[发明专利]制作电极、隔膜和电化学能量存储设备的方法

说明书

一种制作具有非均匀微观结构或介观结构的电极的方法，包括：提供含有第一电极材料的第一悬浮液和含有第二电极材料的第二悬浮液；将所述第一和第二悬浮液递送至喷雾装置；操作所述喷雾装置持续一段时间以将所述第一和第二悬浮液喷雾至定位在距离所述喷雾装置一定距离的基底上；和控制到达和/或通过所述喷雾装置的所述第一电极材料和/或所述第二电极材料的所述质量流动速率作为所述时间段的至少一部分的时间函数。

技术领域

本发明涉及制作用于电化学能量存储设备如电池，例如锂离子电池，和超级电容器的电极和/或隔膜(separator)和制作燃料电池膜。

本发明还涉及制作电化学能量存储设备如电池，具体而言锂离子电池，超级电容器和燃料电池。

本发明还涉及用于电化学能量存储设备如电池，例如锂离子电池，和超级电容器的电极和/或隔膜和燃料电池膜。另外，本发明涉及电化学能量存储设备如电池，具体而言锂离子电池，超级电容器和燃料电池。

背景技术

使用料浆浇铸制作电池的电极是已知的。料浆浇铸对于大批量制作(largevolume manufacture)是良好建立的，成熟的，稳定的和自动化的生产方法。料浆浇铸是生产性的和可放大的并能够用于生产阳极和阴极。每年大约三十亿个电池会使用料浆浇铸制作。

料浆浇铸通常包含混合各种组分，例如电化学活性粉末，导电率增强剂(conductivity enhancer)，粘合剂和散逸性(fugitive)载体的步骤，以形成浆料。然后所述浆料沉积至基底(substrate)上。在电池制作中，所述基底包含导电集电体(conductingcurrent collector)，通常是铝或铜的片或箔，其可以提供于辊上或从辊上解绕。所述浆料用刮刀(doctor blade)涂布于所述基底上，以便以基本均匀的厚层料浆覆盖所述基底。然后将浆料干燥。在干燥后，通过辊轧(压延)施加压力来压制所述电极，并增加其密度。然后将隔膜插入三辊研磨器(three-roll mill)中的阳极和阴极之间。然后将所述电极和隔膜封装在具有电解质的受控环境中以产生成品电池。

在锂离子电池的情况下，所述包含于负极中的电化学活性材料通常可以是LiCoO2。所述正极中包含的电化学活性材料通常可以是石墨。含LiCoO2的负极通常需要在干燥室中制作。

通过料浆浇铸制作的电极是单片的(monolithic)。其目的是，并通常具有，从一点到另一点的相同微观结构(microstructure)。通常，它们还具有均匀的孔隙率。所述电极必须具有一些孔隙率以允许在使用中电解质渗透到所述电极，并在所述料浆浇铸制作途径中，这种孔隙率和因此所述电极的总密度通过使用各种其它材料或添加剂如聚合物，例如聚偏二氟乙烯(PVDF)，或通过控制粒径和粒径分布，以及通过辊轧(“延压”)来压制所述电极并由此提高其密度的铸造后施加压力进行控制。如果所述电极不足够致密，每单位质量的电极和每单位面积的电极的能量存储将相对较低；如果电极太致密，电解质将不会对其完全渗透且离子在电解质中的迁移会受到限制，使得所述电极的部分对于离子(能量)存储利用不良。

目前的料浆浇铸制造路线已经进行了工业应用优化，但对于调节(tailor)或设计所述电极的贯穿厚度的微观(micro)或介观(meso)结构提供非常限制性的范围：它本质上在所有地方是相同的。

发明内容

本发明的第一方面提供了制作具有非均匀微观结构或介观结构的电极的方法，包括：

提供含有第一电极材料的第一悬浮液和含有第二电极材料的第二溶液；

将所述第一和第二悬浮液递送至喷雾装置；

操作所述喷雾装置持续一段时间以将所述第一和第二悬浮液喷雾至定位在距离所述喷雾装置一定距离的基底上；和