具有镍梯度的多层阴极制造技术

提供了一种具有镍梯度的多层阴极，其包括具有含镍过渡金属氧化物的两个或多个层。第一层可被设置为直接接触集流体，并且可包括具有相对较高化学计量镍百分比的活性材料颗粒。第二层可被直接设置在第一层和分隔体之间，并且可包括具有相对较低化学计量镍百分比的活性材料颗粒。在一些示例中，包括在阴极中的活性材料颗粒可具有定制的结晶度。材料颗粒可具有定制的结晶度。材料颗粒可具有定制的结晶度。

【技术实现步骤摘要】
具有镍梯度的多层阴极


[0001]本公开涉及用于电化学电池的电极的系统和方法。更具体地，所公开的实施方案涉及阴极。

技术介绍

[0002]随着越来越不期望对化石燃料的依赖，环境友好的能源变得越来越重要。诸如太阳能、风能等的大多数非化石燃料能源都需要某种储能部件以最大限度地发挥作用。因此，电池技术已经成为未来能量生产和分配的重要方面。与本公开最相关的是，对二次(即，可充电)电池的需求已在增加。在这些类型的电池中使用了电极材料和电解质的多种组合，例如铅酸、镍镉(nickel cadmium，NiCad)，镍金属氢化物(nickel metal hydride，NiMH)、镍锰钴氧化物(NMC)、镍钴铝氧化物(NCA)、锂离子(Li-ion)和锂离子聚合物(Li-ion聚合物)。

技术实现思路

[0003]本公开提供了与具有镍梯度的多层阴极有关的系统、装置和方法。
[0004]在一些实施方案中，用于电化学电池的阴极可包括：集流体(current collector)；第一活性材料层，所述第一活性材料层设置在所述集流体上、与所述集流体接触并包括多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒具有第一化学计量镍百分比；第二活性材料层，所述第二活性材料层设置在所述第一活性材料层上、与所述第一活性材料层接触并包括多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒具有第二化学计量镍百分比；和电解质，所述电解质遍及所述第一活性材料层和所述第二活性材料层设置；其中，所述第一化学计量镍百分比大于所述第二化学计量镍百分比，以使得所述第二活性材料层配置为对所述电解质的反应性小于所述第一活性材料层。
[0005]在一些实施方案中，电化学电池可包括：阳极和阴极，所述阴极包括：集流体；第一活性材料层，所述第一活性材料层设置在所述集流体上、与所述集流体接触并包括多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒具有第一化学计量镍百分比；第二活性材料层，所述第二活性材料层设置在所述第一活性材料层上、与所述第一活性材料层接触并包括多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒具有第二化学计量镍百分比；和电解质，所述电解质遍及所述第一活性材料层和所述第二活性材料层设置；其中，所述第一化学计量镍百分比大于所述第二化学计量镍百分比，以使得所述第二活性材料层配置为对所述电解质的反应性小于所述第一活性材料层。
[0006]在一些实施方案中，用于电化学电池的阴极可包括：集流体；第一活性材料复合物，所述第一活性材料复合物设置在所述集流体上、与所述集流体接触并包括多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒具有第一化学计量镍百分比；第二活性材料复合物，所述第二活性材料复合物设置在所述第一活性材料复合物上、与所述第一活性材料复合物接触并包括多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒具有第二化学计量镍百分比；分隔层，所述分隔层设置在所述第二活性材料复合物上并与所述第二活性材料复合物接触；
和电解质，所述电解质遍及所述第一活性材料复合物和所述第二活性材料复合物设置；其中，所述第一化学计量镍百分比大于所述第二化学计量镍百分比，以使得所述第二活性材料复合物配置为对所述电解质的反应性小于所述第一活性材料复合物。
[0007]各特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方案中独立地实现，或者可以在另一些实施方案中组合，其更多细节可以参考以下描述和附图来看到。
附图说明
[0008]图1是说明性电化学电池的示意性截面图。
[0009]图2是具有镍梯度的说明性阴极的截面图。
[0010]图3是包括在图2中的说明性阴极内的互联(interlocking)区域的截面图。
[0011]图4是描绘根据本公开多个方面的用于制造阴极的说明性方法的步骤的流程图。
[0012]图5是根据本公开多个方面的经受压延工艺的说明性电极的截面图。
[0013]图6是适于制造本公开的阴极和电化学电池的说明性制造系统的示意图。
具体实施方式
[0014]具有镍梯度的多层阴极的多个方面和示例以及相关方法在下文中进行描述并在相关附图中示出。除非另有说明，否则根据本教导的多层阴极和/或其多个部件可包含本文描述、示出和/或结合的结构、部件、功能和/或变型中的至少一个。此外，除非明确地排除，否则结合本教导而在本文中描述、示出和/或结合的工艺步骤、结构、部件、功能和/或变型可被包括在其他类似的装置和方法中，包括在所公开的实施方案之间可互换。以下多个示例的描述本质上仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。另外，以下描述的示例和实施方案提供的优点本质上是说明性的，并且并非所有示例和实施方案都提供相同的优点或相同程度的优点。
[0015]该具体实施方式包括紧接的以下章节：(1)定义；(2)概述；(3)示例、部件和替选方案；(4)优点、特征和益处；以及(5)结论。该示例、部件和替选方案部分进一步分为子章节A至子章节F，每个子章节均已相应标记。
[0016]定义
[0017]除非另外指出，否则以下定义在本文中适用。
[0018]“包括”、“包含”和“具有”可互换使用，以表示包括但不必限于此，并且是开放式的术语，并不旨在排除其他未叙述的要素或方法步骤。
[0019]诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语用于区分或识别组中的多个成员，并不旨在示出序列或序号限制。
[0020]“AKA”表示“也称为”，并且可以用于指示一个或多个给定要素的别称或对应术语。
[0021]应该相对于包括集流体和分隔体(current collector)的阴极来理解诸如“顶部”和“底部”之类的术语，其中阴极以使得集流体在阴极主体下方的方式取向。因此，“顶部”是指阴极最接近分隔体的部分，而“底部”是指阴极最接近集流体的部分。
[0022]在方法的上下文中，“提供”可以包括接收、获得、购买、制造、生成、处理、预处理和/或类似操作，以使得所提供的物体或材料处于可用于另一些待执行步骤的状态和配置。
[0023]“NCA”是指具有镍、钴和铝作为其主要过渡金属元素的过渡金属氧化物。
[0024]“NMC”是指具有镍、锰和钴作为其主要过渡金属元素的过渡金属氧化物。
[0025]“单晶(Single crystal)”材料是在材料颗粒的整个主体内在原子结构中具有长程有序性(long-range order)的单晶颗粒。相比之下，“多晶(polycrystalline)”材料颗粒包括多个单晶“晶粒”，每个晶粒的大小约为1μm或更小，它们共同构成了包括在晶粒之间具有“晶粒边界”的颗粒。
[0026]“高镍含量阴极”是化学计量镍百分比大于或等于80％的阴极。相比之下，“低镍含量阴极”是化学计量镍百分比小于70％的阴极。
[0027]概述
[0028]大体上，根据本教导的阴极可包括：第一层，其包括第一活性材料复合物；和第二层，其包括第二活性材料复合物。阴极可以夹在第一集流体和分隔体之间，第一层与第一集流体本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电化学电池的阴极，所述阴极包括：集流体；第一活性材料层，所述第一活性材料层设置在所述集流体上、与所述集流体接触并包括多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒包括具有第一化学计量镍百分比的第一含镍过渡金属氧化物；第二活性材料层，所述第二活性材料层设置在所述第一活性材料层上、与所述第一活性材料层接触并包括多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒包括具有第二化学计量镍百分比的第二含镍过渡金属氧化物；和电解质，所述电解质遍及所述第一活性材料层和所述第二活性材料层设置；其中所述第一化学计量镍百分比大于所述第二化学计量镍百分比，其中所述第一化学计量镍百分比大于或等于80％，并且其中所述第二化学计量镍百分比小于70％，以使得所述第二活性材料层配置为对所述电解质的反应性小于所述第一活性材料层。2.根据权利要求1所述的阴极，其中，所述第二化学计量镍百分比为30％至70％。3.根据权利要求2所述的阴极，其中，所述第一化学计量镍百分比为80％至95％。4.根据权利要求1所述的阴极，其中，所述第二活性材料颗粒包括单晶材料。5.根据权利要求4所述的阴极，其中，所述第一活性材料颗粒包括多晶材料。6.根据权利要求1所述的阴极，其中，所述第一活性材料颗粒包含镍-锰-钴。7.根据权利要求6所述的阴极，其中，所述第二活性材料颗粒包含镍-锰-钴。8.一种电化学电池，所述电化学电池包括：阳极；和阴极，所述阴极包括：集流体；第一活性材料层，所述第一活性材料层设置在所述集流体上、与所述集流体接触并包括多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒包括具有第一化学计量镍百分比的第一含镍过渡金属氧化物；第二活性材料层，所述第二活性材料层设置在所述第一活性材料层上、与所述第一活性材料层接触并包括多个第二活性材料颗粒，所述第二活性材料颗粒包括具有第二化学计量镍百分比的第二含镍过渡金属氧化物；和电解质，所述电解质遍及所述第一活性材料层和所述第二活性材料层设置；其中所述第一化学计量镍百分比大于所述第二化学计量镍百分比，其中所述第一化学计量镍百分比大于或等于80％，并且其中所述第二化学计量镍百分...

【专利技术属性】
技术研发人员：马尤雷什，
申请(专利权)人：美商映能量公司，
类型：发明
国别省市：