微结构及其制造与使用方法与流程

1.本公开的主题内容总的来说涉及微结构及其制造与使用方法。
现有技术
2.为了制品的特定功能，许多制品或其成分在制造过程中在支撑物上涂布有多种活性材料。现有的涂布方法包含研磨活性材料，典型地为微粒形式，以及在流体中的黏结材料，以生产可通过喷洒、叶片铸造、浸涂、丝网印刷等施加到支撑物上的可流动液体。黏结材料的角色是为涂布结构提供物理完整性及提供对支撑物的附着性。干燥制程可在涂布步骤后以驱散流体。制成的涂布微结构典型地为微米尺度。
3.替代性地，活性材料可物理性地在高温或化学性地以反应性的气态被蒸发到支撑物上。这些气态沉积的涂层典型地为纳米尺度。
4.所有这些涂布方法导致均匀的涂层微结构，其中活性材料在涂布中均匀地分布。
5.在部分应用中，例如在电池电极(例如阳极及/或阴极)可具有金属箔、金属化聚合物箔，或其他任何可导电作为支撑物的材料，在该支撑物上涂布有包含一种或多种活性材料及其他元素的复合材料层。该电池可为一次或二次电池，例如锂离子电池或其他现在或未来的具有阳极、隔离膜和阴极结构的电化学配方。该电池可使用液体、胶体、固体或其他任何用以在电极间传输离子的电解质。
6.电极涂布的现有技术制成活性材料及元素的均匀分布而没有控制在微米或纳米尺度，其中活性材料、黏结材料或电流促进剂在空间上分布。传统的电极由尺寸随机、方向随机且相对不良包装的活性材料制成，造成锂离子在电解质中行进距离中长且不直接的路径。在材料科学中，该些路径被描述为“迂曲(tortuous)”([1]gene berdichevsky,gleb yushin,“the future of energy storage,towards a perfect battery with global scale”(sila nanotechnologies,inc.,sep.2,2020).)。如[1]中所描述，这些迂曲路径就像是礼堂里未设置一排排座位，只是随机分布的一簇簇座位。此外，传统电极亦使用过量的非活性材料，包含聚合物黏合剂及导电添加剂，因为难以将这些非活性材料仅分布到电极中需要它们的位置，即颗粒相互接触的点。
[0007]
另一个例子是在催化作用中，将活性催化剂材料置于涂层表面处或附近以使化学反应物能够容易地到达活性催化位点可能是有利的，并且对化学反应的产物而言，一旦化学反应完成即很容易被带走。
[0008]
对于均匀的催化剂涂布，位于涂层结构更深处的活性催化剂位点更不易被化学试剂接触，化学反应的产物也将需要更长的时间才能被带走。因此，活性催化剂位点的均匀分布并不总是为催化提供最佳结构。
[0009]
又另一例子是在受控释放应用中，其中化合物或药物期望以受控方式在运输介质，例如体液中释放。由于活性药物材料在支撑物上的均匀涂布，放置在涂层表面或靠近涂层表面的那些活性药物材料将比埋在涂层微结构中更深的那些活性药物材料释放得更快，从而导致不均匀的释放活性药物材料。在这个受控释放的例子中，可能更期望有目的地将
活性药物材料更深地放置在涂层微结构中而不是表面，以实现活性药物材料更均匀的释放。


技术实现要素：

[0010]
技术手段
[0011]
据此，需要生产具有限定微结构的涂层材料，其中控制微结构内的活性材料的空间分布，以提供涂层材料及被涂布制品的最佳功能。
[0012]
在考虑以下对所示示例实施方式的详细描述后，示例实施方式的这些及其他方面、目的、特征及优点对于通常知识者将变得显而易见。
[0013]
在一方面，本发明提供一种制造结构的方法，该方法包含以下步骤：获得包含活性材料及黏结材料的均匀混合物的可流动液体；由该可流动液体生成多个液滴；及沉积多个生成的液滴于一支撑物上，其中多个液滴自组装以形成连续结构，其中该连续结构包含多个微结构单元，且其中活性材料及黏结材料自分离(self-segregate)以在各单元形成活性材料及黏结材料的不均匀分布。
[0014]
在部分实施方式中，该活性材料给予该连续结构物理、热、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物或其组合的性质。在部分实施方式中，该活性材料给予该连续结构电性质，且该活性材料包含导体、半导体或绝缘体中的一种或多种。在部分实施方式中，该活性材料分布在被各单元限制的各微结构单元的区域内。在部分实施方式中，该活性材料于各单元的区域内不均匀分布。
[0015]
在部分实施方式中，黏结材料为有机材料、无机材料或其组合。在部分实施方式中，黏结材料自分离以聚集在各单元的边缘。在部分实施方式中，该活性材料在邻近于该黏结材料形成的边界处聚集。在部分实施方式中，个别单元的中心为中空且不包含活性材料或黏结材料。在部分实施方式中，该黏结材料包含液体载体。在部分实施方式中，该液体载体包含无机组合物或有机组合物。
[0016]
在部分实施方式中，该方法进一步包含聚合该黏结材料。在部分实施方式中，该聚合系藉由加热或辐射进行。
[0017]
在部分实施方式中，该可流动液体进一步包含用以改变活性材料或黏结材料的至少一种的表面电荷的材料。在部分实施方式中，该用以改变活性材料或黏结材料的至少一种的表面电荷的材料包含偶联剂。在部分实施方式中，该可流动液体进一步包含用以改变该活性材料ζ电位的材料。在部分实施方式中，该用以改变该活性材料ζ电位的材料包含表面活性剂或分散剂的至少一种。
[0018]
在部分实施方式中，该生成的液滴具有0.1皮升至3000皮升的平均体积。在部分实施方式中，该单元具有0.04微米至2000微米的平均直径。在部分实施方式中，该支撑物包含金属膜、金属化塑料膜、金属化聚合物膜、玻璃膜、陶瓷膜、聚合物膜或纸张。
[0019]
在部分实施方式中，该方法进一步包含控制该液滴的尺寸。在部分实施方式中，控制该液滴的尺寸包含施力至该可流动液体。在部分实施方式中，该力包含机械压力、与其他液体或流体的碰撞、超音波、电荷，或其组合。在部分实施方式中，控制液滴的尺寸包含施加力以迫使可流动的均匀液体通过不同尺寸的孔口或开口的步骤。在部分实施方式中，该方法进一步包含藉由数字控制工具控制该液滴的尺寸或位置的至少一者。在部分实施方式
中，该可流动液体具有3厘泊至1500厘泊的黏度。
[0020]
在部分实施方式中，该连续结构包含层，该层包含沿着该支撑物的平面的多个单元。在部分实施方式中，该连续结构包含沿着该支撑物的平面的多个堆积层，各堆积层包含多个单元。在部分实施方式中，在多个堆积层的第一层的单元的平均直径不同于在多个堆积层的第二层的微结构单元的平均直径。在部分实施方式中，多个堆积层的第一层包含以下一个或多个：不同于该多个堆积层的第二层的一个或多个材料的材料，或相同于该多个堆积层的第二层的活性材料的活性材料，且在该第一层的活性材料具有与在该多个堆积层的第二层的相同活性材料的不同物理、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物或其组合的性质。
[0021]
在部分实施方式中，各微结构单元包含被至少三个侧边界定的区域。在部分实施方式中，多个微结构单元的子集合包含被六个侧边界定的区域以形成蜂窝单元。在部分实施方式中，该子集合包含多个微结构单元的多数。在部分实施方式中，各单元具有等于或大于1的垂直纵横比。
[0022]
在部分实施方式中，该活性材料为包含锂的化合物。在部分实施方式中，该活性材料嵌入锂离子或在锂离子的存在下进行转化反应。在部分实施方式中，该支撑物容纳在阴极、阳极、隔离膜、固态电解质或半固态电解质中。
[0023]
在部分实施方式中，该活性材料为能够造成或加速反应物间化学反应的活性催化剂，且其中化学反应的反应物与产物通过微结构单元传输。在部分实施方式中，该活性材料为能够选择性地结合到吸附质的活性吸附剂，且其中携带吸附质的介质通过微结构单元传输。在部分实施方式中，该活性吸附剂于结合至吸附质时给予响应，且其中该响应包含该活性吸附剂的物理、化学、电、光、或磁性质中的至少一种性质的改变。在部分实施方式中，该活性材料为化合物的活性载体，且其中至少一部分化合物在与传输介质接触时可在受控方式下被释放，且其中该传输介质通过该微结构单元传输。在部分实施方式中，该活性材料为光敏感化合物的活性载体，且其中该光敏感化合物被光激发时给予光响应。在部分实施方式中，该活性材料为磁敏感化合物的活性载体，且其中该磁敏感化合物被磁激发时给予磁响应。在部分实施方式中，该活性材料为颜料的活性载体，且其中该颜料被可见光、紫外光或红外光激发时给予光响应。在部分实施方式中，该活性材料自分离以在该单元边缘聚集。
[0024]
在另一方面，本发明提供一种包含多个微结构单元的结构，其中各单元包含自活性材料自分离的黏结材料以在各单元形成黏结材料及活性材料的不均匀分布。在部分实施方式中，该活性材料给予结构物理、热、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物或其组合的性质。在部分实施方式中，该活性材料分布在被各单元界定的微结构单元的区域内。在部分实施方式中，该活性材料于各单元的区域内不均匀分布。
[0025]
在部分实施方式中，该黏结材料包含有机材料、无机材料或其组合。在部分实施方式中，该黏结材料自分离以在该单元边缘处聚集。在部分实施方式中，该活性材料在邻近于黏结材料形成的边界处聚集。在部分实施方式中，个别单元的中心为中空且不包含活性材料或黏结材料。在部分实施方式中，该单元具有0.04微米至2000微米的平均直径。
[0026]
在部分实施方式中，该结构包含连续平面层。在部分实施方式中，该结构包含多个堆积平面层。在部分实施方式中，第一层包含与该多个堆积层的第二层的活性材料相同的活性材料，且该第一层具有与该多个堆积层的第二层不同的粒径特性。
[0027]
在部分实施方式中，各微结构单元包含被至少三个侧边界定的区域。在部分实施
方式中，多个微结构单元的子集合包含被六个侧边界定的区域以形成蜂窝单元。在部分实施方式中，该子集合包含多个微结构单元的多数。在部分实施方式中，各单元具有等于或大于1的垂直纵横比。
[0028]
在部分实施方式中，该活性材料嵌入锂离子或在锂离子的存在下进行转化反应。在部分实施方式中，该活性材料为能够造成或加速反应物间化学反应的活性催化剂，且其中该化学反应的反应物与产物通过微结构单元传输。在部分实施方式中，该活性材料为能够选择性地结合到吸附质的活性吸附剂，且其中携带该吸附质的介质通过微结构单元传输。在部分实施方式中，该活性吸附剂结合至吸附质时给予响应，且其中该响应包含活性吸附剂的物理、化学、电、光、或磁性质的改变。在部分实施方式中，该活性材料为化合物的活性载体，且其中至少一部分化合物在与传输介质接触时可在受控方式下被释放，且其中该传输介质通过微结构单元传输。在部分实施方式中，该活性材料为光敏感化合物的活性载体，且其中该光敏感化合物被光激发时给予光响应。在部分实施方式中，该活性材料为磁敏感化合物的活性载体，且其中该磁敏感化合物被磁激发时给予磁响应。在部分实施方式中，该活性材料为颜料的活性载体，且其中该颜料被可见光、紫外光或红外光激发时给予光响应。
[0029]
在另一方面，本发明提供一种包含本文所述的任一种结构或其一种或多种组合的制品。在部分实施方式中，该制品进一步包含以该结构涂布的支撑物。在部分实施方式中，该支撑物包含金属膜、金属化塑料膜、金属化聚合物膜、玻璃膜、陶瓷膜、聚合物膜或纸张。
[0030]
在部分实施方式中，该制品为电化学电池。在部分实施方式中，电化学电池包含包含该结构的电极。在部分实施方式中，该结构包含导电材料。在部分实施方式中，该支撑物容纳在阴极、阳极、隔离膜、固态电解质或半固态电解质内。
[0031]
在另一方面，本发明提供一种组合物，其包含含有活性材料及黏结材料的均匀混合物的可流动液体，其中，当该组合物的液滴沉积到支撑物上时，该液滴自组装以形成连续结构，其中该连续结构包含多个微结构单元，且其中黏结材料及活性材料自分离以在各单元中形成材料的不均匀分布。
[0032]
在部分实施方式中，该活性材料给予连续结构物理、热、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物性质，或其组合的性质。在部分实施方式中，该黏结材料包含有机材料、无机材料或其组合。在部分实施方式中，该黏结材料自分离以在各单元边缘聚集。
[0033]
在部分实施方式中，该黏结材料包含液体载体。在部分实施方式中，该液体载体包含有机组合物、无机组合物或其组合。
[0034]
在部分实施方式中，可流动液体进一步包含用以改变活性材料或黏结材料的至少一种的表面电荷的材料。在部分实施方式中，该用以改变活性材料或黏结材料的至少一种的表面电荷的材料包含偶联剂。在部分实施方式中，该可流动液体进一步包含用以改变该活性材料ζ电位的材料。在部分实施方式中，该用以改变该活性材料ζ电位的材料包含表面活性剂及/或分散剂。在部分实施方式中，该活性材料及该黏结材料的质量比为0.000001至1000000。在部分实施方式中，该可流动液体具有3厘泊至1500厘泊的黏度。
[0035]
在另一方面，本发明提供一种制造结构的方法，该方法包含以下步骤：获得包含均匀黏结材料的可流动液体；由该可流动液体生成多个液滴；及沉积多个生成的液滴于一支撑物上，其中多个液滴自组装以形成连续结构，其中连续结构包含多个微结构单元，且其中
黏结材料自分离以在各单元形成黏结材料的不均匀分布。
[0036]
在另一方面，本发明提供一种包含多个微结构单元的结构，其中各单元包含自分离的黏结材料以在各该单元形成黏结材料的不均匀分布。在另一方面，本发明提供一种包含该结构的制品。在部分实施方式中，该制品进一步包含以该结构涂布的支撑物。在部分实施方式中，该支撑物包含聚合物膜。
[0037]
附图简要说明
[0038]
所附附图提供对本发明实施方式的进一步理解，且被并入并构成本说明书的一部分，其说明了本发明的实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明实施方式的原理。
[0039]
图1说明根据部分实施方式的制造结构的方法。
[0040]
图2a显示根据部分实施方式的液滴203，其包含均匀液体，该均匀液体含有活性材料207a及207b；
[0041]
图2b说明根据部分实施方式的活性材料207a、207b及黏结材料209的自分离，以在微结构单元205中形成活性材料及黏结材料的不均匀分布。
[0042]
图3说明根据部分实施方式的液滴303a-n的自组装及自分离，以形成结构330。
[0043]
图4a-4c说明根据部分实施方式的微结构单元405a-c的截面。
[0044]
图5说明根据部分实施方式的结构530的多层550a-n。
[0045]
图6根据部分实施方式的结构的形貌光学影像。
[0046]
图7根据部分实施方式的结构的形貌扫描式电子显微影像。
[0047]
图8a为现有技术的商用电极的形貌扫描式电子显微影像。
[0048]
图8b说明图8a所示现有技术的商用电极的能量色散光谱。
[0049]
图9a为根据部分实施方式的结构的形貌扫描式电子显微影像。
[0050]
图9b说明根据部分实施方式的图9a所示的结构的能量色散光谱的氟通道。
[0051]
图10a说明根据部分实施方式的结构的形貌扫描式电子显微影像。
[0052]
图10b说明根据部分实施方式的图10a所示的结构的能量色散光谱。
[0053]
图11为图10a-10b所示的结构的示意图。
[0054]
图12说明根据部分实施方式的具有黏结材料但不具有活性材料的结构。
[0055]
图13根据部分实施方式的利用两种不同干燥工艺制造的结构的比较图表。
[0056]
图14根据部分实施方式的结构的制造方法。
[0057]
图15根据部分实施方式的结构的制造方法。
[0058]
本专利的图式仅系用以说明，而不必然依照比例绘制。
[0059]
实施方式详细描述
[0060]
本发明提供一种具有微结构单元的结构，这些微结构单元的性质可在制造方法中控制。制造方法可包含：制备包含活性材料及黏结材料、可以液滴的形式被分配到支撑物上的液体，其中这些液滴在持续的涂布中可自组装以形成微结构单元。进一步，黏结材料可自活性材料自分离，则活性材料及/或黏结材料不均匀地分布在各微结构单元中。本发明进一步提供制造该结构的方法，藉由该方法，不均匀分布的活性材料及/或黏结材料可被控制以形成具有期望性质的微结构单元。
[0061]
在部分实施方式中，自组装及自分离的活性材料及黏结材料可导致一些现象。包含活性材料及黏结材料的自组装的液滴可在持续的涂布中产生独特的微结构单元。在部分
电池应用中，活性材料可包含锂夹层或转换材料，或其他带电荷物质，以形成阴极及/或阳极。可能不会参与离子扩散的黏结材料的自分离可大大减低导电路径的曲折，从而产生额外的「二级孔隙网络」以增加离子传质。该二级孔隙网络可具有在不损失电极的能量密度的状况下增加电池功率密度及充电速率的功效。朝向或靠近微结构单元边缘的黏结材料的自分离可使微结构单元增加结构强度，从而增加电极的机械完整性。并且，活性材料的自分离可增加活性材料的粒子对粒子的接触，从而增加电极的导电率。
[0062]
在部分实施方式中，结构可被涂布在电池电极上。具有涂布的微结构的电极的物理性质相较于具有相同材料但没有微结构的电极可具有更高的功率密度。
[0063]
于此提供的方法及结构的应用并不限于电池。例如，此方法及结构可被用在催化剂应用、制药、航天技术、医疗装置，及消费品等等。例如，在催化剂应用中，在微结构单元表面附近谨慎地放置的活性催化剂材料可使化学反应物更容易到达活性催化剂处，同时使化学反应的产物快速地被输送至远离活性催化剂处。
[0064]
在一个方面，本发明提供一种制造本文描述的结构的方法。一般而言，该方法可包含获得一个含有活性材料及黏结材料的可流动液体(例如活性材料和黏结材料的均匀混合物)，自可流动液体中生成多个液滴，以及于支撑物上沉积自可流动液体生成的多个液滴。在被沉积到支撑物上时，多个液滴可自组装以形成连续结构，其包含多个微结构单元，且活性材料和黏结材料可自分离，以在各单元形成材料的不均匀分布。
[0065]
图1所示为依据部分实施方式制造结构的流程。在此实施例中，喷嘴101可用以生成并分散用以制造结构的组合物的多个液滴103。喷嘴101可被控制以沿着x、y及/或z方向移动，以于支撑物上将液滴103沉积到期望的位置。图1示出随时间进行的、包含时间间隔t1至t4的流程，其将进一步于后结合图3详细描述。
[0066]
在部分实施方式中，用以制造结构的组合物可包含含有活性材料及黏结材料的可流动液体。例如，可流动流体可包含活性材料及黏结材料的均匀混合物。
[0067]
在部分实施方式中，可流动液体可包含液体载体。例如，黏结材料可包含液体载体。当组合物被沉积到支撑物上，可使液体载体蒸发以促进结构的生成。在部分实施例中，液体载体可包含有机组合物。例如，液体载体可为有机溶剂，例如n-甲基吡咯烷酮。在部分实施例中，液体载体可包含无机组合物。在部分实施例中，液体载体可包含有机组合物和无机组合物的组合或混合物。
[0068]
在部分实施方式中，可流动液体可包含用以改变活性材料及/或黏结材料表面电荷的材料。在部分实施例中，该材料可用以改变活性材料的表面电荷。在部分实施例中，该材料可用以改变黏结材料的表面电荷。在部分实施例中，该材料可包含偶联剂(例如，可增加两材料间附着或接合的试剂)。例如，偶联剂可为硅烷(例如硅-氢二元化合物及在硅上具有四取代基的化合物，包含有机硅化合物)。硅烷的例子包含三氯硅烷(sihcl3)、四甲基硅烷(si(ch3)4))及四乙氧基硅烷(si(oc2h5)4))。
[0069]
在部分实施方式中，可流动液体可包含用以改变活性材料ζ电位的材料。在部分实施例中，该材料可包含表面活性剂(例如包含疏水性尾部和亲水性头部的物质或化合物)。表面活性剂的例子包含硬脂酸钠、4-(5-十二烷基)苯磺酸盐、硫琥辛酯钠(琥珀酸二辛酯磺酸钠)、烷基醚磷酸酯盐、苯扎氯铵(bac)、全氟辛烷磺酸(pfos)、(2,4,4-三甲基戊-2-基)苯氧基]乙醇、辛基酚聚氧乙烯醚，及溴化十六烷基三甲铵(ctab)。在部分实施例中，该材料可
包含分散剂(例如当加入粒子的悬浮液时，可增加粒子的分离并避免其沉降或凝集的物质或化合物)。分散剂的例子包含焦磷酸钠、柠檬酸铵、柠檬酸钠、酒石酸钠、丁二酸钠、三油酸甘油酯、磷酸酯、无规共聚物、梳形聚合物、聚丙烯酸(paa)、聚甲基丙烯酸(pmaa)、聚丙烯酸铵、聚丙烯酸钠、聚磺酸钠，及聚乙烯亚胺。在部分实施例中，分散剂可具有立体空间效应而不只改变ζ电位。表面活性剂可分散并改变/调整表面张力。
[0070]
在部分实施方式中，在可流动液体内，活性材料与黏结材料间的质量比可为0.000001至1000000，例如0.000001至0.000005、0.000005至0.00001、0.00001至0.00005、0.00005至0.0001、0.0001至0.0005、0.0005至0.001、0.001至0.005、0.005至0.01、0.01至0.05、0.05至0.1、0.1至0.5、0.5至1、1至5、5至10、10至50、50至100、100至500、500至1000、1000至5000、5000至10000、10000至50000、50000至100000、100000至500000，或500000至1000000。
[0071]
在部分实施方式中，可流动液体可具有1至2000厘泊的黏度，例如3至1500、3至50、50至100、100至200、200至300、300至400、400至500、500至600、600至700、700至800、800至900、900至1000、1000至1100、1100至1200、1200至1300、1300至1400，或1400至1500厘泊。
[0072]
在部分实施方式中，图1的喷嘴101生成并分散含有一种或多种活性材料及黏结材料的均匀混合物的液滴103。如下结合图2-3所进一步详细描述的，各液滴103可自组装以形成具有单元105a、105b的连续结构，其中活性材料与黏结材料自分离以在各单元中形成活性材料及黏结材料的不均匀分散。如单元105b所示地，单元可为蜂窝单元的形式，且在其他实施方式中单元可如单元105a所示地具有较少的边缘(或没有边缘)。
[0073]
生成的液滴103可具有适合用以制造结构的体积。在部分实施方式中，生成的液滴可具有平均0.1至5000皮升的体积，例如0.1至3000、0.1至100、100至250、250至500、500至750、750至1000、1000至1250、1250至1500、1750至2000、2000至2250、2250至2500、2500至2750、2750至3000、1至100、1至80、1至60、1至50、2至50、3至50、3至10、5至15、10至20、15至25、20至30、25至35、30至40、35至45，或40至50皮升。在部分实施例中，生成的液滴可具有平均0.1至3000皮升的体积。在部分实施例中，生成的液滴可具有平均3至50皮升的体积。
[0074]
该方法可进一步包含控制生成的液滴103的尺寸。在部分实施方式中，液滴的尺寸可藉由对可流动液体施力来控制。例如，施加的力可为机械压力、与其他液体或流体的碰撞、超音波、电荷，或其组合。在部分实施例中，液滴的尺寸可藉由迫使可流动均匀液体通过不同尺寸的孔口或开口来控制。
[0075]
在部分实施方式中，液滴的尺寸可藉由数字式控制工具来控制。在制造过程中，在表面上沉积的液滴的位置亦可藉由数字式控制工具来控制。在部分实施例中，液滴可藉由印刷技术(例如3d印刷技术、按需滴落工业喷墨印刷技术、数字印刷技术，或计算机控制喷墨印刷技术)、数字化制造技术，或数字化沉积技术而生成及沉积。印刷技术的例子包含于hebner,tr et al.,(1998)appl.phys.lett.,72,519-521(1998)、blazdell,pf et al.,mater.process.technol.,99,94-102(2000)、jacobs,ho,science,291,1763-1766(2001)、zhao,y et al.,electrochim.acta,51,2639-2645(2006)，及xu,fet al.,chem.phys.lett.,375,247-251(2003)中所描述的，其等藉由引用整体并入本发明中。在部分实施例中，于此描述的方法及组合物可允许在微尺度等级上控制电极的合成，并获得增进电池效能的3d结构。
[0076]
而没有在图1示出地、在部分实施方式中，该方法可进一步包含聚合黏结材料。例如，黏结材料可藉由加热或辐射聚合。在部分实施例中，聚合可在黏结材料及活性材料自分离后进行，以固定黏结材料及/或活性材料的位置或分布模式。
[0077]
图2a所示为依据部分实施方式的包含均匀液体的液滴，该均匀液体包含活性材料及黏结材料。在部分实施方式中，生成的液滴203可包含多种活性材料及/或多种黏结材料。在图2a示出的例子中，液滴203包含均匀地分布在液滴203中的第一活性材料207a、第二活性材料207b，及黏结材料209。
[0078]
图2b示出依据部分实施方式的活性材料及黏结材料的自分离，以在微结构单元中形成不均匀分布的活性材料及黏结材料。图2b示出当液滴203被沉积在支撑物上后，活性材料207a、207b及黏结材料209自分离以在液滴形成的微结构单元205中形成活性材料及黏结材料的不均匀分布。如图2b所示，黏结材料209从活性材料自分离，并主要在微结构单元205的边缘聚集。
[0079]
在部分实施方式中，结构包含多个微结构单元205。结构可包含活性材料及黏结材料。活性材料及黏结材料在形成结构时于沉积在表面或支撑物上时可自分离。当从活性材料分离时，黏结材料可在单元的某些区域中聚集。相似地，当自黏结材料分离时，活性材料可在单元的某些区域中聚集，这些区域可与黏结材料聚集的区域相同或不同。所述活性材料及黏结材料的自分离可造成结构中材料的不均匀分布，而形成包含多个单元的微结构。该不均匀分布可藉由工艺控制，使微结构单元具有期望的性质，例如期望的物理、热、化学、催化、电、磁、放射性、光，或生物性质，或性质的组合。各微结构单元可包含活性材料及黏结材料。在部分实施方式中，各单元可包含多于一种活性材料及/或多于一种黏结材料。
[0080]
图3所示为依据部分实施方式的液滴的自组装及自分离以形成结构。图3示出随时间推移的、从时间t1开始到t4结束的液滴303a-n的自组装。图3中液滴303a-n包含第一活性材料307a、第二活性材料307b及黏结材料309。然而，在其他实施方式中，可能只有一种活性材料及/或一种黏结材料。在此实施例中，t1表示如上与图1结合所述的当沉积在支撑物或表面上不久后的液滴303a-n。如时间t2及t3所示，液滴303a-n开始自组装以形成连续结构。该自组装的过程可被毛细流的操控及液滴303a-n的蒸发引导。此外，在时间t2及t3，如上与图2a-2b结合所述的，活性材料及黏结材料在各液滴中自分离。自组装的过程自t1持续至t4以形成包含微结构单元305a-n的连续结构，其中各微结构单元包含不均匀分布的活性及黏结材料。
[0081]
液滴的自组装可被表面能的降低驱动。液滴可倾向聚集并自组装以拥有最低的表面能。材料混合中的自分离可被表面电荷性质驱动。当表面电荷相似而导致自分离时，库伦斥力可主导。另一方面，若表面电荷不相似，库伦引力可主导而导致自聚集。改变材料的表面电荷性质的方式可为引入表面活性剂以增加立体障碍，或加入偶联剂，例如硅烷。
[0082]
在部分实施例中，自分离的黏结材料可在单元的边缘聚集。活性材料可在被各单元界定的各微结构单元的区域中分布。在部分实施例中，活性材料可在各单元的区域中不均匀地分布。
[0083]
图4a-4c所示为依据部分实施方式的微结构单元的截面。在图4a-4c的所有微结构单元，活性材料407a-b在单元的中心聚集，且黏结材料409可在单元的边缘聚集。微结构单元的边缘可比单元中心高(例如图4a)、等高(例如图4b)或低(例如图4c)。
[0084]
微结构单元可为三维的具有开放端的单元。在部分实施方式中，部分或全部的微结构单元可包含被至少3个侧边界定的区域，例如3、4、5、6、7、8、9、10或更多个侧边。在部分实施例中，侧边的长度可为实质相同。在一个实施例中，一个子集合或全部的微结构单元(例如，结构中多数的微结构单元，例如结构中至少占50％、60％、70％、80％、90％、95％，或99％的微结构单元)可包含被6个侧边界定的区域。该单元可被实质上相同长度的6个侧边界定，例如为蜂窝单元的形状。
[0085]
在部分实施方式中，单元可具有平均0.01至3000微米的直径，例如0.02至2000、0.04至2000、0.04至1500、0.04至1000、0.04至500、1至500、5至500、10至500、20至500、25至500、25至100、40至80、50至70、45至55、50至60、55至65、60至70、65至75、70至80、25至50、50至100、100至150、150至200、200至250、250至300、300至350、350至400、400至450，或450至500、500至750、750至1000、1000至1250、1250至1500、1500至1750，或1750至200微米。在一个实施例中，单元可具有平均50至70微米的直径，例如50至55、55至60、60至65，或65至70微米。
[0086]
在部分实施方式中，结构中的各微结构单元具有等于或大于1的垂直纵横比(例如，单元的厚度对直径的比例)，例如，等于或大于1.2、1.4、1.6、1.8、2、2.2、2.4、2.6、2.8、3、3.5、4、4.5，或5。
[0087]
在部分实施方式中，结构可为连续结构。结构可包含连续层(例如连续平面层)。该层可为沿着支撑物的平面层。在部分实施方式中，结构可包含多个堆积的层(例如堆积的平面层)。
[0088]
图5所示为依据部分实施方式的结构的多层。图5示出具有多个层550a-n的结构530。各层550包含微结构单元，该微结构单元包含第一活性材料507a、第二活性材料507b，及黏结材料509。
[0089]
在部分实施方式中，结构可包含至少2、5、10、50、100、150、200、250、300、350个堆积的层(例如堆积的平面层)。在部分实施例中，堆积层的第一层可包含与堆积层的第二层的活性材料相同的活性材料，且第一层可具有与多个堆积层的第二层不同的粒子尺寸特性。在部分实施例中，至少两层上的单元的平均直径可为不同。在部分实施例中，至少两层上的单元的平均直径可为相同。在部分实施例中，多个堆积层的第一层可包含与多个堆积层的第二层中一种或多种材料不同的材料，或与多个堆积层的第二层相同的活性材料但具有不同的物理、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物或其性质组合。
[0090]
活性材料可为起到提供功能的任何材料。活性材料可为结构提供功能。例如，活性材料可给予结构物理、化学、催化、电、磁、辐射、光，或生物性质，或其性质的组合。在一个实施例中，活性材料给予结构物理性质(例如材料密度、孔隙度、强度、形状等)。在另一实施例中，活性材料可给予结构热性质。在另一实施例中，活性材料可给予结构化学性质。在另一实施例中，活性材料可给予结构催化性质。在另一实施例中，活性材料可给予结构电性质。在另一实施例中，活性材料可给予结构磁性质。在另一实施例中，活性材料可给予结构辐射性质。在另一实施例中，活性材料可给予结构光性质。在另一实施例中，活性材料可给予结构生物性质。
[0091]
在部分实施方式中，活性材料可嵌入离子(例如锂离子)或在离子(例如锂离子)的存在下进行转化反应。例如，活性材料可促进化学反应，其中离子(例如锂离子)插入主体基
质同时使主体基质保持必要的晶形结构。在部分实施方式中，活性材料可包含过渡金属(例如镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁)及其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐、硫化物、硅酸盐，以及碱金属与碱土金属、铝、氧化铝及磷酸铝。活性材料的例子包含licoo2、limn2o4、lifepo4、lini
1/3
mn
1/3
co
1/3
o2、lini
0.8
co
0.15
al
0.05
o2、lic6、li4ti5o
12
、linicoalo2、linicomno2、lini
0.5
mn
1.5
o4、li2tio3、li(ni
0.5
mn
0.5
)o2、li2s、石墨(人造或天然)、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、一般过渡金属、卤化物，及/或硫属化合物、硅，及其他第14族的元素(例如锡、锗等)。在部分实施例中，活性材料可包含lifepo4。在部分实施方式中，活性材料可为绝缘体。
[0092]
在部分实施方式中，活性材料可为能够致使或加速反应物间化学反应的活性催化剂，且化学反应的反应物及/或产物可通过微结构单元传输。在部分实施例中，催化剂可为酶或化学催化剂。
[0093]
在部分实施方式中，活性材料可为能够选择性地结合到吸附质的活性吸附剂，且携带吸附质的介质可通过微结构单元传输。活性吸附剂可为能够结合(例如选择性地结合)至吸附质的材料(例如固态或半固态材料)，其可为气体，或溶液中溶解的物质或悬浮粒子，或其混合。在部分实施方式中，活性吸附剂于结合至吸附质时可给予响应，该响应可为吸附剂的物理、化学、电、光、或磁性质、或其性质组合的改变。在部分实施例中，该响应可为可测量的，例如光、声、电信号。
[0094]
在部分实施方式中，活性材料可为化合物的活性载体，且其中至少一部分化合物在与传输介质接触时可在被控制的方式下释放，且传输介质可通过微结构单元被传输。例如，传输介质可通过微结构单元传输化合物。传输介质可为气态、液态或固态。在一个实施例中，传输介质可为体液(例如血液、尿液或唾液)。
[0095]
在部分实施方式中，活性材料可为光敏感化合物的活性载体，且该光敏感化合物被光激发时可给予光响应。光敏感材料的例子包含荧光染料。
[0096]
在部分实施方式中，活性材料可为磁敏感化合物的活性载体。磁敏感化合物被磁激发时可给予磁响应。在部分实施方式中，活性材料可为颜料的活性载体。该颜料于被激发时(例如藉由可见光、紫外光或红外光)可具有光响应(例如生成光信号)。
[0097]
黏结材料可为能够促进结构的活性材料中的粒子贴附的任何材料。在部分实施例中，黏结材料可包含有机材料。在部分实施例中，黏结材料可包含无机材料。在部分实施例中，黏结材料可包含有机材料及无机材料的组合或混合物。在一个实施例中，黏结材料可为聚合物，例如聚偏二氟乙烯(pvdf)、羧甲基纤维素(cmc)、丁苯橡胶(sbr)，或其混合物或组合。
[0098]
结构可包含一个或为多个特定功能所需的额外化合物。在部分实施方式中，结构可包含一种或多种导电材料。导电材料的例子包含碳(例如纳米尺寸的碳)，例如碳黑、石墨、科琴黑、石墨碳、低维碳(例如纳米碳管)，及/或碳纤维。
[0099]
图6所示为依据部分实施方式的结构的形貌光学影像。图6示出包含微结构单元的示例性结构的光学照片(藉由光学显微镜拍摄)，例如具有蜂窝形状的微结构单元。该照片为由结构的俯视视角拍摄，如同以上结合图5所描述的。
[0100]
图7所示为依据部分实施方式的结构的形貌扫描式电子显微影像。图7所示的结构为涂布在锂离子阴极上、包含多个具有不均匀分布的活性材料及黏结材料的微结构单元的结构。在各微结构单元中，活性材料及黏结材料自分离，形成黏结材料沿着单元边缘聚集的
不均匀分布。如图7所示，在微结构单元中，在单元边缘的黏结材料比在单元中心的大约多出40％。
[0101]
图7的结构可藉由包含下表1所示成分的组成制成，且结构可包含lifepo4(活性材料)、triton-x100、碳黑，及pvdf solef 5130(黏结材料)。
[0102]
在部分实施例中，可流动液体可包含下表1的成分。
[0103]
表1
[0104][0105]
作为对比，图8a及8b依据现有技术制造的商业电极中的材料分布照片，例如叶片铸造、压铸、刮刀成形或狭缝涂布技术。图8a所示为商业电极的形貌扫描式电子显微影像。图8b示出利用扫描式电子显微镜(sem)捕捉的商业电极的能量色散光谱。如图8a-8b所示，存在黏结材料及活性材料的均质均匀分布，该分布不同于依据本发明的结构中材料的不均匀分布，例如图7所示的结构。
[0106]
图9a为依据部分实施方式的结构的形貌扫描式电子显微影像。图9b示出依据部分实施方式的图9a所示的结构的能量色散光谱的氟通道。氟只存在于此样品中的pvdf黏结材料中。图9a及9b示出具有在微结构单元边缘处聚集的黏结材料的结构的另一实施例。图9a及9b所示为电极微结构的上层。
[0107]
图10a示出依据部分实施方式的结构的形貌扫描式电子显微影像。图10b示出依据部分实施方式的图10a所示的结构的能量色散光谱。图10a及10b显示具有在微结构单元边缘聚集的黏结材料的结构的又一实施例。在此结构中，活性材料亦聚集在边缘、但在黏结材料形成的边界内，例如，微结构单元为“中空”(指相较于微结构单元的中心，在边缘具有更高的材料密度)。图10b中较淡的灰色区域示出活性材料的离子性质。
[0108]
图11示出图10a及10b“中空”结构的示意图。在部分实施例中，结构1130包含亦沿着单元边缘分布、但在黏结材料形成的边界内的导电材料。在部分实施例中，如图11所示，“中空”结构可具有微结构单元的多层1150a-n。图11的微结构单元包含第一活性材料
1107a、第二活性材料1107b，及黏结材料1109。
[0109]
图12示出依据本发明的结构的另一实施例的示意图。结构1230可包含黏结材料但不包含活性材料。黏结材料可在微结构单元边缘聚集。结构1230可包含一层或多层，例如多个层1205a-n。
[0110]
活性材料的分布(例如在微结构单元的边缘或其内)可被工艺控制。在部分实施方式中，活性材料的分布可被不同的干燥工艺控制。例如，不同的红外(ir)协议可被使用。图13显示微结构单元中活性材料的不同分布源于不同的红外线曝光。在干燥工艺中，藉由较低的红外线曝光，活性材料在所得的微结构单元边缘聚集(例如，生成“中空”单元)，而藉由较低的ir红外线曝光，活性材料在所得的微结构单元边缘内聚集(例如，生成“填满”的单元。
[0111]
图14示出依据部分实施方式的制造结构的方法1400的流程图。方法1400包含步骤1402、1404及1406。步骤1402包含获得活性材料及黏结材料的均匀混合物的可流动液体。步骤1404包含自可流动液体生成多个液滴。步骤1406包含沉积该多个生成的液滴于一支撑物上。在部分实施方式中，连续性结构可包含多个微结构单元，且活性材料及黏结材料可自分离以在各单元中形成活性材料及黏结材料的不均匀分布。
[0112]
图15示出依据部分实施方式的制造结构的方法1500的流程图。方法1400包含步骤1502、1504及1506。步骤1502包含获得包含均匀黏结材料的可流动液体。步骤1504包含自可流动液体生成多个液滴。步骤1506包含沉积该多个生成的液滴于一支撑物上。在部分实施方式中，多个液滴可自组装以形成连续结构，其中该连续结构包含多个微结构单元，且其中黏结材料自分离以在各单元中形成黏结材料的不均匀分布。
[0113]
另一方面，本发明提供包含于此描述的结构的制品。在部分实施例中，该制品可包含涂布该结构的支撑物。该支撑物可包含金属膜、金属化塑料膜、金属化聚合物膜、玻璃膜、陶瓷膜、聚合物膜，或纸。在另一实施例中，该支撑物可为金属膜。在另一实施例中，该支撑物可为金属化膜。在另一实施例中，该支撑物可为塑料膜。在另一实施例中，该支撑物可为玻璃膜。在另一实施例中，该支撑物可为陶瓷膜。在另一实施例中，该支撑物可为聚合物膜。在另一实施例中，该支撑物可为纸。在部分实施例中，该制品可包含填充有具有于此描述的结构的材料的成分。
[0114]
在部分实施方式中，该制品可为电化学电池。该电化学电池可包含一个或多个包含(例如涂布有)该结构的电极。在部分实施例中，该电极可包含具有微结构单元的结构，各微结构单元被6个侧边所限制，即为一蜂窝形状。该电极可包含多层结构。在部分实施例中，至少两层可被补偿。
[0115]
在部分实施方式中，该结构可用于涂布电极以增进电池效能。在部分实施例中，喷墨液滴咖啡圈效应可用以控制支撑物上活性材料及黏结材料的放置，从而允许电极微结构的精确性控制。在部分实施例中，涂布电极的结构可具有蜂窝状的微结构，亦即具有形成蜂窝结构的黏结材料及蜂窝单元内填充有活性材料的区域。该结构可以多种方式成层以针对不同应用优化电化学电池效能。在部分实施例中，电极可包含单一或多层印刷蜂窝结构。
[0116]
电极上结构中的微结构单元可具有特定物理性质，例如材料密度、孔隙度，及黏结材料位置。在部分实施方式中，该性质可增进离子(例如锂离子)通过电极的传质，其可导致相较于使用相同材料但没有微结构单元的电极更高的功率密度。在部分实施方式中，结构
可包含二级孔隙网络。该网络可在微结构单元中改善离子传输，例如增进通过电极的离子扩散(例如锂离子扩散)。
[0117]
在部分实施方式中，具有微结构单元的结构可比无序结构强，导致更强的电池电极，同时具有减低的或没有电极开裂。由于电极开裂为影响电池寿命的最重要问题，具有于此描述的结构的电极可拥有相较于具有相同材料但没有微结构特征的电池更长的电池循环寿命。
[0118]
在部分实施方式中，电化学电池的多于一个组件可包含于此描述的结构。例如，阴极、阳极、隔离膜、固态或半固态电解质、其他电池化学或电装置，或其组合，可为了期望的功能而包含该结构(例如，涂布该结构)。例如，阴极、阳极、隔离膜、固态或半固态电解质、其他电池化学或电装置，或其组合可包含该结构，其可在制造该结构时做为支撑物。
[0119]
于此所使用的单数形式「一」、「一个」、「该」包含单数和多个指称对象，除非内文另外明确指定。
[0120]
单词「任选的」及「任选地」意指其后描述的事件、状况或替代物可能或可能不会发生，且该描述包含事件或状况发生的例子及不发生的例子。
[0121]
以端点值包围的数值记载包含在各范围中包含的所有数字和分数，以及记载的端点值。
[0122]
于此所使用的单词「大约」涉及参考数值及其语法上的等同语，其可包含数值本身及该数值加减10％的数值范围。例如，数量「大约10」包含10及9至11的任何数量。
[0123]
单词「实质相同」或「基本相同」意指两个或更多数值、组成或特性间具有高程度的相似，则在被量测的特性的上下文中，所属技术领域中具有通常知识者会将该些数值、组成或特性间的差异考虑为少量或没有统计上的显著性。例如，两个实质相同的数值间的差异为少于10％。
[0124]
于此所使用的单词「示例性」意指做为一个实施例、例子或说明。作为于此所描述的「示例性」的任何方面或设计并不必然被阐释为相对于其他方面或设计较佳或有利的。相对地，示例性单词的使用系为了用具体的方式呈现概念。
[0125]
于此描述多个实施方式。应注意的是，特定实施方式并非旨在做为穷举的描述或于此描述的较宽方面的限定。结合特定实施方式来描述的一个方面并非必然限制为该实施方式，且可以任何其他实施方式实施。本说明书中各处「实施方式」、「一个实施方式」、「实施例」意指于此描述的结合该实施方式或实施例的一个特定特征、结构或特性。因此，本说明书中多处出现的「实施方式」、「一个实施方式」、「实施例」并非必然关于同一个实施方式，但有些可能。进一步，以对于所属技术领域中具有通常知识者由此揭露所认为明显地，特定特征、结构或特性可以任何合适的方式结合成一个或多个实施方式。进一步，虽于此描述的部分实施方式包含部分但未包含在其他实施方式所包含的其他特征，不同实施方式的特征的结合系为在本发明范围内。例如，在后附的请求项中，被请求的任何实施方式可以任何结合来使用。
[0126]
所有于此记载的出版物、公开专利文件、及专利申请案藉由引用并入本发明中，其程度与每个单独的出版物、公开专利文件或专利申请案被具体地和单独地指示为通过引用并入的程度相同。
[0127]
在不背离本发明的范围和精神的情况下，本发明所述的方法、组合物及套件的多
种修改及变化对于所属技术领域中具有通常知识者为显而易见的。尽管已经结合特定实施例描述了本发明，但是应当理解，它能够进行进一步的修改，并且所要求保护的本发明不应被不适当地限制于这些特定实施例。实际上，对所属技术领域中具有通常知识者来说显而易见的用于实施本发明的所述模式的多种修改旨在落入本发明的范围内。本技术旨在涵盖本发明的任何变化、使用或改编一般来说遵循本发明的原理并且包含属于本发明所属领域内的已知习惯实施的本发明的背离，并且可适用于本文的前阐述的基本特征。

技术特征：
1.一种制造结构的方法(1400)，该方法包括：获得(1402)可流动液体，所述可流动液体包含活性材料(207、307、407、507、1107)及黏结材料(209、309、409、509、1109)的均匀混合物；由所述可流动液体生成(1404)多个液滴(103、203、303)；及将多个生成的液滴沉积(1406)在支撑物上，其中所述多个液滴自组装以形成连续结构(330、530、1130)，其中所述连续结构包含多个微结构单元(105、205、305、405)，且其中所述活性材料及所述黏结材料自分离以在各单元中形成活性材料及黏结材料的不均匀分布。2.如权利要求1所述的方法，其中所述活性材料给予所述连续结构物理、热、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物或其组合方面的性质。3.如权利要求2所述的方法，其中所述活性材料给予所述连续结构电性质，且所述活性材料包含导体、半导体或绝缘体中的一种或多种。4.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述活性材料分布在被各单元界定的各微结构单元的区域内。5.如权利要求4所述的方法，其中所述活性材料于各单元的区域内不均匀分布。6.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述黏结材料为有机材料、无机材料或其组合。7.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述黏结材料自分离以在各单元的边缘聚集。8.如权利要求7所述的方法，其中所述活性材料在邻近于所述黏结材料形成的边界聚集。9.如权利要求8所述的方法，其中个别单元的中心为中空且不含活性材料(1107)或黏结材料(1109)。10.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述黏结材料包含液体载体。11.如权利要求10所述的方法，其中所述液体载体包含无机组合物或有机组合物。12.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其进一步包括聚合所述黏结材料。13.如权利要求12所述的方法，其中所述聚合通过加热或辐射进行。14.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述可流动液体进一步包含设置为改变活性材料或黏结材料中的至少一种的表面电荷的材料。15.如权利要求14所述的方法，其中设置为改变活性材料或黏结材料中的至少一种的表面电荷的材料包含偶联剂。16.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述可流动液体进一步包含设置为改变所述活性材料的ζ电位的材料。17.如权利要求16所述的方法，其中设置为改变活性材料的ζ电位的材料包含表面活性剂或分散剂的至少一种。18.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中生成的液滴具有0.1皮升至3000皮升的平均体积。19.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述单元具有0.04微米至2000微米的平均直径。20.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述支撑物包含金属膜、金属
化塑料膜、金属化聚合物膜、玻璃膜、陶瓷膜、聚合物膜或纸张。21.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其进一步包括控制所述液滴的尺寸。22.如权利要求21所述的方法，其中所述控制液滴的尺寸包括施加力至所述可流动液体。23.如权利要求22所述的方法，其中所述力包含机械压力、与其他液体或流体的碰撞、超音波、电荷，或其组合。24.如权利要求21所述的方法，其中所述控制液滴的尺寸包括迫使可流动的均匀液体通过不同尺寸的孔口或开口。25.如权利要求21-24中任一项或其组合所述的方法，其进一步包括通过数字控制工具来控制所述液滴的尺寸或位置的至少一种。26.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述可流动液体具有3厘泊至1500厘泊的黏度。27.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述连续结构包含层(550、1150)，所述层包含沿着所述支撑物的平面的多个单元。28.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述连续结构包含沿着所述支撑物的平面的多个堆积层(550、1150)，其中每个堆积层包含多个单元。29.如权利要求28所述的方法，其中在多个堆积层的第一层中的单元的平均直径不同于在多个堆积层的第二层中的微结构单元的平均直径。30.如权利要求28或29或其组合所述的方法，其中所述多个堆积层的第一层包含以下一个或多个：不同于所述多个堆积层的第二层中的一种或多种材料的材料，或与所述多个堆积层的第二层中的活性材料相同的活性材料，其中在第一层中的活性材料与在所述多个堆积层的第二层中的相同活性材料具有不同的物理、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物或其组合的性质。31.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中每个微结构单元包含被至少三个侧边界定的区域。32.如权利要求31所述的方法，其中多个微结构单元的子集合包含被六个侧边界定的区域以形成蜂窝单元。33.如权利要求32所述的方法，其中所述子集合包含多个微结构单元中的多数。34.如上述权利要求任一项或其组合所述的方法，其中各单元具有等于或大于1的垂直纵横比。35.如上述权利要求任一项或其组合所述的方法，其中所述活性材料为包含锂的化合物。36.如权利要求1至34中任一项或其组合所述的方法，其中所述活性材料被嵌入锂离子或在锂离子的存在下进行转化反应。37.如上述权利要求中任一项或其组合所述的方法，其中所述支撑物容纳在阴极、阳极、隔离膜、固态电解质或半固态电解质中。38.如权利要求1至34中任一项或其组合所述的方法，其中所述活性材料为能够引起或
加速反应物间化学反应的活性催化剂，且其中所述化学反应的反应物与产物通过微结构单元传输。39.如权利要求1至34中任一项或其组合所述的方法，其中所述活性材料为能够选择性地结合到吸附质的活性吸附剂，且其中携带所述吸附质的介质通过微结构单元传输。40.如权利要求39所述的方法，其中所述活性吸附剂在结合至吸附质时给出响应，且其中所述响应包括所述活性吸附剂的物理、化学、电、光、或磁性质中的至少一种性质的改变。41.如权利要求1至34中任一项或其组合所述的方法，其中活性材料为化合物的活性载体，且其中至少一部分化合物在与传输介质接触时以受控方式被释放，且其中所述传输介质通过所述微结构单元传输。42.如权利要求41所述的方法，其中所述活性材料为光敏感化合物的活性载体，且其中所述光敏感化合物被光激发时给出光响应。43.如权利要求41所述的方法，其中所述活性材料为磁敏感化合物的活性载体，且其中所述磁敏感化合物被磁激发时给出磁响应。44.如权利要求1至34中任一项或其组合所述的方法，其中所述活性材料为颜料的活性载体，且其中所述颜料被可见光、紫外光或红外光激发时给出光响应。45.如权利要求1至44中任一项或其组合所述的方法，其中所述活性材料自分离以在单元边缘聚集。46.一种包含多个微结构单元(105、205、305、405)的结构(330、530、1130)，其中各单元包含从活性材料(207、307、407、507、1107)自分离的黏结材料(209、309、409、509、1109)，以在各单元中形成黏结材料和活性材料的不均匀分布。47.如权利要求46所述的结构，其中所述活性材料给予所述结构物理、热、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物或其组合的性质。48.如权利要求46或47所述的结构，其中所述活性材料分布在被各单元界定的各微结构单元的区域内。49.如权利要求48所述的结构，其中所述活性材料于各单元的区域内不均匀分布。50.如权利要求46至49中任一项或其组合所述的结构，其中所述黏结材料包含有机材料、无机材料或其组合。51.如权利要求46至50中任一项或其组合所述的结构，其中所述黏结材料自分离以在单元的边缘聚集。52.如权利要求46至51中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料在邻近于所述黏结材料形成的边界聚集。53.如权利要求52所述的结构，其中个别单元的中心为中空且不含活性材料或黏结材料。54.如权利要求46至53中任一项或其组合所述的结构，其中所述单元具有0.04微米至2000微米的平均直径。55.如权利要求46至54中任一项或其组合所述的结构，其中所述结构包含连续的平面层(550、115)。56.如权利要求46至55中任一项或其组合所述的结构，其中所述结构包含多个堆积的平面层(550、1150)。
57.如权利要求56所述的结构，其中多个堆积层的第一层包含与第二层的活性材料相同的活性材料，且多个堆积层的第一层具有与第二层不同的粒径特性。58.如权利要求46至57中任一项或其组合所述的结构，其中各微结构单元包含被至少三个侧边界定的区域。59.如权利要求46至58中任一项或其组合所述的结构，其中多个微结构单元的子集合包含被六个侧边界定的区域以形成蜂窝单元。60.如权利要求59所述的结构，其中所述子集合包含多个微结构单元中的多数。61.如权利要求46至60中任一项或其组合所述的结构，其中各单元具有等于或大于1的垂直纵横比。62.如权利要求46至61中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料被嵌入锂离子或在锂离子的存在下进行转化反应。63.如权利要求46至61中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料为能够引起或加速反应物间化学反应的活性催化剂，且其中所述化学反应的反应物与产物通过微结构单元传输。64.如权利要求46至61中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料为能够选择性地结合到吸附质的活性吸附剂，且其中携带所述吸附质的介质通过微结构单元传输。65.如权利要求64所述的结构，其中所述活性吸附剂在结合至吸附质时给出响应，且其中所述响应包括所述活性吸附剂的物理、化学、电、光、和磁性质的改变。66.如权利要求46至61中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料为化合物的活性载体，且其中至少一部分所述化合物在与传输介质接触时能够以受控方式被释放，且其中传输介质通过微结构单元传输。67.如权利要求46至61中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料为光敏感化合物的活性载体，且其中所述光敏感化合物在被光激发时给出光响应。68.如权利要求46至61中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料为磁敏感化合物的活性载体，且其中所述磁敏感化合物在被磁激发时给出磁响应。69.如权利要求46至61中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料为颜料的活性载体，且其中所述颜料在被可见光、紫外光或红外光激发时给出光响应。70.如权利要求46至69中任一项或其组合所述的结构，其中所述活性材料给予所述连续结构电性质，且所述活性材料包含导体、半导体或绝缘体中的一种或多种。71.一种制品，其包含如权利要求46至61中任一项或其组合所述的结构。72.如权利要求71所述的制品，其进一步包含以所述结构涂布的支撑物。73.如权利要求72所述的制品，其中所述支撑物包含金属膜、金属化塑料膜、金属化聚合物膜、玻璃膜、陶瓷膜、聚合物膜或纸张。74.如权利要求71至73中任一项或其组合所述的制品，其中所述制品为电化学电池。75.如权利要求74所述的制品，其中所述电化学电池包含电极，所述电极包含所述结构。76.如权利要求71至75中任一项或其组合所述的制品，其中所述结构包含导电材料。77.如权利要求71至76中任一项或其组合所述的制品，其中所述支撑物容纳在阴极、阳极、隔离膜、固态电解质或半固态电解质内。
78.一种组合物，其包含可流动液体，所述可流动液体含有活性材料(207、307、407、507、1107)及黏结材料(209、309、409、509、1109)的均匀混合物，其中，当所述组合物的液滴(103、203、303)沉积在支撑物上时，所述液滴自组装以形成连续结构(330、530、1130)，其中所述连续结构包含多个微结构单元(105、205、305、405)，且其中所述黏结材料及所述活性材料自分离以在各单元中形成材料的不均匀分布。79.如权利要求78所述的组合物，其中所述活性材料给予所述连续结构物理、热、化学、催化、电、磁、辐射、光、生物或其组合的性质。80.如权利要求78或79所述的组合物，其中所述活性材料给予所述连续结构电性质，且所述活性材料包含导体、半导体或绝缘体中的一种或多种。81.如权利要求78至80中任一项或其组合所述的组合物，其中所述黏结材料包含有机材料、无机材料或其组合。82.如权利要求78至81中任一项或其组合所述的组合物，其中所述黏结材料自分离以在各单元边缘聚集。83.如权利要求78至82中任一项或其组合所述的组合物，其中所述黏结材料包含液体载体。84.如权利要求83所述的组合物，其中所述液体载体包含有机组合物、无机组合物或其组合。85.如权利要求78至84中任一项或其组合所述的组合物，其中所述可流动液体进一步包含设置为改变所述活性材料或所述黏结材料的至少一种的表面电荷的材料。86.如权利要求85所述的组合物，其中所述设置为改变所述活性材料或所述黏结材料的至少一种的表面电荷的材料包含偶联剂。87.如权利要求78至86中任一项或其组合所述的组合物，其中所述可流动液体进一步包含设置为改变所述活性材料的ζ电位的材料。88.如权利要求87所述的组合物，其中所述设置为改变所述活性材料的ζ电位的材料包含表面活性剂或分散剂的至少一种。89.如权利要求78至88中任一项或其组合所述的组合物，其中所述活性材料及所述黏结材料的质量比为0.000001至1000000。90.如权利要求78至89中任一项或其组合所述的组合物，其中所述可流动液体具有3厘泊至1500厘泊的黏度。91.一种制造结构的方法(1500)，所述方法包括：获得(1502)可流动液体，所述可流动液体包含均匀黏结材料(209、309、409、509、1109)；由所述可流动液体生成(1504)多个液滴(103、203、303)；将多个生成的液滴沉积(1506)在支撑物上，其中所述多个液滴自组装以形成连续结构(1230)，其中所述连续结构包含多个微结构单元(1205)，且其中黏结材料自分离以在各单元中形成所述黏结材料的不均匀分布。92.一种包含多个微结构单元(1205)的结构(1230)，其中各单元包含黏结材料(209、309、409、509、1109)，所述黏结材料自分离以在各单元形成中所述黏结材料的不均匀分布。93.一种制品，其包含如权利要求92所述的结构。
94.如权利要求93所述的制品，其进一步包含以所述结构涂布的支撑物。95.如权利要求94所述的制品，其中所述支撑物包含聚合物膜。

技术总结
一种制造结构的方法，该方法包含以下步骤：获得包含活性材料及黏结材料的均匀混合物的可流动液体；由该可流动液体生成多个液滴；及沉积多个生成的液滴于一支撑物上，其中多个液滴自组装以形成连续结构，其中该连续结构包含多个微结构单元，且其中活性材料及黏结材料自分离以在各单元形成活性材料和黏结材料的不均匀分布。不均匀分布。不均匀分布。


技术研发人员：S
受保护的技术使用者：特力电池公司
技术研发日：2022.02.03
技术公布日：2023/10/8