用于电化学储能装置的电极的制作方法

1.本公开涉及用于制造在电化学储能装置(例如锂离子电池)中具有特殊用途的电极的系统和方法，并且涉及具有有益性质/性能属性的有利电极。2.
背景技术：
li离子电池通常由阴极、阳极、隔膜和电解质组成。阴极和阳极可以包括涂覆在集流体箔上的复合材料层。复合材料层通常由电化学活性材料以及导电添加剂和粘合剂添加剂组成。在典型的li离子电池中，用于阴极的常见活性材料是锂镍钴锰氧化物(ncm)、锂钴氧化物(lco)和磷酸铁锂(lfp)，而常见的阳极活性材料基于诸如石墨的碳质材料、硅或硅基复合材料。阴极和阳极的集流体材料通常分别是铝和铜。用于制造阴极和阳极的常规电极制造方法称为浆料流延。在浆料流延中，粘合剂添加剂材料与液体配对，使得它们可以结合成均匀的粘合剂/溶剂浆料。之后，将活性材料和导电添加剂混合到浆料中。然后将该浆料沉积在集流体箔上，随后干燥以去除溶剂。制造li离子电池的另一种方法涉及静电喷雾沉积(esd)。已经有文章公开了esd技术在li离子电池的无溶剂复合电极涂层中的应用。无溶剂电极涂层技术是有吸引力的，因为它可以显著降低制造过程中的能量消耗，并且显著降低电池的制造成本。原则上，由于复合电极粉末通过静电喷雾沉积工艺直接沉积在金属集流体上，eds技术允许更简单且更灵活的电极涂层。esd广泛用于金属零件的干粉涂层。对于esd涂层应用，涂层质量和传输效率通常与涂层粉末颗粒的性质直接相关。典型的静电沉积涂覆工艺通常包括将涂层粉末从料斗进料到静电沉积设备，使粉末流化，对流化的粉末颗粒进行静电荷电，并允许荷电颗粒在电场中流动和行进，使得荷电颗粒到达并沉积到接地的导电基底上。用于电池电极制造的无溶剂静电沉积涂层的典型工艺包括以下处理步骤：(a)将电化学活性材料粉末、粘合剂材料粉末和导电材料粉末混合，以形成具有规定化学计量的混合物；(b)将该混合物进料到静电沉积设备中并进行流化；(c)对流化混合物中的颗粒进行静电荷电；(d)使荷电颗粒在电场中流动和行进，使得荷电颗粒到达并沉积在接地的集流体上，以形成沉积层；(e)加热和压缩涂覆的集流体，以形成电极。然后可以将该电极结合到所需的应用环境中，例如，该电极可以用于电池电芯制造。根据沉积层中的活性材料，电极可以是电池的阴极或阳极。尽管到目前为止已经做出了努力，但是仍然需要改进的、具有成本效益的用于电极制造的系统/方法，以及表现出高效性能特性/特征的具有成本效益的电极。根据本文公开的系统/方法和电极实现了这些和其他目的。

背景技术

0、背景

技术实现思路

1、根据本公开的实施方案，提供了一种制造用于电化学储能装置电极的示例性方法。该方法包括由包含一种或多种粘合剂i材料的超细活性颗粒形成团聚体。该方法包括通过将团聚体与一种或多种粘合剂ii材料结合来形成复合颗粒。该方法包括通过静电沉积工艺将复合颗粒沉积到导电基底上以形成涂层。该方法包括使涂层和导电基底致密化以形成电极。

2、在一些实施方案中，超细活性颗粒的平均颗粒尺寸(d50)小于5μm。超细活性颗粒是阴极材料或阳极材料。在一些实施方案中，阴极材料可以选自(i)锂过渡金属氧化物、锂过渡金属硫化物、锂聚阴离子阴极材料、或其组合，所述锂聚阴离子阴极材料包括锂过渡金属磷酸盐、锂过渡金属硅酸盐；或者选自(ii)钠过渡金属氧化物、钠聚阴离子阴极材料、普鲁士蓝类似物阴极材料、或其组合。

3、在一些实施方案中，阳极材料可以选自(i)碳质阳极材料、石墨、si、硅基复合材料、siox、锂合金材料、锂过渡金属氧化物阳极材料、或其组合；或者选自(ii)钠离子插层阳极材料，包括普鲁士蓝类似物阳极和钠金属过渡金属氧化物阳极。

4、在一些实施方案中，一种或多种粘合剂i材料可以选自聚合物材料、导电聚合物材料、聚合物电解质、固态电解质复合材料和碳质材料中的一种或多种。在一些实施方案中，聚合物材料可以选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯丁二烯橡胶粘合剂、羧甲基纤维素粘合剂、聚丙烯酸或其组合。在一些实施方案中，一种或多种粘合剂ii材料可以选自聚合物材料、聚合物电解质、固态电解质复合材料和碳质材料中的一种或多种。在一些实施方案中，一种或多种粘合剂i和一种或多种粘合剂ii材料可以是相同的材料。在一些实施方案中，一种或多种粘合剂i和一种或多种粘合剂ii材料可以是不同的材料。

5、在一些实施方案中，团聚体可以由一种或多种粘合剂i材料和一种或多种添加剂形成。在这样的实施方案中，一种或多种添加剂可以是选自炭黑、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、石墨、金属粉末或其组合的导电材料。在一些实施方案中，复合材料颗粒可以由一种或多种粘合剂ii材料和一种或多种额外的添加剂形成。在这样的实施方案中，一种或多种额外的添加剂可以是选自炭黑、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、石墨、金属粉末或其组合的导电材料。在一些实施方案中，团聚体制剂和复合颗粒制剂中的额外的添加剂可以是相同的。在一些实施方案中，团聚体制剂和复合颗粒制剂中的额外的添加剂可以是不同的。

6、该方法可以包括将电极结合到选自由可再充电锂电池、锂离子电池、可再充电锂硫电池、固态电池、可再充电钠电池和钠离子电池组成的组的组件中。

7、根据本公开的实施方案，提供了由本文讨论的示例性方法形成的示例性电极。

8、根据本公开的实施方案，提供了一种制造包含超细活性材料的复合颗粒的示例性方法。该方法包括将超细活性材料颗粒与一种或多种粘合剂i材料混合以产生团聚体。该方法包括将团聚体与一种或多种粘合剂ii材料混合。

9、在一些实施方案中，该方法可以包括将超细活性材料颗粒与一种或多种粘合剂i材料和一种或多种添加剂混合以产生团聚体。在一些实施方案中，该方法可以包括将团聚体与一种或多种粘合剂ii材料和一种或多种额外的添加剂混合。在一些实施方案中，一种或多种粘合剂i材料作为干粉添加。在一些实施方案中，一种或多种粘合剂i材料作为溶液添加。在一些实施方案中，一种或多种粘合剂i材料作为悬浮液添加。在一些实施方案中，混合在加热的情况下进行。在一些实施方案中，混合在不加热的情况下进行。

10、可以设想实施方案的任何组合和/或排列。其它目的和特征将从下面结合附图的详细描述中变得明显。然而，应当理解，附图仅被设计为示例，而不是对本公开的限制的定义。

技术特征：

1.一种制造用于电化学储能装置的电极的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述超细活性颗粒的平均颗粒尺寸(d50)小于5μm。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述超细活性颗粒是阴极材料或阳极材料。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述阴极材料选自(i)锂过渡金属氧化物、锂过渡金属硫化物、锂聚阴离子阴极材料、或其组合，所述锂聚阴离子阴极材料包括锂过渡金属磷酸盐、锂过渡金属硅酸盐；或者选自(ii)钠过渡金属氧化物、钠聚阴离子阴极材料、普鲁士蓝类似物阴极材料、或其组合。

5.根据权利要求3所述的方法，其中所述阳极材料选自(i)碳质阳极材料、石墨、si、硅基复合材料、siox、锂合金材料、锂过渡金属氧化物阳极材料、或其组合；或者选自(ii)钠离子插层阳极材料，包括普鲁士蓝类似物阳极和钠金属过渡金属氧化物阳极。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种粘合剂i材料选自聚合物材料、导电聚合物材料、聚合物电解质、固态电解质复合材料和碳质材料中的一种或多种。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述聚合物材料选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯丁二烯橡胶粘合剂、羧甲基纤维素粘合剂、聚丙烯酸或其组合。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种粘合剂ii材料选自聚合物材料、聚合物电解质、固态电解质复合材料和碳质材料中的一种或多种。

9.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种粘合剂i和一种或多种粘合剂ii材料是相同的材料。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述一种或多种粘合剂i和一种或多种粘合剂ii材料是不同的材料。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述团聚体由一种或多种粘合剂i材料和一种或多种添加剂形成。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述一种或多种添加剂是选自炭黑、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、石墨、金属粉末或其组合的导电材料。

13.根据权利要求1所述的方法，其中所述复合颗粒由一种或多种粘合剂ii材料和一种或多种额外的添加剂形成。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述一种或多种额外的添加剂是选自炭黑、碳纳米纤维、碳纳米管、石墨烯、石墨、金属粉末或其组合的导电材料。

15.根据权利要求1所述的方法，还包括将电极结合到选自由可再充电锂电池、锂离子电池、可再充电锂硫电池、固态电池、可再充电钠电池和钠离子电池组成的组的组件中。

16.一种通过权利要求1所述的方法形成的电极。

17.一种制造包含超细活性材料的复合颗粒的方法，所述方法包括：

18.根据权利要求17所述的方法，包括在步骤(i)中将超细活性材料颗粒与一种或多种粘合剂i材料和一种或多种添加剂混合以产生团聚体。

19.根据权利要求17所述的方法，包括在步骤(ii)中将团聚体与一种或多种粘合剂ii材料和一种或多种额外的添加剂混合。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或多种粘合剂i材料作为干粉添加。

21.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或多种粘合剂i材料作为溶液添加。

22.根据权利要求17所述的方法，其中所述一种或多种粘合剂i材料作为悬浮液添加。

23.根据权利要求17所述的方法，其中步骤(i)中的混合在加热的情况下进行。

24.根据权利要求17所述的方法，其中步骤(i)中的混合在不加热的情况下进行。

技术总结
提供了一种制造用于电化学储能装置的电极的示例性方法。该方法包括由包含一种或多种粘合剂I材料的超细活性颗粒形成团聚体。该方法包括通过将团聚体与一种或多种粘合剂II材料结合来形成复合颗粒。该方法包括通过静电沉积工艺将复合颗粒沉积到导电基底上以形成涂层。该方法包括使涂层和导电基底致密化以形成电极。

技术研发人员：洁伊·杰·施,欧慕丽·弗莱希尔,布兰登·路德维格
受保护的技术使用者：AM电池公司
技术研发日：
技术公布日：2025/3/16