由每个单个颗粒体积之和限定的总颗粒体积；且所述总颗粒体积的至少约50%被最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10微米之间的颗粒所占据。在一些情况下，所述电极可包含含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒一起限定粒状材料总量，且其中所述粒状材料总量的至少约50%由最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10微米的颗粒构成。在一些实施方案中，所述电极可包含含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述多个孔隙中的每个孔隙具有孔隙体积，所述多个孔隙具有由每个单个孔隙体积之和限定的总孔隙体积；且所述总孔隙体积的至少约50%被横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所占据。
在一些情况下，所述电极可包含含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50%由横截面直径为约0. 1微米到约10微米之间的孔隙所限定。在一些情况下，所述电极可包含含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中包含所述电极的电化学电池能在第一个充放电循环随后的至少1个充放电循环中利用电池中总硫的至少约65%，其中100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。在另一方面，描述了一种制造用于电化学电池中的电极的方法。在一些情况下，所述方法可包括提供具有多个孔隙的多孔载体结构，其中所述多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50%由横截面直径为约0. 1微米到约10 微米的孔隙所限定；和在所述多孔载体结构的孔隙内沉积包含硫的电极活性材料。在一些情况下，可以使用金属多孔载体结构、聚合物多孔载体结构或陶瓷多孔载体结构。通过下面结合附图对本发明的各种非限制性实施方案的详细描述，本发明的其他优势和新特征将变得显而易见。在本说明书与通过引用并入的文件包含冲突和/或不一致的披露的情况下，以本说明书为准。如果通过引用并入的两个或更多个文件彼此间包含冲突和/或不一致的披露，则以生效日较晚的文件为准。为了所有目的，本文中披露的所有专利和专利公开案通过引用全文并入本文中。附图简述下面结合示意性而非按比例绘制的附图通过实施例的方式对本发明的非限制性实施方案加以描述。在附图中，所示每个相同或几乎相同的部件通常由一个附图标记代表。 为清楚起见，各图中并未标记每一个部件，且当在不影响本领域技术人员理解本发明的前提下不必要示出时，也并未示出本发明的每个实施方案的每一个部件。在附图中
图1为示意图，示出了一种示例性的电化学电池；图2为示意图，示出了根据另一组实施方案的电化学电池；图3为示意图，示出了一种示例性的电化学电池；图4A-4B示出了示例性电极的扫描电子显微照片(SEMs)；图5A-5B示出了根据一组实施方案的㈧放电比容量与充放电循环数的关系的曲线图，(B)容量与C-倍率的关系的曲线图；图6A-6F示出了根据一组实施方案的㈧硫-碳复合材料的二次电子图像，(B-C) 图6A中的复合材料的X-射线谱图像，(D)硫-碳复合材料的横截面的二次电子图像，(E-F) 图6D中的复合材料的X-射线谱图像；图7示出了根据一组实施方案的放电比容量与充放电循环数的关系的曲线图；图8A-8B示出了根据一组实施方案的电极的二次电子图像；图9A-9F示出了根据一组实施方案的显示㈧复合阴极中硫的分布、⑶复合阴极中碳的分布、(C)复合阴极中铝的分布、(D)机械混合阴极中硫的分布、(E)机械混合阴极中碳的分布和(F)机械混合阴极中铝的分布的X-射线谱图像；图10示出了对于示例性的电化学电池，放电比容量与充放电循环数的关系的曲线图；图11示出了根据一组实施方案的百分容量与C-倍率的关系的示例性曲线图；图12示出了根据一组实施方案的阴极厚度与所加电压的关系的曲线图；和图13示出了根据一些实施方案的放电比容量与循环数的关系的示例性曲线图。具体说明本发明涉及包含硫的多孔结构在电化学电池中的用途。这样的材料在例如形成电化学电池中的一个或多个电极时可能有用。例如，本文中描述的系统和方法可以包括包含导电多孔载体结构和基本含在所述载体结构的孔隙内的多个包含硫(例如作为活性物质) 的颗粒的电极的使用。本发明人已出乎意料地发现，在一些实施方案中，多孔载体结构内孔隙的尺寸和/或孔隙内颗粒的尺寸可以“特制”为使得电解质与硫之间的接触得到增强，而电极的导电性和结构完整性保持在足够高的水平以允许电池的有效运行。此外，多孔载体结构内孔隙的尺寸和/或孔隙内颗粒的尺寸可以选择为使得可以获得任意合适的硫/载体材料比率而同时在电极中保持机械稳定性。本发明人还已出乎意料地发现，包含某些材料 (例如金属如镍)的多孔载体结构的使用可以相当大地提高电池性能。在一些实施方案中， 在多孔载体结构的孔隙内形成包含电极活性材料(例如包含硫)的颗粒的方法可实现颗粒尺寸与孔隙尺寸之间的所需关系。多孔载体结构内孔隙的尺寸和/或孔隙内颗粒的尺寸还可以“特制”为使得所得电极能承受各向异性力的施加而同时保持电极的结构完整性。在本文中所述系统和方法的开发中，本发明人已确定出与制造包含硫的电极相关的若干挑战。首先，硫具有较低的导电性(例如，对于元素硫，为约5.0X10_14S cm—1)，其可能抑制电极的导电性并因此抑制电池性能。此外，在生产均勻厚度且高表面积电极时可能有用的小颗粒硫可能难以用常规机械碾磨产生，因为所产生的颗粒可能很快重新团聚。另外，可产生较高比容量和较长循环寿命的高表面积碳可能难以作为传统浆料加工，因为其具有高的吸收液保持能力(absorption stiffness)，导致浆料的固体量较低。最后，含硫电极材料的传统浆料加工可能导致浆料组分的重新分布，这可能在阴极内产生不均勻的孔隙率并降低阳极利用率。本发明人已出乎意料地发现，通过在载体材料的孔隙内布置包含硫的颗粒以产生包含较均勻的孔隙率、颗粒尺寸和组分分布的电极，可以克服这些传统缺点。本文中所述的多孔结构可以用在电化学电池中用于广泛的装置，如电动车辆、载荷平衡装置(例如用于基于太阳或风的能源平台)、便携式电子器件等。特别地，在一些情况下，本文中所述的多孔结构可以用作二次电池(即可充电电池)如锂-硫(L-S)电池中的电极。在一个方面，描述了一种用于电化学电池中的电极。所述电极可包含含多个孔隙的多孔载体结构。用于本文中时，“孔隙”指用ASTM标准试验D4^4-07测定的孔隙，并通常指管道、空隙或通路，其至少一部分被在其中形成孔隙的介质所包围，使得可以绕孔隙绘出连续回路而同时保持在介质内。通常，完全被材料所包围的材料内空隙(因此从材料外面不可及，例如闭孔)不被视为本发明的范围内的孔隙。应理解，在制品包含颗粒团聚体的情况下，孔隙既包括颗粒间孔隙(即当堆积在一起时限定在颗粒之间的那些孔隙，例如间隙) 又包括颗粒内孔隙(即位于单个颗粒的外壳内的那些孔隙)。孔隙可以包含任意合适的横截面形状，例如圆形、椭圆形、多边形(例如长方形、三角形等)、不规则形等。多孔载体结构可以包含任意合适的形式。在一些情况下，多孔载体结构可以包含离散颗粒的多孔团聚体，其内的颗粒可以是多孔的或无孔的。例如，多孔载体结构可以通过混合多孔或无孔颗粒与粘合剂来形成多孔团聚体而形成。电极活性材料可以布置在颗粒间的间隙和/或颗粒内的孔隙(在采用多孔颗粒的情况下)内以形成本文中所述的本发明的电极。在一些实施方案中，多孔载体结构可以是“多孔连续”结构。当用于本文中时，多孔连续结构指在其内含孔隙并在限定孔隙的固体区域之间有着较连续的表面的连续固体结构。多孔连续结构的实例包括例如在其体积内含孔隙的材料(例如多孔碳颗粒、金属泡沫等)。本领域技术人员应能通过例如比较两种结构的SEM图像区分多孔连续结构与例如不为多孔连续结构而是为离散颗粒的多孔团聚体(其中，离散颗粒间的间隙和/或其他空隙将被视为孔隙)的结构。多孔载体结构可以具有任意合适的形状或尺寸。例如，载体结构可以是具有任意合适的最大横截面尺寸(例如小于约10mm、小于约1mm、小于约500微米等)的多孔连续颗粒。在一些情况下，多孔载体结构(多孔连续或另外的方式)可以具有较大的最大横截面尺寸(例如至少约500微米、至少约1mm、至少约10mm、至少约10cm、为约Imm到约50cm、为约IOmm到约50cm、或为约IOmm到约IOcm)。在一些实施方案中，电极内多孔载体结构的最大横截面尺寸可以为用多孔连续结构形成的电极的最大横截面尺寸的至少约50%、至少约 75%、至少约90%、至少约95%、至少约98%、或至少约99%。在一些实施方案中，载体结构可以是相对于另两维具有一个较薄维度的制品，例如膜。例如，载体结构可以是厚度小于约1mm、小于约500微米、小于约100微米、为约1微米到约5mm、为约1微米到约1mm、为约10微米到约5mm或为约10微米到约Imm而宽度和/ 或长度为至少约100倍、至少约1000倍或至少约10，000倍的制品。本文中用到的制品(例如多孔载体结构)的“最大横截面尺寸”指可测得的制品的两个相对边界之间的最大距离。 本文中所述的多孔载体结构还可以具有任意合适的形状。例如，载体结构可以是球形的、圆柱形的或棱柱形的(例如三棱柱、矩形棱柱等)。在一些情况下，载体结构的形貌可以选择为使载体结构可以较容易地整合进电极中以用于例如电化学电池中。例如，载体结构可以包含薄膜，薄膜上可以形成电化学电池的其他部件(例如电解质、另一电极等)。在一些情况下，可以使用多孔颗粒作为多孔连续结构。在一些这样的实施方案中， 可以在颗粒的孔隙内沉积材料(例如电极活性材料)且所述颗粒可以用来形成电极。例如，在其孔隙内含电极活性材料的多孔颗粒可以被结合在一起(例如使用粘合剂或其他添加剂)以形成复合电极。形成这样的复合电极的示例性方法见述于例如2006年1月 13 日提交的标题为"Novel composite cathodes, electrochemical cells comprising novel composite cathodes, and processes for fabricating same" 白勺 U. S.Pub. No. 2006/0115579中，其通过引用全文并入本文中。在一些实施方案中，多孔载体结构可以包含较大尺度的多孔连续结构，与上面所述的多孔颗粒不同，设置其尺寸和形状以用作电极。这样的结构可以由多种材料例如金属 (如金属泡沫)、陶瓷和聚合物形成。这样的材料的实例在下文有更详细的描述。在一些实施方案中，电极内多孔连续结构的最大横截面尺寸可以为用所述多孔连续结构形成的电极的最大横截面尺寸的至少约50%、至少约75%、至少约90%、至少约95%、至少约98%、或至少约99%。
在一些实施方案中，使用这样的较大的多孔连续结构可以确保电极内几乎没有或没有粘合剂，因为将不需要粘合剂来将小颗粒固定在一起以形成多孔载体结构。在一些实施方案中，电极可以包含低于约20重量％、低于约10重量％、低于约5重量％、低于约2重量％、低于约1重量％或低于约0. 1重量％的粘合剂。在本文中，“粘合剂”指不作为电极活性材料且不引入以向电极提供导电路径的材料。例如，电极可以含粘合剂来促进阴极内的内结合力。多孔载体结构可以包含任意合适的材料。在一些实施方案中，多孔载体结构可以用作电极内的电导体(例如用作电解质可及的导电材料)。因此，多孔载体结构可以包含导电材料。可能适于使用的导电材料的实例包括但不限于金属(例如纯或合金形式的镍、铜、 铝、铁或任意其他合适的金属或组合)、碳(例如石墨、碳黑、乙炔黑、碳纤维、碳纳米纤维、 中空碳管、石墨烯、碳丝等)、导电聚合物或任意其他合适的导电材料。在一些实施方案中， 多孔载体结构的本体可以由导电材料形成。在一些情况下，多孔载体结构可以包含至少部分地涂布(例如通过基于溶液的沉积、蒸发沉积或任意其他合适的技术涂布)有导电材料的不导电材料。在一些实施方案中，多孔载体结构可以包含玻璃(例如二氧化硅、无定形硅石等)、陶瓷(例如氧化铝、氧化锡、氧化钒和下文所述的其他陶瓷)、半导体(例如硅、锗、 砷化镓等)、不导电聚合物等。多孔载体结构可以包含具有选择的尺寸分布的孔隙，以增强电化学电池的性能。 在一些情况下，多孔载体结构可以包含比亚纳米级和单纳米级孔隙大的孔隙，亚纳米级和单纳米级孔隙可能太小而因例如毛细力使得电解质(例如液体电解质)不能进入电极的孔隙中。此外，在一些情况下，所述孔隙可比毫米级孔隙小，毫米级孔隙可能太大以致使得电极在力学上不稳定。在一些实施方案中，多孔载体结构可以包含多个孔隙，其中所述多个孔隙中的每个孔隙具有孔隙体积，且所述多个孔隙具有由每个单个孔隙体积之和限定的总孔隙体积。在一些实施方案中，所述总孔隙体积的至少约50%、至少约70%、至少约80%、至少约90%、至少约95%、至少约99%或基本全部被横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所占据。在一些实施方案中，所述总孔隙体积的至少约50%、至少约70%、至少约 80%、至少约90%、至少约95%、至少约99%或基本全部被横截面直径为约0. 1微米到约 20微米、为约1微米到约10微米或为约1微米到约3微米的孔隙所占据。换句话说，在一些实施方案中，多孔载体结构的多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50 % (或至少约70 %、至少约80 %、至少约90 %、至少约95 %、至少约99 %或基本全部) 由横截面直径为约0. 1微米到约10微米(或为约0. 1微米到约20微米、为约1微米到约 10微米或为约1微米到约3微米)的孔隙限定。在一些实施方案中，使用其中所述多个孔隙的平均横截面直径在指定范围内的多孔材料可能有利。例如，在一些情况下，多孔载体材料可以包含多个孔隙，其中所述多个孔隙的平均横截面直径为约0.1微米到约10微米、为约1微米到约10微米或为约1微米到约3微米。如下所述，在一些情况下，本文中所述的孔隙分布可以在向电化学电池施加各向异性力(例如限定约4. 9牛顿/cm2到约198牛顿/cm2之间或下面给出的任意范围的压力) 时获得。这可通过由能在所加载荷下保持其多孔性的材料(例如金属、陶瓷、聚合物等)制造多孔载体结构实现。由在所加载荷下抵抗变形的材料制造电极可以使电极能够在压力下保持其渗透性并使电极能够保持本文中所述的增强的倍率容量。在一些实施方案中，多孔载体结构(和由多孔载体结构产生的所得电极)的屈服强度可以至少为约200牛顿/cm2、 至少为约350牛顿/cm2或至少为约500牛顿/cm2。制造这样的结构的方法将在下文更详细地描述。当用于本文中时，孔隙的“横截面直径”指用ASTM标准试验D4^4_07测定的横截面直径。横截面直径可以指孔隙的横截面的最小直径。多个孔隙的“平均横截面直径”指所述多个孔隙中的每一个的数均横截面直径。本领域技术人员应能使用如ASTM标准D4^4_92中所述的压汞孔隙率法计算多孔结构内孔隙的横截面直径分布和平均横截面直径，该标准通过引用全文并入本文中。例如，可以用ASTM标准D4^4-92中所述的方法产生以累积压入孔隙体积与孔隙直径的关系绘制的孔隙尺寸分布。为计算样品内给定孔隙直径范围内的孔隙占总孔隙体积的百分数， 应(1)计算χ-轴上方跨越给定范围的曲线下的面积，(2)用步骤(1)中计算的面积除以曲线下的总面积，和⑶乘100%。任选地，在制品含位于可以用ASTM标准D^84-92准确测定的孔隙尺寸范围之外的孔隙尺寸的情况下，孔隙率测定可以用如例如S. Brunauer, P. H. Emmett, and Ε· Teller，J. Am. Chem. Soc.，1938，60，309 中所述的 BET 表面分析来补充， 该文献通过引用全文并入本文中。在一些实施方案中，多孔材料包含的孔隙可以具有较均勻的横截面直径。不希望受任意理论的束缚，但这样的均勻性可能有助于在整个多孔材料本体内保持较一致的结构稳定性。此外，控制孔隙尺寸于较窄范围内的能力可以允许引入大量足够大以允许流体渗透(例如电解质渗透)的孔隙，同时保持足够小的孔隙以保持多孔材料的结构稳定性。在一些实施方案中，多孔材料内孔隙的横截面直径分布的标准偏差可以小于所述多个孔隙的平均横截面直径的约50%、小于约25%、小于约10%、小于约5%、小于约2%或小于约1%。 标准偏差(ο )具有本领域中其通常的意义并可如下计算
权利要求
1.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的所述孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒中的每个颗粒具有最大横截面尺寸；所述多个颗粒中的每个颗粒具有颗粒体积，所述多个颗粒具有由每个单个颗粒体积之和限定的总颗粒体积；和所述总颗粒体积的至少约50%被最大横截面尺寸为约0. 1微米至约10微米的颗粒所占据。
2.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的所述孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒一起限定粒状材料总量，且其中所述粒状材料总量的至少约50%由最大横截面尺寸为约0. 1微米至约10微米的颗粒构成。
3.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述多个孔隙中的每个孔隙具有孔隙体积，所述多个孔隙具有由每个单个孔隙体积之和限定的总孔隙体积；和所述总孔隙体积的至少约50%被横截面直径为约0. 1微米至约10微米的孔隙所占据。
4.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约 50%由横截面直径为约0. 1微米至约10微米的孔隙所限定。
5.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的多孔载体结构；和基本含在所述多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料， 其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少1个充放电循环中利用电池中总硫的至少约65%，其中100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述颗粒的最大横截面尺寸的标准偏差小于约50%。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述孔隙的横截面直径的标准偏差小于约50%。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述多孔载体结构包含导电材料。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中在所述多孔载体结构上沉积导电材料。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述多孔载体结构包含碳、金属、聚合物、陶瓷和半导体中的至少一种。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述多孔载体结构包含碳。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述多孔载体结构包含金属。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述多孔载体结构包含二氧化硅。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述硫包括元素硫、高分子硫、无机硫化物、无机多硫化物、有机硫化物、有机多硫化物和硫有机化合物中的至少一种。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述硫包括元素硫。
16.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述电极包含至少约20重量％的硫ο
17.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述电极活性材料占据所述多孔载体结构的可及孔隙体积的至少约10%。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述电极的空隙体积为至少约 Icm3每克硫。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少1个充放电循环中利用电池中总硫的至少约65%，其中 100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少10个充放电循环中利用电池中总硫的至少约65%，其中 100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少一个充放电循环过程中获得电极中每克硫至少约IOOmA 的电流密度。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少10个充放电循环过程中获得电极中每克硫至少约IOOmA 的电流密度。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述多孔载体结构包含多孔连续结构。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述电极内多孔连续结构的最大横截面尺寸为所述电极的最大横截面尺寸的至少约50%。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中 所述电极具有表面，所述电极的表面区域的至少约50%限定具有第一硫平均浓度的均勻区域，和覆盖所述电极表面的所述均勻区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中 所述电极具有表面，所述电极的表面区域的至少约50%限定具有基本均勻的硫分布的第一连续区域，所述第一区域具有第一硫平均浓度，和覆盖所述电极表面的所述第一连续区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述第一连续区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
27.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中 所述电极具有厚度和基本垂直于所述厚度的横截面，所述横截面的至少约50%限定具有第一硫平均浓度的均勻区域，和覆盖所述横截面的所述均勻区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
28.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中 所述电极具有厚度和基本垂直于所述厚度的横截面，所述横截面的区域的至少约50%限定具有基本均勻的硫分布的第一连续区域，所述第一区域具有第一硫平均浓度，和覆盖所述横截面的所述第一连续区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度， 所述第二硫平均浓度相对于整个所述第一连续区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约 25%。
29.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述总颗粒体积的至少约70%被最大横截面尺寸为约0. 1微米至约10微米的颗粒所占据。
30.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述总颗粒体积的至少约80%被最大横截面尺寸为约0.1微米至约10微米的颗粒所占据。
31.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述总孔隙体积的至少约70%被横截面直径为约0.1微米至约10微米的孔隙所占据。
32.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述总孔隙体积的至少约80%被横截面直径为约0.1微米至约10微米的孔隙所占据。
33.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述电极包含少于约20wt%的粘合剂。
34.根据前述权利要求中的任一项所述的电极，其中所述多孔载体结构内的材料颗粒的平均最大横截面尺寸与所述多孔载体结构内的孔隙的平均横截面直径的比率为约 0. 001 1 至约 1:1。
35.一种制造用于电化学电池中的电极的方法，所述方法包括提供包含多个孔隙的金属多孔载体结构，其中所述金属多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50%由横截面直径为约0. 1微米至约10 微米的孔隙所限定，和在所述金属多孔载体结构的所述孔隙内沉积包含硫的电极活性材料。
36.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的金属多孔载体结构；和基本含在所述金属多孔载体结构的所述孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒中的每个颗粒具有最大横截面尺寸；所述多个颗粒中的每个颗粒具有颗粒体积，所述多个颗粒具有由每个单个颗粒体积的总和限定的总颗粒体积；和所述总颗粒体积的至少约50%被最大横截面尺寸为约0. 1微米至约10微米的颗粒所占据。
37.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的金属多孔载体结构；和基本含在所述金属多孔载体结构的所述孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒一起限定粒状材料总量，且其中所述粒状材料总量的至少约50%由最大横截面尺寸为约0. 1微米至约10微米的颗粒构成。
38.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的金属多孔载体结构；和基本含在所述金属多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述多个孔隙中的每个孔隙具有孔隙体积，所述多个孔隙具有由每个单个孔隙体积的总和限定的总孔隙体积；和所述总孔隙体积的至少约50 %被横截面直径为约0. 1微米至约10微米的孔隙所占据。
39.一种用于电化学电池中的电极，包含 包含多个孔隙的金属多孔载体结构；和基本含在所述金属多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述金属多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50%由横截面直径为约0. 1微米至约10微米的孔隙所限定。
40.根据权利要求35-39中的任一项所述的电极或方法，其中所述金属多孔载体结构包含镍、铜、镁、铝、钛和钪中的至少一种。
41.根据权利要求35-40中的任一项所述的电极或方法，其中所述包含含硫的电极活性材料的颗粒的最大横截面尺寸的标准偏差小于约50%。
42.根据权利要求35-41中的任一项所述的电极或方法，其中所述孔隙的横截面直径的标准偏差小于约50%。
43.根据权利要求35-42中的任一项所述的电极或方法，其中所述硫包括元素硫、高分子硫、无机硫化物、无机多硫化物、有机硫化物、有机多硫化物和硫有机化合物中的至少一种。
44.根据权利要求35-43中的任一项所述的电极或方法，其中所述硫包括元素硫。
45.根据权利要求35-44中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极包含至少约20重量％的硫。
46.根据权利要求35-45中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极活性材料占据所述多孔载体结构的可及孔隙体积的至少约10%。
47.根据权利要求35-46中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极的空隙体积为至少约Icm3每克硫。
48.根据权利要求35-47中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少1个充放电循环中利用电池中总硫的至少约 65%，其中100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
49.根据权利要求35-48中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少10个充放电循环中利用电池中总硫的至少约 65%，其中100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
50.根据权利要求35-49中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少一个充放电循环过程中获得电极中每克硫至少约IOOmA的电流密度。
51.根据权利要求35-50中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少10个充放电循环过程中获得电极中每克硫至少约IOOmA的电流密度。
52.根据权利要求35-51中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构包含多孔连续结构。
53.根据权利要求35-52中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极内多孔连续结构的最大横截面尺寸为所述电极的最大横截面尺寸的至少约50%。
54.根据权利要求35-53中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有外表面区域，所述外表面区域的至少约50%限定具有第一硫平均浓度的均勻区域，和覆盖所述外表面的所述均勻区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
55.根据权利要求35-54中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有外表面区域，所述外表面区域的至少约50%限定具有基本均勻的硫分布的第一连续区域，所述第一区域具有第一硫平均浓度，和覆盖所述外表面的所述第一连续区域的约10%的任意连续外表面区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
56.根据权利要求35-55中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有厚度和基本垂直于所述厚度的横截面，所述横截面的至少约50%限定具有第一硫平均浓度的均勻区域，和覆盖所述横截面的所述均勻区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
57.根据权利要求35-56中的任一项所述的电极或方法，其中被包含含硫的电极活性材料的颗粒所占据的所述总体积的至少约70%被最大横截面尺寸为约0. 1微米至约10微米的颗粒所占据。
58.根据权利要求35-57中的任一项所述的电极或方法，其中被包含含硫的电极活性材料的颗粒所占据的所述总体积的至少约80%被最大横截面尺寸为约0. 1微米至约10微米的颗粒所占据。
59.根据权利要求35-58中的任一项所述的电极或方法，其中所述总孔隙体积的至少约70%被横截面直径为约0. 1微米至约10微米的孔隙所占据。
60.根据权利要求35-59中的任一项所述的电极或方法，其中所述总孔隙体积的至少约80%被横截面直径为约0. 1微米至约10微米的孔隙所占据。
61.根据权利要求35-60中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极含低于约20重量％的粘合剂。
62.根据权利要求35-61中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构内的材料颗粒的平均最大横截面尺寸与所述多孔载体结构内的孔隙的平均横截面直径的比率为约0. 001 1至约1:1。
63.根据权利要求35-62中的任一项所述的电极或方法，其中提供所述金属多孔载体结构包括提供多个单个的金属颗粒并处理所述金属颗粒以形成金属多孔载体结构。
64.根据权利要求35-63中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述金属颗粒以形成多孔载体结构包括粘附所述金属颗粒。
65.根据权利要求35-64中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述金属颗粒以形成多孔载体结构包括烧结所述金属颗粒。
66.根据权利要求35-65中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述金属颗粒以形成金属多孔载体结构包括熔融所述金属颗粒。
67.根据权利要求35-66中的任一项所述的电极或方法，其中提供所述金属多孔载体结构包括组合第一材料与第二材料并通过从所述组合移除所述材料中的一种而形成所述金属载体结构的孔隙。
68.根据权利要求35-67中的任一项所述的电极或方法，其中提供金属多孔载体结构包括提供预制的金属多孔载体结构。
69.根据权利要求35-68中的任一项所述的电极或方法，其中提供金属多孔载体结构包括使用3-D印刷制造所述金属多孔载体结构。
70.一种制造用于电化学电池中的电极的方法，所述方法包括提供包含多个孔隙的陶瓷多孔载体结构，其中所述陶瓷多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50%由横截面直径为约0. 1微米到约10 微米的孔隙所限定，和在所述陶瓷多孔载体结构的所述孔隙内沉积包含硫的电极活性材料。
71.一种用于电化学电池中的电极，包含包含多个孔隙的陶瓷多孔载体结构；和基本含在所述陶瓷多孔载体结构的所述孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒中的每个颗粒具有最大横截面尺寸；所述多个颗粒中的每个颗粒具有颗粒体积，所述多个颗粒具有由每个单个颗粒体积的总和限定的总颗粒体积；和所述总颗粒体积的至少约50%被最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10微米的颗粒所占据。
72.一种用于电化学电池中的电极，包含包含多个孔隙的陶瓷多孔载体结构；和基本含在所述陶瓷多孔载体结构的所述孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒一起限定粒状材料总量，且其中所述粒状材料总量的至少约50%由最大横截面尺寸为约0.1微米到约10微米的颗粒构成。
73.一种用于电化学电池中的电极，包含包含多个孔隙的陶瓷多孔载体结构；和基本含在所述陶瓷多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述多个孔隙中的每个孔隙具有孔隙体积，所述多个孔隙具有由每个单个孔隙体积的总和限定的总孔隙体积；和所述总孔隙体积的至少约50%被横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所占据。
74.一种用于电化学电池中的电极，所述电极包含包含多个孔隙的陶瓷多孔载体结构；和基本含在所述陶瓷多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述陶瓷多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50%由横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所限定。
75.根据权利要求70-74中的任一项所述的电极或方法，其中所述陶瓷多孔载体结构包含铝、硅、锌、锡、钒、锆、镁和/或铟的氧化物、氮化物和/或氧氮化物的至少之一。
76.根据权利要求70-75中的任一项所述的电极或方法，其中所述包含含硫的电极活性材料的颗粒的最大横截面尺寸的标准偏差小于约50%。
77.根据权利要求70-76中的任一项所述的电极或方法，其中所述孔隙的横截面直径的标准偏差小于约50%。
78.根据权利要求70-77中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构包含导电陶瓷。
79.根据权利要求70-78中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构除所述陶瓷材料外还包含导电材料。
80.根据权利要求70-79中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构包含包埋进所述陶瓷材料的本体中的导电材料。
81.根据权利要求70-80中的任一项所述的电极或方法，其中在所述多孔载体结构的所述孔隙内沉积导电材料。
82.根据权利要求70-81中的任一项所述的电极或方法，其中所述导电材料包括碳和金属中的至少一种。
83.根据权利要求70-82中的任一项所述的电极或方法，其中所述硫包括元素硫、高分子硫、无机硫化物、无机多硫化物、有机硫化物、有机多硫化物和硫有机化合物中的至少一种。
84.根据权利要求70-83中的任一项所述的电极或方法，其中所述硫包括元素硫。
85.根据权利要求70-84中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极包含至少约20重量％的硫。
86.根据权利要求70-85中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极活性材料占据所述多孔载体结构的可及孔隙体积的至少约10%。
87.根据权利要求70-86中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极的空隙体积为至少约Icm3每克硫。
88.根据权利要求70-87中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少1个充放电循环中利用电池中总硫的至少约 65%，其中100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
89.根据权利要求70-88中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少10个充放电循环中利用电池中总硫的至少约 65%，其中100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
90.根据权利要求70-89中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少一个充放电循环过程中获得电极中每克硫至少约IOOmA的电流密度。
91.根据权利要求70-90中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少10个充放电循环过程中获得电极中每克硫至少约IOOmA的电流密度。
92.根据权利要求70-91中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构包含多孔连续结构。
93.根据权利要求70-92中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极内所述多孔连续结构的最大横截面尺寸为所述电极的最大横截面尺寸的至少约50%。
94.根据权利要求70-93中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有外表面区域，所述外表面区域的至少约50%限定具有第一硫平均浓度的均勻区域，和覆盖所述外表面的所述均勻区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
95.根据权利要求70-94中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有外表面区域，所述外表面区域的至少约50%限定具有基本均勻的硫分布的第一连续区域，所述第一区域具有第一硫平均浓度，和覆盖所述外表面的所述第一连续区域的约10%的任意连续外表面区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
96.根据权利要求70-95中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有厚度和基本垂直于所述厚度的横截面，所述横截面的至少约50%限定具有第一硫平均浓度的均勻区域，和覆盖所述横截面的所述均勻区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
97.根据权利要求70-96中的任一项所述的电极或方法，其中被包含含硫的电极活性材料的颗粒所占据的所述总体积的至少约70%被最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10微米的颗粒所占据。
98.根据权利要求70-97中的任一项所述的电极或方法，其中被包含含硫的电极活性材料的颗粒所占据的所述总体积的至少约80%被最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10微米的颗粒所占据。
99.根据权利要求70-98中的任一项所述的电极或方法，其中所述总孔隙体积的至少约70%被横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所占据。
100.根据权利要求70-99中的任一项所述的电极或方法，其中所述总孔隙体积的至少约80%被横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所占据。
101.根据权利要求70-100中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极包含低于约 20重量％的粘合剂。
102.根据权利要求70-101中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构内的材料颗粒的平均最大横截面尺寸与所述多孔载体结构内的孔隙的平均横截面直径的比率为约0.001 1到约1 1。
103.根据权利要求70-102中的任一项所述的电极或方法，其中提供所述陶瓷多孔载体结构包括提供多个单个陶瓷颗粒并处理所述陶瓷颗粒以形成陶瓷多孔载体结构。
104.根据权利要求70-103中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述陶瓷颗粒以形成多孔载体结构包括粘附所述陶瓷颗粒。
105.根据权利要求70-104中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述陶瓷颗粒以形成多孔载体结构包括烧结所述陶瓷颗粒。
106.根据权利要求70-105中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述陶瓷颗粒以形成陶瓷多孔载体结构包括熔融所述陶瓷颗粒。
107.根据权利要求70-106中的任一项所述的电极或方法，其中提供所述陶瓷多孔载体结构包括组合第一材料与第二材料并通过从所述组合移除所述材料中的一种而形成所述陶瓷载体结构的孔隙。
108.根据权利要求70-107中的任一项所述的电极或方法，其中提供陶瓷多孔载体结构包括提供预制的陶瓷多孔载体结构。
109.根据权利要求70-108中的任一项所述的电极或方法，其中提供陶瓷多孔载体结构包括使用3-D印刷制造所述陶瓷多孔载体结构。
110.一种制造用于电化学电池中的电极的方法，所述方法包括提供包含多个孔隙的聚合物多孔载体结构，其中所述聚合物多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50%由横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所限定，和在所述聚合物多孔载体结构的所述孔隙内沉积包含硫的电极活性材料。
111.一种用于电化学电池中的电极，包含包含多个孔隙的聚合物多孔载体结构；和基本含在所述聚合物多孔载体结构的所述孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒中的每个颗粒具有最大横截面尺寸；所述多个颗粒中的每个颗粒具有颗粒体积，所述多个颗粒具有由每个单个颗粒体积的总和限定的总颗粒体积；和所述总颗粒体积的至少约50%被最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10微米的颗粒所占据。
112.一种用于电化学电池中的电极，包含包含多个孔隙的聚合物多孔载体结构；和基本含在所述聚合物多孔载体结构的所述孔隙内的多个包含电极活性材料的颗粒，所述电极活性材料包含硫，其中所述多个颗粒一起限定粒状材料总量，且其中所述粒状材料总量的至少约50%由最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10微米的颗粒构成。
113.一种用于电化学电池中的电极，包含包含多个孔隙的聚合物多孔载体结构；和基本含在所述聚合物多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述多个孔隙中的每个孔隙具有孔隙体积，所述多个孔隙具有由每个单个孔隙体积的总和限定的总孔隙体积；和所述总孔隙体积的至少约50%被横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所占据。
114.一种用于电化学电池中的电极，包含包含多个孔隙的聚合物多孔载体结构；和基本含在所述聚合物多孔载体结构的所述孔隙内的包含硫的电极活性材料，其中所述聚合物多孔载体结构的所述多个孔隙一起限定总孔隙体积，且所述总孔隙体积的至少约50%由横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所限定。
115.根据权利要求110-114中的任一项所述的电极或方法，其中所述聚合物多孔载体结构包含聚乙烯醇、聚乙烯醇(PVA)、酚醛树脂(酚醛清漆/雷琐酚)、聚苯乙烯磺酸锂 (LiPSS)、环氧树脂、UHMWPE, PTFE, PVDF, PTFE/乙烯基共聚物、和上述物质的共聚物/嵌段共聚物中的至少一种。
116.根据权利要求110-115中的任一项所述的电极或方法，其中所述包含含硫的电极活性材料的颗粒的最大横截面尺寸的标准偏差小于约50%。
117.根据权利要求110-116中的任一项所述的电极或方法，其中所述孔隙的横截面直径的标准偏差小于约50%。
118.根据权利要求110-117中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构包含导电聚合物。
119.根据权利要求110-118中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构除所述聚合物材料外还包含导电材料。
120.根据权利要求110-119中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构包含包埋在所述聚合物材料的本体中的导电材料。
121.根据权利要求110-120中的任一项所述的电极或方法，其中在所述多孔载体结构的所述孔隙内沉积导电材料。
122.根据权利要求110-121中的任一项所述的电极或方法，其中所述导电材料包括碳和金属中的至少一种。
123.根据权利要求110-122中的任一项所述的电极或方法，其中所述硫包括元素硫、 高分子硫、无机硫化物、无机多硫化物、有机硫化物、有机多硫化物和硫有机化合物中的至少一种。
124.根据权利要求110-123中的任一项所述的电极或方法，其中所述硫包括元素硫。
125.根据权利要求110-1M中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极包含至少约 20重量％的硫。
126.根据权利要求110-125中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极活性材料占据所述多孔载体结构的可及孔隙体积的至少约10%。
127.根据权利要求110-1 中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极的空隙体积为至少约Icm3每克硫。
128.根据权利要求110-127中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少1个充放电循环中利用电池中总硫的至少约 65%，其中100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
129.根据权利要求110-1 中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少10个充放电循环中利用电池中总硫的至少约 65%，其中100%的利用对应于电极中每克硫1672mAh。
130.根据权利要求110-1 中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少一个充放电循环过程中获得电极中每克硫至少约IOOmA的电流密度。
131.根据权利要求110-130中的任一项所述的电极或方法，其中包含所述电极的电化学电池能够在第一个充放电循环随后的至少10个充放电循环过程中获得电极中每克硫至少约IOOmA的电流密度。
132.根据权利要求110-131中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构包含多孔连续结构。
133.根据权利要求110-132中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极内所述多孔连续结构的最大横截面尺寸为所述电极的最大横截面尺寸的至少约50%。
134.根据权利要求110-133中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有外表面区域，所述外表面区域的至少约50%限定具有第一硫平均浓度的均勻区域，和覆盖所述外表面的所述均勻区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
135.根据权利要求110-134中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有外表面区域，所述外表面区域的至少约50%限定具有基本均勻的硫分布的第一连续区域，所述第一区域具有第一硫平均浓度，和覆盖所述外表面的所述第一连续区域的约10%的任意连续外表面区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
136.根据权利要求110-135中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极具有厚度和基本垂直于所述厚度的横截面，所述横截面的至少约50%限定具有第一硫平均浓度的均勻区域，和覆盖所述横截面的所述均勻区域的约10%的任意连续区域具有第二硫平均浓度，所述第二硫平均浓度相对于整个所述均勻区域内的所述第一硫平均浓度的差异小于约25%。
137.根据权利要求110-136中的任一项所述的电极或方法，其中被包含含硫的电极活性材料的颗粒所占据的所述总体积的至少约70%被最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10微米的颗粒所占据。
138.根据权利要求110-137中的任一项所述的电极或方法，其中被包含含硫的电极活性材料的颗粒所占据的所述总体积的至少约80%被最大横截面尺寸为约0. 1微米到约10 微米的颗粒所占据。
139.根据权利要求110-138中的任一项所述的电极或方法，其中所述总孔隙体积的至少约70%被横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所占据。
140.根据权利要求110-139中的任一项所述的电极或方法，其中所述总孔隙体积的至少约80%被横截面直径为约0. 1微米到约10微米的孔隙所占据。
141.根据权利要求110-140中的任一项所述的电极或方法，其中所述电极包含低于约 20重量％的粘合剂。
142.根据权利要求110-141中的任一项所述的电极或方法，其中所述多孔载体结构内的材料颗粒的平均最大横截面尺寸与所述多孔载体结构内的孔隙的平均横截面直径的比率为约0.001 1到约1 1。
143.根据权利要求110-142中的任一项所述的电极或方法，其中提供所述聚合物多孔载体结构包括提供多个单个聚合物颗粒并处理所述聚合物颗粒以形成聚合物多孔载体结构。
144.根据权利要求110-143中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述聚合物颗粒以形成聚合物多孔载体结构包括粘附所述聚合物颗粒。
145.根据权利要求110-144中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述聚合物颗粒以形成聚合物多孔载体结构包括烧结所述聚合物颗粒。
146.根据权利要求110-145中的任一项所述的电极或方法，其中处理所述聚合物颗粒以形成聚合物多孔载体结构包括熔融所述聚合物颗粒。
147.根据权利要求110-146中的任一项所述的电极或方法，其中提供所述聚合物多孔载体结构包括组合第一材料与第二材料并通过从所述组合移除所述材料中的一种而形成所述聚合物载体结构的孔隙。
148.根据权利要求110-147中的任一项所述的电极或方法，其中提供聚合物多孔载体结构包括提供预制的聚合物多孔载体结构。
149.根据权利要求110-148中的任一项所述的电极或方法，其中提供聚合物多孔载体结构包括使用3-D印刷制造所述聚合物多孔载体结构。
全文摘要
本发明涉及包含硫的多孔结构在电化学电池中的用途。这样的材料可以用来例如形成电化学电池中的一个或多个电极。例如，本文中所述的系统和方法可以包括包含导电多孔载体结构和基本含在所述载体结构的孔隙内的多个包含硫(例如作为活性物质)的颗粒的电极的使用。本发明人已出乎意料地发现，在一些实施方案中，多孔载体结构内孔隙的尺寸和/或孔隙内颗粒的尺寸可以“特制”为使得电解质与硫之间的接触得到增强，而电极的导电性和结构完整性保持在足够高的水平以允许电池的有效运行。此外，多孔载体结构内孔隙的尺寸和/或孔隙内颗粒的尺寸可以选择为使得能够获得任意合适的硫/载体材料的比率而同时在电极中保持机械稳定性。本发明人还已出乎意料地发现，包含某些材料(例如金属如镍)的多孔载体结构的使用可以相当大地提高电池性能。在一些实施方案中，在多孔载体结构的孔隙内形成硫颗粒的方法可实现颗粒尺寸与孔隙尺寸之间的所需关系。多孔载体结构内孔隙的尺寸和/或孔隙内颗粒的尺寸还可以“特制”为使得所得电极能承受各向异性力的施加而同时保持电极的结构完整性。
文档编号H01M4/62GK102598364SQ201080048917
公开日2012年7月18日 申请日期2010年8月24日 优先权日2009年8月28日
发明者伊戈尔·科瓦列夫, 克里斯多佛·T·S·坎贝尔, 威廉·F·维尔克宁, 尤里·V·米哈利克, 弗拉基米尔·奥列什科, 查里克莱亚·斯科尔迪利斯-凯利, 约翰·D·阿菲尼托, 萨万纳·V·伯恩赛德 申请人:赛昂能源有限公司