用于能量储存和能量转换装置的热喷涂电极的制造方法制造方法及图纸

一种制造电极的方法以及所得的制品，所述方法包括用添加物涂覆活性物质原料，该添加物可防止所述原料在热喷涂时发生热分解，再将该经涂覆的原料热喷涂至电极基体上，在基体上形成涂层，从而制得电极。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
,由其制得的能量储存和能量转换装置的热喷涂电极及 ...的制作方法
本专利技术涉及用化学和热喷涂技术制造用在能量储存和能量转换器件上的多孔电极。本专利技术特别涉及用热喷涂技术制造氧化物及非氧化物薄膜电极。本制造工艺是采用连续性生产，适用于大批量电极生产。能量储存装置(如电池和超高容量电容器等)和能量转换器件(如燃料电池和温差电池等)均需要电极，而电极的储能、转换和/或释放过程均需要活性的物质。不论是用于电子及通讯设备上的小电池，还是用于自动车辆和不间断电源上的大电池，每年花费在一次性及二次电池方面的费用都有几十亿美元以上。许多工业上现行的包含活性物质的电极制造工艺都是间断式的，小批量的，劳动密集型的手工操作。因此，迫切需要开发出连续批量生产电池的新型生产工艺，以降低用于能量储存和能量转换装置电极的生产成本。尤其需要有效的制造薄膜电极(例如10密尔或小于10密尔)的方法，传统的压片技术对没有基体支撑的而直径又超过2英寸的圆片电极，已不再适用。薄膜电极是用不同的工艺制造的，诸如喷雾热解和化学气相沉积法(CVD)。喷雾热解是应用于制备含有金属氧化物的薄膜。在喷雾热解时，使具有适当摩尔比的前体溶液通过带正电的喷嘴，喷涂在带负电且有发热元件以控制其温度的基体上。其喷嘴喷出的液滴主要由于静电力作用而迁移到热的基体上，于是就在基体表面及附近因受热而发生热解。这种工艺已应用于含有LiCoO2，LiMn2O4及经氧化钇稳定化的氧化锆(YSZ)的电极制造上。薄膜电极过去也用化学气相沉积法(CVD)及相应工艺制造。一种典型的CVD方法就是在真空舱内将前体气化并引发其反应，然后使反应产物沉积于基体表面上。曾用传统的CVD方法制造出含MoS2的电极，也曾用激光做基体热源和反应引发器通过激光CVD制造ZrO2-TiO2-Y2O3薄膜电极及用等离子CVD制造TiS2的薄膜电极。薄膜电极还可用溶胶凝胶法(CeO2-TiO2电极)和电化学方法(无定形MnO2电极)及分子束沉积法(γ-In2Se3)等制造。但以上各方法大部分(如果不是全部)都只能进行小批量电极生产，不适用于低成本大批量的连续生产。最近，姆佛托(Muffoletto)等人曾用热喷涂方法生产电极，他们的美国专利申请5,716,422在此引用参考，即是用不同热喷涂方法使电化学活性物质沉积在基体上而制成薄膜电极。适当的喷涂技术，有化学燃烧喷雾法(例如粉末火焰喷雾法)，电加热喷雾法(例如等离子喷涂)。姆佛托等人选用的电化学活性物质有金属、金属氧化物，混合金属氧化物，金属硫化物和含碳化合物及其混合物。他们特别指明了氧化铜，氧化钴，氧化铬，硫化铁及二硫化铁等的应用。热喷涂方法的一个主要缺点是由某些电化学活性物质(尤其是二硫化铁，即黄铁矿)的热不稳定性引起的。由于二硫化铁的受热不稳定，它在温度为550℃时，就会分解成硫化亚铁(FeS)，它远低于等离子喷涂火焰的温度，虽然有些众所周知的技术，可提供较低的火焰温度，但该火焰的氧化性(因火焰是由丙烯和氧组成)使它不能应用在二硫化铁的喷涂上。因此需要一种新的工艺，它能用热喷涂及某些较好的电化学活性物质，但能避免该电化学活性物质的热分解。更重要的，我们需要一种热喷涂工艺，它能喷涂纳米结构的电化学活性物质。以上所描述的现有技术的缺陷与问题，可由本专利技术克服或改良，本专利技术的方法是通过用活性物质原料的热喷涂来制造用于贮能装置和能量转换器件的多孔电极。利用水溶液中的化学合成法在低温(小于90℃)下，可方便地制造出活性物质的原料。本专利技术一个方面，是在热喷涂之前，该活性物质经再加工，使颗粒表面均匀地涂上一层硫。这样的硫涂层，在喷涂时，可防止活性物质发生热分解。这种喷涂工艺，可用于各种活性物质原料，且能连续生产。本专利技术的另一方面，是活性物质的原料包括纳米结构材料，在热喷涂后所得到的是具有纳米结构活性材料的电极。本专利技术以上所述的和其它特征与优点，在了解以下更详细陈述及附图说明以后，会更清楚。附图是本专利技术带涂层电极1的示意图，其中2是涂覆有活性物质原料3的基体。本专利技术通过活性物质原料的热喷涂来制造多孔电极。用于热喷涂的活性物质原料可用低温(＜90℃)水溶液中的化学合成法生产。如此能制造低成本的电极，不论是厚或薄膜均可生产。本专利技术适用于以传统化学物质，或以纳米结构的化学物质做为喷涂原料来制造电极。本专利技术的独特优点，是经过再加工的活性物质颗粒能涂上一层一种或几种添加物，籍此以抑止在热喷涂时的热分解现象。活性物质原料是从几种材料选择出来的，它包括金属，金属氧化物，混合金属氧化物，金属硫化物，含碳材料及其混合物，例如氢氧化镍和二氧化锰。更理想的活性物质原料有金属硫化物，特别是二硫化钴，二硫化铝，及二硫化钨(WS2)，当然更适合的活性物质原料是二硫化铁。过去对二硫化铁的薄膜曾有专家研究过。如姆佛托等人就曾指出用二硫化铁做为活性物质的喷涂原料通过热喷涂而沉积在基体上。G.皮民塔(G.Pimenta)等也曾用硫化氢一活性铁(H2S-Reactive Iron)制备二硫化铁，也曾有人用化学气相传输(chemicalvapor transportation)铁的氧化物的硫化来制备二硫化铁和二硫化铁薄膜。另外也有人用电沉积铁薄膜，氩气氛和反应性气氛下的离子溅射(Argon andreactive sputering)，丝网印刷法(Screen Printing Process)及化学气相沉积(CVD)等方法制备过二硫化铁薄膜。至于传统及微米级的二硫化铁，也曾用水溶法制造过。在高温下，二硫化铁不稳定，温度高达550℃时，就会分解为硫化亚铁(FeS)。等离子喷涂的火焰温度远高于二硫化铁的分解温度，如用高速氧焰法(HVOF)，虽然其火焰温度较低，但它的火焰具有氧化性(火焰中含有丙烯和氧)，不可能用在二硫化铁喷涂上。基于此，必须要采取适当措施，以防止二硫化铁的热分解。至少有二种方法可避免二硫化铁的分解。第一，改变喷涂条件，以降低火焰的温度。但在实际操作时，只是将火焰温度降低，并不能充分防止二硫化铁的分解。因此，为防止二硫化铁分解，除降温控制外，还需要第二个办法，或用该方法代替降温，即用一种或多种添加剂将喷枪火焰中的二硫化铁颗粒包盖住，添加剂可用玉米淀粉和硫黄。以硫黄为更好。包覆步骤包括混合一定数量添加物，以有效地防止活性原料的热分解。将所述组合物用通常的混合方法，使每一成分都均匀地弥散。球磨就是常用的有效混合法。如有必要，组合物还需进一步干燥处理。除去活性物质原料的表面水分，代之以含有添加物的涂层。因选择的添加物具有相对较高的熔点和沸点。包盖的添加剂，使活性物质原料的加热缓慢，防止了热分解。除此以外，这种经过再处理的粉末，其流动性也大大改善，同时，这种粉末，也能在非真空情况下储存。为说明起见，只有一个添加物做为代表性例子，但这并不是限定本专利技术的范围，这个添加物就是单质硫粉末，硫的熔点为120℃，沸点为440℃，二者均较二硫化铁的分解温度为低。经以上再处理步骤，二硫化铁颗粒的表面，已被硫包盖住，而硫并非好的导热体，因此这个涂层就减缓了二硫化铁粉末的加热，此涂层耗费了大量能量，而使固态硫转换为液相及气相。本专利技术另一优点，是将涂敷硫的二硫化铁粉末加热到550℃时，就会产生下述分解反应当本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造电极的方法，该方法包括用添加物涂覆活性物质原料，所述的添加物在热喷涂过程中能防止原料的热分解；再用该经涂覆的原料在电极基体上进行热喷涂；从而在基体上形成涂层而制得电极。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：叶辉，C斯特罗克，肖东三，PR施特鲁特，DE赖斯纳，
申请(专利权)人：美国南诺考尔股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]