锂离子二次电池电极及其形成方法技术

锂离子二次电池电极及其形成方法，包括将粘合剂和活性颗粒组合以便形成混合物，用混合物给表面涂覆以便形成被涂覆的物体，沿第一平面平移被涂覆的物体，切割第一多个碳纤维以便形成第二多个碳纤维，每个该第一多个碳纤维具有第一平均长度，每个该第二多个碳纤维具有纵向轴线和小于第一平均长度的第二平均长度，将第二多个碳纤维插入混合物层，以使至少部分第二多个碳纤维的每一个的纵向轴线不平行于第一平面，以便形成预形成件，其中第二多个碳纤维形成沿三个维度设置在混合物层中的桁架结构，并加热预形成件以便形成电极。还披露了电极。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术大致涉及锂离子二次电池的电极及形成电极的方法。
技术介绍
电池被用于将化学能量转换为电能，并可被描述为原电池和二次电池。原电池通常不可再充电，而二次电池很容易被再充电并可在使用后重新充满电。因此，二次电池可被用于例如供电电子设备、工具、机器和车辆的应用。例如，用于车辆应用的二次电池可经由电出口在车辆外部再充电或经由再生事件在车辆上再充电。一种二次电池，锂离子二次电池，可包括负电极或阳极，正电极或阴极，和设置在正电极和负电极之间的电解液。负电极可由能够在锂离子二次电池的充电和放电期间包含和释放锂离子的材料形成。更特别地，在电池的充电期间，锂离子可从正电极移动到负电极并嵌入材料。相反地，在电池放电期间，锂离子可从材料中释放并从负电极移动到正电极。 由于锂离子包含进负电极的材料并从其中释放，材料的体积可能变化。
技术实现思路
一种形成锂离子二次电池的电极的方法包括将粘合剂和多个活性颗粒组合以便形成混合物；和用混合物涂覆基板的表面以便形成被涂覆的物体。被涂覆的物体包括基板和由混合物形成并设置在该表面上的混合物层。该方法还包括沿第一平面平移被涂覆的物体；和切割第一多个碳纤维以便形成第二多个碳纤维。第一多个碳纤维每一个具有第一平均长度，并且第二多个碳纤维每一个具有纵向轴线和小于第一平均长度的第二平均长度。另外，该方法包括将第二多个碳纤维插入混合物层，以使第二多个碳纤维中至少一部分的每一个的纵向轴线不平行于第一平面，以便形成预形成件，其中第二多个碳纤维形成沿三个维度设置在混合物层中的桁架结构。该方法还包括加热预形成件以便形成设置在所述表面上的固化混合物层，并从而形成锂离子二次电池的所述电极。在一个实施例中，该方法包括将粘合剂和多个活性颗粒组合以便形成混合物，并用混合物涂覆基板的表面以便形成被涂覆的物体。被涂覆的物体包括基板和由混合物形成并设置在该表面上的混合物层。方法还包括使被涂覆的物体沿平行于第一平面设置的第一传送带平移，和使由第一多个碳纤维形成的碳纤维织物沿第二传送带平移到可旋转的切碎滚筒，其中第二传送带平行于第二平面设置，该第二平面与第一平面分隔开且大致平行。该方法进一步包括用可旋转的切碎滚筒切割碳纤维织物，以便形成第二多个碳纤维，其中第一多个碳纤维每一个具有第一平均长度，并且第二多个碳纤维每一个具有纵向轴线和小于第一平均长度的第二平均长度。进一步地，该方法包括将第二多个碳纤维插入混合物层，以使第二多个碳纤维中至少一部分的每一个的纵向轴线不平行于第一平面，以便形成预形成件，其中第二多个碳纤维形成沿三个维度设置在混合物层中的桁架结构。此外，方法包括，与插入操作同时地以沿三个维度的随机方位在混合物层中设置第二多个碳纤维，以使第二多个碳纤维的相邻碳纤维的各个纵向轴线相交，以便形成桁架结构。方法还包括与插入和设置操作同时地将第二多个碳纤维以一体积装填分数装填入混合物层，所述体积装填分数小于或等于100份体积的混合物层中含大约40份体积的第二多个碳纤维。该方法还包括加热预形成件，以及与加热同时地，在混合物层内散置第二多个碳纤维和多个活性颗粒，以使多个活性颗粒在混合物层内接触第二多个碳纤维，以便从而形成锂离子二次电池的电极。一种锂离子二次电池的电极包括具有表面的基板，以及被设置在所述表面上的固化混合物层。该固化混合物层被设置用于在锂离子二次电池充电至被锂化状态期间引入多个锂离子，以及在锂离子二次电池放电至未被锂化状态期间释放多个锂离子。所述固化混合物层包括粘合剂和涂覆有所述粘合剂的多个碳纤维。所述多个碳纤维每一个具有纵向轴线和平均长度。此外，所述多个碳纤维中至少一部分的每一个的所述纵向轴线不平行于所述表面，以使所述多个碳纤维形成沿三个维度设置在所述固化混合物层中的桁架结构。该固化混合物层还包括基本均匀地分布在所述桁架结构中的多个活性颗粒。每个所述多个活性颗粒可在锂离子二次电池放电至未被锂化状态期间释放多个锂离子时的第一体积和锂离子二次电池充电至被锂化状态期间引入多个锂离子时的第二体积之间膨胀。在下文结合附图进行的对实施本专利技术的较佳模式做出的详尽描述中能容易地理 解本专利技术的上述特征和优点以及其他的特征和优点。附图说明图I是锂离子二次电池的电极的示意透视图；图2是图I的电极沿线2-2取截面的横截面示意图；图3是图I和2的电极的放大部分在未被锂化状态下的示意透视图；图4是图3的电极的放大部分在被锂化状态下的示意透视图；图5是形成图1-4的电极的方法的示意图；以及图6是切割用于形成图1-4的电极的第一多个碳纤维的方法的示意图。具体实施例方式参考附图，其中相同的附图标记表示相同的元件，图I大致示出了锂离子二次电池12的电极10。电极10可用于需要具有优良的导电性、机械完整性、比能容(specificenergy capacity)、性能和工作寿命的锂离子二次电池12的应用。因此，电极10可用于多种需要锂离子二次电池12的应用，例如但不限于电子设备、工具、机器和车辆。例如，电极10可用于电动车辆或混合动力电动车辆的锂离子二次电池12。但是，应理解电极10还可用于非汽车应用，例如但不限于家庭和工业电源工具和电子设备。参考图1，为了大致说明，大致以14示出了用于汽车应用的锂二次电池模块。锂离子二次电池模块14可用于汽车应用，例如用于插电式混合动力电动车辆(PHEV)。进一步地，多个电池模块14可被组合以便形成锂离子二次电池组16，如图I所示。通过例子，锂离子二次电池模块14可具有足够的尺寸以便提供用于为混合动力电动车辆(HEV)、电动车辆(EV)、插电式混合动力电动车辆(PHEV)等供电的必要电压，例如大约300至400伏或更大，取决于所需的应用。再次参考图I，锂离子二次电池模块14包括相邻定位并相互分隔的多个锂离子二次电池12。进一步地，每个锂离子二次电池12可具有多个电极10、100，例如正电极100或阴极和负电极10或阳极。在此描述的电极10、100可以是锂离子二次电池12的正电极100或负电极10，取决于锂离子二次电池12所需的构造和应用。但是，为了方便和简单地说明，以下说明锂离子二次电池12的负电极10。锂离子二次电池12可适合于堆叠。即，锂离子二次电池12可由可热封的可挠箔片形成，该箔片被密封以便封入间隔件(未示出)和电极10、100的至少一部分。因此，可堆叠任何数量的锂离子二次电池12或以其他方式使其彼此相邻地放置以便形成单元电池堆，即锂离子二次电池模块14。进一步地，尽管图I中未示出，附加层(例如但不限于框架和/或冷却层)还可被定位在各个的锂离子二次电池12之间的空间中。可预期锂离子二次电池12的实际数量随每个锂二次电池模块14的所需输出电压而变化。同样地，相互连接的二次电池模块14的数量可变化，以便产生用于特定应用的必要的总输出 电压。在工作期间，化学氧化还原反应可在相对负电势的区域和相对正电势的区域之间传递电子，从而循环(即，充电和放电)锂离子二次电池12和锂离子二次电池组16，以便为电力应用提供电压。具体地，多个锂离子(大致以图4中的标记18表示)可在锂离子二次电池12的充电和放电期间在正电极100和负电极10之间传递，如下详细所述。在此参考图2，锂离子二次电池12 (图I)的电极10包括具有表面本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种形成锂离子二次电池的电极的方法，该方法包括：将粘合剂和多个活性颗粒组合以便形成混合物；用混合物对基板的表面进行涂覆以便形成被涂覆的物体，其中被涂覆的物体包括基板和由混合物形成并设置在该表面上的混合物层；沿第一平面平移被涂覆的物体；切割第一多个碳纤维以便形成第二多个碳纤维，其中第一多个碳纤维每一个具有第一平均长度，并且第二多个碳纤维每一个具有纵向轴线和小于第一平均长度的第二平均长度；将第二多个碳纤维插入混合物层，以使第二多个碳纤维中至少一部分的每一个的纵向轴线不平行于第一平面，以便形成预形成件，其中第二多个碳纤维形成沿三个维度设置在混合物层中的桁架结构；以及加热预形成件以便形成设置在所述表面上的固化混合物层，并从而形成锂离子二次电池的所述电极。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：X肖，AT蒂蒙斯，SJ哈里斯，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：