CN117859211A - 用于锂离子电池的硅-聚合物基复合阳极及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

公开了具有两种或更多种不同分子量(MW)形式的相同聚合物的硅‑聚合物复合阳极、制造该阳极的方法以及包含该阳极的电化学能量存储装置。

Description

用于锂离子电池的硅-聚合物基复合阳极及其制造方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2021年8月12日提交的美国临时申请No.63/232,330的申请日的权益，因此通过引用将其全部并入本文。
技术领域
本公开涉及用于例如锂离子电池的硅-聚合物复合阳极。更具体地，本公开涉及具有两种或更多种不同分子量(MW)形式的相同聚合物的硅-聚合物阳极，以及使用两种或更多种不同MW形式的相同聚合物制造硅-聚合物阳极的方法。
背景技术
锂离子(Li-离子)电池大量用于消费电子产品、电动汽车(EV)、储能***(ESS)和智能电网。Li-离子电池的能量密度至少部分取决于所用的阳极材料和阴极材料。优化Li-离子电池的加工和制造使得Li-离子电池的能量密度每年改进4至5％，但这些增量改进不足以达到下一代技术的能量密度目标。为了达到这些目标，将需要在电极材料方面取得进展，诸如将高能量密度活性材料结合到电极中。最近的研究主要集中在开发高能阴极上，只有有限的研究致力于阳极材料的开发。
最近，硅(Si)已成为Li-离子电池最具吸引力的高能阳极材料之一。硅的低工作电压和3579mAh/g的高理论比容量是常规石墨的近十倍，因此引起了人们的兴趣增加。然而，尽管有这样的显著的优势，由硅颗粒组成的阳极仍然面临着与严重的体积膨胀和由此产生的颗粒击穿相关联的几个挑战。当石墨基电极在锂嵌入期间膨胀10至15％时，Si-基电极膨胀约300％，导致固体电解质界面(SEI)层的结构劣化和不稳定性。这会导致材料粉碎和电极分层，从而导致循环容量的损失。
解决该问题的一种方法是在硅基阳极中使用特定的粘合剂材料来保护硅颗粒并为整个硅基阳极提供弹性和机械强度。在一种方法中，硅颗粒涂布有诸如聚丙烯腈(PAN)的聚合物粘合剂，之后对涂布有PAN的硅颗粒进行受控热处理以使PAN环化。然而，这种方法取决于在制造过程中优先用PAN涂布硅颗粒的能力。因此，需要改进制备Si-基阳极的方法，其中聚合物粘合剂适当且充分地涂布Si颗粒。
发明内容
提供发明内容以便以简化形式介绍概念的选择，这些概念将在以下具体实施方式中进一步描述。本发明内容和前述背景技术不旨在识别所要求保护的主题的关键特征或基本特征。此外，本发明内容不旨在作为确定所要求保护的主题的范围的辅助。
本文描述的是硅-聚合物阳极及其制造方法的各种实施方案，包括确保硅-聚合物阳极的硅颗粒组分适当且充分地涂布有粘合剂材料的方法。
在一些实施方案中，制造硅-聚合物阳极的方法通常包括以下步骤：将硅颗粒、低分子量聚合物和高分子量聚合物混合在一起以形成混合物，将混合物涂布到铜集流器上以形成经涂布的铜集流器；和使经涂布的铜集流器经受温度处理。在一些实施方案中，聚合物是聚丙烯腈(PAN)。在一些实施方案中，低分子量PAN的分子量在约1000至约85000的范围内，高分子量PAN的分子量在约90000至约5000000的范围内。
在一些实施方案中，电化学储能设备通常包括阳极、阴极和电解质。该阳极可以包括多个活性材料颗粒和至少一种聚合物，其中将至少两种不同分子量形式的聚合物掺入阳极中。多种活性材料可以是颗粒尺寸在约1nm和约100μm之间的硅颗粒。聚合物的两种不同分子量形式可以是分子量在约1000至约85000的范围内的低分子量形式和分子量在约90000至约5000000的范围内的高分子量形式。在一些实施方案中，聚合物是聚丙烯腈(PAN)，使得阳极包括低分子量PAN和高分子量PAN。
考虑本文的具体实施方式和附图之后，本文所描述的技术的这些方面和其他方面将是显而易见的。然而，应当理解的是，所要求保护的主题的范围应当由所发布的权利要求来确定，而不是由给定的主题是否解决了背景技术中提到的任何或所有问题或者是否包括发明内容中列举的任何特征或方面来确定。
附图说明
参考以下附图描述了包括优选的实施方案的所公开技术的非限制性和非穷举性的实施方案，其中，除非另有说明，否则在各个视图中，相同的附图标记表示相同的部件。
图1是图示了根据本文中所描述的技术的多种实施方案的制造硅-聚合物复合阳极的方法的流程图；
图2是根据本文中所描述的技术的多种实施方案的硅-聚合物复合阳极的示意图；
图3是分子量为80K至200K的PAN聚合物的DSC数据图；和
图4示出了用于对比热处理阳极和根据本文中所描述的技术的实施方案制备的热处理阳极的FT-IR曲线。
具体实施方式
下文参考附图更全面地描述实施方案，附图形成了实施方案的一部分，并且通过图示的方式示出了具体的示例性实施方案。这些实施方案被充分详细地公开，以使本领域技术人员能够实践本发明。然而，实施方案可以通过许多不同的形式实现，并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方案。因此，以下具体实施方式不应被视为限制性的。
本文描述的是硅-聚合物阳极复合材料、其制造方法以及包含硅-聚合物阳极材料的储能设备的多种实施方案。
任何合适的Si-复合材料均可以用于本文中所描述的阳极材料中包含的Si颗粒。在一些实施方案中，Si-复合颗粒是Si-碳复合材料，诸如碳涂布的Si颗粒。在一些实施方案中，使用了硅氧化物(SiOx)。Si-复合材料还可以是硅与惰性金属或非金属的合金。适用于本文所描述的实施方案的Si-复合材料的其他实例是石墨烯-硅复合材料、氧化石墨烯-硅-碳纳米管、硅-聚吡咯和纳米和微米尺寸硅颗粒的复合材料。如前所述，可以在阳极材料中使用Si-复合材料的任何组合，或者可以仅使用单一的Si-复合材料。
阳极中使用的聚合物以相同聚合物的至少两种不同分子量形式提供，即低分子量形式的聚合物和高分子量形式的聚合物。聚合物的链长决定了聚合物的分子量，因此低分子量形式比高分子量形式具有更短的链长。因为链长影响聚合物的熔点，所以低分子量的聚合物将具有比较高分子量的聚合物更低的熔点。在对聚合物进行热处理时，较低分子量的聚合物首先熔化，并选择性地封装硅活性材料。因此，较低分子量的聚合物以受控方式在活性材料颗粒周围形成保护层。较高分子量的聚合物随后熔化，并为整个阳极提供更宏观的保护。所得硅-聚合物阳极复合材料降低了阳极的体积膨胀和由此产生的颗粒破裂。
参考图1，示出了用于制备本文中所描述的复合阳极材料的方法100的实施方案的流程图通常包括将硅颗粒和聚合物粘合剂混合在一起以形成混合物的步骤110，其中聚合物粘合剂包括至少两种不同分子量形式的聚合物粘合剂，将溶剂加入到混合物中并且将混合物涂布在集流器上的步骤120，和从涂层中除去溶剂并且使经涂布的集流器经受热处理的步骤130。
关于步骤110，将硅颗粒和至少一种聚合物粘合剂混合在一起以形成混合物，其中该至少一种聚合物粘合剂以至少高分子量形式的聚合物和至少低分子量形式的聚合物的形式提供。可以使用将这些材料混合在一起的任何方式。在一些实施方案中，使用了机械混合。例如，可以通过在低rpm下球磨固体来将各组分混合在一起。
在一些实施方案中，聚合物粘合剂材料为聚丙烯腈(PAN)。低分子量形式的PAN可以具有在约1000至约85000的范围内的MW。高分子量形式的PAN可以具有在约90000至约5000000的范围内的MW。PAN是具有化学式(C3H3N)n的聚合物。本文所使用的PAN还包括PAN的共聚物，因为几乎所有用于商业应用生产的PAN都是通过将丙烯腈与其他单体混合而获得的共聚物。例如，在纺织应用中与乙烯基酯(醋酸乙烯酯、丙烯酸甲酯和甲基丙烯酸甲酯)混合；在碳纤维应用中与丙烯酰胺、乙烯基吡咯烷酮和衣康酸混合；在阻燃变性聚丙烯腈纤维中与氯乙烯和偏氯乙烯混合；苯乙烯用于SAN热塑性树脂和ABS。
在一些实施方案中，混合物包含约30重量％至约90重量％的硅颗粒和约10重量％至约40重量％的聚合物(高分子量形式和低分子量形式的组合)。在一些实施方案中，混合物的聚合物组分中的低分子量聚合物与高分子量聚合物的比率在约1:1至约1:10的范围内，诸如在约1:3至约1:5的范围内。
在步骤120中，将溶剂加入到混合物中以分散活性材料。可以以任何合适的量使用任何合适的溶剂。在一些实施方案中，溶剂是无水NMP。其他合适的溶剂包括，但不限于，N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基砜(DMSO2)、二甲基亚砜(DMSO)、碳酸亚乙酯(EC)和碳酸亚丙酯(PC)。该溶剂可以与硅和聚合物的混合物混合任何合适的时间量，诸如约12小时。例如，剪切和离心混合可以用于将固体分散在溶剂中。
步骤120还包括将淤浆混合物涂布在集流器上。集流器的材料可以是任何合适的集流器材料，诸如铜。可以使用任何合适的方式将混合物涂布在集流器上。在一些实施方案中，涂布步骤可以使用台式刮刀涂布机等来进行涂布步骤。
在步骤130中，从涂布在集流器上的材料中除去溶剂，并且使经涂布的集流器经受热处理。虽然该步骤可以被描述为两个单独的动作，但是在一些实施方案中，可以作为热处理步骤的一部分，从涂层中除去溶剂。当首先除去溶剂时，可以通过在通常低于后续热处理步骤中所使用的温度的温度下加热涂层来除去溶剂。例如，在一些实施方案中，通过首先使经涂布的集流器经受约60℃的温度(诸如在对流烘箱中)以蒸发掉溶剂，从涂层中除去溶剂。
在除去溶剂之后，步骤130继续使经涂布的集流器经受热处理。热处理可以包括在惰性气氛中将经涂布的集流器加热至在约150℃至约600℃的范围内的温度，诸如在惰性氩气气氛中在约330℃下。热处理步骤通常旨在使涂层的聚合物组分环化。如前所述，在一些实施方案中，涂层的聚合物组分是PAN。PAN的环化是由于PAN分子的交联，而使腈键(C≡N)转变为双键(C＝N)的过程。该步骤产生具有弹性但机械坚固的PAN纤维的梯子状聚合物链，从而允许硅颗粒的受控碎裂。
研究表明，在碳化处理工艺期间，PAN预氧化纤维的环状结构转化为碳纤维的伪石墨结构。通常，碳化工艺包括两个阶段，在300℃至约700℃的低温碳化和在700℃至约1500℃的高温碳化。在碳化工艺期间，PAN预氧化纤维的环状结构经历了复杂的热解和重构，其中原有的化学和物理结构被破坏。同时，较小的环化结构单元通过交联、缩聚和热解逐渐转变为伪石墨结构，伴随着明显的收缩。结果，稳定化纤维的原始结构完全消失，并且产生新的伪石墨微晶结构。通过热解、缩聚和重构，PAN-基预氧化纤维在低温碳化工艺中的环化结构及其聚集态结构发生了显著变化。在第一阶段，当热处理温度低于450℃时，主要化学反应是无环线形分子链或部分环化结构中的脱氢和热解。在这个阶段，环化结构的增长并不明显。然而，大量的热解影响了原始预氧化结构的破坏。它导致内应力显著增加，并且进一步引起环化结构的重新取向。在第二阶段，当热处理温度高于450℃时，脱氢和热解程度迅速降低，芳族杂环结构的缩聚和重构逐渐在领域内。芳族杂环的早期重构过程是随机且分布不均匀的。形成了一系列不同尺度的具有缺陷的杂环结构，并且在张力的诱导下进一步排列。在此阶段，新的伪石墨晶体结构逐渐形成，随着热处理温度的升高，石墨层的d-间距略有减小，微晶尺寸缓慢增大。在第三阶段，在550℃的热处理后，伪石墨基结构逐渐形成。随着热处理温度的升高，d-间距进一步略有减小，微晶尺寸缓慢增大。逐渐形成类似于碳纤维最终结构的新的有序结构。
如前所述，低MW形式的PAN和高MW形式的PAN具有不同的熔融温度。例如，低MW形式的PAN可以具有约150℃至约400℃的熔融温度，而高MW形式的PAN可以具有约250℃至约600℃的熔融温度。为了利用低分子量PAN选择性地封装硅颗粒，步骤130的热处理部分可以通过逐渐或逐步升高温度来进行。在逐渐升高工艺中，温度持续升高。当满足低MW PAN的熔融温度时，低MW PAN选择性地涂布硅颗粒，而高MW PAN保持不受影响，直到逐渐升高的温度达到高MW PAN的熔融温度。此时，高MW PAN对复合阳极整体形成宏观水平保护。在逐步方法中，将温度设定在低MW PAN的熔融温度并保持足够长的时间，以导致用低MW PAN选择性涂布硅颗粒，之后将温度升高并且保持在高MW PAN的熔融温度以产生宏观水平的阳极保护。
通过本文所描述的方法制备的阳极复合材料通常包括至少两种材料：硅和聚合物。如前所述，硅通常以颗粒的形式提供，并且聚合物以至少两种不同MW形式的聚合物提供。如下文更详细描述的，阳极材料可以包括附加材料，但是硅和聚合物是阳极复合材料的主要成分。
在一些实施方案中，硅以硅颗粒的形式存在于阳极复合材料中。硅颗粒的尺寸可以在约1nm至约100μm的范围内。在一些实施方案中，硅颗粒为阳极复合材料的约30重量％至约90重量％，诸如约50重量％至约80重量％。
阳极复合材料还包括至少一种聚合物。阳极复合材料的聚合物组分通常用作粘合剂材料。在一些实施方案中，至少一种聚合物是聚丙烯腈(PAN)。根据需要，在阳极复合材料中还可以包含其他聚合物材料。在一些实施方案中，聚合物为阳极复合材料的约10重量％至约40重量％。如前所述，PAN用作聚合物粘合剂以形成弹性但坚固的膜，从而允许粘合剂基体内硅颗粒的受控碎裂/粉碎。
在阳极中提供至少两种不同MW形式的PAN聚合物。例如，阳极复合材料可以包括低MW形式的PAN和高分子量形式的PAN。低分子量形式的PAN可以具有在约1000至约85000的范围内的MW。高分子量形式的PAN可以具有在约90000至约5000000的范围内的MW。
虽然本公开主要描述了阳极复合材料包括两种不同MW形式的聚合物粘合剂材料的实施方案，但是应当理解的是，阳极复合材料还可以包括三种、四种、五种或更多种不同MW形式的聚合物，诸如PAN。
可以存在于阳极复合材料中的其他材料包括，但不限于，硬碳、石墨、锡和锗颗粒。当在阳极复合材料中存在时，这些材料可以以阳极复合材料的约0.1重量％至约50重量％的范围存在。
参考图2，阳极复合材料的材料可以以特定取向排列。在一些实施方案中，低MWPAN 220包围、夹住、封装或以其他方式涂布硅颗粒210。如图2所示，低MW PAN 220围绕一个硅颗粒。然而，应当理解的是，多个硅颗粒210可以被低MW PAN 220封装在一起。同样如图2所示，被低MW PAN 220封装的硅颗粒210的组合被高MW PAN 230封装或粘合在一起。在该构造中，多个低MW PAN封装的硅颗粒分散在整个高MW PAN聚合物粘合剂基体中，以形成本文中所描述的阳极复合材料的特定取向。应当理解的是，尽管图2出于说明目的将低MW PAN和高MW PAN显示为不同且可区分的组分，但低MW PAN和高MW PAN在最终阳极复合材料中实际上是不可区分的。
围绕硅颗粒210的低MW PAN 220还可以包括附加的材料，诸如前述硬碳、石墨、锡和锗颗粒。因此，在一些实施方案中，硅颗粒210被与硬碳、石墨、锡和锗颗粒中的一种或多种混合的低MW PAN层包围。
图3示出了分子量(MW)为80K至200K的PAN聚合物在25至500℃的范围内的温度下以1.7℃/min的DSC数据。具有4200MW和15200MW的PAN的峰值温度约为235至240℃，而较高分子量的PAN具有约260至270℃的峰值温度。80K和100K MW的PAN两者在263℃附近均有较宽的放热峰，而较高分子量形式(150K和200K)的PAN在265至270℃附近显示出较陡的峰。在80K和100K MW的PAN曲线中更宽的峰由更高的焓指示，并且可以是5-6腈(C≡N)完全转化为C＝N的结果。该数据在下表1中示出。
表1-DSC数据比较
PAN MW 峰值温度(℃) 焓(J/g)
4200 240.8 n/a
15200 236.2 n/a
80000 263.7 779.0
100000 262.6 675.2
150000 268.5 576.5
200000 264.9 585.5
本文所描述的阳极复合材料可以结合到电化学储能设备中。电化学储能设备通常包括本文所描述的阳极材料、阴极和电解质。在一些实施方案中，电化学储能设备是锂二次电池。在一些实施方案中，二次电池是锂电池、锂离子电池、锂-硫电池、锂-空气电池、钠离子电池或镁电池。在一些实施方案中，电化学储能设备是电化学电池，诸如电容器。在一些实施方案中，电容器是不对称的电容器或超级电容器。在一些实施方案中，电化学电池是原电池。在一些实施方案中，原电池是锂/MnO2电池或锂/聚(一氟化碳)电池。
用于电化学储能设备的合适阴极包括那些，诸如，但不限于，锂金属氧化物、尖晶石、橄榄石、碳涂布的橄榄石、LiCoO2、LiNiO2、LiMn0.5Ni0.5O2、LiMn0.3Co0.3Ni0.3O2、LiMn2O4、LiFeO2、LiNixCoyMetzO2、An'B2(XO4)3、氧化钒、过氧化锂、硫、多硫化物、一氟化碳锂(也称为LiCFx)或其任何两种或更多种的混合物，其中Met是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Mn或Co；A是Li、Ag、Cu、Na、Mn、Fe、Co、Ni、Cu或Zn；B是Ti、V、Cr、Fe或Zr；X是P、S、Si、W或Mo；并且其中0≤x≤0.3、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5和0≤n1≤0.3。根据一些实施方案，尖晶石是尖晶石锰氧化物，其分子式为Li1+xMn2-zMet'"yO4-mX'n，其中Met'"是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Ni或Co；X'是S或F；并且其中0≤x≤0.3、0≤y≤0.5、0≤z≤0.5、0≤m≤0.5和0≤n≤0.5。在其他实施方案中，橄榄石的分子式为LiFePO4或Li1+xFe1zMet"yPO4-mX'n，其中Met"是Al、Mg、Ti、B、Ga、Si、Ni、Mn或Co；X'是S或F；并且其中0≤x≤0.3、0 0≤y≤0.5、0≤z≤0.5、0≤m≤0.5和0≤n≤0.5。
在一些实施方案中，电化学储能设备的电解质组分包括a)非质子有机溶剂体系；和b)金属盐。在实施方案中，非质子有机溶剂体系为在电解质的60重量％至90重量％的范围内。在实施方案中，金属盐为在电解质的10重量％至30重量％的范围内。
在一些实施方案中，电解质包括60重量％至90重量％的选自开链或环状碳酸酯、羧酸酯、亚硝酸酯、醚、砜、亚砜、酮、内酯、二氧戊环、甘醇二甲醚、冠醚、硅氧烷、磷酸酯、亚磷酸酯、单磷腈或聚磷腈或其混合物的非质子有机溶剂体系。
在一些实施方案中，电解质包括在10重量％至30％重量％的范围内的锂盐。可以使用多种锂盐，包括例如Li(AsF6)；Li(PF6)；Li(CF3CO2)；Li(C2F5CO2)；Li(CF3SO3)；Li[N(CP3SO2)2]；Li[C(CF3SO2)3]；Li[N(SO2C2F5)2]；Li(ClO4)；Li(BF4)；Li(PO2F2)；Li[PF2(C2O4)2]；Li[PF4C2O4]；烷基氟磷酸锂；Li[B(C2O4)2]；Li[BF2C2O4]；Li2[B12Z12-jHj]；Li2[B10X10-j’Hj’]；或它们中的任何两种或更多种的混合物，其中Z在每次出现时独立地是卤素，j是0至12的整数，j’是1至10的整数。
在一些实施方案中，电解质包含添加剂，诸如含硫化合物、含磷化合物、含硼化合物、含硅化合物、含氟化合物、含氮化合物、含有至少一个不饱和碳-碳键的化合物、羧酸酐或其混合物。在一些实施方案中，添加剂是离子液体。此外，添加剂以电解质的0.01重量％至10重量％的范围存在。
在电化学储能设备为二次电池的实施方案中，二次电池还可以包括隔开正极和负极的隔板。锂电池的隔板通常是微孔聚合物膜。用于形成膜的聚合物的实例包括聚丙烯、聚乙烯、尼龙、纤维素、硝化纤维素、聚砜、聚丙烯腈、聚偏二氟乙烯、聚丁烯、或任何两种或更多种这些聚合物的共聚物或共混物。在一些情况下，隔板是电子束处理的微孔聚烯烃隔板。电子处理可以提高隔板的变形温度，因此可以提高高温下的热稳定性。附加地或可选地，隔板可以是停堆隔板(shut-down separator)。停堆隔板可以具有高于约130℃的触发温度，以允许电化学电池在高达约130℃的温度下运行。
将参照以下具体实施例进一步说明本公开。应当理解的是，这些实施例是以说明的方式给出的，并不意味着限制本公开或随后的权利要求。
实施例1-具有不同PAN MW的硅-聚合物阳极的制备
通过在低rpm下球磨固体，将1μm硅粉与80000MW(80K PAN)和200000MW(200kPAN)PAN进行混合，硅:80K PAN:200k PAN的比率为8:1:1。在将硅PAN固体混合物加入分散体之前，使用离心混合，使用无水DMF作为溶剂以分散导电碳添加剂C65。将淤浆混合过夜，使用台式刮刀涂布机将淤浆涂布到铜集流器上，以获得具有＞3mg/cm2固体负载量的电极。然后，将电极在60℃下在对流烘箱中进行干燥，然后在惰性氩气气氛中在330℃下进行热处理。
实施例2-对比硅-聚合物阳极的制备
对比电极由1μm硅粉末与80K PAN混合而制成，其中硅:80K PAN的比率为8:2(对比实施例2A)，并且由1μm硅粉末与200K PAN混合而制成，其中硅:200K PAN的比率为8:2(对比实施例2B)。使用类似的混合和涂布程序，以获得具有＞3mg/cm2固体负载量的电极，然后在对流烘箱中在60℃下干燥该电极。然后，将对比电极在惰性氩气气氛中在330℃下进行热处理。
图4中用于比较热处理阳极的FT-IR曲线显示出基于对应于C＝N的在1600cm-1处的尖峰的PAN环化的指示。
从前述内容中可知，应当理解的是，出于说明的目的，本发明的特定实施方案已经在本文中进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以进行各种修改。因此，除了所附的权利要求之外，本发明不受限制。

Claims (26)

1.一种用于电化学储能设备的包含硅和至少一种聚合物材料的阳极活性材料的制造方法，所述方法包括：
a)将硅颗粒和至少两种不同分子量形式的聚合物混合在一起以形成混合物；
b)将所述混合物涂布到集流器上以形成经涂布的集流器；和
c)使所述经涂布的集流器经受温度处理。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述聚合物是聚丙烯腈。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少两种不同分子量形式的所述聚合物包括分子量在1000至85000的范围内的低分子量形式和分子量在90000至5000000的范围内的高分子量形式。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述聚合物的所述低分子量形式与所述高分子量形式的比率为1:1至1:10。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述聚合物的所述低分子量形式与所述高分子量形式的比率为1:3至1:5。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述混合物包含约30重量％至约90重量％的所述硅颗粒和约10重量％至约40重量％的所述聚合物。
7.根据权利要求3所述的方法，其中使所述经涂布的集流器经受所述温度处理包括在惰性气氛中将所述经涂布的集流器加热至约150℃至约600℃的范围内的温度。
8.根据权利要求7所述的方法，其中加热所述经涂布的集流器包括在足以熔化所述低分子量形式的所述聚合物的第一温度下加热所述经涂布的集流器，然后在足以熔化所述高分子量形式的所述聚合物的第二温度下加热所述经涂布的集流器。
9.根据权利要求1所述的方法，还包括：
在步骤a)之后和步骤b)之前，将溶剂加入到所述混合物中以分散所述硅颗粒和所述至少两种不同分子量形式的所述聚合物，所述溶剂选自由N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基砜(DMSO2)、二甲基亚砜(DMSO)、碳酸亚乙酯(EC)和碳酸亚丙酯(PC)组成的组。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
在步骤b)之后和步骤c)之前，从涂布在所述铜集流器上的所述混合物中除去所述溶剂。
11.根据权利要求9所述的方法，其中步骤c)从涂布在所述铜集流器上的所述混合物中除去所述溶剂。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述硅颗粒的尺寸范围为从约1nm至约100μm。
13.一种电化学储能设备，包括：
阳极，所述阳极包括：
多个活性材料颗粒，其中所述多个活性材料颗粒中的每个活性材料颗粒具有在约1nm和约100μm之间的颗粒尺寸，以及低分子量形式的聚合物和高分子量形式的聚合物，其中所述多个活性材料颗粒被所述低分子量形式的所述聚合物包封；
阴极；和
电解质，所述电解质包括至少一种锂盐。
14.根据权利要求13所述的电化学储能设备，其中所述多个活性材料颗粒是硅颗粒。
15.根据权利要求13所述的电化学储能设备，其中所述低分子量形式的所述聚合物封装一种或多种活性材料颗粒以形成低分子量聚合物封装的活性材料颗粒，所述低分子量聚合物封装的活性材料颗粒还被所述高分子量形式的所述聚合物包封。
16.根据权利要求13所述的电化学储能设备，其中所述聚合物包含聚丙烯腈。
17.根据权利要求13所述的电化学储能设备，其中所述阴极包含锂金属氧化物、尖晶石、橄榄石、碳涂布的橄榄石、氧化钒、过氧化锂、硫、多硫化物、一氟化碳锂或其混合物。
18.根据权利要求13所述的电化学储能设备，其中所述阴极是过渡金属氧化物材料，并且包含过度锂化氧化物材料。
19.根据权利要求13所述的电化学储能设备，其中所述电解质包含a)非质子有机溶剂体系；和b)金属盐，其中所述金属盐包括锂盐。
20.根据权利要求13所述的电化学储能设备，还包括：
将所述阳极和所述阴极彼此隔开的多孔隔板。
21.一种硅-聚合物复合电极，包括：
多个活性材料颗粒，其中所述多个活性材料颗粒中的每个活性材料颗粒具有在约1nm和约100μm之间的颗粒尺寸；和
低分子量形式的聚合物和高分子量形式的聚合物，其中所述多个活性材料颗粒被所述低分子量形式的所述聚合物包封，并且被包封的多个活性材料颗粒还被所述高分子量形式的所述聚合物包封。
22.根据权利要求21所述的电极，其中所述聚合物是聚丙烯腈。
23.根据权利要求21所述的电极，其中所述低分子量形式的所述聚合物具有在1000至85000的范围内的分子量，并且所述高分子量形式的所述聚合物具有在90000至5000000的范围内的分子量。
24.根据权利要求21所述的电极，其中低分子量聚合物与高分子量聚合物的比率为1:1至1:10。
25.根据权利要求24所述的电极，其中低分子量聚合物与高分子量聚合物的比率为1:3至1:5。
26.根据权利要求21所述的电极，其中所述阳极包含约30重量％至约90重量％的硅活性材料颗粒和约10重量％至约40重量％的所述聚合物。
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