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用于制造电池电极的方法和系统以及从其获得的装置

阅读:356发布:2022-02-18

专利汇可以提供用于制造电池电极的方法和系统以及从其获得的装置专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 在优选的实施方案中提供用于制造 电池 电极 ,特别是 锂离子电池 ,的方法、系统和从其得到的装置。与使用机械手段将活性材料、其他材料和 溶剂 的稠膏涂覆至基材上的常规浆料涂覆方法不同,本发明提供用于以多层的方法将电极涂层生产至载体上以提供材料在电极内的高度均一分布的方法。在常规的方法中发现的浆料中的颗粒的差别化沉降的问题被本发明的方法最小化。还包括用于以大规模生产本发明的电池电极的系统。还包括通过本文描述的方法和系统生产的电极。,下面是用于制造电池电极的方法和系统以及从其获得的装置专利的具体信息内容。

1.一种用于涂覆基材的方法,包括以下步骤:
a)提供具有表面的基材;
b)提供包含以下的活性材料悬浮液:
i)活性材料颗粒,所述活性材料颗粒能够可逆地储存离子;以及,
ii)导电颗粒;以及,
iii)溶剂
c)将所述活性材料悬浮液喷涂至所述基材表面上以形成第一涂层;
d)从所述第一涂层蒸发所述溶剂的一部分,如果有的话;以及,
e)重复所述步骤(c)至步骤(e)至少两次重复。
2.根据权利要求1所述的方法,其中所述步骤(c)和(d)被重复至少五次。
3.根据权利要求1所述的方法,其中所述步骤(c)和(d)被重复至少十次。
4.根据权利要求1所述的方法,其中所述步骤(c)和(d)被重复至少二十次。
5.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于10%w/w的含量平。
6.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于20%w/w的含量水平。
7.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于30%w/w的含量水平。
8.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于40%w/w的含量水平。
9.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于50%w/w的含量水平。
10.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于60%w/w的含量水平。
11.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于70%w/w的含量水平。
12.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于80%w/w的含量水平。
13.根据权利要求1所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述溶
剂是小于90%w/w的含量水平。
14.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料悬浮液被使用烟雾剂喷射器喷涂。
15.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料悬浮液被使用无空气喷雾器喷涂。
16.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料悬浮液被使用声波喷雾器喷涂。
17.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料悬浮液被使用脉冲宽度调制喷涂
器喷涂。
18.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料悬浮液被使用静电喷涂沉积喷涂。
19.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料悬浮液被以体积受控制的方式喷
涂。
20.根据权利要求1所述的方法,其中所述蒸发步骤还包括检测在所述涂层中的溶剂
的量。
21.根据权利要求20所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述
溶剂是小于20%w/w的含量水平。
22.根据权利要求20所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述
溶剂是小于30%w/w的含量水平。
23.根据权利要求20所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述
溶剂是小于40%w/w的含量水平。
24.根据权利要求20所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述
溶剂是小于50%w/w的含量水平。
25.根据权利要求20所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述
溶剂是小于60%w/w的含量水平。
26.根据权利要求20所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述
溶剂是小于70%w/w的含量水平。
27.根据权利要求20所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述
溶剂是小于80%w/w的含量水平。
28.根据权利要求20所述的方法,其中在重复所述喷涂步骤之前,所述涂层中的所述
溶剂是小于90%w/w的含量水平。
29.根据权利要求1所述的方法,其中在所述喷涂步骤和所述蒸发步骤的所述重复之
前测量所述涂层的厚度。
30.根据权利要求1所述的方法,其中在所述喷涂步骤和所述蒸发步骤的所述重复之
前测量所述涂层的密度
31.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂是非有机溶剂
32.根据权利要求31所述的方法,其中所述非有机溶剂是水。
33.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂是有机溶剂。
34.根据权利要求33所述的方法,其中所述有机溶剂选自由以下组成的组:醇;甲醇;
乙醇;丙醇;异丙醇;丁醇;叔丁醇;戊醇;己醇;甲烷;乙烷;丙烷;丁烷;戊烷;己烷;庚烷;
辛烷;丙;以及N-甲基吡咯烷酮。
35.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂包含醇和水的混合物。
36.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂包含乙醇。
37.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂包含丙酮。
38.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂包含N-甲基吡咯烷酮。
39.根据权利要求1所述的方法,其中所述喷涂步骤被可操作地联接于检测器,所述检
测器监测所述涂层的至少一种属性,使得所述喷涂体积响应于全部地或部分地控制所述属性的程度而被实时地改变。
40.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材被围绕轴线卷绕以形成基材卷材,并且
所述基材被从所述卷材开卷并且横穿穿过其中发生所述第一喷涂步骤的喷涂区域。
41.根据权利要求40所述的方法,其中在所述基材横穿穿过所述喷涂区域之后,所述
基材随后横穿穿过其中发生所述第一蒸发步骤的蒸发区域。
42.根据权利要求41所述的方法,其中所述基材随后横穿穿过第二喷涂区域,然后是
第二蒸发区域等等,直到期望量的涂层被构建在所述基材的表面上。
43.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材还包括在所述基材的与所述第一基材
表面相反的一侧上的第二表面。
44.根据权利要求43所述的方法,其中所述喷涂步骤和所述蒸发步骤被同时地施用于
所述第一基材表面和所述第二基材表面,以在所述基材第一表面上形成第一涂层且在所述基材第二表面上形成第二涂层,以获得所述基材表面上的双面涂覆。
45.根据权利要求43所述的方法,其中所述喷涂步骤和所述蒸发步骤被交替地施用于
所述第一基材表面和所述第二基材表面,以形成在所述基材第一表面上的第一涂层和在所述基材第二表面上的第二涂层,以获得在所述基材表面上的双面涂覆。
46.根据权利要求1所述的方法,其中后续的涂层包含与所述活性材料颗粒和所述导
电颗粒不同的材料。
47.根据权利要求1所述的方法,其中所述蒸发步骤还包括提供热源。
48.根据权利要求47所述的方法,其中所述热源包括红外加热元件。
49.根据权利要求47所述的方法,其中所述热源包括气体催化性热源。
50.根据权利要求47所述的方法,其中所述热源包括射频发射器。
51.根据权利要求47所述的方法,其中所述热源包括对流热元件。
52.根据权利要求1所述的方法,其中所述蒸发步骤还包括提供用于在所述蒸发步骤
期间使空气经过所述基材的所述表面的空气流动设备。
53.根据权利要求52所述的方法,其中经过所述基材表面的所述表面的所述空气被加
热。
54.根据权利要求52所述的方法,其中经过所述基材的所述表面的所述空气不被加
热。
55.根据权利要求52所述的方法,其中经过所述基材的所述表面的所述空气被冷却。
56.根据权利要求52所述的方法,还包括两个或更多个空气流动设备,其中至少一个
空气流动设备在一个时间点使被加热的空气经过所述基材的所述表面的一部分,然后在另一个时间点使被冷却的空气经过所述基材的所述表面的所述一部分。
57.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂是包含至少两种不同溶剂的混合溶剂。
58.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂选自由以下组成的组:极性溶剂;极性
非质子溶剂;以及非极性溶剂。
59.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂选自由以下组成的组:水;甲醇;乙醇;
丙醇;异丙醇;丁醇;叔丁醇;戊烷;己烷;庚烷;丙酮;二甲基甲酰胺;n-甲基-2-吡咯烷酮;以及1,3-二甲基-2-咪唑啉酮。
60.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括金属。
61.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括
62.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括
63.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括镍。
64.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括非金属。
65.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括聚合物
66.根据权利要求65所述的方法,其中所述基材包括选自由以下组成的组的聚合物:
丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS);甲基丙烯酸烯丙酯;聚丙烯腈(PAN);丙烯酸类;聚酰胺;聚芳酰胺;聚丙烯酰胺;聚乙烯己内酰胺;聚环丙烷(PPO);聚苯乙烯(PS);聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE);聚偏二氟乙烯-四氟乙烯(PVDF-TFE);聚丁二烯;聚对苯二甲酸丁二酯(PBT);聚酸酯;聚氯丁二烯;聚(顺-1,4-异戊二烯);聚酯;聚醚砜(PES、PES/PEES);
聚醚醚酮(PEEK、PES/PEEK);聚乙烯(PE);聚乙二醇(PEG);聚对苯二甲酸乙二酯(PET);
聚环氧乙烷(PEO);聚甲基丙烯酸2-羟基甲酯;聚丙烯(PP);聚(反-1,4-异戊二烯);聚丙烯酸甲酯;聚甲基丙烯酸甲酯;聚四氟乙烯(PTFE);聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT);聚酯(PU);聚乙烯醇缩丁(PVB);聚氯乙烯(PVC);聚偏二氟乙烯(PVDF);聚乙烯吡咯烷酮(PVP);尼龙;橡胶;聚丙烯酸钠;苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);聚合物有机硅;聚二甲基硅氧烷;以及二甲基丙烯酸乙二醇酯。
67.根据权利要求65所述的方法,其中所述聚合物是聚丙烯并且所述载体是包含聚丙
烯的多孔膜。
68.根据权利要求65所述的方法,其中所述载体包括三个层,每个层包含聚合物材料。
69.根据权利要求68所述的方法,其中所述三个层包括被夹在两个多孔聚丙烯片材之
间的多孔聚乙烯片材。
70.根据权利要求65所述的方法,其中所述载体是离子可渗透的不导电的电池隔板。
71.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括非纺织材料。
72.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括纺织材料。
73.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包含孔隙。
74.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材是箔。
75.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材是膜。
76.根据权利要求1所述的方法,其中所述基材包括多个层。
77.根据权利要求76所述的方法,其中所述多个层中的两个或更多个是不同的。
78.根据权利要求76所述的方法,其中所述多个层中的两个或更多个是相同的。
79.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含能够可逆地储存离子的
负极活性材料。
80.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒还包含被储存在其中的锂离
子。
81.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含能够可逆地储存离子的
正极活性材料。
82.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料包含选自由以下组成的组
的 正 极 活 性 材 料:LiFePO4;LiCoCO2;LiMnO2;LiMn2O4;LiMn1/2Ni1/2O2;LiFe(Zr)PO4;和Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2。
83.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的列
表的 材 料:Li3BiF3;Li3Bi2O3;LiCoO2;Li2CoF2;Li3CrF3;Li3Cr2O3;Li2CuF2;Li2CuO;Li2CuS;
Li3FeF3;Li3Fe2O3;Li2FeF2;Li2FeO;Li2FeS;Li2MnF2;Li2MnO;LiMn2O4;Li3MnF3;Li3Mn2O3;
Li2MnS;Li2NiF2;LiNiO2;Li2NiO;Li3VF3;和Li3V2O3。
84.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的组的
金属的氧化物:铝;铬;钴;;镍;镁;锰;钼;;以及
85.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含被选自由以下组成的组
的材料掺杂的锂-过渡金属-磷酸盐化合物:金属、类金属和卤素。
86.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含橄榄石结构LiMPO4化合
物,其中M选自由以下组成的金属的组:钒、铬、锰、铁、钴以及镍。
87.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含具有带缺陷的锂位点的
橄榄石结构LiMPO4化合物,所述缺陷通过金属或类金属的加入被弥补。
88.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含具有金属位点的橄榄石
结构LiMPO4,其中所述金属位点的至少一部分被掺杂。
89.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含具有氧位点的橄榄石结
构LiMPO4化合物,所述氧位点具有通过卤素的加入被弥补的缺陷。
90.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含LixNyM1-yO2,其中M包括
选自由以下组成的组的金属:过渡金属;钛;钒;铬;锰;铁;钴;镍;铜;锌;以及铝,并且
0.05≤x≤1.10并且0.5≤y≤1.0。
91.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的组
1 2 3 k
的 含 钛 化 合 物:Li2TiO3;Li4Ti5O12;Li7Ti5O12;Li4Ti5-xMxO12;Li4Ti5-ZMz1Mz2Mz3...MzkO12;
Li4Ti5-x-bMxBbO12;Li3+aTi6-a-xMxO12;Li3+aTi6-a-x-bMxBbO12和Li4-cMgcTi5-xMxO12,其中z具有约0.1至约2.5的值;z1、z2、z3...zk独立地具有约0至约2.5的值;Z和z1、z2、z3、...zk满足等式:Z=z1+z2+z3+...zk;x具有约0.1至约2.5的值,a具有约0至约1的值,b具有约0
至约2.5的值,并且c具有约0至约1.5的值;M是选自V、Cr、Nb、Mo、Ta和W的组的一种
或多种阳离子;M1、M2、M3、...Mk是独立地选自V、Cr、Nb、Mo、Ta和W的组的阳离子;并且B是选自Zr、Ce、Si和Ge的组的一种或多种阳离子。
92.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的组的
弱金属:铝;锑;铋;镓;锗;铟;铅;钋;铊;以及
93.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的组的
氮族元素:氮;磷;砷;锑;以及铋。
94.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含锂金属。
95.根据权利要求94所述的方法,其中所述活性材料颗粒还包含选自由以下组成的金
属的组的非锂金属:铝;铬;钴;铁;镍;镁;锰;钼;钛;以及钒。
96.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含具有式LixM′yM″zPO4
的橄榄石锂金属磷酸盐材料,
其中M′包括选自由以下组成的组的金属:
锰以及铁,
其中M″包括选自由以下组成的组的金属:
锰;钴;以及镍,
其中M′与M″不同,并且,
其中x大于或等于0,并且x小于或等于1.2;y大于或等于0.7,并且y小于或等于
0.95;z大于或等于0.02,并且z大于或等于0.3;并且y和z的和大于或等于0.8,并且y
和z的和小于或等于1.2。
97.根据权利要求96所述的方法,其中z大于或等于0.02,并且z小于或等于0.1。
98.根据权利要求96所述的方法,其中y和z的和等于1。
99.根据权利要求96所述的方法,其中M′是铁,并且z大于或等于0.02,并且z小于
或等于0.1。
100.根据权利要求96所述的方法,其中y和z的和等于1。
101.根据权利要求96所述的方法,其中y和z的和大于或等于0.8,并且y和z的和
小于或等于1。
102.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含具有Li1-xMPO4的总体组
成的锂过渡金属磷酸盐材料,其中M包括选自由钛、钒、铬、锰、铁、钴以及镍组成的组的至少一种第一行过渡金属,并且其中在使用中x的范围从0至1。
103.根据权利要求102所述的方法,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在x的范
围从约0.1至约0.3时形成稳定的固溶体
104.根据权利要求102所述的方法,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在室温下,
在x的范围从约0至约0.15时形成稳定的固溶体。
105.根据权利要求102所述的方法,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在室温下,
在x的范围从约0至至少约0.07时形成稳定的固溶体。
106.根据权利要求102所述的方法,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在室温下,
在x的范围从约0至约0.05时形成稳定的固溶体。
107.根据权利要求102所述的方法,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在x的范
围从约0至约0.8时形成稳定的固溶体。
108.根据权利要求102所述的方法,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在x的范
围从约0至约0.9时形成稳定的固溶体。
109.根据权利要求102所述的方法,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在x的范
围从约0至约0.95时形成稳定的固溶体。
110.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料包括具有式Li1-xMxFePO4的材料,
其中M是选自由以下组成的组的掺杂剂:钛;钒;铬;锰;铁;钴;镍;铜;锌;锆;铌;
钼;;以及钨,并且,
其中x是选自由以下组成的组的数值:约0.00;约0.01;约0.02;约0.03;约0.04;约
0.05;约0.06;约0.07;约0.08;约0.09;约0.10;约0.11;约0.12;约0.13;约0.14;约
0.15;约0.16;约0.17;约0.18;约0.19;约0.20;约0.21;约0.22;约0.23;约0.24;约
0.25;约0.26;约0.27;约0.28;约0.29;约0.30;约0.31;约0.32;约0.33;约0.34;约
0.35;约0.36;约0.37;约0.38;约0.39;约0.40;约0.41;约0.42;约0.43;约0.44;约
0.45;约0.46;约0.47;约0.48;约0.49;约0.50;约0.51;约0.52;约0.53;约0.54;约
0.55;约0.56;约0.57;约0.58;约0.59;约0.60;约0.61;约0.62;约0.63;约0.64;约
0.65;约0.66;约0.67;约0.68;约0.69;约0.70;约0.71;约0.72;约0.73;约0.74;约
0.75;约0.76;约0.77;约0.78;约0.79;约0.80;约0.81;约0.82;约0.83;约0.84;约
0.85;约0.86;约0.87;约0.88;约0.89;约0.90;约0.91;约0.92;约0.93;约0.94;约
0.95;约0.96;约0.97;约0.98;约0.99;和约1.00。
111.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料包括具有式Li1-xMxFePO4的材料,
其中M是选自由以下组成的组的金属:钛;钒;铬;锰;铁;钴;镍;铜;锌;锆;铌;钼;
银;以及钨,并且,
其中x是选自由以下组成的组的数值范围:约0.00至约0.01;约0.00至约0.02;约
0.00至约0.03;约0.00至约0.04;约0.00至约0.05;约0.00至约0.06;约0.00至约
0.07;约0.00至约0.08;约0.00至约0.09;约0.00至约0.10;约0.00至约0.11;约0.00
至约0.12;约0.00至约0.13;约0.00至约0.14;约0.00至约0.15;约0.00至约0.16;
约0.00至约0.17;约0.00至约0.18;约0.00至约0.19;约0.00至约0.20;约0.00至约
0.21;约0.00至约0.22;约0.00至约0.23;约0.00至约0.24;约0.00至约0.25;约0.00
至约0.26;约0.00至约0.27;约0.00至约0.28;约0.00至约0.29;约0.00至约0.30;
约0.00至约0.31;约0.00至约0.32;约0.00至约0.33;约0.00至约0.34;约0.00至约
0.35;约0.00至约0.36;约0.00至约0.37;约0.00至约0.38;约0.00至约0.39;约0.00
至约0.40;约0.00至约0.41;约0.00至约0.42;约0.00至约0.43;约0.00至约0.44;
约0.00至约0.45;约0.00至约0.46;约0.00至约0.47;约0.00至约0.48;约0.00至约
0.49;约0.00至约0.50;约0.00至约0.51;约0.00至约0.52;约0.00至约0.53;约0.00
至约0.54;约0.00至约0.55;约0.00至约0.56;约0.00至约0.57;约0.00至约0.58;
约0.00至约0.59;约0.00至约0.60;约0.00至约0.61;约0.00至约0.62;约0.00至约
0.63;约0.00至约0.64;约0.00至约0.65;约0.00至约0.66;约0.00至约0.67;约0.00
至约0.68;约0.00至约0.69;约0.00至约0.70;约0.00至约0.71;约0.00至约0.72;
约0.00至约0.73;约0.00至约0.74;约0.00至约0.75;约0.00至约0.76;约0.00至约
0.77;约0.00至约0.78;约0.00至约0.79;约0.00至约0.80;约0.00至约0.81;约0.00
至约0.82;约0.00至约0.83;约0.00至约0.84;约0.00至约0.85;约0.00至约0.86;
约0.00至约0.87;约0.00至约0.88;约0.00至约0.89;约0.00至约0.90;约0.00至约
0.91;约0.00至约0.92;约0.00至约0.93;约0.00至约0.94;约0.00至约0.95;约0.00
至约0.96;约0.00至约0.97;约0.00至约0.98;约0.00至约0.99;约0.00至约0.10;
约0.10至约0.11;约0.10至约0.12;约0.10至约0.13;约0.10至约0.14;约0.10至约
0.15;约0.10至约0.16;约0.10至约0.17;约0.10至约0.18;约0.10至约0.19;约0.10
至约0.20;约0.10至约0.21;约0.10至约0.22;约0.10至约0.23;约0.10至约0.24;
约0.10至约0.25;约0.10至约0.26;约0.10至约0.27;约0.10至约0.28;约0.10至约
0.29;约0.10至约0.30;约0.10至约0.31;约0.10至约0.32;约0.10至约0.33;约0.10
至约0.34;约0.10至约0.35;约0.10至约0.36;约0.10至约0.37;约0.10至约0.38;
约0.10至约0.39;约0.10至约0.40;约0.10至约0.41;约0.10至约0.42;约0.10至约
0.43;约0.10至约0.44;约0.10至约0.45;约0.10至约0.46;约0.10至约0.47;约0.10
至约0.48;约0.10至约0.49;约0.10至约0.50;约0.10至约0.51;约0.10至约0.52;
约0.10至约0.53;约0.10至约0.54;约0.10至约0.55;约0.10至约0.56;约0.10至约
0.57;约0.10至约0.58;约0.10至约0.59;约0.10至约0.60;约0.10至约0.61;约0.10
至约0.62;约0.10至约0.63;约0.10至约0.64;约0.10至约0.65;约0.10至约0.66;
约0.10至约0.67;约0.10至约0.68;约0.10至约0.69;约0.10至约0.70;约0.10至约
0.71;约0.10至约0.72;约0.10至约0.73;约0.10至约0.74;约0.10至约0.75;约0.10
至约0.76;约0.10至约0.77;约0.10至约0.78;约0.10至约0.79;约0.10至约0.80;
约0.10至约0.81;约0.10至约0.82;约0.10至约0.83;约0.10至约0.84;约0.10至约
0.85;约0.10至约0.86;约0.10至约0.87;约0.10至约0.88;约0.10至约0.89;约0.10
至约0.90;约0.10至约0.91;约0.10至约0.92;约0.10至约0.93;约0.10至约0.94;
约0.10至约0.95;约0.10至约0.96;约0.10至约0.97;约0.10至约0.98;约0.10至约
0.99;约0.10至约1.00;约0.20至约0.21;约0.20至约0.22;约0.20至约0.23;约0.20
至约0.24;约0.20至约0.25;约0.20至约0.26;约0.20至约0.27;约0.20至约0.28;
约0.20至约0.29;约0.20至约0.30;约0.20至约0.31;约0.20至约0.32;约0.20至约
0.33;约0.20至约0.34;约0.20至约0.35;约0.20至约0.36;约0.20至约0.37;约0.20
至约0.38;约0.20至约0.39;约0.20至约0.40;约0.20至约0.41;约0.20至约0.42;
约0.20至约0.43;约0.20至约0.44;约0.20至约0.45;约0.20至约0.46;约0.20至约
0.47;约0.20至约0.48;约0.20至约0.49;约0.20至约0.50;约0.20至约0.51;约0.20
至约0.52;约0.20至约0.53;约0.20至约0.54;约0.20至约0.55;约0.20至约0.56;
约0.20至约0.57;约0.20至约0.58;约0.20至约0.59;约0.20至约0.60;约0.20至约
0.61;约0.20至约0.62;约0.20至约0.63;约0.20至约0.64;约0.20至约0.65;约0.20
至约0.66;约0.20至约0.67;约0.20至约0.68;约0.20至约0.69;约0.20至约0.70;
约0.20至约0.71;约0.20至约0.72;约0.20至约0.73;约0.20至约0.74;约0.20至约
0.75;约0.20至约0.76;约0.20至约0.77;约0.20至约0.78;约0.20至约0.79;约0.20
至约0.80;约0.20至约0.81;约0.20至约0.82;约0.20至约0.83;约0.20至约0.84;
约0.20至约0.85;约0.20至约0.86;约0.20至约0.87;约0.20至约0.88;约0.20至约
0.89;约0.20至约0.90;约0.20至约0.91;约0.20至约0.92;约0.20至约0.93;约0.20
至约0.94;约0.20至约0.95;约0.20至约0.96;约0.20至约0.97;约0.20至约0.98;
约0.20至约0.99;约0.20至约1.00;约0.30至约0.31;约0.30至约0.32;约0.30至约
0.33;约0.30至约0.34;约0.30至约0.35;约0.30至约0.36;约0.30至约0.37;约0.30
至约0.38;约0.30至约0.39;约0.30至约0.40;约0.30至约0.41;约0.30至约0.42;
约0.30至约0.43;约0.30至约0.44;约0.30至约0.45;约0.30至约0.46;约0.30至约
0.47;约0.30至约0.48;约0.30至约0.49;约0.30至约0.50;约0.30至约0.51;约0.30
至约0.52;约0.30至约0.53;约0.30至约0.54;约0.30至约0.55;约0.30至约0.56;
约0.30至约0.57;约0.30至约0.58;约0.30至约0.59;约0.30至约0.60;约0.30至约
0.61;约0.30至约0.62;约0.30至约0.63;约0.30至约0.64;约0.30至约0.65;约0.30
至约0.66;约0.30至约0.67;约0.30至约0.68;约0.30至约0.69;约0.30至约0.70;
约0.30至约0.71;约0.30至约0.72;约0.30至约0.73;约0.30至约0.74;约0.30至约
0.75;约0.30至约0.76;约0.30至约0.77;约0.30至约0.78;约0.30至约0.79;约0.30
至约0.80;约0.30至约0.81;约0.30至约0.82;约0.30至约0.83;约0.30至约0.84;
约0.30至约0.85;约0.30至约0.86;约0.30至约0.87;约0.30至约0.88;约0.30至约
0.89;约0.30至约0.90;约0.30至约0.91;约0.30至约0.92;约0.30至约0.93;约0.30
至约0.94;约0.30至约0.95;约0.30至约0.96;约0.30至约0.97;约0.30至约0.98;
约0.30至约0.99;约0.30至约1.00;约0.40至约0.40;约0.40至约0.41;约0.40至约
0.42;约0.40至约0.43;约0.40至约0.44;约0.40至约0.45;约0.40至约0.46;约0.40
至约0.47;约0.40至约0.48;约0.40至约0.49;约0.40至约0.50;约0.40至约0.51;
约0.40至约0.52;约0.40至约0.53;约0.40至约0.54;约0.40至约0.55;约0.40至约
0.56;约0.40至约0.57;约0.40至约0.58;约0.40至约0.59;约0.40至约0.60;约0.40
至约0.61;约0.40至约0.62;约0.40至约0.63;约0.40至约0.64;约0.40至约0.65;
约0.40至约0.66;约0.40至约0.67;约0.40至约0.68;约0.40至约0.69;约0.40至约
0.70;约0.40至约0.71;约0.40至约0.72;约0.40至约0.73;约0.40至约0.74;约0.40
至约0.75;约0.40至约0.76;约0.40至约0.77;约0.40至约0.78;约0.40至约0.79;
约0.40至约0.80;约0.40至约0.81;约0.40至约0.82;约0.40至约0.83;约0.40至约
0.84;约0.40至约0.85;约0.40至约0.86;约0.40至约0.87;约0.40至约0.88;约0.40
至约0.89;约0.40至约0.90;约0.40至约0.91;约0.40至约0.92;约0.40至约0.93;
约0.40至约0.94;约0.40至约0.95;约0.40至约0.96;约0.40至约0.97;约0.40至约
0.98;约0.40至约0.99;约0.40至约1.00;约0.50至约0.51;约0.50至约0.52;约0.50
至约0.53;约0.50至约0.54;约0.50至约0.55;约0.50至约0.56;约0.50至约0.57;
约0.50至约0.58;约0.50至约0.59;约0.50至约0.60;约0.50至约0.61;约0.50至约
0.62;约0.50至约0.63;约0.50至约0.64;约0.50至约0.65;约0.50至约0.66;约0.50
至约0.67;约0.50至约0.68;约0.50至约0.69;约0.50至约0.70;约0.50至约0.71;
约0.50至约0.72;约0.50至约0.73;约0.50至约0.74;约0.50至约0.75;约0.50至约
0.76;约0.50至约0.77;约0.50至约0.78;约0.50至约0.79;约0.50至约0.80;约0.50
至约0.81;约0.50至约0.82;约0.50至约0.83;约0.50至约0.84;约0.50至约0.85;
约0.50至约0.86;约0.50至约0.87;约0.50至约0.88;约0.50至约0.89;约0.50至约
0.90;约0.50至约0.91;约0.50至约0.92;约0.50至约0.93;约0.50至约0.94;约0.50
至约0.95;约0.50至约0.96;约0.50至约0.97;约0.50至约0.98;约0.50至约0.99;
约0.50至约1.00;约0.60至约0.61;约0.60至约0.62;约0.60至约0.63;约0.60至约
0.64;约0.60至约0.65;约0.60至约0.66;约0.60至约0.67;约0.60至约0.68;约0.60
至约0.69;约0.60至约0.70;约0.60至约0.71;约0.60至约0.72;约0.60至约0.73;
约0.60至约0.74;约0.60至约0.75;约0.60至约0.76;约0.60至约0.77;约0.60至约
0.78;约0.60至约0.79;约0.60至约0.80;约0.60至约0.81;约0.60至约0.82;约0.60
至约0.83;约0.60至约0.84;约0.60至约0.85;约0.60至约0.86;约0.60至约0.87;
约0.60至约0.88;约0.60至约0.89;约0.60至约0.90;约0.60至约0.91;约0.60至约
0.92;约0.60至约0.93;约0.60至约0.94;约0.60至约0.95;约0.60至约0.96;约0.60
至约0.97;约0.60至约0.98;约0.60至约0.99;约0.60至约1.00;约0.70至约0.71;
约0.70至约0.72;约0.70至约0.73;约0.70至约0.74;约0.70至约0.75;约0.70至约
0.76;约0.70至约0.77;约0.70至约0.78;约0.70至约0.79;约0.70至约0.80;约0.70
至约0.81;约0.70至约0.82;约0.70至约0.83;约0.70至约0.84;约0.70至约0.85;
约0.70至约0.86;约0.70至约0.87;约0.70至约0.88;约0.70至约0.89;约0.70至约
0.90;约0.70至约0.91;约0.70至约0.92;约0.70至约0.93;约0.70至约0.94;约0.70
至约0.95;约0.70至约0.96;约0.70至约0.97;约0.70至约0.98;约0.70至约0.99;
约0.70至约1.00;约0.80至约0.80;约0.80至约0.81;约0.80至约0.82;约0.80至约
0.83;约0.80至约0.84;约0.80至约0.85;约0.80至约0.86;约0.80至约0.87;约0.80
至约0.88;约0.80至约0.89;约0.80至约0.90;约0.80至约0.91;约0.80至约0.92;
约0.80至约0.93;约0.80至约0.94;约0.80至约0.95;约0.80至约0.96;约0.80至约
0.97;约0.80至约0.98;约0.80至约0.99;约0.80至约1.00;约0.90至约0.91;约0.90
至约0.92;约0.90至约0.93;约0.90至约0.94;约0.90至约0.95;约0.90至约0.96;
约0.90至约0.97;约0.90至约0.98;约0.90至约0.99;和约0.90至约1.00。
2
112.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有大于10m/g的氮吸附
Brunauer-Emmett-Teller(BET)法表面积。
2
113.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有大于20m/g的氮吸附
BET法表面积。
2
114.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有大于10m/g的氮吸附
BET法表面积。
2
115.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有大于15m/g的氮吸附
BET法表面积。
2
116.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有大于20m/g的氮吸附
BET法表面积。
2
117.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有大于30m/g的氮吸附
BET法表面积。
118.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有范围从约50μm至约
125μm的横截面尺寸。
119.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有范围从约80μm至约
100μm的横截面尺寸。
120.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒具有以体积计范围从约40%
至约70%的孔体积分数。
121.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒可逆地储存锂离子。
122.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含电池电极活性材料。
123.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包括纳米级尺寸的活性材料
颗粒。
124.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含纳米结构的材料。
125.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒含有微米级尺寸的活性材料
颗粒。
126.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料颗粒包含能够可逆地储存离子的
负极活性材料。
127.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料包括选自包括以下的组的负极
活性材料:碳;石墨;石墨包覆石墨;石墨烯;介孔碳微珠;碳纳米管;硅;多孔硅;纳米结构硅;纳米级硅;微米级硅;含硅的合金;碳包覆硅;碳纳米管包覆硅;钒酸锰;钼酸锰;硫氧化物;高度取向的热解石墨;锡;锡氧化物;含锡的合金;锑、锡锑;锂金属;以及Li4Ti5O12。
128.根据权利要求1所述的方法,其中所述导电颗粒包含至少一种金属元素。
129.根据权利要求128所述的方法,其中所述金属元素选自由以下组成的组:钌;铑;
钯;银;锇;铱;铂;铜;铝;以及金。
130.根据权利要求128所述的方法,其中所述包含金属的导电颗粒是丝状的。
131.根据权利要求1所述的方法,其中所述导电颗粒包含碳。
132.根据权利要求131所述的方法,其中所述碳包括选自由以下组成的组的碳形式:
碳;无定形碳炭黑;碳纳米管;单壁碳纳米管多壁碳纳米管;碳纳米棒;碳纳米泡沫体;
纳米结构碳;碳纳米芽;Buckminster富勒烯;直链炔键碳;金属质碳;六方碳;金刚石;石墨;石墨包覆石墨;石墨烯;以及介孔碳微珠。
133.根据权利要求131所述的方法,其中所述碳包括碳纳米管。
134.根据权利要求131所述的方法,其中所述碳包括石墨碳。
135.根据权利要求131所述的方法,其中所述碳包括炭黑。
136.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料悬浮液还包含粘合剂
137.根据权利要求136所述的方法,其中所述粘合剂是聚合物粘合剂。
138.根据权利要求137所述的方法,其中所述聚合物粘合剂选自由以下组成的粘合剂
的组:阿拉伯胶;丁腈橡胶(NBR);琼脂糖;藻酸盐;丁基橡胶;羧甲基纤维素;叉菜胶;酪蛋白;三元乙丙橡胶(EPDM);明胶;瓜尔胶;羟甲基纤维素;羟乙基纤维素;羟乙基甲基纤维素;羟丙基纤维素(HPC);异丁烯-来酸酐共聚物;乙烯-马来酸酐共聚物;果胶;聚乙二醇;聚丙烯腈;聚丙烯酸;聚(ε-己内酯)(PLL);聚酰亚胺;聚乙烯(PE);聚环氧乙烷(PEO);聚乙交酯(PGA);聚丙交酯;聚环氧丙烷(PPO);聚丙烯(PP);聚氨酯;聚乙烯醇;
氯丁橡胶;聚异丁烯(PIB);淀粉;苯乙烯/丙烯腈/苯乙烯(SIS)嵌段共聚物;丁苯橡胶
(SBR);苯乙烯/丁二烯/苯乙烯(SBS)嵌段共聚物;苯乙烯-马来酸酐共聚物;黄芪胶;以及黄原酸胶。
139.根据权利要求1所述的方法,其中所述活性材料悬浮液还包含羧甲基纤维素/丁
苯橡胶。
140.一种电极,包括:
a.基材,其具有导电表面;
b.多个电极基质材料层,所述层在所述导电表面上顺次成层;所述电极基质材料包
含:
i.活性材料颗粒;以及,
ii.导电颗粒;
其中所述多个电极基质材料层中的每层被附着于其在先的电极基质材料层;
其中所述多个电极基质材料层中的一层被附着于所述基材表面并且与所述基材表面
电连通;
其中所述多个电极基质材料层中的每层与每个毗邻的电极基质材料层电连通;
其中所述多个电极基质材料层中的每层与每个毗邻的电极基质材料层离子连通。
141.根据权利要求140所述的电极,还包括:
c)散置在至少两个毗邻的电极基质材料层之间的一个或多个导电层。
142.根据权利要求141所述的电极,其中所述一个或多个导电层包含导电颗粒。
143.根据权利要求140所述的电极,其中所述导电颗粒包括含有金属的颗粒。
144.根据权利要求140所述的电极,其中所述导电颗粒包含碳。
145.根据权利要求144所述的电极,其中所述碳是选自由以下组成的组的碳的形式:
碳;石墨;石墨烯;碳纳米管;碳纳米球、碳纳米芽;单壁碳纳米管;多壁碳纳米管、炭黑;导电炭黑;以及乙炔黑
146.根据权利要求140所述的电极,其中所述导电颗粒包括两种或更多种不同类型的
导电颗粒的混合物。
147.根据权利要求146所述的电极,其中所述电极基质材料层中的每层附着于所述毗
邻的电极基质材料层以形成所述电极基质材料层之间的边界。
148.根据权利要求147所述的电极,其中所述边界是使用电子显微镜法可检测的。
149.根据权利要求147所述的电极,其中所述边界是不连续的。
150.根据权利要求147所述的电极,其中所述边界是无定形的。
151.根据权利要求147所述的电极,其中所述电极基质材料层结合以形成单片式电极
结构。
152.根据权利要求147所述的电极,其中所述电极基质材料层结合而不形成单片式电
极结构。
153.根据权利要求140所述的电极,还包括含有碳纳米管的第一层。
154.根据权利要求140所述的电极,还包括粘合材料。
155.根据权利要求140所述的电极,其中所述电极是被掺杂的。
156.根据权利要求140所述的电极,其中所述电极已经被压延。
157.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括金属。
158.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括铝。
159.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括铜。
160.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括镍。
161.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括非金属。
162.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括聚合物。
163.根据权利要求162所述的电极,其中所述基材包括选自由以下组成的组的聚合
物:丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS);甲基丙烯酸烯丙酯;聚丙烯腈(PAN);丙烯酸类;聚酰胺;
聚芳酰胺;聚丙烯酰胺;聚乙烯己内酰胺;聚环氧丙烷(PPO);聚苯乙烯(PS);聚偏二氟乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE);聚偏二氟乙烯-四氟乙烯(PVDF-TFE);聚丁二烯;聚对苯二
甲酸丁二酯(PBT);聚碳酸酯;聚氯丁二烯;聚(顺-1,4-异戊二烯);聚酯;聚醚砜(PES、PES/PEES);聚醚醚酮(PEEK、PES/PEEK);聚乙烯(PE);聚乙二醇(PEG);聚对苯二甲酸乙二酯(PET);聚环氧乙烷(PEO);聚甲基丙烯酸2-羟基甲酯;聚丙烯(PP);聚(反-1,4-异戊二烯);聚丙烯酸甲酯;聚甲基丙烯酸甲酯;聚四氟乙烯(PTFE);聚对苯二甲酸丙二醇酯(PTT);聚氨酯(PU);聚乙烯醇缩丁醛(PVB);聚氯乙烯(PVC);聚偏二氟乙烯(PVDF);聚乙烯吡咯烷酮(PVP);尼龙;硅橡胶;聚丙烯酸钠;苯乙烯-丙烯腈树脂(SAN);聚合物有机硅;
聚二甲基硅氧烷;以及二甲基丙烯酸乙二醇酯。
164.根据权利要求162所述的电极,其中所述聚合物是聚丙烯并且所述载体是包含聚
丙烯的多孔膜。
165.根据权利要求162所述的电极,其中所述载体包括三个层,每个层包含聚合物材
料。
166.根据权利要求165所述的电极,其中所述三个层包括被夹在两个多孔聚丙烯片材
之间的多孔聚乙烯片材。
167.根据权利要求162所述的电极,其中所述载体是离子可渗透的不导电的电池隔
板。
168.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括非纺织材料。
169.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括纺织材料。
170.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包含孔隙。
171.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材是箔材。
172.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材是膜。
173.根据权利要求140所述的电极,其中所述基材包括多个层。
174.根据权利要求173所述的电极,其中所述多个层中的两个或更多个是不同的。
175.根据权利要求173所述的电极,其中所述多个层中的两个或更多个是相同的。
176.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含能够可逆地储存离子
的负极活性材料。
177.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒还包含被储存在其中的锂
离子。
178.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含能够可逆地储存离子
的正极活性材料。
179.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料包含选自由以下组成的
组的正极活性材料:LiFePO4;LiCoCO2;LiMnO2;LiMn2O4;LiMn1/2Ni1/2O2;LiFe(Zr)PO4;和Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2。
180.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的
列表的材料:Li3BiF3;Li3Bi2O3;LiCoO2;Li2CoF2;Li3CrF3;Li3Cr2O3;Li2CuF2;Li2CuO;Li2CuS;
Li3FeF3;Li3Fe2O3;Li2FeF2;Li2FeO;Li2FeS;Li2MnF2;Li2MnO;LiMn2O4;Li3MnF3;Li3Mn2O3;
Li2MnS;Li2NiF2;LiNiO2;Li2NiO;Li3VF3;和Li3V2O3。
181.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的组
的金属的氧化物:铝;铬;钴;铁;镍;镁;锰;钼;钛;以及钒。
182.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含被选自由以下组成的
组的材料掺杂的锂-过渡金属-磷酸盐化合物:金属、类金属和卤素。
183.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含橄榄石结构LiMPO4化
合物,其中M选自由以下组成的金属的组:钒、铬、锰、铁、钴以及镍。
184.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含具有带缺陷的锂位点
的橄榄石结构LiMPO4化合物,所述缺陷通过金属或类金属的加入被弥补。
185.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含具有金属位点的橄榄
石结构LiMPO4,其中所述金属位点的至少一部分被掺杂。
186.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含具有氧位点的橄榄石
结构LiMPO4化合物,所述氧位点具有通过卤素的加入被弥补的缺陷。
187.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含LixNyM1-yO2,其中M包
括选自由以下组成的组的金属:过渡金属;钛;钒;铬;锰;铁;钴;镍;铜;锌;以及铝,并且
0.05≤x≤1.10并且0.5≤y≤1.0。
188.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的
1 2 3 k
组的含钛化合物:Li2TiO3;Li4Ti5O12;Li7Ti5O12;Li4Ti5-xMxO12;Li4Ti5-ZMz1Mz2Mz3...MzkO12;
Li4Ti5-x-bMxBbO12;Li3+aTi6-a-xMxO12;Li3+aTi6-a-x-bMxBbO12和Li4-cMgcTi5-xMxO12,其中z具有约0.1至约2.5的值;z1、z2、z3...zk独立地具有约0至约2.5的值;Z和z1、z2、z3、...zk满足等式:Z=z1+z2+z3+...zk;x具有约0.1至约2.5的值,a具有约0至约1的值,b具有约0
至约2.5的值,并且c具有约0至约1.5的值;M是选自V、Cr、Nb、Mo、Ta和W的组的一个
或多个阳离子;M1、M2、M3、...Mk是独立地选自V、Cr、Nb、Mo、Ta和W的组的阳离子;并且B是选自Zr、Ce、Si和Ge的组的一种或多种阳离子。
189.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的组
的弱金属:铝;锑;铋;镓;锗;铟;铅;钋;铊;以及锡。
190.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含选自由以下组成的组
的氮族元素:氮;磷;砷;锑;以及铋。
191.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含锂金属。
192.根据权利要求191所述的电极,其中所述活性材料颗粒还包含选自由以下组成的
金属的组的非锂金属:铝;铬;钴;铁;镍;镁;锰;钼;钛;以及钒。
193.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含具有式
LixM′yM″zPO4的橄榄石锂金属磷酸盐材料,
其中M′包括选自由以下组成的组的金属:
锰以及铁,
其中M″包括选自由以下组成的组的金属:
锰;钴;以及镍,
其中M′与M″不同,并且,
其中x大于或等于0,并且x小于或等于1.2;y大于或等于0.7,并且y小于或等于
0.95;z大于或等于0.02,并且z大于或等于0.3;并且y和z的和大于或等于0.8,并且y
和z的和小于或等于1.2。
194.根据权利要求193所述的电极,其中z大于或等于0.02,并且z小于或等于0.1。
195.根据权利要求193所述的电极,其中y和z的和等于1。
196.根据权利要求193所述的电极,其中M′是铁,并且z大于或等于0.02,并且z小
于或等于0.1。
197.根据权利要求193所述的电极,其中y和z的和等于1。
198.根据权利要求193所述的电极,其中y和z的和大于或等于0.8,并且y和z的和
小于或等于1。
199.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含具有Li1-xMPO4的总体
组成的锂过渡金属磷酸盐材料,其中M包括选自由钛、钒、铬、锰、铁、钴以及镍组成的组的至少一种第一行过渡金属,并且其中在使用中x的范围从0至1。
200.根据权利要求199所述的电极,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在x的范
围从约0.1至约0.3时形成稳定的固溶体。
201.根据权利要求199所述的电极,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在室温下,
在x的范围从约0至约0.15时形成稳定的固溶体。
202.根据权利要求199所述的电极,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在室温下,
在x的范围从约0至至少约0.07时形成稳定的固溶体。
203.根据权利要求199所述的电极,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在室温下,
在x的范围从约0至约0.05时形成稳定的固溶体。
204.根据权利要求199所述的电极,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在x的范
围从约0至约0.8时形成稳定的固溶体。
205.根据权利要求199所述的电极,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在x的范
围从约0至约0.9时形成稳定的固溶体。
206.根据权利要求199所述的电极,其中M是铁并且所述活性材料颗粒可以在x的范
围从约0至约0.95时形成稳定的固溶体。
207.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料包括具有式Li1-xMxFePO4的材
料,
其中M是选自由以下组成的组的掺杂剂:钛;钒;铬;锰;铁;钴;镍;铜;锌;锆;铌;
钼;银;以及钨,并且,
其中x是选自由以下组成的组的数值:约0.00;约0.01;约0.02;约0.03;约0.04;约
0.05;约0.06;约0.07;约0.08;约0.09;约0.10;约0.11;约0.12;约0.13;约0.14;约
0.15;约0.16;约0.17;约0.18;约0.19;约0.20;约0.21;约0.22;约0.23;约0.24;约
0.25;约0.26;约0.27;约0.28;约0.29;约0.30;约0.31;约0.32;约0.33;约0.34;约
0.35;约0.36;约0.37;约0.38;约0.39;约0.40;约0.41;约0.42;约0.43;约0.44;约
0.45;约0.46;约0.47;约0.48;约0.49;约0.50;约0.51;约0.52;约0.53;约0.54;约
0.55;约0.56;约0.57;约0.58;约0.59;约0.60;约0.61;约0.62;约0.63;约0.64;约
0.65;约0.66;约0.67;约0.68;约0.69;约0.70;约0.71;约0.72;约0.73;约0.74;约
0.75;约0.76;约0.77;约0.78;约0.79;约0.80;约0.81;约0.82;约0.83;约0.84;约
0.85;约0.86;约0.87;约0.88;约0.89;约0.90;约0.91;约0.92;约0.93;约0.94;约
0.95;约0.96;约0.97;约0.98;约0.99;和约1.00。
208.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料包括具有式Li1-xMxFePO4的材
料,
其中M是选自由以下组成的组的金属:钛;钒;铬;锰;铁;钴;镍;铜;锌;锆;铌;钼;
银;以及钨,并且,
其中x是选自由以下组成的组的数值范围:约0.00至约0.01;约0.00至约0.02;约
0.00至约0.03;约0.00至约0.04;约0.00至约0.05;约0.00至约0.06;约0.00至约
0.07;约0.00至约0.08;约0.00至约0.09;约0.00至约0.10;约0.00至约0.11;约0.00
至约0.12;约0.00至约0.13;约0.00至约0.14;约0.00至约0.15;约0.00至约0.16;
约0.00至约0.17;约0.00至约0.18;约0.00至约0.19;约0.00至约0.20;约0.00至约
0.21;约0.00至约0.22;约0.00至约0.23;约0.00至约0.24;约0.00至约0.25;约0.00
至约0.26;约0.00至约0.27;约0.00至约0.28;约0.00至约0.29;约0.00至约0.30;
约0.00至约0.31;约0.00至约0.32;约0.00至约0.33;约0.00至约0.34;约0.00至约
0.35;约0.00至约0.36;约0.00至约0.37;约0.00至约0.38;约0.00至约0.39;约0.00
至约0.40;约0.00至约0.41;约0.00至约0.42;约0.00至约0.43;约0.00至约0.44;
约0.00至约0.45;约0.00至约0.46;约0.00至约0.47;约0.00至约0.48;约0.00至约
0.49;约0.00至约0.50;约0.00至约0.51;约0.00至约0.52;约0.00至约0.53;约0.00
至约0.54;约0.00至约0.55;约0.00至约0.56;约0.00至约0.57;约0.00至约0.58;
约0.00至约0.59;约0.00至约0.60;约0.00至约0.61;约0.00至约0.62;约0.00至约
0.63;约0.00至约0.64;约0.00至约0.65;约0.00至约0.66;约0.00至约0.67;约0.00
至约0.68;约0.00至约0.69;约0.00至约0.70;约0.00至约0.71;约0.00至约0.72;
约0.00至约0.73;约0.00至约0.74;约0.00至约0.75;约0.00至约0.76;约0.00至约
0.77;约0.00至约0.78;约0.00至约0.79;约0.00至约0.80;约0.00至约0.81;约0.00
至约0.82;约0.00至约0.83;约0.00至约0.84;约0.00至约0.85;约0.00至约0.86;
约0.00至约0.87;约0.00至约0.88;约0.00至约0.89;约0.00至约0.90;约0.00至约
0.91;约0.00至约0.92;约0.00至约0.93;约0.00至约0.94;约0.00至约0.95;约0.00
至约0.96;约0.00至约0.97;约0.00至约0.98;约0.00至约0.99;约0.00至约0.10;
约0.10至约0.11;约0.10至约0.12;约0.10至约0.13;约0.10至约0.14;约0.10至约
0.15;约0.10至约0.16;约0.10至约0.17;约0.10至约0.18;约0.10至约0.19;约0.10
至约0.20;约0.10至约0.21;约0.10至约0.22;约0.10至约0.23;约0.10至约0.24;
约0.10至约0.25;约0.10至约0.26;约0.10至约0.27;约0.10至约0.28;约0.10至约
0.29;约0.10至约0.30;约0.10至约0.31;约0.10至约0.32;约0.10至约0.33;约0.10
至约0.34;约0.10至约0.35;约0.10至约0.36;约0.10至约0.37;约0.10至约0.38;
约0.10至约0.39;约0.10至约0.40;约0.10至约0.41;约0.10至约0.42;约0.10至约
0.43;约0.10至约0.44;约0.10至约0.45;约0.10至约0.46;约0.10至约0.47;约0.10
至约0.48;约0.10至约0.49;约0.10至约0.50;约0.10至约0.51;约0.10至约0.52;
约0.10至约0.53;约0.10至约0.54;约0.10至约0.55;约0.10至约0.56;约0.10至约
0.57;约0.10至约0.58;约0.10至约0.59;约0.10至约0.60;约0.10至约0.61;约0.10
至约0.62;约0.10至约0.63;约0.10至约0.64;约0.10至约0.65;约0.10至约0.66;
约0.10至约0.67;约0.10至约0.68;约0.10至约0.69;约0.10至约0.70;约0.10至约
0.71;约0.10至约0.72;约0.10至约0.73;约0.10至约0.74;约0.10至约0.75;约0.10
至约0.76;约0.10至约0.77;约0.10至约0.78;约0.10至约0.79;约0.10至约0.80;
约0.10至约0.81;约0.10至约0.82;约0.10至约0.83;约0.10至约0.84;约0.10至约
0.85;约0.10至约0.86;约0.10至约0.87;约0.10至约0.88;约0.10至约0.89;约0.10
至约0.90;约0.10至约0.91;约0.10至约0.92;约0.10至约0.93;约0.10至约0.94;
约0.10至约0.95;约0.10至约0.96;约0.10至约0.97;约0.10至约0.98;约0.10至约
0.99;约0.10至约1.00;约0.20至约0.21;约0.20至约0.22;约0.20至约0.23;约0.20
至约0.24;约0.20至约0.25;约0.20至约0.26;约0.20至约0.27;约0.20至约0.28;
约0.20至约0.29;约0.20至约0.30;约0.20至约0.31;约0.20至约0.32;约0.20至约
0.33;约0.20至约0.34;约0.20至约0.35;约0.20至约0.36;约0.20至约0.37;约0.20
至约0.38;约0.20至约0.39;约0.20至约0.40;约0.20至约0.41;约0.20至约0.42;
约0.20至约0.43;约0.20至约0.44;约0.20至约0.45;约0.20至约0.46;约0.20至约
0.47;约0.20至约0.48;约0.20至约0.49;约0.20至约0.50;约0.20至约0.51;约0.20
至约0.52;约0.20至约0.53;约0.20至约0.54;约0.20至约0.55;约0.20至约0.56;
约0.20至约0.57;约0.20至约0.58;约0.20至约0.59;约0.20至约0.60;约0.20至约
0.61;约0.20至约0.62;约0.20至约0.63;约0.20至约0.64;约0.20至约0.65;约0.20
至约0.66;约0.20至约0.67;约0.20至约0.68;约0.20至约0.69;约0.20至约0.70;
约0.20至约0.71;约0.20至约0.72;约0.20至约0.73;约0.20至约0.74;约0.20至约
0.75;约0.20至约0.76;约0.20至约0.77;约0.20至约0.78;约0.20至约0.79;约0.20
至约0.80;约0.20至约0.81;约0.20至约0.82;约0.20至约0.83;约0.20至约0.84;
约0.20至约0.85;约0.20至约0.86;约0.20至约0.87;约0.20至约0.88;约0.20至约
0.89;约0.20至约0.90;约0.20至约0.91;约0.20至约0.92;约0.20至约0.93;约0.20
至约0.94;约0.20至约0.95;约0.20至约0.96;约0.20至约0.97;约0.20至约0.98;
约0.20至约0.99;约0.20至约1.00;约0.30至约0.31;约0.30至约0.32;约0.30至约
0.33;约0.30至约0.34;约0.30至约0.35;约0.30至约0.36;约0.30至约0.37;约0.30
至约0.38;约0.30至约0.39;约0.30至约0.40;约0.30至约0.41;约0.30至约0.42;
约0.30至约0.43;约0.30至约0.44;约0.30至约0.45;约0.30至约0.46;约0.30至约
0.47;约0.30至约0.48;约0.30至约0.49;约0.30至约0.50;约0.30至约0.51;约0.30
至约0.52;约0.30至约0.53;约0.30至约0.54;约0.30至约0.55;约0.30至约0.56;
约0.30至约0.57;约0.30至约0.58;约0.30至约0.59;约0.30至约0.60;约0.30至约
0.61;约0.30至约0.62;约0.30至约0.63;约0.30至约0.64;约0.30至约0.65;约0.30
至约0.66;约0.30至约0.67;约0.30至约0.68;约0.30至约0.69;约0.30至约0.70;
约0.30至约0.71;约0.30至约0.72;约0.30至约0.73;约0.30至约0.74;约0.30至约
0.75;约0.30至约0.76;约0.30至约0.77;约0.30至约0.78;约0.30至约0.79;约0.30
至约0.80;约0.30至约0.81;约0.30至约0.82;约0.30至约0.83;约0.30至约0.84;
约0.30至约0.85;约0.30至约0.86;约0.30至约0.87;约0.30至约0.88;约0.30至约
0.89;约0.30至约0.90;约0.30至约0.91;约0.30至约0.92;约0.30至约0.93;约0.30
至约0.94;约0.30至约0.95;约0.30至约0.96;约0.30至约0.97;约0.30至约0.98;
约0.30至约0.99;约0.30至约1.00;约0.40至约0.40;约0.40至约0.41;约0.40至约
0.42;约0.40至约0.43;约0.40至约0.44;约0.40至约0.45;约0.40至约0.46;约0.40
至约0.47;约0.40至约0.48;约0.40至约0.49;约0.40至约0.50;约0.40至约0.51;
约0.40至约0.52;约0.40至约0.53;约0.40至约0.54;约0.40至约0.55;约0.40至约
0.56;约0.40至约0.57;约0.40至约0.58;约0.40至约0.59;约0.40至约0.60;约0.40
至约0.61;约0.40至约0.62;约0.40至约0.63;约0.40至约0.64;约0.40至约0.65;
约0.40至约0.66;约0.40至约0.67;约0.40至约0.68;约0.40至约0.69;约0.40至约
0.70;约0.40至约0.71;约0.40至约0.72;约0.40至约0.73;约0.40至约0.74;约0.40
至约0.75;约0.40至约0.76;约0.40至约0.77;约0.40至约0.78;约0.40至约0.79;
约0.40至约0.80;约0.40至约0.81;约0.40至约0.82;约0.40至约0.83;约0.40至约
0.84;约0.40至约0.85;约0.40至约0.86;约0.40至约0.87;约0.40至约0.88;约0.40
至约0.89;约0.40至约0.90;约0.40至约0.91;约0.40至约0.92;约0.40至约0.93;
约0.40至约0.94;约0.40至约0.95;约0.40至约0.96;约0.40至约0.97;约0.40至约
0.98;约0.40至约0.99;约0.40至约1.00;约0.50至约0.51;约0.50至约0.52;约0.50
至约0.53;约0.50至约0.54;约0.50至约0.55;约0.50至约0.56;约0.50至约0.57;
约0.50至约0.58;约0.50至约0.59;约0.50至约0.60;约0.50至约0.61;约0.50至约
0.62;约0.50至约0.63;约0.50至约0.64;约0.50至约0.65;约0.50至约0.66;约0.50
至约0.67;约0.50至约0.68;约0.50至约0.69;约0.50至约0.70;约0.50至约0.71;
约0.50至约0.72;约0.50至约0.73;约0.50至约0.74;约0.50至约0.75;约0.50至约
0.76;约0.50至约0.77;约0.50至约0.78;约0.50至约0.79;约0.50至约0.80;约0.50
至约0.81;约0.50至约0.82;约0.50至约0.83;约0.50至约0.84;约0.50至约0.85;
约0.50至约0.86;约0.50至约0.87;约0.50至约0.88;约0.50至约0.89;约0.50至约
0.90;约0.50至约0.91;约0.50至约0.92;约0.50至约0.93;约0.50至约0.94;约0.50
至约0.95;约0.50至约0.96;约0.50至约0.97;约0.50至约0.98;约0.50至约0.99;
约0.50至约1.00;约0.60至约0.61;约0.60至约0.62;约0.60至约0.63;约0.60至约
0.64;约0.60至约0.65;约0.60至约0.66;约0.60至约0.67;约0.60至约0.68;约0.60
至约0.69;约0.60至约0.70;约0.60至约0.71;约0.60至约0.72;约0.60至约0.73;
约0.60至约0.74;约0.60至约0.75;约0.60至约0.76;约0.60至约0.77;约0.60至约
0.78;约0.60至约0.79;约0.60至约0.80;约0.60至约0.81;约0.60至约0.82;约0.60
至约0.83;约0.60至约0.84;约0.60至约0.85;约0.60至约0.86;约0.60至约0.87;
约0.60至约0.88;约0.60至约0.89;约0.60至约0.90;约0.60至约0.91;约0.60至约
0.92;约0.60至约0.93;约0.60至约0.94;约0.60至约0.95;约0.60至约0.96;约0.60
至约0.97;约0.60至约0.98;约0.60至约0.99;约0.60至约1.00;约0.70至约0.71;
约0.70至约0.72;约0.70至约0.73;约0.70至约0.74;约0.70至约0.75;约0.70至约
0.76;约0.70至约0.77;约0.70至约0.78;约0.70至约0.79;约0.70至约0.80;约0.70
至约0.81;约0.70至约0.82;约0.70至约0.83;约0.70至约0.84;约0.70至约0.85;
约0.70至约0.86;约0.70至约0.87;约0.70至约0.88;约0.70至约0.89;约0.70至约
0.90;约0.70至约0.91;约0.70至约0.92;约0.70至约0.93;约0.70至约0.94;约0.70
至约0.95;约0.70至约0.96;约0.70至约0.97;约0.70至约0.98;约0.70至约0.99;
约0.70至约1.00;约0.80至约0.80;约0.80至约0.81;约0.80至约0.82;约0.80至约
0.83;约0.80至约0.84;约0.80至约0.85;约0.80至约0.86;约0.80至约0.87;约0.80
至约0.88;约0.80至约0.89;约0.80至约0.90;约0.80至约0.91;约0.80至约0.92;
约0.80至约0.93;约0.80至约0.94;约0.80至约0.95;约0.80至约0.96;约0.80至约
0.97;约0.80至约0.98;约0.80至约0.99;约0.80至约1.00;约0.90至约0.91;约0.90
至约0.92;约0.90至约0.93;约0.90至约0.94;约0.90至约0.95;约0.90至约0.96;
约0.90至约0.97;约0.90至约0.98;约0.90至约0.99;和约0.90至约1.00。
2
209.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有大于10m/g的氮吸附
Brunauer-Emmett-Teller(BET)法表面积。
2
210.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有大于20m/g的氮吸附
BET法表面积。
2
211.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有大于10m/g的氮吸附
BET法表面积。
2
212.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有大于15m/g的氮吸附
BET法表面积。
2
213.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有大于20m/g的氮吸附
BET法表面积。
2
214.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有大于30m/g的氮吸附
BET法表面积。
215.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有范围从约50μm至约
125μm的横截面尺寸。
216.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有范围从约80μm至约
100μm的横截面尺寸。
217.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒具有以体积计范围从约
40%至约70%的孔体积分数。
218.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒可逆地储存锂离子。
219.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含电池电极活性材料。
220.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包括纳米级尺寸的活性材
料颗粒。
221.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含纳米结构的材料。
222.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒含有微米级尺寸的活性材
料颗粒。
223.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料颗粒包含能够可逆地储存离子
的负极活性材料。
224.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料包括选自包括以下的组的负极
活性材料:碳;石墨;石墨包覆石墨;石墨烯;介孔碳微珠;碳纳米管;硅;多孔硅;纳米结构硅;纳米级硅;微米级硅;含硅的合金;碳包覆硅;碳纳米管包覆硅;锡;含锡的合金;以及Li4Ti5O12。
225.根据权利要求140所述的电极,其中所述导电颗粒包含至少一种金属元素。
226.根据权利要求225所述的电极,其中所述金属元素选自由以下组成的组:钌;铑;
钯;银;锇;铱;铂;铜;铝;以及金。
227.根据权利要求128 225所述的电极,其中所述包含金属的导电颗粒是丝状的。
228.根据权利要求140所述的电极,其中所述导电颗粒包含碳。
229.根据权利要求228所述的电极,其中所述碳包括选自由以下组成的组的碳形式:
碳;无定形碳;炭黑;碳纳米管;单壁碳纳米管;多壁碳纳米管;碳纳米棒;碳纳米泡沫体;
纳米结构碳;碳纳米芽;Buckminster富勒烯;直链炔键碳;金属质碳;六方碳;金刚石;石墨;石墨包覆石墨;石墨烯;以及介孔碳微珠。
230.根据权利要求228所述的电极,其中所述碳包括碳纳米管。
231.根据权利要求228所述的电极,其中所述碳包括石墨碳。
232.根据权利要求228所述的电极,其中所述碳包括炭黑。
233.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料悬浮液还包含粘合剂。
234.根据权利要求233所述的电极,其中所述粘合剂是聚合物粘合剂。
235.根据权利要求233所述的电极,其中所述聚合物粘合剂选自由以下组成的粘合剂
的组:阿拉伯胶;丁腈橡胶(NBR);琼脂糖;藻酸盐;丁基橡胶;羧甲基纤维素;角叉菜胶;酪蛋白;三元乙丙橡胶(EPDM);明胶;瓜尔胶;羟甲基纤维素;羟乙基纤维素;羟乙基甲基纤维素;羟丙基纤维素(HPC);异丁烯-马来酸酐共聚物;乙烯-马来酸酐共聚物;果胶;聚乙二醇;聚丙烯腈;聚丙烯酸;聚(ε-己内酯)(PLL);聚酰亚胺;聚乙烯(PE);聚环氧乙烷(PEO);聚乙交酯(PGA);聚丙交酯;聚环氧丙烷(PPO);聚丙烯(PP);聚氨酯;聚乙烯醇;
氯丁橡胶;聚异丁烯(PIB);淀粉;苯乙烯/丙烯腈/苯乙烯(SIS)嵌段共聚物;丁苯橡胶
(SBR);苯乙烯/丁二烯/苯乙烯(SBS)嵌段共聚物;苯乙烯-马来酸酐共聚物;黄芪胶;以及黄原酸胶。
236.根据权利要求140所述的电极,其中所述活性材料悬浮液还包含羧甲基纤维素/
丁苯橡胶。
237.一种用于制造电池电极的系统,包括:
a)开卷机;
b)复卷机;以及,
c)多个喷涂/干燥区域,其被布置在所述开卷机和所述复卷机之间,每个喷涂/干燥区
域包括:
i)喷涂器,其与液体悬浮液源液体连通;
ii)干燥器,其与气体源流体连通,所述干燥器在紧接所述喷涂区域之前。
238.根据权利要求237所述的系统,其中所述多个喷涂/干燥区域包括至少两个喷涂
/干燥区域。
239.根据权利要求237所述的系统,其中所述多个喷涂/干燥区域包括至少五个喷涂
/干燥区域。
240.根据权利要求237所述的系统,其中所述多个喷涂/干燥区域包括至少十个喷涂
/干燥区域。
241.根据权利要求237所述的系统,其中所述多个喷涂/干燥区域包括至少二十个喷
涂/干燥区域。

说明书全文

用于制造电池电极的方法和系统以及从其获得的装置

发明领域

[0001] 本发明大体上涉及电池电极制造,优选锂离子电池电极制造,的领域。本发明大体上涉及能量储存器、电池、锂离子(Li离子)电池、先进交通工具技术以及减少对外国石油产品的国家依赖的领域。本发明还涉及用于将一个或多个涂层施用于基材的表面的制造系统。本发明还涉及能量效率以及环境保护的领域。
[0002] 背景
[0003] 锂离子电池在目前的高技术领域中起重要作用。扩展到新的市场,锂离子电池提供以在与传统的铅酸、镍金属酸酐或镍镉电池相比时的相对轻质和紧凑形式的高能量容量/高功率输出的前景。
[0004] 用于制造锂离子电池的传统方法通常包括形成包含溶剂和颗粒混合物的浆料。然后浆料被涂布在基材(通常是金属箔)的表面上,然后被干燥和压延至期望的厚度和密度。浆料涂覆方法,无论是通过刮刀还是通过狭缝模具工艺,存在的问题是通常仅一个层可以被沉积在基材的表面上。使用刮刀和狭缝模具方法沉积另外的层具有因基材被拉动经过刮刀或狭缝模具头时向基材施加的导致的使较早沉积的层分层的险。
[0005] 传统的电池制造方法的另一个问题是,因为厚层被沉积以实现电极的期望的能量密度,所以溶剂从被沉积的浆料蒸发所耗费的时间段是很大的。在该时间段期间,当浆料是湿润的时,不同尺寸和流变特性的颗粒将以不同的速率沉降,从而很快层化以固化电极基质。层化导致非最优的性能,因为电极基质内的不同颗粒不是空间上均匀分布的。
[0006] 已经具有使用纳米级尺寸的活性材料颗粒用于电极的倾向。然而,不希望被理论束缚地,认为纳米级颗粒存在问题,因为它们具有比在可商购获得的电池中通常使用的微米级颗粒大的每单位质量颗粒数。除非使用高于平均量的导电颗粒,例如炭黑,否则活性材料颗粒的增加的数量增加电极的内阻。内阻导致通过加热的功率损失并且可以导致热耗散和火焰。然而,纳米颗粒可以通过用纳米管代替炭黑或与炭黑组合地使用被使用。碳纳米管的内径,与它们的外尺寸相比,很大地减小导电路径中的有效界面的数量。然而,在使用碳纳米管时存在它们趋于聚结的问题。相似地,活性材料纳米级颗粒也趋于聚结。聚结可以提出使用基于浆料的工艺涂覆表面形成电极的问题。
[0007] 据此,存在对于提供颗粒在电极基质内均一分布的用于将材料沉积至基材上用于制造电池电极目的的方法的需要。还存在避免需要使用毒性有机化学品作为溶剂的用于将材料沉积至基材上的方法的需要。本发明的实施方案分别地和共同地解决了上文提到的问题和其他的问题。
[0008] 发明概述
[0009] 除了解决其他的问题之外,本发明的一个目的是解决上文提到的在制造先进电池部件中的问题。为了这个目的,本发明意图提供用于制造用于在电池,优选锂离子电池,中使用的电极的优越的方法。在一个方面,本发明提供用于使用多涂层喷涂(multi-coat spraying)涂覆基材的方法。在优选的实施方案中,所述方法包括以下步骤:提供具有表面的基材;提供包含以下的活性材料悬浮液:活性材料颗粒;以及导电颗粒;溶剂;将所述活性材料悬浮液喷涂至所述基材表面上以形成第一涂层;从所述第一涂层蒸发所述溶剂的至少50%,如果有的话;重复所述步骤(c)至步骤(e)至少两次重复。
[0010] 在优选的实施方案中,所述步骤(c)和(d)被重复至少五次。在更优选的实施方案中,步骤(c)和(d)被重复至少十次。并且,在高度优选的实施方案中,步骤(c)和(d)被重复至少二十次。
[0011] 在某些实施方案中,所述活性材料悬浮液被使用烟雾剂喷射器,更优选无空气喷雾器,并且甚至更优选声波喷雾器来进行喷涂。高度优选的是使用脉冲宽度调制喷涂器(pulse width modulated sprayer),并且其中所述活性材料悬浮液被以体积受控制的方式进行喷涂。
[0012] 在另一个实施方案中,本发明提供其中所述蒸发步骤还包括检测在所述涂层中的溶剂的量的方法。在优选的实施方案中,所述涂层在重复所述喷涂步骤之前被干燥至约小于20%w/w的含量平。在特别优选的实施方案中,所述涂层的厚度在所述喷涂步骤和所述蒸发步骤的所述重复之前被测量。在某些实施方案中,所述涂层的密度在所述喷涂步骤和所述蒸发步骤的所述重复之前被测量。
[0013] 在高度优选的实施方案中,所述活性材料颗粒包含电池电极活性材料。在某些实施方案中,所述导电颗粒包含碳,更优选地,碳包括碳纳米管,并且又更优选地,碳包括石墨碳,并且在其他的实施方案中,碳是炭黑。在高度优选的实施方案中,所述导电颗粒包含上文提到的碳颗粒的混合物。
[0014] 在高度优选的实施方案中,所述溶剂是非有机溶剂,并且在某些实施方案中,所述溶剂是有机溶剂。在特别优选的实施方案中,所述溶剂包含水。在某些实施方案中,所述溶剂包含乙醇。在某些优选的实施方案中,所述溶剂包含丙和/或N-甲基吡咯烷酮。
[0015] 在特别优选的实施方案中,所述电池活性材料可逆地储存锂离子。
[0016] 在本发明的一个方面,所述喷涂步骤被可操作地联接于检测器,所述检测器监测所述涂层的至少一种属性,使得所述喷涂体积响应于全部地或部分地控制所述属性的程度而被实时地改变。
[0017] 在本发明的某些实施方案中,所述基材被围绕轴线卷绕以形成基材卷材,并且所述基材被从所述卷材展开并且横穿穿过其中发生所述第一喷涂步骤的喷涂区域。在高度优选的实施方案中,所述基材首先横穿穿过所述喷涂区域,然后横穿穿过其中发生所述第一蒸发步骤的蒸发区域。在高度优选的实施方案中,所述基材随后横穿穿过第二喷涂区域,然后是第二蒸发区域等等,直到期望量的涂层被构建在所述基材表面上。在某些实施方案中,所述基材还包括在所述基材的与所述第一基材表面相反的一侧上的第二表面。在特别优选的实施方案中,所述喷涂步骤和所述蒸发步骤被同时地施用于所述第一基材表面和所述第二基材表面,以在所述基材第一表面上形成第一涂层和在所述基材第二表面上形成第二涂层,以获得在所述基材表面上的双面涂覆。在某些实施方案中,所述喷涂步骤和所述蒸发步骤被交替地施用于所述第一基材表面和所述第二基材表面,以在所述基材第一表面上形成第一涂层和在所述基材第二表面上形成第二涂层,以获得在所述基材表面上的双面涂覆。在某些实施方案中,后续的涂层包含与所述活性材料颗粒和所述导电颗粒不同的材料。
[0018] 在优选的实施方案中,所述蒸发步骤还包括提供热源,优选地其中所述热源包括红外加热元件,和/或其中所述热源包括气体催化性热源(gas-catalytic heat source),和/或其中所述热源包括射频发射器,和/或所述热源包括对流热元件。
[0019] 在某些实施方案中,所述蒸发步骤还包括提供用于使空气在所述蒸发步骤期间经过所述基材的所述表面的空气流动设备,优选地其中经过所述基材表面的所述表面的所述空气被加热,和/或经过所述基材的所述表面的所述空气不被加热,和/或经过所述基材的所述表面的所述空气被冷却。
[0020] 在某些实施方案中,所述热源还包括两个或更多个空气流动设备,其中至少一个空气流动设备在一个时间点使被加热的空气经过所述基材的所述表面的一部分,然后在另一个时间点使被冷却的空气经过所述基材的所述表面的所述一部分。
[0021] 在某些实施方案中,所述活性材料颗粒包括纳米级尺寸的活性材料颗粒,优选地其中所述活性材料颗粒包含纳米结构的材料,和/或其中所述活性材料颗粒含有微米级尺寸的活性材料颗粒。在高度优选的实施方案中,所述活性材料颗粒包含能够可逆地储存离子的正极活性材料。在某些实施方案中,所述正极活性材料包含选自由以下组成的组的正极活性材料:LiFePO4;LiCoO2;LiMnO2;LiMn2O4;LiMn1/2Ni1/2O2;和Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2。
[0022] 在某些实施方案中,所述活性材料颗粒包含能够可逆地储存离子的负极活性材料,优选地其中所述负极活性材料可以是碳;石墨;石墨烯;碳纳米管;;多孔硅;纳米结构硅;纳米级硅;微米级硅;含硅的合金;碳包覆硅;碳纳米管包覆硅;;含锡的合金;和/或Li4Ti5O12。在高度优选的实施方案中,所述活性材料颗粒还包含被储存在其中的锂离子。
[0023] 在某些实施方案中,所述导电颗粒包含碳,而在某些实施方案中,所述导电颗粒包含至少一种金属元素。在某些实施方案中,所述碳可以是碳;无定形碳;炭黑;碳纳米管;单壁碳纳米管多壁碳纳米管;碳纳米棒;碳纳米泡沫体;纳米结构碳;碳纳米芽(carbon nanobud);Buckminster富勒烯;直链炔键碳;金属质碳;六方碳(Lonsdaleite);金刚石;
石墨;和/或石墨烯。
[0024] 在某些实施方案中,所述金属元素可以是钌;铑;钯;;锇;铱;铂;和/或金。
[0025] 在优选的实施方案中,所述溶剂包含水,所述溶剂包含有机溶剂,和/或所述溶剂包含含有至少两种不同溶剂的混合溶剂。在某些实施方案中,所述溶剂可以是极性溶剂、极性非质子溶剂;和/或非极性溶剂。在某些实施方案中,所述溶剂可以是水;甲醇;乙醇;丙醇;异丙醇;丁醇;叔丁醇;戊烷;己烷;庚烷;丙酮;二甲基甲酰胺;n-甲基-2-吡咯烷酮;和/或1,3-二甲基-2-咪唑啉酮。
[0026] 在某些实施方案中,所述基材包括金属、非金属或二者。在某些实施方案中,所述基材包括纺织材料、非纺织材料或二者。在某些实施方案中,所述基材是多孔的或非多孔的,或包含多孔的部分和非多孔的部分二者。在特别优选的实施方案中,所述基材是箔。在某些实施方案中,所述基材包括膜。在某些实施方案中,所述基材包括多个层,优选地所述多个层中的两个或更多个是不同的,和/或所述多个层中的两个或更多个是相同的。在高度优选的实施方案中,所述基材包括或二者。
[0027] 在另一个方面,本发明提供用于制造电池电极的系统,包括:开卷机;复卷机;多个喷涂/干燥区域,其被布置在所述开卷机和所述复卷机之间,每个喷涂/干燥区域包括:喷涂器,其与液体悬浮液源液体连通;干燥器,其与气体源流体连通,所述干燥器在紧接所述喷涂区域之后。
[0028] 在优选的实施方案中,所述多个喷涂/干燥区域包括至少两个喷涂/干燥区域。在甚至更优选的实施方案中,所述多个喷涂/干燥区域包括至少五个喷涂/干燥区域。在仍更优选的实施方案中,所述多个喷涂/干燥区域包括至少十个喷涂/干燥区域。在特别优选的实施方案中,所述多个喷涂/干燥区域包括至少二十个喷涂/干燥区域。
[0029] 本发明的这些和其他实施方案在下文参照附图和详细描述来更详细地描述。
[0030] 若干附图视图的简述
[0031] 图1A和1B描绘了在本发明的实施方案中的从喷涂区域横穿至干燥区域的基材。
[0032] 图2描绘了本发明的卷对卷喷涂/干燥实施方案。
[0033] 图3描绘了本发明的卷对卷多个喷涂/干燥区域实施方案。
[0034] 图4描绘了本发明的卷对卷多个喷涂/干燥/冷却实施方案。
[0035] 图5描绘了本发明的卷对卷多个加热/喷涂/干燥实施方案。
[0036] 图6描绘了用于控制本发明的脉冲宽度调制喷头实施方案的典型的脉波信号
[0037] 图7A和7B描绘了处于两个不同状态的本发明的优选喷头。
[0038] 图8描绘了在本发明的优选实施方案中采用的超声多孔喷头。
[0039] 图9描绘了示出了本发明的优选实施方案的反馈回路操作的喷涂沉积系统的逻辑流程的流程图
[0040] 图10A-10C描绘了使用本发明的优选方法生产的样品电极的图像。
[0041] 图11A-11C描绘了使用本发明的优选方法生产的样品电极的扫描显微镜图像。
[0042] 图12以图形方式描绘了使用本发明的优选方法生产的样品电极的充电/放电曲线。
[0043] 图13A-13B描绘了使用本发明的优选方法生产的两个样品电极的容量变化曲线。
[0044] 图14描绘了使用本发明的优选方法生产的样品电极的电压相对时间变化曲线。
[0045] 图15描绘了使用本发明的优选方法生产的两个样品电极以及一个可商购获得的电极的充电相对电流变化曲线。
[0046] 图16描绘了使用本发明的优选的方法生产的两个样品电极的容量相对电流变化曲线。
[0047] 图17描绘了使用本发明的优选方法生产的两个样品电极的容量相对半循环数(half-cycle number)的图。
[0048] 图18描绘了使用本发明的优选方法生产的样品电极的扫描电子显微照片。
[0049] 图19A-19B描绘了使用本发明的优选方法生产的样品电极的图像。
[0050] 图20描绘了使用本发明的优选方法生产的样品电极的电压相对时间变化曲线。
[0051] 图21描绘了使用本发明的优选的方法生产的样品电极的充电和放电曲线。
[0052] 图22A-22B描绘了使用本发明的优选方法生产的两个样品电极的容量相对半循环数图。
[0053] 图23描绘了使用本发明的优选方法生产的两个样品电极的功率曲线。
[0054] 图24描绘了使用本发明的优选方法生产的两个样品电极以及一个可商购获得的电极的功率曲线。
[0055] 发明的详细描述
[0056] 本发明提供用于制造电池电极的方法以及用于制造电池电极的系统、设备以及从其获得的装置。本发明的优选的实施方案提供用于制造用于在锂离子电池中使用的电极的方法、系统和设备。
[0057] 在一个方面,本发明提供将电池电极材料的悬浮液喷涂至基材上,优选金属箔基材上的涂覆系统。本发明的优选的实施方案以至少一个基本的方式不同于现有技术。这些实施方案构建呈多层形式的电极基质,而非通过一次相对稠的浆料涂覆。后者的问题包括但不限于电极材料(颗粒)在干燥过程期间的差别化的沉降,这产生具有关于被涂覆的电极的厚度尺寸的不均匀组成的电极。
[0058] 目前,具有在用于锂离子电池的电池电极中使用越来越小的尺寸的活性材料颗粒的倾向。不希望被理论束缚地,发明人相信,当颗粒尺寸减小时,颗粒从通过浆料涂覆制造的湿固化电极聚结和沉降出来的趋向将导致丧失较小尺寸的颗粒的益处,例如但不限于较高的表面积与质量比和较好的离子扩散速率。此外,人们相信,差别化的沉降导致导电材料和活性材料在电极基质内低效率地分布,因此使电极基质的某些部分具有比其他部分低的电导率,而电极基质的其他部分具有不同量和特性的活性材料颗粒。
[0059] 为了解决这些问题和其他问题,申请人已经发明了提供当与使用电极涂层向基材箔集流器的一步刮刀或狭缝模具类型施用的标准浆料涂覆方法相比时的更高水平的电极内均匀性。通过喷涂施用薄层和迅速地干燥每个层,电极材料的多个层被构建以形成具有相对于空间颗粒分布的高度均匀性以及最小化的均相颗粒聚结的电极基质。
[0060] 现在转向图1A,示出了本发明的示例性的实施方案。喷涂/干燥系统1000通过将基材1010从喷涂区域1015横穿至干燥区域1018进行操作。喷涂区域1015和干燥区域1018被多个隔板1040与彼此以及喷涂/干燥系统1000的外部分隔。喷涂器1050被支撑在喷涂区域1015的内部并且指向基材1010的表面1020。邻近喷涂区域1015的是干燥区域1018,干燥区域1018在其内具有与干燥器歧管1090和干燥器喷口1100流体连通的干燥器1080。
[0061] 经由经过其上的隔板1040与基材1010下方的支撑台1030的方式将基材1010引入到喷涂系统1000中。一旦在喷涂区域1015中,那么通过喷涂器1050将涂层施用于基材1010的表面1020。喷涂器1050包括喷涂端头1060,喷涂雾气1070从喷涂端头1060发出并且朝向表面1020行进以形成电极材料层。
[0062] 如在图1B中描绘的,基材1020横穿入干燥器区域1018中,干燥器流1130的热空气或气体1120被经过干燥器1080和干燥器歧管1090,向外朝向基材1010的表面1020。在撞击表面1010之后,热空气或气体1120被偏折向上并且被经过排气部1150以排气流1055从干燥器区域1018清除。在基材1010表面1020被足够地干燥之后,基材1010在支撑台1030上横向离开干燥器区域1080,向前至可能另外的喷涂/干燥步骤或至某些其他的处理。
[0063] 在高度优选的实施方案中,本发明提供一种连续涂覆系统,其依赖于相似于报纸印刷机的材料处理的卷对卷型材料处理。图2描绘了本发明的卷对卷喷涂/干燥实施方案,其中喷涂系统1000配备有开卷机1160和复卷机1190,被支撑在开卷机1160和复卷机1190上的是负载有连续基材1210的开卷辊1170和复卷辊1200,连续基材1210呈长带状材料的形式,到达喷涂器系统1000的连续基材1210被卷绕在开卷辊1070上,并且其中连续基材1210横穿喷涂系统1000,最终终止于复卷辊1200上,其中连续基材1210在涂覆运行期间被卷绕在复卷辊1200上。当结束时,复卷辊1200将具有被围绕其卷绕的连续基材
1210,且表面1020被电极材料涂覆。连续工艺通常使喷涂1050和干燥器1080同时地或几乎同时地活动。
[0064] 在高度优选的实施方案中,本发明提供相似于图2中描绘的连续涂覆系统的连续涂覆系统,除了多个喷涂系统1000被串联地排列在开卷机1160和复卷机1190之间以形成喷涂线1001之外。
[0065] 图3描绘了本发明的卷对卷多个喷涂/干燥区域实施方案。每个喷涂区域1015和干燥区域1018被以交替的方式排列以允许多层被施用于连续基材1210的表面1020。连续基材1210被输送经过喷涂线1001的速率优选被设置为其中大量的溶剂在每个后续的涂覆循环之前被从涂层除去的速度。这被认为帮助使电极涂层内的颗粒在干燥过程期间发生分离的程度最低。在某些实施方案中,在先的层被允许干燥至沉降被实质上停止的程度,即使某个量的溶剂可以在施用电极材料的后续层之前仍然存在于在先的层内。
[0066] 图4描绘了本发明的卷对卷多个喷涂/干燥/冷却实施方案。在某些实施方案中,可能期望的是,在喷涂到电极材料的另外的层上之前减小表面1020的温度。这是为了确保新喷涂的材料具有一段呈液态的时间段,以自行平坦化。如果由于表面1020因前一干燥步骤导致过热而造成表面1020过早被干燥的话,那么冷却区域1019可以被另外地结合入图3中描绘的喷涂线1001中。在此,喷涂区域1015后是干燥区域1018,然后是冷冻区域1019,在冷冻区域1019中,表面1020的温度被降低至期望的水平以帮助在后续的喷涂区域1015中进行喷涂。
[0067] 图5描绘了本发明的卷对卷多个加热/喷涂/干燥实施方案。在某些实施方案中,可能期望的是,在喷涂到电极材料的另外的层上之前减小表面1020的温度。这是为了确保新喷涂的材料具有一段呈液态的时间段,以自行平坦化。如果由于表面1020因前一干燥步骤导致过热而造成表面1020过早被干燥的话,那么加热区域1021可以被另外地结合入图3中描绘的喷涂线1001中。在此,喷涂区域1015前面是加热区域1021,且然后是干燥区域
1018,在干燥区域1018中表面1020的温度被提升至期望的水平。
[0068] 在某些实施方案中,喷涂器1050被以脉动的方式控制,以控制流量而不改变喷涂模式。图6描绘了用于控制本发明的脉冲宽度调制喷头实施方案的典型的脉波信号。脉冲串1220包括按脉冲串1240、脉冲串间隔1290和脉冲变化曲线1250组织的一系列电压脉冲。在脉冲串1240内的是具有在脉冲1280的前沿和脉冲1280的后沿之间的时间维度宽度的脉冲1280、具有在前一脉冲1280的后沿和紧跟的后一脉冲1280的前沿之间的时间维度宽度的脉冲间隔1260、以及具有在两个连续脉冲1280的前沿之间的时间维度宽度的频率1270。每个脉冲1280具有可以代表电压振幅或电流流动的振幅1230。
[0069] 如图7A中描绘的,在优选的实施方案中,喷涂系统1000包括脉冲宽度调制(“PWM”)喷涂器1300,以精确地调节涂覆流量,同时保持一致的喷涂模式1445。脉冲宽度调制喷涂器1300包括:喷头1310,其包括但不限于与其相关联的体1340:罩住线圈1360和柱塞1370的一部分的电磁致动器1350;喷涂喷嘴1320,其具有喷涂引导器1330。线圈1360经过引线1380与脉冲发生器1390电连通,脉冲发生器1390产生致动电磁致动器1350的电脉冲以将柱塞1370移入和移出阀体1340,从而允许和限制涂覆悬浮液流过喷头1310以及形成喷涂模式1445。罐1400经过递送管1420与喷头1310流体连通。涂覆悬浮液(未示出)可以使用任何送系统被泵送至喷头1310。图7A描绘了气压泵送系统,其中罐
1400被置于气压(通过加压气体管1410来自加压气体源)下,以起到气弹簧的作用来迫使罐1400中的涂覆悬浮液经过递送管1420至喷头1310。在图7A中,柱塞1370被示出为处于其中柱塞1370的一部分被推动入阀体1340中以阻止涂覆悬浮液流过喷头1310的致动位置。图7B描绘了柱塞1370处于允许涂覆悬浮液流过喷头1310并且允许喷涂喷嘴1320喷射形成喷涂模式1445的喷涂1440以涂覆基材(未示出)的回缩位置。在某些实施方案中,罐1400还可以包括用于混合其内容纳的悬浮液的装置。在优选的实施方案中,混合器采用声处理和/或超声处理。在某些实施方案中,混合器可以包括叶轮和/或混合桨叶。
[0070] 图8描绘了在本发明的优选实施方案中采用的超声多孔喷头。在优选的实施方案中,超声喷头1500包括喷涂主体1510,喷涂主体1510在其内优选具有内部流控制阀(未示出)。附接于喷涂主体1510的是压电元件1520,喷嘴阵列1530被附接于压电元件1520。喷嘴阵列1530与喷涂主体1510流体连通,使得当涂覆悬浮液被泵送入喷涂主体1510内并且阀,如果有的话,被打开时,涂覆悬浮液可以流动至喷嘴阵列1530以被经过多个口1540喷出。压电元件1520被电源激励以使压电元件1540经历逆压电效应(reverse piezo electricity effect),实现沿着垂直于喷嘴阵列1530的轴线的体积排量(volumetric displacement)。结果是,喷嘴阵列1530被沿着垂直于压电元件1540的轴线往复地运动。
在优选的实施方案中,压电元件1520被电源以在10,000Hz至100,000Hz之间的频率激励和去激励。通过改变施加于压电元件1520的频率,可以获得给定粘度和压力的涂覆悬浮液的不同的液滴尺寸。在优选的实施方案中,应变稀化(strain-thinning)涂覆悬浮液被用于提供在压力下的低粘度以及在一旦被沉积在基材上时的高粘度。在某些实施方案中,相反,阀体仅仅是允许流体流动以及用于支撑喷头的其他部分的阀体。在某些实施方案中,压电元件位于阀体的内部,具有用于将涂覆悬浮液运输至喷嘴的管,并且压电元件与管共同地起作用以泵送和控制涂覆悬浮液的朝向一个或多个喷嘴的流动。
[0071] 图9描绘了示出了本发明的优选实施方案的通过比例积分微分控制器(PID控制器)反馈回路操作的喷涂沉积系统的逻辑流程的流程图。PID控制器初始地将喷涂区域的前75%设置为施用对涂层指定的最终密度的75%。为了建立基材的密度的基线,基材的密度在喷涂之前被测量。然后,在基材已经经过喷涂区域的百分之75之后,第二(暂时)密度测量被进行。从第二密度测量结果减去第一密度测量结果,以确定至今被施用的涂层的密度。然后以预设置的流量涂覆基材,以获得指定的密度。如果至今的涂层密度过低,那么最终百分之25的喷涂区域的流量增加,以提供根据规格的最终密度。此外,初始的喷涂流量被增加,以在对后续的基材涂层的第二密度测量时获得规格的百分之75的涂层密度。如果第二密度测量时的涂层的密度是过高的,那么最终百分之25的喷涂区域的流量被减小,以提供根据规格的最终密度。此外,初始的流量被减小,以在对后续的基材涂层的第二密度测量时获得规格的百分之75的涂层密度。在某些实施方案中,该系统的变化形式还可以包括湿气检测,以监测干燥区域中的干燥速率,以确保涂层在后续的喷涂或最终的干燥之前处于指定的干燥度。在某些实施方案中,干燥速率可以通过升高干燥区域中的温度、空气流或二者被改变。
[0072] 图10A至10C中描绘了被涂覆的电极的图像,其中图10A描绘了负载2.5mg/cm2的2 2
电极材料,10B被以5.0mg/cm 负载,并且10C被以10mg/cm 负载。涂层被均匀地分布,这由每个电极表面整个是一致的暗度来证明。
[0073] 图11A至11D描绘了使用本发明的优选方法制造的负极的以100×、1,000×、10,000×和100,000×倍放大的扫描电子显微照片(SEM)图像。关心的是图11D,其中碳纳米管1800可以被在具有约150μm的平均直径的石墨颗粒之间看到。
[0074] 转向图12,描绘了对于使用本发明的优选实施方案生产的负极的示例性的充电&放电曲线。虚线代表半电池的第一次放电。实线代表半电池的第一次充电。负极包含石墨作为活性材料以及碳纳米管作为导电颗粒。粘合剂丁苯橡胶(SBR)也被包含在涂覆悬浮液中。根据图,负极具有约270mAh/g的容量。
[0075] 我们对两个同样的负极进行的负极容量变化曲线如图13A和13B中描绘的。在此,半电池数据显示出负极对约100个循环内的显著衰减是具有抵抗性的。
[0076] 电压时间曲线在图14中示出,其中图描绘了近似相等的充电时间和放电时间,表明不可逆的损失是相对最小的。
[0077] 当与可商购获得的基于石墨的负极相比时,通过本发明的优选方法生产的负极获得具有比可商购获得的负极高约2X至5X范围的功率容量的电极。图15描绘了电流相对充电的图,其中被圆形和三形代表的线是来源于使用本发明的优选方法生产的负极的数据。被正方形代表的线来源于可商购获得的石墨负极。
[0078] 两个相同负极的容量相对电流的图在图16中描绘。宽范围的电流速率内的充电被良好地保持。
[0079] 两个相同负极的容量相对半循环数据在图17中示出。
[0080] 使用本发明的优选的方法制造的被涂覆的电极的图像在图18A和18B中描绘,其2 2
中图18A描绘了负载2.5mg/cm 的电极材料,18B被以15mg/cm 负载,并且10B被以30mg/
2
cm 负载。涂层被均匀地分布,这由每个电极表面整个是一致的暗度来证明。
[0081] 使用本发明的优选方法制造的正极的10,000×SEM在图19中。正极包含LiFePO4、碳纳米管和SBR粘合剂。
[0082] 使用本发明的优选方法制造的正极的充电和放电数据在图20中描绘。关心的是,在每个循环的峰和谷之间的时间距离是近似相等的,表明可逆充电容量的良好的水平。图21代表以不同的格式的同一个数据,以更好地图示充电时间/放电时间差别,再次表明良好的可逆充电容量。
[0083] 研究通过本发明的优选方法制造的正极的衰减。相同的正极被测试并且结果被在图22A和22B中描绘,后者显示出在80个循环内的最小的衰减。
[0084] 图23和24描绘了使用本发明的优选方法生产的样品电极的功率曲线,后一个图示出了可商购获得的电极以用于比较。
[0085] 虽然本发明已经参照具体的实施方案被描述,但是本领域的技术人员应当理解,明显的改变可以被作出并且等效物可以被用于代替,而不偏离本发明的真正的精神和范围。此外,许多修改可以被作出以使本发明的方法和装置适应具体的条件、材料、物质组成、工艺、一个或多个工艺步骤,适应本发明的目的、精神和范围。所有的这样的修改意图在下文所附的权利要求的范围内。实施例
[0086] 实施例1——基本的喷涂/干燥工艺
[0087] 基本的喷涂/干燥方法被使用含有以下的悬浮液填充的喷枪测试:
[0088] 借助喷头的平行于基材表面的往复运动来手动地进行喷涂。进行约40次经过以将表面负载至期望的量。
[0089] 实施例2——多步骤喷涂/干燥工艺
[0090] 实施例3——电极制造成电池
[0091] 从每种类型的电极(正极/负极)切割出装入口袋内的尺寸的圆。多孔聚合物片材被放置在电极之间,如同电极被成层进入口袋。电解质(LiPF6)被加入,然后真空密封口袋以形成口袋电池。
[0092] 实施例4——电池的测试
[0093] 根据以下的方案测试使用本发明的电极制造的电池:
[0094] a)测量开路电压(OCV)(10秒)
[0095] b)施加1秒电流脉冲(对于钮扣电池0.5mA,对于口袋电池5-10mA)
[0096] c)测量在OCV和所施加的脉冲的前10毫秒之间的电压降
[0097] d)阻抗测试:几个专的电池,尤其是大的口袋电池:
[0098] e)测量从1000kHz至0.01Hz的阻抗
[0099] 负极半电池
[0100] a)电阻测试
[0101] b)恒电流模式的初始容量测试(3个循环,以放电循环开始,每个循环以25mA/g运行并且然后降低至12.5mA/g,直到电压限值被达到-被指定为“25+12.5mA/g”)[0102] (a)对于石墨1/2电池,电压限值是0.01V和1.5V
[0103] (b)对于硅1/2电池,电压限值是0.07V至1.0V
[0104] c)电阻测试
[0105] i)功率测试*,高至10mA总电流
[0106] ii)之后是高至20mA的功率测试,如果在10mA步骤中提取的充电量是≥70%的总容量的话
[0107] iii)之后是高至30mA的功率测试,如果在10mA步骤中提取的充电量是≥80%的总容量的话
[0108] d)衰减测试:恒电流模式的容量测试(以“25+12.5mA/g”的100个循环,每25个循环进行电阻测试和功率测试)
[0109] *功率测试:
[0110] a)-以“25+12.5”mA/g放电降至电压下限值
[0111] b)-以最高电流充电,直到电压上限值
[0112] c)-静置5分钟
[0113] d)-以之前的电流的一半充电
[0114] e)-静置5分钟
[0115] f)-等等,直到电流等于或低于25mA/g
[0116] 正极半电池
[0117] a)电阻测试
[0118] b)恒电流模式的初始容量测试(3个循环,以充电循环开始,每个循环以12.5mA/g运行并且然后降低至6.25mA/g,直到电压限值被达到-被指定为“25+6.25mA/g”)[0119] i)对于LiFePO41/2电池,电压限值是4.1V和2.0V
[0120] ii)对于其他的正极化学物,电压限值可以高出0.1伏数量级
[0121] c)电阻测试
[0122] d)功率测试*,高至10mA总电流
[0123] i)-之后是高至20mA的功率测试,如果在10mA步骤中提取的充电量是≥70%的总容量的话
[0124] ii)-之后是高至30mA的功率测试,如果在10mA步骤中提取的充电量是≥80%的总容量的话
[0125] e)衰减测试:恒电流模式的容量测试(以“12.5+6.25mA/g”的100个循环,每25个循环进行电阻测试和功率测试)
[0126] *功率测试:
[0127] a)-以“12.5+6.25mA/g”充电高至电压上限值
[0128] b)-以最高电流放电,直到电压下限值
[0129] c)-静置5分钟
[0130] d)-以之前的电流的一半放电
[0131] e)-静置5分钟
[0132] f)-等等,直到电流等于或低于12.5mA/g
[0133] 全电池(匹配)
[0134] a)电阻测试
[0135] b)恒电流模式的初始容量测试(3个循环,以放电循环开始,每个循环以“25+12.5mA/g”(负极重量)或“12.5+6.25mA/g”(正极重量)中较小的运行)
[0136] i)对于石墨负极和LiFePO4正极全电池,电压限值是2.0和4.1V
[0137] ii)对于具有其他正极的电池,电压限值可以高出0.1V的数量级。
[0138] c)电阻测试
[0139] d)功率测试*,高至10mA总电流
[0140] i)-之后是高至20mA的功率测试,如果在10mA步骤中提取的充电量是≥70%的总容量的话
[0141] ii)-之后是高至30mA的功率测试,如果在10mA步骤中提取的充电量是≥80%的总容量的话
[0142] e)衰减测试:恒电流模式的容量测试(以“25+12.5mA/g”(负极)或“12.5+6.25mA/g”(正极)中较小的进行的100个循环,每25个循环进行电阻测试和功率测试)
[0143] 测试设备
[0144] 对于电阻测试和阻抗测试:稳压器/恒流器
[0145] a)普林斯顿应用研究:Versastat V3
[0146] 对于容量和功率:电池检验器:
[0147] a)制造商:Neware Technology Limited
[0148] b)型号(对于不同的电流范围):
[0149] i)BTS-5V10A(8CH)10mA上限
[0150] ii)BTS-5V100A(8CH)100mA上限
[0151] iii)BTS-5V200A(8CH)200mA上限。
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