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CN109698315B - 可拉伸电极、包括其的电化学设备及制造可拉伸电极的方法 - Google Patents

可拉伸电极、包括其的电化学设备及制造可拉伸电极的方法 Download PDF

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CN109698315B CN201810618469.XA CN201810618469A CN109698315B CN 109698315 B CN109698315 B CN 109698315B CN 201810618469 A CN201810618469 A CN 201810618469A CN 109698315 B CN109698315 B CN 109698315B
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Leland Stanford Junior University
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Abstract

本发明涉及可拉伸电极、包括其的电化学设备及制造可拉伸电极的方法。可拉伸电极包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的金属层或电极活性材料层，其中所述集流体包括螺线型盘簧和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括围绕点以螺线图案卷绕的盘簧，并且其中所述弹性聚合物设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。

Description

可拉伸电极、包括其的电化学设备及制造可拉伸电极的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年10月20日在美国专利商标局提交的美国临时申请No.62/575,079的权益，将其公开内容全部引入本文中作为参考。
技术领域
本公开内容涉及可拉伸(可伸长)电极、包括其的电化学设备以及制造所述可拉伸电极的方法。
背景技术
近来，可附在身体上的可穿戴电子设备引起了关注，并且对于形状可改变的电化学设备(例如形状可改变的电池)存在日益增加的需求。
电池例如锂电池通常是刚性类型的，因此不容易经受弯曲或拉伸。这些锂电池不适合用作可穿戴电子设备的电源。然而，替代电源尚未达到相当的能量密度或充电/放电性能。
因此，对于如下的用于电化学设备如电池中的可拉伸电极存在需求：其为形状可改变的并且具有提高的能量密度和提高的充电/放电特性。
发明内容
提供在拉伸之前和之后呈现优异的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性的可拉伸电极。
提供包括所述可拉伸电极的电化学设备。
提供制造如下的可拉伸电极的方法：其在拉伸之前和之后呈现优异的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性。
另外的方面将部分地在随后的描述中阐明，并且部分地将从所述描述明晰，或者可通过所呈现的示例性实施方式的实践而获知。
根据一个实施方式的方面，可拉伸电极包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的金属层或电极活性材料层，其中所述集流体包括螺线型盘簧(线圈弹簧，螺旋弹簧)和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括围绕点以螺线图案卷绕的盘簧，并且其中所述弹性聚合物设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。
根据另一实施方式的方面，电化学设备包括：作为第一电极的可拉伸电极；第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解质。
根据另一实施方式的方面，制造可拉伸电极的方法包括：围绕点以螺线图案卷绕盘簧以提供螺线型盘簧；通过使所述螺线型盘簧和弹性聚合物溶液接触而制造螺线型盘簧集流体；将所述螺线型盘簧集流体干燥，其中所述弹性聚合物设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中；以及将金属层或电极活性材料层设置在所述螺线型盘簧集流体的表面上。
附图说明
从结合附图考虑的实施方式的以下描述，这些和/或其它方面将变得明晰和更容易领会，其中：
图1为根据实施方式的制造可拉伸电极的方法的示意图；
图2A和2B为扫描电子显微镜(SEM)图像，其分别在x100和x500的放大率下显示在锂电沉积之前的在实施例1中使用的硬币半单元电池的负极的分析结果；
图3A-3C为显示具有嵌入其中的聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)嵌段共聚物的在实施例1中使用的螺线型铜盘簧集流体分别在0％伸长率(拉伸之前)、60％伸长率、和80％伸长率下的电阻测量结果的图像；
图4为电压(伏特，V)对比容量(毫安时/平方厘米，mAh/cm2)的图，其显示关于根据实施例1制造的锂二次电池(硬币半单元电池，插图)在第160次循环时的充电/放电曲线和平台的放大图像；
图5A为库仑效率(百分数/100)对循环次数的图，其显示根据实施例1和对比例1的锂二次电池(硬币半单元电池)的180次充电和放电循环各自的库仑效率，其中在室温(25℃)和1毫安/平方厘米(mA/cm2)的电流密度下进行充电和放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量；
图5B为库仑效率(百分数/100)对循环次数的图，其显示根据实施例1和对比例1的锂二次电池(硬币半单元电池)的50次充电和放电循环各自的库仑效率，其中在室温(25℃)和2mA/cm2的电流密度下进行充电和放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量；
图6为电压(V)对比容量(mAh/cm2)的图，其显示在未拉伸状态下以及在60％伸长率下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)在第1次循环时的充电/放电曲线，其中在室温(25℃)和1mA/cm2的电流密度下进行充电和放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量；
图7为库仑效率(百分数/100)对循环次数的图，其显示根据在未拉伸状态下以及在60％伸长率下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)的30次充电和放电循环各自的库仑效率，其中在室温(25℃)和1mA/cm2的电流密度下进行充电和放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量；
图8为电压(V)对比容量(mAh/cm2)的图，其显示在重复100次的60％伸长率之后以及在拉伸之前的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)在第1次循环时的充电/放电曲线，其中在室温(25℃)和1mA/cm2的电流密度下进行充电和放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量；
图9为库仑效率(百分数/100)对循环次数的图，其显示根据如图8中的在拉伸之前测量的状态下第1-3次充电和放电循环各自的以及在如图8中的重复100次60％伸长率之后第4-12次充电和放电循环各自的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)的库仑效率，其中在室温(25℃)和1mA/cm2的电流密度下进行充电和放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量；
图10说明根据实施方式的锂二次电池(全单元电池)的示意图；以及
图11为比容量(毫安时/克，mAh/g)对循环次数的图，其显示根据实施例2的锂二次电池(硬币全单元电池)的充电和放电的实验结果。
具体实施方式
现在将详细介绍实施方式，其实例示于附图中，其中相同的附图标记始终表示相同的元件。在这方面，本实施方式可具有不同的形式并且不应解释为限于本文中阐述的描述或示例性实施方式。因此，下面通过参照附图描述实施方式以说明方面。
本文中所使用的术语仅仅是为了描述具体实施方式且不意图为限制性的。如本文中所使用的，单数形式“一种(个)(a，an)”和“所述(该)”也意图包括复数形式，除非上下文清楚地另外说明。术语“或”意味着“和/或”。如本文中使用的，术语“和/或”包括相关所列项目的一个或多个的任意和全部组合。表述如“…的至少一种(个)”当在要素列表之前或之后时修饰整个要素列表，而不是修饰所述列表的单独要素。
将理解，尽管术语第一、第二、第三等可在本文中用来描述各种元件、组分、区域、层和/或部分，但这些元件、组分、区域、层和/或部分不应被这些术语限制。这些术语仅用来使一个元件、组分、区域、层或部分区别于另外的元件、组分、区域、层或部分。因此，在不背离本实施方式的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组分、区域、层或部分可称为第二元件、组分、区域、层或部分。
在下文中，将参照附图详细描述根据本公开内容的实施方式的可拉伸电极、包括其的电化学设备以及制造所述可拉伸电极的方法。本文中阐述的实施方式仅为了说明性目的而提供，并不意图限制本公开内容，并且本公开内容仅由所附权利要求的范围限定。
将进一步理解，术语“包括”或“包含”当用在本说明书中时表示存在所述的特征、区域、整体、步骤、操作、元件和/或组分，但不排除存在或添加一种或多种另外的特征、区域、整体、步骤、操作、元件、组分和/或其集合，除非在本文中另外说明。
如本文中使用的“约”或“大约”包括所陈述的值且意味着在如由本领域普通技术人员考虑到所讨论的测量和与具体量的测量有关的误差(即，测量系统的限制)而确定的对于具体值的可接受的偏差范围内。
除非另外定义，否则在本文中所使用的所有术语(包括技术和科学术语)的含义与本总发明构思所属领域的普通技术人员通常理解的相同。将进一步理解，术语，例如在常用字典中定义的那些，应被解释为其含义与它们在本公开内容和相关领域的背景中的含义一致，并且将不以理想化或过度形式的意义进行解释，除非在本文中清楚地如此定义。
如本文中使用的术语“螺线型”是指以螺线图案在二维平面中关于点(围绕点)远离中心逐步卷绕的曲线形状，并且表示旋涡形式或蜗牛形式，并且区别于在三维结构中关于点以相同的直径卷绕的螺旋型。
如本文中使用的术语“内径(内部直径)”表示螺线图案的内径，且为在“螺线型”结构中关于点从中心到最内侧卷绕曲线测量的直径，并且如本文中使用的术语“外径(外部直径)”表示螺线图案的外径，且为在“螺线型”结构中关于点从中心到最外侧卷绕曲线测量的直径。
如本文中使用的“弹性聚合物”是指弹性体聚合物，并且用于包括例如橡胶聚合物和/或橡胶共聚物等。
如本文中使用的表述“设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中”表示某物被包含、填充或嵌入于所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线绕组或螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。
近来，可附在身体上的可穿戴电子设备已出现在市场上。因此，对于作为电化学设备的电源的电池例如形状可改变的电池存在日益增加的需求。为了制造这样的形状可改变的电池，其构成元件也需要被新的形状可改变的构成元件替代。
然而，为了赋予可拉伸性，作为新型的形状可改变的元件的电极获得大的孔体积和大的死体积，导致显著降低的能量密度。
根据一个实施方式的可拉伸电极包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的金属层或电极活性材料层，其中所述集流体包括螺线型盘簧和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括围绕点以螺线图案卷绕的盘簧，并且其中所述弹性聚合物可设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。
根据实施方式的可拉伸电极可包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的金属(层)或电极活性材料层。所述集流体可包括关于点卷绕的螺线型盘簧和弹性聚合物。所述弹性聚合物可设置在所述螺线型盘簧的线圈之间的空间以及所述螺线型盘簧的内部的至少一部分中。
由于所述可拉伸电极包括包含螺线型盘簧和弹性聚合物的集流体(其中所述弹性聚合物设置在所述螺线型盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中)，故而所述可拉伸电极可具有优异的可拉伸性。此外，具有优异的可拉伸性的可拉伸电极包括在其表面上的金属层或电极活性材料层，且因此包括其的电极和电化学设备可呈现增加的电极面积利用率和增加的电极活性材料的负载量，并且因此可具有高的能量密度和提高的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性。
所述金属层或电极活性材料层可具有与所述集流体的形状对应、例如基本上相同的形状。所述金属层或电极活性材料层可具有与包括螺线型盘簧的集流体的形状对应的螺线型盘簧形式。
所述螺线型盘簧可具有约10微米(μm)至约500μm的内径。所述螺线型盘簧可具有例如约50μm至约300μm、例如约100μm至约200μm的内径。在其它实施方式中，内径可为约10μm至约300μm、约20μm至约200μm、约30μm至约100μm、约50μm至约200μm、约10μm至约100μm、约150μm至约300μm、或约200μm至约300μm。
所述螺线型盘簧可具有约50μm至约800μm的厚度。例如，所述螺线型盘簧的厚度可范围为约250μm至600μm、例如约350μm至约450μm。在其它实施方式中，厚度为约100μm至约500μm、约150μm至约400μm、约200μm至约400μm、约250μm至约450μm、或约200μm至约300μm。所述螺线型盘簧在以上直径和厚度范围内适当地确定尺寸，因此可根据包括其的电化学设备例如电池的尺寸和类型自由地改变电极的形式。
所述螺线型盘簧可包括：铜、不锈钢、铝、镍或钛；铜或不锈钢，其各自可用碳、镍、钛或银进行表面处理；铝-镉合金；或其组合。在一些实施方式中，所述螺线型盘簧可包括用聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、氧化铟锡(ITO)等表面处理的非导电或导电聚合物。
所述集流体可具有100％的最大伸长率，其是相对于不存在拉伸的情况下的0％伸长率的。所述集流体可根据包括其的电化学设备例如电池的尺寸和类型而例如被拉伸至10％、20％、40％、60％、80％或100％的伸长率。包括这样的集流体的电极和电化学设备可呈现高的能量密度和提高的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性。
所述集流体可具有约0.5欧姆(Ω)或更小的在80％伸长率下和在拉伸之前(即，0％伸长率)的电阻之间的差。所述集流体的在80％伸长率下和在拉伸之前的电阻之间的差可为例如约0.4Ω或更小、例如约0.3Ω或更小、或约0.2Ω或更小。由于该配置，包括所述集流体的电极和电化学设备可具有提高的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性。
所述金属层可包括碱金属。所述碱金属可包括锂、钠、钾等。所述碱金属可为例如锂金属。
所述金属层可为在包括所述可拉伸电极的电化学设备的运行期间电沉积在所述集流体的表面上的金属层。例如，在包括所述可拉伸电极的电化学设备、例如包括所述可拉伸电极的金属电池的充电期间，金属例如电解质中的金属离子可从正极转移并直接沉积在负极上。金属层可例如以均匀的量和厚度电沉积在所述集流体的整个表面上，并且因此其电势可被稳定化。因此，包含其的可拉伸电极和电化学设备可具有提高的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性。
例如，金属层可以约0.5毫安时/平方厘米(mAh/cm2)至约6mAh/cm2、例如约0.5mAh/cm2至约5mAh/cm2、例如约3mAh/cm2至约4mAh/cm2的每单位面积的容量电沉积。由于在每单位面积的容量的以上范围内的金属层的电沉积，包括所述金属层的可拉伸电极可具有稳定化的电势，并且所述可拉伸电极和电化学设备可具有提高的充电/放电特性如库仑效率和寿命特性。
所述电极活性材料层可为包括电极活性材料、导电材料和粘合剂的涂层。所述电极活性材料层可为正极活性材料层或负极活性材料层。例如，所述电极活性材料层可为正极活性材料层。
所述正极活性材料层可通过如下形成：通过将正极活性材料、粘合剂和溶剂混合而制备正极活性材料组合物，或根据需要向其添加导电材料，并且用其直接涂覆集流体。在另一实施方式中，所述正极活性材料层可通过如下形成：将正极活性材料组合物流延在单独的载体上并且将从所述载体分离的正极活性材料膜层压在集流体上。
所述正极活性材料可为任何合适的正极活性材料，包括在本领域中使用的那些而没有限制，例如能够可逆地嵌入或脱嵌锂离子的材料。所述能够可逆地嵌入或脱嵌锂离子的材料可包括例如锂与金属如钴、锰、镍及其组合的复合氧化物的至少一种。例如，所述正极活性材料可为由下式的任一个表示的化合物：LiaA1-bB’bD’2，其中0.90≤a≤1.8和0≤b≤0.5；LiaE1-bB’bO2-cD’c，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，和0≤c≤0.05；LiE2-bB’bO4-cD’c，其中0≤b≤0.5和0≤c≤0.05；LiaNi1-b-cCobB’cD’α，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α≤2；LiaNi1-b-cCobB’cO2-αF’α，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2；LiaNi1-b-cCobB’cO2-αF’2，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2；LiaNi1-b- cMnbB’cD’α，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α≤2；LiaNi1-b-cMnbB’cO2-αF’α，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2；LiaNi1-b-cMnbB’cO2-αF’2，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.5，0≤c≤0.05，和0<α<2；LiaNibEcGdO2，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，和0.001≤d≤0.1；LiaNibCocMndGeO2，其中0.90≤a≤1.8，0≤b≤0.9，0≤c≤0.5，0≤d≤0.5，和0.001≤e≤0.1；LiaNiGbO2，其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1；LiaCoGbO2，其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1；LiaMnGbO2，其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1；LiaMn2GbO4，其中0.90≤a≤1.8和0.001≤b≤0.1；QO2；QS2；LiQS2；V2O5；LiV2O5；LiI’O2；LiNiVO4；Li(3-f)J2(PO4)3，其中0≤f≤2；Li(3-f)Fe2(PO4)3，其中0≤f≤2；以及LiFePO4。
在上式中，A为镍(Ni)、钴(Co)、锰(Mn)、或其组合；B’为铝(Al)、Ni、Co、Mn、铬(Cr)、铁(Fe)、镁(Mg)、锶(Sr)、钒(V)、稀土元素、或其组合；D’为氧(O)、氟(F)、硫(S)、磷(P)、或其组合；E为Co、Mn、或其组合；F’为F、S、P、或其组合；G为Al、Cr、Mn、Fe、Mg、镧(La)、铈(Ce)、锶(Sr)、V、或其组合；Q为钛(Ti)、钼(Mo)、Mn、或其组合；I’为Cr、V、Fe、钪(Sc)、钇(Y)、或其组合；以及J为V、Cr、Mn、Co、Ni、铜(Cu)、或其组合。此外，上述化合物可在其表面上具有包覆层，或者上述化合物可与具有包覆层的化合物组合使用。所述包覆层可包括包覆元素化合物，例如包覆元素的氧化物、包覆元素的氢氧化物、包覆元素的羟基氧化物、包覆元素的碳酸氧盐、或包覆元素的羟基碳酸盐。包覆元素化合物可为无定形的或结晶的。包括在包覆层中的包覆元素可为Mg、Al、Co、K、Na、Ca、Si、Ti、V、Sn、Ge、Ga、B、As、Zr、或其混合物。可通过使用不会不利影响所述正极活性材料的物理性质的多种方法(例如，喷涂或浸渍)的任一种，使用前述化合物中的包覆元素形成包覆层。这可被本领域普通技术人员很好地理解，因此本文中将不提供其详细描述。
例如，所述正极活性材料可包括锂过渡金属氧化物，例如Li1+x(M)1-xO2，其中0.05≤x≤0.2，且M可为过渡金属。过渡金属M的非限制性实例包括Ni、Co、Mn、Fe、Ti、或其组合。例如，所述正极活性材料可为LiMn2O4、LiNi2O4、LiCoO2、LiNiO2、LiMnO2、Li2MnO3、LiFePO4、LiNixCoyO2(其中0<x≤0.15和0<y≤0.85)等。
所述粘合剂可为聚丙烯酸(C1-C12烷基)酯(PAA)、聚丙烯酸锂(LiPAA)、偏氟乙烯/六氟丙烯共聚物、聚偏氟乙烯、聚丙烯腈、聚(甲基丙烯酸甲酯)、聚四氟乙烯(PTFE)、苯乙烯-丁二烯橡胶聚合物等，但是本公开内容不限于以上实例。即，可另外使用任何合适的粘合剂，包括可在本领域中使用的那些。
所述导电材料的非限制性实例包括乙炔黑、炭黑、天然石墨、人造石墨、科琴黑或碳纤维；碳纳米管；铜、镍、铝或银的金属粉末、纤维或管；和导电聚合物如聚亚苯基衍生物。可使用任何合适的导电材料，包括可在本领域中使用的那些。
所述溶剂可为N-甲基吡咯烷酮(NMP)、丙酮、水等，但是本公开内容不限于以上实例。即，可使用任何合适的溶剂，包括可在本领域中使用的那些。
在一些实施方式中，所述电极活性材料层可为负极活性材料层。可使用与用于形成所述正极活性材料层的方法相同的方法形成所述负极活性材料层，除了如下之外：使用负极活性材料代替正极活性材料。此外，负极活性材料组合物中使用的粘合剂、导电材料和溶剂可与所述正极活性材料层的那些相同。所述负极活性材料可包括至少一种负极活性材料如锂金属、可与锂合金化的金属或准金属、过渡金属氧化物、非过渡金属氧化物和碳质材料。
例如，所述可与锂合金化的金属或准金属可为Si；Sn；Al；Ge；Pb；Bi；Sb；Si-Y'合金，其中Y'为碱金属、碱土金属、第13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合且不是Si；Sn-Y’合金，其中Y'为碱金属、碱土金属、第13-16族元素、过渡金属、稀土元素、或其组合且不是Sn，等等。元素Y'可为镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、钡(Ba)、镭(Ra)、钪(Sc)、钇(Y)、钛(Ti)、锆(Zr)、铪(Hf)、
Figure BDA0001697476590000091
(Rf)、钒(V)、铌(Nb)、钽(Ta)、/>
Figure BDA0001697476590000092
(Db)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)、/>
Figure BDA0001697476590000094
(Sg)、锝(Tc)、铼(Re)、/>
Figure BDA0001697476590000093
(Bh)、铁(Fe)、铅(Pb)、钌(Ru)、锇(Os)、/>
Figure BDA0001697476590000095
(Hs)、铑(Rh)、铱(Ir)、钯(Pd)、铂(Pt)、铜(Cu)、银(Ag)、金(Au)、锌(Zn)、镉(Cd)、硼(B)、铝(Al)、镓(Ga)、锡(Sn)、铟(In)、锗(Ge)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)、铋(Bi)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、钋(Po)、或其组合。
例如，所述过渡金属氧化物可为锂钛氧化物、钒氧化物、锂钒氧化物等。
例如，所述非过渡金属氧化物可为SnO2、其中0<x<2的SiOx等。
所述碳质材料可为结晶碳、无定形碳或其混合物。所述结晶碳的非限制性实例包括天然石墨或人造石墨，其各自具有非成形形式、板形式、片形式、球形形式或纤维形式。所述无定形碳的非限制性实例包括软碳(低温煅烧碳)、硬碳、中间相沥青碳化产物和煅烧焦炭。
所述弹性聚合物可为热塑性弹性聚合物，其包括聚苯乙烯、聚酯、聚烯烃、聚氨酯、其共聚物、或其组合。在实施方式中，所述弹性聚合物可仅通过一个过程(步骤)模塑，因此可确保优异的可加工性并且可以低的成本使用所述弹性聚合物。
所述弹性聚合物的实例可包括聚(苯乙烯-丁二烯)(SBR)嵌段共聚物、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)(SBS)嵌段共聚物、聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)(SIS)嵌段共聚物、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)嵌段共聚物、聚氨酯或其组合。
例如，所述弹性聚合物可包括SBR嵌段共聚物、SBS嵌段共聚物、SIS嵌段共聚物、SEBS嵌段共聚物、或其组合。
例如，所述弹性聚合物可包括SBR嵌段共聚物、SBS嵌段共聚物、SIS嵌段共聚物、SEBS嵌段共聚物、或其组合，例如SEBS嵌段共聚物。这样的弹性聚合物可包括在相反的末端处的作为硬链段的聚苯乙烯以及作为中间软链段的聚丁二烯、异戊二烯、乙烯、或丁烯，且因此可具有可拉伸性和足够的机械强度。
所述弹性聚合物可具有约80,000道尔顿(Da)至约1,500,000Da的重均分子量。所述弹性聚合物的重均分子量可范围为例如约90,000Da至约1,300,000Da、例如约100,000Da至约1,300,000Da、例如约200,000Da至约1,300,000Da、例如约300,000Da至约1,300,000Da、例如约400,000Da至约1,300,000Da、例如约500,000Da至约1,300,000Da、例如约600,000Da至约1,300,000Da、例如约700,000Da至约1,300,000Da、例如约800,000Da至约1,300,000Da,、约900,000Da至约1,300,000Da、例如约1,000,000Da至约1,200,000Da。通过凝胶渗透色谱法(GPC)使用聚苯乙烯标准样品测量所述弹性聚合物的重均分子量。当所述弹性聚合物的重均分子量在以上范围内时，可确保足够的机械强度和可拉伸性。
根据另一实施方式的电化学设备可包括：作为第一电极的上述可拉伸电极；第二电极；以及设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解质。
所述电化学设备可为例如锂二次电池。所述电化学设备可为例如Li金属二次电池。
图10为根据实施方式的锂二次电池(全单元电池)的示意图。
参照图10，锂二次电池(全单元电池)配置成使得隔板2设置在可拉伸Li负极1和可拉伸正极3(LiFePO4)之间。
所述第一电极可为负极。所述第二电极可为正极。例如，所述第一电极包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的金属层，其中所述集流体包括螺线型盘簧和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括围绕点以螺线图案卷绕的盘簧，并且其中所述弹性聚合物可设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。
此外，所述第一电极可为正极。所述第二电极可为负极。例如，所述第一电极包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的电极活性材料层，其中所述集流体包括螺线型盘簧和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括围绕点以螺线图案卷绕的盘簧，并且其中所述弹性聚合物可设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。
与所述集流体、所述金属层、所述电极活性材料层、所述螺线型盘簧和所述弹性聚合物相关的具体配置与以上描述的相同，并且因此将省略其详细描述。
所述电解质可为包括非水有机溶剂和锂盐的液体电解质。
所述非水有机溶剂可为在本领域中可使用的任何非水有机溶剂。所述非水有机溶剂的非限制性实例包括碳酸亚丙酯、碳酸亚乙酯、碳酸氟代亚乙酯、碳酸亚丁酯、碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸甲乙酯、碳酸甲丙酯、碳酸乙丙酯、碳酸甲基异丙基酯、碳酸二丙酯、碳酸二丁酯、苄腈、乙腈、四氢呋喃、2-甲基四氢呋喃、γ-丁内酯、二氧戊环、4-甲基二氧戊环、N,N-二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二甲亚砜、二氧六环、1,2-二甲氧基乙烷、环丁砜、二氯乙烷、氯苯、硝基苯、二甘醇、二甲醚、及其组合。
所述非水有机溶剂可单独使用，或者这些材料的两种或更多种可组合使用。当这些材料的两种或更多种组合使用时，可根据期望的电池性能适当地调节混合比，并且这可被本领域普通技术人员很好地理解。
例如，在含碳酸酯的溶剂的情况下，环状碳酸酯和线性碳酸酯可组合使用。在这种情况下，环状碳酸酯和线性碳酸酯可以约1:1至约1:9的体积比混合，并且因此可获得优异的电解质性能。
所述锂盐可为任何合适的锂盐，包括可在本领域中使用的那些。所述锂盐的非限制性实例包括LiPF6、LiBF4、LiSbF6、LiAsF6、LiClO4、LiCF3SO3、Li(CF3SO2)2N、LiC4F9SO3、LiAlO2、LiAlCl4、LiN(CxF2x+1SO2)(CyF2y+1SO2)(其中x和y为自然数)、LiCl、LiI、及其组合。
在所述电解质中，所述锂盐可具有约0.1摩尔浓度(M)至约2.0M的浓度。当所述锂盐的浓度在以上范围内时，所述电解质具有适当的导电性和粘度，并且因此可获得优异的电解质性能，并且锂离子可有效地转移。
根据需要，所述电解质可进一步包括添加剂。例如，所述电解质可包括碳酸亚乙烯酯(VC)、碳酸邻苯二酚酯(CC)等以在负极的表面上形成和保持固体电解质界面(SEI)层。为了防止过度充电，所述电解质可包括氧化还原-穿梭(shuttle)型添加剂如正丁基二茂铁、卤素取代的苯等、以及用于形成膜的添加剂如环己基苯、联苯等。为了提高导电特性，所述电解质可包括基于冠醚的化合物等的阳离子受体和基于硼的化合物等的阴离子受体。所述电解质可包括如下作为阻燃剂：基于磷酸酯的化合物如磷酸三甲酯(TMP)、三(2,2,2-三氟乙基)磷酸酯(TFP)、六甲氧基环三磷腈(HMTP)等。
根据需要，所述电解质可进一步包括离子液体。
所述离子液体可为包括如下、例如由如下组成的化合物：线性或支化的取代的铵、咪唑
Figure BDA0001697476590000121
、吡咯烷/>
Figure BDA0001697476590000122
、或哌啶/>
Figure BDA0001697476590000123
阳离子以及阴离子如PF6-、BF4-、CF3SO3-、(CF3SO2)2N-、(C2F5SO2)2N-、(CN)2N-等。
隔板可设置在所述第一电极和所述第二电极之间。
所述隔板可为任何合适的隔板，包括可在本领域中使用的那些。特别地，具有低的对电解质中的离子转移的阻力和高的电解质保持能力的隔板适合用作所述隔板。例如，所述隔板可由如下形成：材料如玻璃纤维、聚酯、聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯(PTFE)、及其组合，其各自可为非织造织物或织造织物。所述隔板可通常具有约0.01μm至约10μm的孔径，并且通常具有约5μm至约300μm的厚度。所述隔板可以多种形式如单层、双层、三层等使用。
所述电化学设备例如锂二次电池可具有的在拉伸至60％伸长率100次之后的容量为拉伸之前的容量的约90％或更多。所述电化学设备例如锂二次电池可保持约90％或更多的在拉伸至60％伸长率100次之后的库仑效率以及约90％或更多的在拉伸之前的库仑效率。这样的电化学设备具有优异的充电/放电特性如高容量、高库仑效率、以及优异的寿命特性。所述锂二次电池根据其形状可为硬币型、钮扣型、片型、堆叠型、圆柱型、扁平型或喇叭型电池，但是本公开内容不限于以上实例。此外，所述锂二次电池可用作可附在身体上的可穿戴电子设备的电源，并且可用作用于多种应用如电动自行车、笔记本电脑、智能手表、智能电话、电动车等的二次电池。
根据另一实施方式的制造所述可拉伸电极的方法可包括：通过将金属丝卷绕在具有预定直径的异质金属丝上而制造盘簧；从所制造的盘簧除去所述异质金属丝，然后制造关于点卷绕的螺线型盘簧；通过使所述螺线型盘簧与弹性聚合物溶液接触并干燥所得的盘簧而制造螺线型盘簧集流体，其中弹性聚合物嵌入所述盘簧的内部和螺线型盘簧之间的空间；以及通过抛光除去残留在所述螺线型盘簧集流体的表面上的所述弹性聚合物，然后制造和运行包括其的池(单元电池)以使所述集流体经受在其上的金属层的电沉积，从而完成上述可拉伸电极的制造。
图1为说明根据实施方式的制造可拉伸电极的方法的图。
参照图1，首先，将金属丝卷绕在具有预定直径的同质或异质金属丝上以制造盘簧。所述金属丝可包括：铜、不锈钢、铝、镍或钛；用碳、镍、钛或银表面处理的铜或不锈钢；铝-镉合金；或其组合。在一些实施方式中，所述金属丝可包括用聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚氮化硫、ITO等表面处理的非导电或导电聚合物。所述异质金属丝的类型没有特别限制，只要它可区别于，即不同于，所述盘簧中使用的金属丝。在这种情况下，所述异质金属丝可具有例如约10μm至约500μm的直径。
接着，从所制造的盘簧除去所述同质或异质金属丝，然后关于点卷绕所述盘簧以制造螺线型盘簧。
接着，使所述螺线型盘簧与弹性聚合物溶液接触并且然后干燥以制造螺线型盘簧集流体，其中弹性聚合物嵌入所述盘簧的内部和所述螺线型盘簧之间的空间。可通过滴落、浸渍等进行使所述螺线型盘簧与所述弹性聚合物溶液接触。可例如在室温下在空气气氛中进行干燥过程。
接着，通过抛光除去残留在所述螺线型盘簧集流体的表面上的弹性聚合物。抛光除去过程可通过电解抛光、机械抛光等进行。
在抛光残留的弹性聚合物之前或之后，所述螺线型盘簧集流体可被拉伸直至100％的最大伸长率。
在残留的弹性聚合物被抛光之后，制造和运行(充电和放电)包括所述螺线型盘簧集流体的池以使所述集流体经受在其上的金属层的电沉积，从而完成上述可拉伸电极的制造。
所述金属层可包括碱金属。所述碱金属可包括锂、钠、钾等。所述碱金属可为例如锂金属。
可通过施加例如约0.1mA/cm2至约1mA/cm2的电流密度而以所确定的容量进行所述金属层的电沉积。所述金属层的电沉积可进行约0.5小时至约6小时。所述金属层可电沉积至约0.5mAh/cm2至约6mAh/cm2的每单位面积的容量。
在下文中，将参照以下实施例和对比例进一步详细地描述本公开内容。然而，这些实施例仅为了说明性目的而提供，并不意图限制本公开内容。
实施例
负极和锂二次电池的制造
实施例1：可拉伸负极和锂二次电池(硬币半单元电池)的制造
将具有150μm的直径的铜(Cu)丝卷绕在具有500μm的内径的铝(Al)丝上以制造Cu盘簧。从所制造的Cu盘簧除去Al丝，然后围绕点以螺线图案卷绕Cu盘簧以制造螺线型Cu盘簧(外径：约1cm，厚度：约800μm)。
将通过在甲苯中溶解30重量百分数(重量％)的聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)(SEBS)嵌段共聚物(制造商：Kraton G，重均分子量：110,000道尔顿)而制备的溶液逐滴添加至螺线型Cu盘簧，随后在室温下干燥，以制造螺线型Cu盘簧集流体，其中SEBS嵌段共聚物嵌入Cu盘簧的内部和螺线型Cu盘簧的螺线线圈之间的空间。
通过抛光除去残留在螺线型Cu盘簧的表面上的SEBS嵌段共聚物以将螺线型Cu盘簧的表面暴露于外部，从而完成锂电沉积之前的用于硬币半单元电池的负极的制造。
在氩气手套箱中，使用如下制造锂二次电池(硬币半单元电池)：锂电沉积之前的用于硬币半单元电池的负极、作为对电极的锂金属、作为隔板的由聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯形成的25μm微孔三层(
Figure BDA0001697476590000141
2325)、以及通过将1M双(三氟甲磺酰)亚胺锂(LiFSI)添加至1重量％硝酸锂以及体积比1:1的1,3-二氧戊环(DOL)和1,2-二甲氧基乙烷(DME)的混合有机溶剂而制备的电解质。使所制造的锂二次电池(硬币半单元电池)在1mA/cm2的电流密度和1mAh/cm2的每单位面积的容量下经受锂电沉积，从而完成包括可拉伸负极的锂二次电池(硬币半单元电池)的制造。
实施例2：锂二次电池(全单元电池)的制造
将根据实施例1制造的锂二次电池(硬币半单元电池)拆解以获得锂电沉积的可拉伸负极。
将具有150μm的直径的Al丝卷绕在具有500μm的内径的Al丝上以制造盘簧。从所制造的Al盘簧取出Al丝，然后将盘簧关于点以螺线图案卷绕以制造螺线型Al盘簧(外径：约1cm，厚度：约800μm)。
将通过在甲苯中溶解30重量％的SEBS嵌段共聚物(制造商：Kraton G，重均分子量：110,000道尔顿)而制备的溶液逐滴添加至螺线型Al盘簧，随后在室温下干燥，以制造螺线型Al盘簧集流体，其中SEBS嵌段共聚物嵌入Al盘簧的内部和螺线型Al盘簧的螺线线圈之间的空间。
通过抛光除去残留在螺线型Al盘簧的表面上的SEBS嵌段共聚物以将螺线型Al盘簧的表面暴露于外部，从而完成螺线型Al集流体的制造。
将作为正极活性材料的LiFePO4粉末(由MTI Corporation制造)、作为导电材料的炭黑(由MTI Corporation制造)和聚偏氟乙烯以80:10:10的重量比与N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)混合以获得正极组合物浆料。将所述正极组合物浆料涂覆在所制造的螺线型盘簧集流体上并在25℃下干燥，然后将经干燥的所得物在真空中在约60℃下干燥6小时，从而完成可拉伸正极的制造。
在氩气手套箱中，使用如下制造锂二次电池(CR2032硬币全单元电池)：所制造的可拉伸正极、通过拆解实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)而获得的Li电沉积的可拉伸负极、作为隔板的由聚丙烯/聚乙烯/聚丙烯形成的25μm微孔三层(
Figure BDA0001697476590000151
2325)、以及通过将1M六氟磷酸锂(LiPF6)添加至体积比1:1的碳酸亚乙酯(EC)和碳酸二乙酯(DEC)的混合有机溶剂而制备的电解质。
对比例1：负极和锂二次电池(硬币半单元电池)的制造
以与实施例1中相同的方式制造包括负极的锂二次电池(硬币半单元电池)，除了如下之外：使用Cu箔集流体代替螺线型Cu盘簧集流体。
分析实施例1：扫描电子显微镜(SEM)图像
对实施例1中使用的锂电沉积之前的用于硬币半单元电池的负极进行SEM分析。使用FEI XL30Sirion SEM进行SEM分析。其结果示于图2A(x100的放大率)和图2B(x500的放大率)中。
参照图2A和2B，可证实，将实施例1的锂电沉积之前的用于硬币半单元电池的负极配置成使得弹性聚合物即SEBS嵌入盘簧的内部和螺线型卷绕的盘簧的螺线线圈之间的空间。
评价实施例1：电阻测量
在0％伸长率(拉伸之前)下、在60％伸长率下以及在80％伸长率下测量实施例1的具有嵌入其中的SEBS嵌段共聚物的螺线型Cu盘簧集流体的电阻。其结果分别示于图3A、图3B和图3C中。
参照图3A、图3B和图3C，实施例1的具有嵌入其中的SEBS嵌段共聚物的螺线型Cu盘簧集流体在0％伸长率(拉伸之前)下、在60％伸长率下以及在80％伸长率下分别呈现1.6Ω、1.1Ω和1.3Ω的电阻测量值。
可证实，实施例1的具有嵌入其中的SEBS嵌段共聚物的螺线型Cu盘簧集流体呈现0.5Ω或更少的在80％伸长率下和在拉伸之前的电阻之间的差。
评价实施例2：充电/放电特性的评价
对于锂二次电池(硬币半单元电池)使用96-通道电池测试仪并且对于锂二次电池(硬币全单元电池)使用LAND 8-通道电池测试仪进行充电/放电实验评价。基于LiFePO4的理论容量(170mAh/g)计算C倍率。
(1)锂二次电池(硬币半单元电池)的充电/放电特性的评价1
(1-1)过电势和库仑效率
使根据实施例1和对比例1制造的锂二次电池(硬币半单元电池)各自在室温(25℃)和1mA/cm2的电流密度下经受恒定电流放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量，然后在1mA/cm2的电流密度下经受恒定电流充电直至截止电压达到2.0V。随后，将充电和放电循环重复179次。即，进行总共180次充电和放电循环。作为其结果的一部分，在第160次循环时的充电/放电曲线和放大的平台图像示于图4中，并且根据各循环的库仑效率示于下面的表1和图5A中。在这种情况下，由下面的方程1计算库仑效率。
在图4中，上方的线表示充电曲线，且下方的线表示放电曲线。
参照图4，实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)具有低的过电势，即约40mV。
方程1
库仑效率(％)＝[(在第180次循环时的放电容量/在第180次循环时的充电容量)x100]
表1
库仑效率(在第180次时，％)
实施例1 97.5
对比例1 <<70
此外，使实施例1和对比例1的锂二次电池(硬币半单元电池)各自在室温(25℃)和2mA/cm2的电流密度下经受恒定电流放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量，然后在2mA/cm2的电流密度下经受恒定电流充电直至截止电压达到2.0V。随后，将充电和放电循环重复49次。即，进行总共50次充电和放电循环。其结果示于下面的表2和图5B中。在这种情况下，通过在方程1中用第50次循环代替第180次循环而计算库仑效率。
表2
库仑效率(在第50次时，％)
实施例1 96
对比例1 <<70
参照表1和2以及图5A和5B，即使在恒定电流放电期间电流密度从1mA/cm2增加至2mA/cm2，也几乎以相同的水平获得高库仑效率，并且库仑效率保持96％或更多。
(1-2)在60％伸长率之前和之后的充电/放电行为和库仑效率
分别在拉伸之前和在60％伸长率下使实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)在室温(25℃)和1mA/cm2的电流密度下经受恒定电流放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量，然后在1mA/cm2的电流密度下经受恒定电流充电直至截止电压达到2.0V，其中充电和放电循环进行一次。其结果示于图6中。
参照图6，实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)在拉伸之前和在60％伸长率下呈现几乎相同的充电/放电行为。
随后，对在拉伸之前和在60％伸长率下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)重复地进行充电和放电循环29次，因此进行总共30次充电和放电循环。其结果示于下面的表3和图7中。在这种情况下，通过在方程1中用第30次循环代替第180次循环而计算库仑效率。
表3
库仑效率(在第30次时，％)
实施例1(在拉伸之前) 97.6
实施例1(在60％伸长率下) 97.2
参照表3和图7，实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)在拉伸之前和在60％伸长率下呈现与97％或更多几乎相同的优异的库仑效率。
(1-3)在拉伸至60％伸长率100次之前和之后的放电容量和库仑效率
使实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)在其中进行60％伸长率100次的状态下在室温(25℃)和1mA/cm2的电流密度下经受恒定电流放电直至1mAh/cm2的每单位面积的容量，然后在1mA/cm2的电流密度下经受恒定电流充电直至截止电压达到2.0V，其中充电和放电循环进行一次。随后，对在回到拉伸之前的状态下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)进行一次相同的充电/放电实验。其结果示于图8中。
参照图8，与在回到拉伸之前的状态下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)相比，在其中拉伸至60％伸长率进行100次的状态下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)保持90％或更多的放电容量。
此外，对在回到拉伸之前的状态下的锂二次电池(硬币半单元电池)进一步进行3次相同的充电和放电循环。随后，对在其中拉伸至60％伸长率进行100次的状态下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)进行9次相同的充电和放电循环，并且因此进行总共12次充电和放电循环。其结果示于下面的表4和图9中。在这种情况下，通过在方程1中用第12次循环代替第180次循环而计算库仑效率。
表4
库仑效率
实施例1(在拉伸之前，在第3次时，％) 96.58
实施例1(在60％伸长率100次时，在第12次时，％) 96.64
参照表4和图9，在回到拉伸之前的状态下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)以及在其中拉伸至60％伸长率进行100次的状态下的实施例1的锂二次电池(硬币半单元电池)两者均呈现高达96％或更多的库伦效率，并且没有由于应变而呈现库伦效率的降低。
(2)锂二次电池(硬币全单元电池)的充电/放电特性的评价2
(2-1)充电/放电行为和寿命特性
使根据实施例2制造的全单元电池在C/10和室温(25℃)下在相对于Li金属的2.5V至4.0V的电压条件下经受初始化成循环，以C/5的恒定电流充电直至电压达到4.0V，然后以各自C/10和C/5(1C＝170mA/g)的恒定电流放电直至截止电压达到2.5V。随后，对实施例2的全单元电池重复地进行34次相同的充电和放电循环，并且因此进行总共35次充电和放电循环。其结果示于下面的表5和图11中。在这种情况下，由下面的方程2计算循环保持力(％)：
方程2
循环保持力(％)＝[(在第35次循环时的放电容量/在第1次循环时的放电容量)x100]
表5
恒定电流 循环容量保持力(在第35次时，％)
C/5 100
参照表5和图11，对其以C/5的恒定电流进行充电/放电实验的实施例2的全单元电池呈现高达100％的循环容量保持力。
如从前面的描述所明晰的，可拉伸电极包括：集流体；以及设置在所述集流体的表面上的金属层或电极活性材料层，其中所述集流体包括螺线型盘簧和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括围绕点以螺线图案卷绕的盘簧，并且其中所述弹性聚合物可设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。根据所述可拉伸电极、包括其的电化学设备以及制造所述可拉伸电极的方法，充电/放电特性如库仑效率和寿命特性在拉伸之前和在拉伸之后均可被提高。
应理解，本文中描述的实施方式应仅在描述的意义上考虑并且不用于限制的目的。各实施方式内的特征或方面的描述应典型地被认为可用于其它实施方式中的其它类似特征或方面。
虽然已经参照附图描述了一个或多个实施方式，但是本领域普通技术人员将理解，在不背离如由所附权利要求所限定的精神和范围的情况下，可在其中进行形式和细节方面的多种变化。

Claims (20)

1.可拉伸电极，其包括：
集流体；以及
设置在所述集流体的表面上的金属层或电极活性材料层，
其中所述集流体包括螺线型盘簧和弹性聚合物，所述螺线型盘簧包括在二维平面中远离中心点以螺线图案卷绕的盘簧，所述盘簧本身是螺旋的，并且
其中所述弹性聚合物设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中。
2.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述金属层或电极活性材料层具有与所述集流体的形状对应的形状。
3.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述螺线型盘簧具有10微米至500微米的内径。
4.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述螺线型盘簧具有50微米至800微米的厚度。
5.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述螺线型盘簧包括：铜、不锈钢、铝、镍或钛；其中各自用碳、镍、钛或银进行表面处理的铜或不锈钢；铝-镉合金；或其组合。
6.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述集流体具有100％的最大伸长率。
7.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中在0％伸长率下的集流体与在80％伸长率下的集流体之间的电阻的差为0.5欧姆或更少。
8.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述金属层包括碱金属。
9.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中在包括所述可拉伸电极的电化学设备的运行期间，所述金属层电沉积在所述集流体的表面上。
10.如权利要求9所述的可拉伸电极，其中所述金属层在0.5毫安时/平方厘米至6毫安时/平方厘米的每单位面积的容量下电沉积。
11.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述电极活性材料层为包括电极活性材料、导电材料和粘合剂的涂层。
12.如权利要求11所述的可拉伸电极，其中所述电极活性材料包括锂过渡金属氧化物。
13.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述弹性聚合物为包括如下的热塑性弹性聚合物：聚苯乙烯、聚酯、聚烯烃、聚氨酯、其共聚物或其组合。
14.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述弹性聚合物包括聚(苯乙烯-丁二烯)嵌段共聚物、聚(苯乙烯-丁二烯-苯乙烯)嵌段共聚物、聚(苯乙烯-异戊二烯-苯乙烯)嵌段共聚物、聚(苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯)嵌段共聚物、聚氨酯或其组合。
15.如权利要求1所述的可拉伸电极，其中所述弹性聚合物具有通过凝胶渗透色谱法使用聚苯乙烯标准物测定的80,000道尔顿至1,500,000道尔顿的重均分子量。
16.电化学设备，其包括：
作为第一电极的根据权利要求1-15任一项的可拉伸电极；
第二电极；以及
设置在所述第一电极和所述第二电极之间的电解质。
17.如权利要求16所述的电化学设备，其中所述第一电极为负极。
18.如权利要求16所述的电化学设备，其中在拉伸至60％伸长率100次之后的容量为在拉伸之前的容量的90％或更高。
19.如权利要求16所述的电化学设备，其中在拉伸至60％伸长率100次之后的库仑效率和在拉伸之前的库仑效率两者在第30次循环后均为90％或更高。
20.制造根据权利要求1-15任一项的可拉伸电极的方法，所述方法包括：
围绕点以螺线图案卷绕盘簧以提供螺线型盘簧；
通过使所述螺线型盘簧和弹性聚合物溶液接触而制造螺线型盘簧集流体；
将所述螺线型盘簧集流体干燥，其中所述弹性聚合物设置在所述盘簧的内部的至少一部分中、在所述螺线型盘簧的螺线线圈之间的空间的至少一部分中、或两者中；以及
将金属层或电极活性材料层设置在所述螺线型盘簧集流体的表面上。
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