具有界面结构的电极制造技术

用于诸如如二次电池之类的装置的电极，该电极可以包括：第一层，具有由粘合剂粘合在一起的多个第一活性颗粒；第二层，具有由粘合剂粘合在一起的多个第二活性颗粒；以及界面层，介于第一层和第二层之间。在一些示例中，界面层可以包括第一颗粒和第二颗粒的相互穿插的部分，使得第一层的基本上离散的指状部与第二层的基本上离散的指状部相互扣紧。

Electrode with interface structure

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】具有界面结构的电极
本公开涉及用于包括复合多孔电极的电化学装置的装置和方法。更具体地，所公开的实施例涉及用于电池的多层电极。
技术介绍
随着对化石燃料的依赖性越来越低，环保能源变得越来越重要。大多数非化石燃料能源，如太阳能、风能等，都需要某种储能组件来最大限度地得到利用。因此，电池技术已成为未来能源生产和分配的一个重要方面。与本公开最相关的是，增大了对二次电池(即可充电电池)的需求。这些类型的电池中使用了电极材料和电解质的各种组合，例如铅酸、镍镉(NiCad)、镍金属氢化物(NiMH)、锂离子(Li离子)和锂离子聚合物(Li离子聚合物)。
技术实现思路
本公开提供了与具有界面结构并且适于与电化学储能装置(例如超级电容器、混合电池电容器和二次电池)一同使用的电极有关的系统、设备和方法。二次电池包括目前商业化的技术(如镍镉、锂离子电池)和发展中的技术(如氟离子、镁离子、钠离子、铝离子)。在一些实施例中，根据本公开的方面的一种电极可以包括：电化学电池电极，其包括集流体基板和层叠在集流体基板上的活性材料复合物，其中，所述活性材料复合物包括：第一层，其包括由第一粘结剂粘合在一起的多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒具有第一平均粒径；第二层，其包括由第二粘结剂粘合在一起的多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒具有第二平均粒径；以及将第一层粘附到第二层的界面层，所述界面层包括第一层和第二层之间的非平面边界，使得第一层和第二层相互穿插，并且所述界面层具有介于第一平均粒径和第二平均粒径之间的第三平均粒径；其中，所述非平面边界包括由第一活性材料颗粒形成的多个基本上离散的第一指状部，所述多个基本上离散的第一指状部与由所述第二活性材料颗粒形成的多个基本上离散的第二指状部相互扣紧，每个第一指状部的长度大于第一平均粒径和第二平均粒径中的较小者的约两倍。在一些实施例中，根据本公开的方面的一种电极可以包括：电化学电池电极，包括集流体基板和层叠在集流体基板上的活性材料复合物，其中，所述活性材料复合物包括：第一层，其包括具有第一粒径分布的多个第一活性材料颗粒；第二层，包括具有第二粒径分布的多个第二活性材料颗粒；以及将第一层粘附到第二层的界面层，所述界面层包括第一层和第二层的非平面的相互穿插的部分，其中，第一层的第一指状部与第二层的第二指状部相互扣紧。在一些实施例中，根据本公开的方面的一种制造电极的方法可以包括：使用狭缝模具涂布头分配器的第一流体狭缝将第一活性材料复合浆料的第一层施加到箔基板上，其中，所述第一活性材料复合浆料包括多个第一活性材料颗粒和第一粘合剂，所述第一活性材料颗粒具有第一平均粒径和第一粘度；以及在所述第一层湿润的情况下，使用所述狭缝模具涂布头分配器的第二狭缝将第二活性材料复合浆料的第二层施加到第一层上，其中，所述第二活性材料复合浆料包括多个第二活性材料颗粒和第二粘合剂，所述第二活性材料颗粒具有第二平均粒径和第二粘度；其中，在第一层和第二层之间形成有互穿边界层。特征、功能和优势可以在本公开的各种实施例中独立实现，或者可以在其他实施例中组合，其更多细节可以参考以下描述和附图。附图说明图1为示例性电化学电池的示意性剖面图。图2为图1的电池的一部分的放大图。图3为根据本公开各方面的示例性电极部分的示意性侧视图。图4为根据本公开各方面的另一示例性电极部分的示意性侧视图。图5为根据本公开各方面的另一示例性电极部分的示意性侧视图。图6为根据本公开各方面的另一示例性电极部分的示意性侧视图。图7为在基本上为平面的边界上具有中间壳层的示例性电极部分的剖面图。图8为根据本教示的具有界面层的示例性电极部分的剖面图。图9为根据本公开各方面的具有互锁指状部的另一示例性电极部分的示意性侧视图。图10为根据本公开各方面的具有互锁指状部的另一示例性电极部分的示意性侧视图。图11为根据本教示的具有带互锁指状部的界面层的示例性电极部分的剖面图。图12为描述根据本公开各方面的用于制造具有界面层的电极的示例性方法的步骤的流程图。图13为适于在图12的方法中使用的装置的示意图。具体实施方式说明在下文中描述了并在相关附图中示出了具有界面层的电极以及相关装置和方法的各个方面和示例。除非另有说明，否则具有本文所描述的界面结构和/或其各种组件的电极可以(但不必须)包含本文中描述、示出和/或并入的结构、组件、功能和/或变型中的至少一个。此外，除非明确地排除，否则结合本教示在本文中描述、示出和/或并入的过程步骤、结构、组件、功能和/或变型可以被包括在其它类似的装置和方法中，包括在所公开的实施例之间可互换。以下对各种示例的描述在本质上仅仅是说明性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。另外，下面描述的示例和实施例提供的优点在本质上是说明性的，并且并非所有示例和实施例都提供相同的优点或相同程度的优点。定义以下定义在本文中适用，除非另有说明。“基本上”是指或多或少地符合由该术语修饰的特定尺寸、范围、形状、概念或其他方面，使得特征或组件不需要完全一致。例如，“基本上呈圆柱形”的对象表示该对象类似于圆柱体，但可能与真实圆柱体存在一个或多个偏差。“包含”、“包括”和“具有”(及其词形变化)可互换使用，表示包括但不一定限于，并且是不旨在排除其他的、未引用的元素或方法步骤的开放式术语。诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语用于区分或识别组中的各个构件等，并不旨在表示连续的或数字上的限制。“耦接”是指永久地或可释放地连接(直接连接或通过中间组件间接连接)。“二次电池”是指可充电电池，例如，一种可以被充电、通过负载放电并且可以多次充电的电池。概述一般而言，本文描述的具有本文描述的界面结构的电极可以包括用于双极装置(例如锂离子电池)中的电极，所述电极包括至少两个具有不同微观结构的区或层。在一些示例中，这些层具有不同的孔隙率、不同的材料化学性质和/或不同的活性材料粒径。在一些示例中，所述电极具有至少一个层，该至少一个层是活性材料化学成分的梯度、粒径的梯度和/或活性材料粒径的多峰分布。如下面进一步描述的，这两个层可以通过界面粘合在一起，界面可以包括两个层之间的非平面过渡区。在一些示例中，所述界面包括较高浓度的粘合剂分子。具有多个区或层的电极可具有低孔隙率和高孔隙率区域，使得与具有同等载荷或厚度的匀质电极相比，整个电极的能量密度增大。通过包括界面，电极可保持功率密度和耐久性(例如，在电极膨胀和收缩期间保持机械完整性)、电子渗透(即电子连接)、离子传导、抗固体电解质界面(SEI)形成和制造成本效益。电极的厚度可以测量为电极附接到的集流体和电极的相对表面之间的距离，该距离垂直于集流体的平面。所述相对表面(也称为上表面)可以基本上为平面。当电极包含在电池中时，电极的上表面可与隔膜、凝胶电解质或固体电解质配合。在一些示例中，包括本公开的界面的电极的厚度可以在2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电极，包括：/n电化学电池电极，包括集流体基板和层叠在所述集流体基板上的活性材料复合物，其中，所述活性材料复合物包括：/n第一层，包括由第一粘合剂粘合在一起的多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒具有第一平均粒径；/n第二层，包括由第二粘合剂粘合在一起的多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒具有第二平均粒径；以及/n界面层，所述界面层将所述第一层附接到所述第二层，所述界面层包括所述第一层和所述第二层之间的非平面边界，使得所述第一层和所述第二层相互穿插，并且所述界面层具有介于所述第一平均粒径和所述第二平均粒径之间的第三平均粒径；/n其中，所述非平面边界包括由所述第一活性材料颗粒形成的多个基本上离散的第一指状部，所述多个基本上离散的第一指状部与由所述第二活性材料颗粒形成的多个基本上离散的第二指状部相互扣紧，每个所述第一指状部的长度大于所述第一平均粒径和所述第二平均粒径中的较小者的约两倍。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20170728 US 15/663,524;20180424 US 15/961,0321.一种电极，包括：
电化学电池电极，包括集流体基板和层叠在所述集流体基板上的活性材料复合物，其中，所述活性材料复合物包括：
第一层，包括由第一粘合剂粘合在一起的多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒具有第一平均粒径；
第二层，包括由第二粘合剂粘合在一起的多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒具有第二平均粒径；以及
界面层，所述界面层将所述第一层附接到所述第二层，所述界面层包括所述第一层和所述第二层之间的非平面边界，使得所述第一层和所述第二层相互穿插，并且所述界面层具有介于所述第一平均粒径和所述第二平均粒径之间的第三平均粒径；
其中，所述非平面边界包括由所述第一活性材料颗粒形成的多个基本上离散的第一指状部，所述多个基本上离散的第一指状部与由所述第二活性材料颗粒形成的多个基本上离散的第二指状部相互扣紧，每个所述第一指状部的长度大于所述第一平均粒径和所述第二平均粒径中的较小者的约两倍。


2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述第一层具有与所述集流体基板直接接触的第一面，所述第二层具有与隔膜直接接触的第二面。


3.根据权利要求1所述的电极，其中，所述界面层包括多个流体通道，所述多个流体通道至少部分由所述第一活性材料颗粒和所述第二活性材料颗粒限定。


4.根据权利要求3所述的电极，其中，所述多个流体通道由多个导电添加剂颗粒进一步限定。


5.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电化学电池电极为阳极，且所述第一活性材料颗粒包括碳。


6.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电化学电池电极为阴极，且所述第一活性材料颗粒包括含镍氧化物。


7.一种电极，包括：
电化学电池电极，包括集流体基板和层叠在所述集流体基板上的活性材料复合物，其中，所述活性材料复合物包括：
第一层，包括具有第一粒径分布的多个第一活性材料颗粒；
第二层，包括具有第二粒径分布的多个第二活性材料颗粒；以及
界面层，所述界面层将所述第一层附接到所述第二层的界面层，所述界面层包括所述第一层和所述第二层的非平面的相互穿插的部分，其中，所述第一层的第一指状部与所述第二层的第二指状部相互扣紧。


8.根据权利要求7所述的电极，其中，每个所述第一指状部的长度大于约两微米。


9.根据权利要求7所述的电极，...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢尔·威廉·施罗德，艾德里安·姚，尼兰·辛格，
申请(专利权)人：美商映能量公司，
类型：发明
国别省市：美国;US