TWI484687B - 一種經事先充電的材料，其製造方法，製造電池電極及鋰充電電池之方法，包含經事先充電的材料之複合電極及其用途。 - Google Patents

一種經事先充電的材料，其製造方法，製造電池電極及鋰充電電池之方法，包含經事先充電的材料之複合電極及其用途。 Download PDF

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Description

一種經事先充電的材料，其製造方法，製造電池電極及鋰充電電池之方法，包含經事先充電的材料之複合電極及其用途。
本發明係關於製造由矽或以矽為基礎的材料所構成之結合的纖維之方法，及其作為充電式鋰電池組電池中之活性陽極材料之用途。
可攜式電子裝置(如，行動電話和筆記型電腦)之使用日增及顯現之充電電池用於混合電子載具的趨勢已創造出對於提供電力至前述和其他電池電力裝置之較小、較輕、較持久的充電電池之需求。1990年代的期間內，鋰充電電池，特別是鋰離子電池，變得被廣為使用且，以銷售單位來看，目前主宰可攜式電子市場並開始被用於新穎、價格敏感的應用上。然而，隨著越來越多需要電力需求的功能加諸於前述裝置(如，行動電話上的相機)，需要每單位質量和每單位體積儲存更多電力之經改良和減低成本的電池。
熟知矽可作為充電式鋰離子電化學電池之活性陽極材料(請參考，例如，Insertion Electrode Materials for Rechargeable Lithium Batteries,M.Winter,J.O.Besenhard,M.E.Spahe,and P.Novak,Adv.Mater.1998,10,No.10)。慣用之鋰離子充電電池組電池之基本元件示於圖1，其包括以石墨為基礎的陽極，此元件被以矽為基礎的陽極所替代。此電池組電池包括單一電池，但亦可包括超過一個電池。
此電池組電池通常包含用於陰極的銅電流收集器10和 用於陰極的鋁電流收集器12(適當時，其外部可連接至承載或充電電源)。以石墨為基礎的複合陽極層14覆蓋電流收集器10且以含鋰的金屬氧化物為基礎的複合陰極層16覆蓋電流收集器12。使多孔塑膠間隔物或分隔物20介於以石墨為基礎的複合陽極層14和以含鋰的金屬氧化物為基礎的複合陰極層16之間且液態電解質材料分散於多孔塑膠間隔物或分隔物20、複合陽極層14和複合陰極層16之內。一些例子中，此多孔塑膠間隔物或分隔物20可被聚合物電解質材料所替代且在這樣的情況中，聚合物電解質材料存在於複合陽極層14和複合陰極層16二者之內。
當電池組電池完全充電，鋰自含鋰的金屬氧化物經由電解質運送至以石墨為基礎的層，於此處與石墨反應而製造化合物LiC6 。此石墨，係複合陽極層中的電化學活性材料，具有最大容量為372毫安培小時/克。將注意到此處所謂的”陽極”和”陰極”以橫跨承載物的方式放置。
一般相信矽在作為鋰離子充電電池的活性陽極材料時，相較於目前所用的石墨，提供明顯較高容量。矽藉由與電化學電池中的鋰反應而轉化成化合物Li21 Si5 時，具有最大容量為4,200毫安培小時/克。
在鋰離子電化學電池中使用矽或以矽為基礎的陽極材料之已有的發展無法在所需的充電/放電循環次數展現持續的容量並因此而無法用於商業上。
一個研究使用粉末形式的矽，在一些例子中，視情況而定地含有電子添加劑及含有適當黏合劑(如，塗佈在銅電 流收集器上的聚偏二氟乙烯(polyvinylidene difluoride))地製成複合材料。然而，當用於重覆充電/放電循環時，此電極系統無法展現持續的容量。咸信此容量耗損係與鋰自主體矽嵌入/脫出(insertion/extraction)有關的體積膨脹/收縮而造成矽粉末物質的部分機械分離所致。此亦導致矽成份與銅電流收集器和其本身二者電隔絕。此外，體積膨脹/收縮造成球狀成份破裂，導致球狀成份本身內部的電接觸損耗。
此技術中已知的另一研究設定為處理連續循環期間內的大體積改變之問題，其使得構成矽粉末的矽成份非常小，即，使用直徑在1－10奈米範圍內的球狀粒子。此策略假設奈米尺寸的成份可驅動與鋰嵌入/脫出有關之大的體積膨脹/收縮但不會破裂或受損。但此研究的問題在於其須要處理可能具有健康和安全風險之非常細、奈米尺寸的粉末且因為矽粉末驅動與奈米尺寸成份有關的體積膨脹/收縮將會製造含鋰的表面膜，而此表面膜會將大量不可逆的容量引至鋰離子電池組電池中，所以其無法防止球狀成份與銅電流收集器和本身二者之電隔離。此外，大量的小矽粒子製造指定量的矽之大量的粒子－粒子接觸且這些的每一者具有接觸阻力並會因此而造成矽物質的電阻過高。前述問題使得矽粒子無法成為鋰充電電池(特別是鋰離子電池)中的石墨之商業上可利用的替代品。
Ohara等人於Journal of Power Sources 136(2004)303－306中所描述的另一研究中，矽在鎳箔電流收集器上蒸 發成薄膜且此結構於之後用以形成鋰離子電池的陽極。然而，雖然此研究提供良好的容量保持率，此僅為非常薄的膜(約50奈米)之情況且因此，這些電極結構未提供每單位面積有用的容量。提高膜厚度(約大於250奈米)造成良好的容量保持率消失。本發明者認為這些薄膜之良好的容量保持率與薄膜吸收與主體矽之鋰嵌入/脫出有關的體積膨脹/收縮且膜不會破裂或受損之能力有關。此外，薄膜的表面積比對等質量之奈米尺寸的粒子小得多，因此，因為形成含鋰的表面膜而造成之不可逆容量降低。因此，前述問題使得金屬箔片電流收集器上的矽薄膜無法在商業上取代鋰充電電池(特別是鋰離子電池)中的石墨。
另一研究描述於US2004/0126659中，矽蒸發於鎳纖維上，其於之後用以形成鋰電池的陽極。然而，發現矽於鎳纖維上之分佈不均並因此而明顯影響操作。此外，這些結構具有高的鎳電流收集器質量/活性矽質量比並因此而無法提供每單位面積或每單位質量之有用量的容量。
另一研究描述於US 6,887,511，矽蒸發在經糙化的銅基板上以形成至高10微米之中等厚度的膜。在初始的鋰離子嵌入法中，矽膜破裂而形成矽導柱。這些導柱可於之後可逆地與鋰離子反應並獲得良好的容量保持率。然而，此方法在較厚的膜上無法良好地運作且製造中等厚度的膜為昂貴的程序。此外，藉由使膜破裂而形成的導柱構造本身無孔隙，因此而引發長期容量保持率的問題。
用於鋰離子二次電池之以奈米和整體矽為基礎的嵌入 陽極之回顧由Kasavajjula等人提出(J.Power Sources(2006),doi：10.1016/jpowsour.2006.09.84)，茲將其以引用方式納入本文中。
UK專利申請案GB2395059A中描述的另一研究使用積體化的矽電極，其包含在矽基板上製造之矽導柱的規則或不規則陣列。在施以重覆充電/放電循環時，這些結構化的矽電極展現良好的容量保持率，且本發明者認為此良好的容量保持率源自於矽導柱吸收與主體矽之鋰嵌入/脫出有關的體積膨脹/收縮且膜不會破裂或受損之能力。然而，前述申請案中所描述之此結構化的矽電極係藉由使用高純度的單晶矽晶圓製造，因此，電極之製造具有潛在的高成本。
進一步的研究中，相同受讓人之標題為”A method of favricating fibres composed of silicon or a silicon-based material and their use in lithium rechargeable batteries”的PCT/GB2007/000211(茲將該案以引用方式納入本文中)描述在基板上製造矽的導柱及獲取這些導柱以製造矽纖維之方法。這些纖維於之後用以製造複合電極(如，藉由以矽纖維代替典型之以石墨為基礎的複合陽極中之石墨粉末)或者用以在電流收集器上製造絨圈或絨圈狀構造。
本發明的第一方面係關於一種包含包含矽的纖維之經事先充電的材料，其特徵在於二或更多纖維結合在一起。用於本發明之目的，纖維可以直接彼此結合或者經由金屬 橋連元素結合，其中金屬橋連元素以選自銅、鎳、鋁、鐵、銥、金、鈦、鉛、鉍、銻和銀中之一或多者為佳。
用於本發明之目的，材料之實質上所有的纖維結合在一起。特別地，50%或更多的纖維可結合在一起，以75%或更多的纖維可結合在一起為佳，90%或更多的纖維可結合在一起更佳。因此，第一方面的材料可以結合的絨圈形式提供。此結合的材料可提供機械安定的構造，其耐得住與電池組合品有關的機械操作並在電池經歷重覆的充電/放電循環之後，仍保留初始電極構造。
基本上，纖維的長度與直徑比將約100：1並因此，在陽極層(如，絨圈陽極層)中，每一纖維將延著它們的長度與其他纖維多次接觸，其所提供構形使得因破裂的矽接觸而導致機械分離的機率可被忽略。因此，包含矽的纖維之間之結合發生於延著纖維長度的每一個接觸點處。因此，每一纖維延著其長度地具有一或多個結合點。鋰嵌入纖維中或自纖維脫出，雖然會造成體積膨脹和體積收縮，但不會使得纖維被摧毀並因此而得以保留纖維內的導電性，且此特徵增進了電極於許多放電/充電循環之效率。
本發明之纖維可具有橫向尺寸(即，寬度和/或深度)在0.08至0.5微米的範圍內，以0.2微米為佳，且長度在20至300微米的範圍內，以100微米為佳。此纖維的縱橫比約100：1。此纖維具有實質上圓形或實質上非圓形的截面。第一方面的材料之平均孔隙體積約10－30%。
本發明的第一方面之材料被用以形成電極。因此，將 第一方面的材料描述成在尚未摻入電池和/或進行充電循環之前，已經事先充電者。因此，二或更多纖維之結合並非充電循環的結果。將瞭解的是本發明之材料可以摻入電極中且最終摻入電池中，其可於該處進行一或多個充電循環。
本發明的第二方面係關於製造經事先充電之結合之包含矽的纖維之方法，其包含使二或更多包含矽的纖維結合在一起。此纖維可藉由蝕刻包含矽的基板(如，晶片或晶圓)以製造導柱及於之後自基板分離導柱而製造纖維的方式得到。將瞭解的是，得以製造導柱的任何基板可用於本發明。因此，本發明的第二方面之方法之步驟包含蝕刻包含矽的基板(如，晶片或晶圓)以形成導柱，自基板分離導柱以製得纖維及使二或更多纖維結合在一起。
此二或更多纖維可經由高壓和/或提高溫度而結合。此二或更多纖維可經由金屬橋連元素結合，特別是經由選自銅、鎳、鋁、鐵、銥、金、鈦、鉛、鉍、銻和銀中之一或多種金屬橋連元素結合。此二或更多的矽纖維可與金屬橋連元素形成化合物或者金屬橋連元素可以無電的方式電鍍在第一個包含矽的纖維上並在第一個包含矽的纖維上的金屬橋連元素與第二個包含矽的纖維之間形成化合物。此金屬橋連元素必須能夠與包含矽的纖維形成化合物。所形成的化合物必須具有高導電性。將瞭解的是，有數種用以添加金屬橋連元素的方法存在，例如，分散小粒子尺寸粉末、無電鍍沉積在纖維上或蒸氣沉積鍍在纖維上。
二或更多纖維經由金屬橋連元素結合，纖維和金屬橋連元素可加熱至高於形成金屬橋連元素和矽纖維之間之合金所需溫度。
本發明之纖維可藉基板之反應性離子蝕刻、化學反應蝕刻或電流交換蝕刻而製造，及藉刮擦、攪動或化學蝕刻中之一或多者分離。
包含矽的材料可包含未經摻雜的矽、經摻雜的矽或矽鍺混合物。此纖維為單晶矽或單晶矽鍺。
本發明的第三方面提供一種製造電池電極之方法，包含使含有本發明的第一方面中所描述之材料的漿料沉積而形成結合之包含矽的纖維(特別地，單晶纖維)層。此方法包含使已結合的纖維沉積在電流收集器上。特別地，本發明的第三方面提供一種製造陽極之方法。
在第三方面的一個較佳的特徵中，此電池電極可藉由沉積纖維的漿料以形成未結合之包含矽的纖維層及之後使二或更多纖維結合在一起而製得。此二或更多纖維可以使用本發明的第二方面所指出的任何方法結合在一起。特別地，纖維的漿料可以沉積在電流收集器上，且二或更多纖維可以使用高壓和/或提高溫度或藉由添加金屬橋連元素而結合在一起。
本發明的第四方面提供一種製造鋰充電電池之方法，其步驟包含製造在本發明的第三方面中所描述的陽極及添加陰極和電解質。此方法進一步包含在陰極和陽極之間增添分隔器。此方法進一步包含提供護套環繞電池。
本發明的第五方面提供一種複合電極，其含有根據本發明的第二方面製造之已結合之包含矽的纖維作為其活性材料之一。本發明的第五方面之複合材料使用銅作為電流收集器。特別地，本發明的第五方面係關於複合電極，其中此電極係陽極。
本發明的第六方面提供一種電化學電池，其含有根據本發明的第五方面中所描述的陽極。特別地，提供一種電化學電池，其中陰極包含能夠釋出和再吸收鋰離子之含鋰的化合物作為其活性材料。特別地，本發明的第六方面提供一種電化學電池，其中陰極包含以鋰為基礎的金屬氧化物或磷酸鹽作為其活性材料，以LiCoO2 或LiMnx Nix Co1－2x O2 或LiFePO4 為佳。
本發明的第七方面提供一種鋰充電電池陽極，其包含結合之包含矽的單晶纖維層。特別地，此結合的纖維係複合材料的一部分。
進一步提供電池，其包含前文所述的陽極及陰極，其中陰極可包含以鋰為基礎的材料，特別地，二氧化鋰鈷。
進一步提供一種裝置，其藉前文所描述的電池供給電力。
因為陽極電極構造使用包含矽的纖維，所以能夠克服這些纖維與鋰之可逆反應的問題。特別地，藉由將纖維置於結合的絨圈構造(其為纖維、聚合物黏合劑和電子添加劑之混合物)中，充電/放電程序成為可逆和可重覆的且獲致良好的容量保留率。
此纖維可以絨圈或絨圈狀構造沉積，其中，二或更多纖維經由金屬橋連元素連續地結合在一起，以製成結合的絨圈或絨圈狀構造。
總而言之，本發明得以製造矽或以矽為基礎的材料之結合的纖維及使用這些結合的纖維製造具有或不具有電流收集器之結合的絨圈陽極構傲及具有電流收集器和電極構造之複合的陽極構造二者。咸信構成複合材料之包含矽的元件構造克服了充電/放電容量損耗的問題。
特別地，藉由在複合材料或絨圈或絨圈狀構造中平放纖維，亦即，多個拉長或長薄纖維橫跨以提供多個交點，例如，藉由以隨機或不規則或實際上規則的方式平放，減少充電/放電容量損耗的問題。這些纖維結合在一起進一步使得在結合的纖維摻入電極中時，絨圈的整體性得以維持，並防止了與在製程期間內之鬆散纖維損耗有關的問題。
鋰嵌入纖維中或自纖維脫出，雖然會造成體積膨脹和體積收縮，但不會使得纖維被破壞，並因此而得以保留纖維內的導電性。
纖維可藉由自基板(如，矽晶圓)分離導柱而製造。此外，可藉由簡單之可重覆的化學方法製造導柱。
一個方式中，導柱可藉乾蝕製得，例如，深度反應性離子蝕刻方式，例如，美國專利申請案10/049736中所描述者，其屬相同讓受人且茲將該案以引用方式納入本文中。嫻於此技術者熟悉此方法，因此不須於此處詳細描述。然而，簡言之，塗佈在天然氧化物中之矽基板經蝕刻和清洗， 以提供親水表面。氯化銫(CsCl)於表面上蒸發且經塗佈的基板於無水條件下運送至水蒸汽壓力固定的槽中。CsCl薄膜發展成半球形的島陣列，其尺寸特徵取決於初厚度、水蒸汽壓和發展時間。此島陣列提供有效的遮蔽，在蝕刻(例如，藉反應性離子蝕刻)之後，留下對應於半球形島的導柱陣列。此CsCl阻抗層高度溶解於水中並容易以水洗除。
另一選擇是，導柱可藉濕蝕刻/使用化學電流交換法(例如，述於我們的相同受讓人之同在申請中的申請案GB 0601318.9，其標題為”Method of etching a silicon－based material”，茲將該案以引用方式納入本文中)製得。亦可使用之相關的方法揭示於Peng K－Q,Yan,Y－J Gao S－P,Zhu J.,Adv.Materials,14(2004),1164－1167("Peng")；K.Peng等人，Angew.Chem.Int.Ed.,44 2737－2742；和K.Peng等人，Adv.Funct.Mater.,16(2006),387－394。
較佳具體實例中，導柱(例如，長度為100微米且直徑為0.2微米)可在矽基板上自矽基板製得。更通常地，長度在20至300微米範圍內且直徑或最大橫跨尺寸在0.08至0.5微米範圍內的導柱可用以提供纖維。根據此方法，矽基板可為n－或p－型且，根據化學研究，並可在任何外露的(100)或(110)晶體面上蝕刻。由於蝕刻延著晶體平面進行，所以所得的纖維為單晶。因為此結構特徵，此纖維實質上筆直，有利於使得長度與直徑比約100：1且，當在複合陽極層中時，使得每一纖維與其他纖維延著其長度多次接觸。此蝕 刻法亦可在非常大規模積體(VLSI)電子等級晶圓或在相同者之被排除的樣品(單晶晶圓)上進行。作為較便宜的替代品，也可以使用用於太陽能板之光電等級的多晶材料。
欲分離導柱以得到纖維，將有導柱附著的基板置於燒杯或任何適當的容器中，以惰性液體(如，乙醇)覆蓋並施以超音波振盪。發現在數分鐘之內，液體呈現混濁且可於此階段藉電子顯微鏡檢視導柱是否已自其矽基板分離。
將瞭解的是用於”獲取”導柱之替代方法包括刮擦基板表面以分離它們或以化學方式分離它們。一適用於n－型矽材料之化學方法包含在矽晶圓的背側照明存在時，在HF溶液中蝕刻此基板。
一旦分離出包含導柱的矽，它們可被用來作為鋰離子電化學電池用之複合陽極的活性材料。欲製造複合陽極，自溶液過濾而獲取的矽可以與聚偏二氟乙烯混合並與澆鑄溶劑(如，正－甲基吡咯啉酮)製成漿料。之後可將此漿料施用或塗覆於金屬板或金屬箔片或其他傳導基板上(例如，以物理方式以刮刀或以任何其他適當的方式)，以得到具所需厚度之經塗佈的膜，之後使用適當的乾燥系統(其可使用在50℃至140℃之提高的溫度範圍)自此膜蒸發澆鑄溶劑，以留下無或實質上無澆鑄溶劑的複合膜。所得的網狀物或複合膜具有多孔結構，其中，以矽纖維的量基本上介於70%和95%之間。此複合膜的孔隙體積百分比將為10－30%，以約20%為佳。
另一選擇是，絨圈或絨圈狀構造可以片材形式製得(不 一定是在電流收集器上)且其本身作為電流收集器之用。
之後，可以任何適當的方式(例如，依循圖1中所示的一般結構，但使用包含矽的活性陽極材料而非石墨活性陽極材料)製造鋰離子電池組電池。例如，此以矽纖維為基礎的複合陽極層以多孔間隔物18覆蓋，電解質加至最終結構，飽和所有可資利用的孔隙體積。此電解質之添加係於將電極置於適當套管中之後進行且可包括陽極之真空充填，以確保孔隙體積被液態電解質所填滿。
參考下列非限制例之一或多者地說明根據本發明之使纖維結合的方式：
實例
本申請案之纖維係藉由在包含矽的基板上製造導柱而製得。該導柱可藉乾蝕法製得，例如，深度反應性離子蝕刻方式，例如，美國專利申請案10/049736中所描述者，其屬相同讓受人且茲將該案以引用方式納入本文中。另一選擇是，導柱可藉濕蝕刻/使用化學電流交換法(例如，述於我們的相同受讓人之同在申請中的申請案GB 0601318.9，其標題為”Method of etching a silicon－based material”，茲將該案以引用方式納入本文中)製得。亦可使用之相關的方法揭示於Peng K－Q,Yan,Y－J Gao S－P,Zhu J.,Adv.Materials,14(2004),1164－1167("Peng")；K.Peng等人，Angew.Chem.Int.Ed.,44 2737－2742；和K.Peng等人，Adv.Funct.Mater.,16(2006),387－394。
此纖維可藉由在超音波浴中攪動而與基板分離。所得 的纖維懸浮於水中並於之後使用不同的眾多濾紙尺寸過濾以收集不同尺寸的矽纖維。
以前述方式得到的矽纖維與銅粉末混合並使用高壓加熱以形成網狀構造。
另一選擇是，藉由Kim等人，Journal of Power Sources,147(2005)227－233中所描述的電流交換機構，銅以無電鍍敷在矽纖維上。
另一選擇是，矽纖維使用高壓(請參考：Cold compaction of silicon powders without a binding agent,MATERIALS LETTERS 61(2)：485－487 JAN 2007)和/或提高溫度而結合在一起。
結合的絨圈電極經輕度滾軋，之後切下直徑12毫米的電極盤。這些在充滿氬的套手工作箱中組裝成電化學電池。平衡電極和參考電極二者皆為鋰金屬。電解質係在有機碳酸鹽混合物中之LiPF6 。此電池在VMP3裝置中測試。浸泡30分鐘之後，電池維持於－0.1毫安培達1小時，之後於－0.2毫安培，直到達到所須的鋰嵌入容量。之後，此電極於＋0.2毫安培脫出鋰，高至相對於Li/Li＋ 之電位為1.0伏特。
此處所描述之研究的一個特別的優點在於可製得大片包含矽的陽極，有需要時，於之後滾軋，且於之後縱切或壓印，此如同目前之用於鋰離子電池組電池之以石墨為基礎的陽極之情況，此意謂此處所述之研究可更新已有的製造性。
此處所描述之排列的進一步優點在於陽極電極在原處之構造長度事實上隨著每一次充電操作而提高。這是因為纖維於纖維接點處彼此結合，製造出非晶狀構造。此伴隨著降低多次循環之容量損耗的風險，此因以前述方式連接的纖維之纖維的機械分離的風險較低之故。
當然，應瞭解的是，可以採用任何適當的方式以完成前述研究或裝置。例如，導柱分離操作可包含振盪、刮擦、化學或其他操作中之任何者，只要可自基板移除導柱以製造纖維即可。適當時，此以矽為基礎的材料包括矽。此纖維可以具有任何適當的尺寸且可為，例如，純淨的矽或經摻雜的矽或其他以矽為基礎的材料(如，矽－鍺混合物或任何其他適當的混合物)。用以製造導柱的基板可為n－或p－型，範圍由100至0.001歐姆公分，或其可為適當的矽合金，例如，Six Ge1－x 。此纖維可用於任何適當目的，如，製造電極，此通常包括陰極。此陰極材料可為任何適當材料，基本上是以鋰為基礎的金屬氧化物或磷酸鹽材料，如，LiCoO2 、LiMnx Nix Co1－2x O2 或LiFePO4 。不同具體實例之特徵可適當地互換或並列且此方法之步驟可以任何適當的順序進行。
10‧‧‧銅電流收集器
12‧‧‧鋁電流收集器
14‧‧‧複合陽極層
16‧‧‧複合陰極層
20‧‧‧多孔塑膠間隔物或分隔物
圖1為顯示電池組電池的之元件之圖示。

Claims (57)

  1. 一種包含數個包含矽的纖維之用於電極之經事先充電的材料，其中二或更多含矽的纖維在一或更多結合點係結合在一起而形成結合帶；且結合帶被配置而形成電池電極的電化學活性材料。
  2. 根據申請專利範圍第1項之材料，其中二或更多經結合的纖維係經由金屬橋連元素結合。
  3. 根據申請專利範圍第2項之材料，其中金屬橋連元素係選自銅、鎳、鋁、鐵、銥、金、鈦、鉛、鉍、銻和銀中之一或多者。
  4. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之材料，其中實質上所有的纖維係結合在一起。
  5. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之材料，其中纖維具有橫向尺寸在0.08至0.5微米的範圍內，且長度在20至300微米的範圍內。
  6. 根據申請專利範圍第5項之材料，其中纖維具有0.2微米的橫向尺寸。
  7. 根據申請專利範圍第5項之材料，其中纖維具有100微米的長度。
  8. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之材料，其中纖維的縱橫比約100：1。
  9. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之材料，其中纖維具有實質上圓形的截面。
  10. 根據申請專利範圍第1至3項中任一項之材料，其 中纖維具有實質上非圓形的截面。
  11. 一種製造電極之方法，該方法包含下列步驟：沉積包含數個未結合之包含矽的纖維之方法，其在一或更多結合點與二或更多包含矽的纖維結合在一起而形成結合帶；且配置結合帶以形成電池電極的電化學活性材料。
  12. 根據申請專利範圍第11項之方法，其中結合的步驟包含施加壓力及/或熱直至二或更多纖維係在一或更多結合點直接地結合在一起。
  13. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中二或更多纖維係在一或更多結合點經由金屬橋連元素而結合。
  14. 根據申請專利範圍第13項之方法，其中金屬橋連元素係銅、鎳、鋁、鐵、銥、金、鈦、鉛、鉍、銻和銀。
  15. 根據申請專利範圍第13項之方法，其中二或更多矽纖維經加熱至矽和金屬橋連元素形成合金的溫度。
  16. 根據申請專利範圍第13項之方法，其中藉由無電電鍍、小粒子尺寸粉末之分散或蒸氣沉積，金屬橋連元素加在一或多個包含矽的纖維上。
  17. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中纖維係係藉由蝕刻包含矽的基板以製造纖維及自基板分離纖維而製得。
  18. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中更包含蝕刻以矽為基礎的基材以形成導柱。
  19. 根據申請專利範圍第18項之方法，其中導柱係藉反應性離子蝕刻、化學反應蝕刻或電流交換蝕刻而製造。
  20. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中更包含自矽基板分離導柱以形成未結合之包含矽的纖維之步驟。
  21. 根據申請專利範圍第18項之方法，其中導柱係藉刮擦、攪動或化學蝕刻中之一或多者分離。
  22. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中包含矽的材料包含未經摻雜的矽、經摻雜的矽或矽鍺混合物之一。
  23. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中纖維係單晶矽、單晶或矽鍺。
  24. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中更包含形成包含數個未結合之包含矽的纖維之漿料的步驟。
  25. 根據申請專利範圍第24項之方法，其中該漿料包含澆鑄溶劑及，視情況地，其中該澆鑄溶劑為正-甲基吡咯啉酮。
  26. 根據申請專利範圍第24項之方法，其中該漿料包含聚偏二氟乙烯“PVDF”。
  27. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中該層被沉積於導電基材上。
  28. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中該結合帶具有多孔結構。
  29. 根據申請專利範圍第11或12項之方法，其中該纖維包含n-型或p-型摻雜之矽。
  30. 根據申請專利範圍第11項之製造電極之方法，其中 沉積一層包含使包含包含矽的纖維之漿料沉積在電流收集器上。
  31. 根據申請專利範圍第24項之方法，其中纖維係單晶纖維。
  32. 根據申請專利範圍第24項之方法，其中纖維係沉積在經結合的絨圈或經結合的複合材料中。
  33. 根據申請專利範圍第24項項之方法，其中包括使經結合的纖維沉積在電流收集器上。
  34. 根據申請專利範圍第24項之方法，其中電極係陽極。
  35. 根據申請專利範圍第24項之方法，其中材料具有平均孔隙體積約10-30%。
  36. 一種製造鋰充電電池之方法，其步驟包含製造根據申請專利範圍第24至35項中任一項之方法中所載之電極，及添加陰極和電解質。
  37. 根據申請專利範圍第11、12及36項中任一項之方法，其中該電極為複合陽極。
  38. 如申請專利範圍第37項之方法，其中在複合物中矽纖維的質量為70至95%。
  39. 根據申請專利範圍第36項之方法，其中進一步包含在陰極和陽極之間增添分隔器。
  40. 根據申請專利範圍第36或39項之方法，其中進一步包含提供護套環繞電池。
  41. 一種複合電極，其含有根據申請專利範圍第1至10 項中任一項之事先充電的材料作為其活性材料之一。
  42. 根據申請專利範圍第41項之複合電極，其中使用銅作為電流收集器。
  43. 根據申請專利範圍第41或42項之複合電極，其中電極係陽極。
  44. 如申請專利範圍第43項之複合電極，其包含包含結合帶的電化學活性材料，該結合帶包含在任何鋰化或去鋰化電化學活性材料之前，在一或更多結合點與至少二包含矽的纖維結合在一起。
  45. 一種電化學電池，其含有根據申請專利範圍第41或42項之複合電極作為陽極。
  46. 根據申請專利範圍第45項之電化學電池，其中陰極包含能夠釋出和再吸收鋰離子之含鋰的化合物作為其活性材料。
  47. 根據申請專利範圍第46項之電化學電池，其中陰極包含以鋰為基礎的金屬氧化物、硫化物或磷酸鹽作為其活性材料。
  48. 一種電極的電化學活性材料，該電化學活性材料包含結合帶，該結合帶包含在任何鋰化或去鋰化電化學活性材料之前，在一或更多結合點與至少二包含矽的纖維結合在一起。
  49. 一種鋰離子電池的電極，其包含如申請專利範圍第48項之電化學活性材料。
  50. 一種電極的電化學活性材料，其中該電化學活性材 料包含包含矽的纖維，其特徵在於二或更多的纖維係經由金屬橋連元素結合在一起。
  51. 一種鋰充電電池陽極，其包含經結合之包含矽的單晶纖維層。
  52. 根據申請專利範圍第51項之陽極，其中纖維係複合電極的活性組份。
  53. 根據申請專利範圍第51或52項之陽極，其中在纖維的交點處包括非晶狀的矽部分。
  54. 一種電池，其包含根據申請專利範圍第51或52項之陽極及陰極。
  55. 根據申請專利範圍第54項之電池，其中陰極包含以鋰為基礎的材料。
  56. 根據申請專利範圍第55項之電池，其中陰極包含二氧化鋰鈷。
  57. 一種裝置，其係藉申請專利範圍第52或53項之陽極或申請專利範圍第54至56項中任一項之電池供給電力。
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