[发明专利]使用隔离器制作电极的系统和方法

说明书

公开了一种用于将陶瓷基隔离器提供到电极上的系统和方法。经由将陶瓷基隔离器干式无溶剂施涂到电极，在电极上形成隔离器。电极经由进给机构提供给施涂区域，然后，隔离器层施涂到电极，该电极由粘合剂和不导电的隔离器材料构成，该粘合剂包括热塑性材料和热固性材料中的至少一种，其中隔离器层经由干式分散施涂而施涂到电极上。

相关申请的交叉引用

本申请是于2012年9月14日提交的美国专利申请序列号13/617,162的部分继续申请，其是于2012年5月16日提交的美国临时申请61/647,773的非临时申请，并且要求其优先权，其公开内容以其整体并入本文。

政府在本发明中的权利

美国政府具有本发明的已付许可，并且按照由国防后勤局授予的SP4701-09-D-0049CLIN 0002和HQ0147-140-C-8307的条款规定，在受限情况下有权要求专利所有人就合理条款许可他人。

背景技术

本发明的实施例通常涉及一种用于制作电极的干式无溶剂方法和装置，更具体地，涉及一种用于在电极上形成隔离器层的方法和装置。

典型地，诸如电池、电容器和燃料电池单元之类的电源包含正电极和负电极。依据电源的化学性质，制造方法有所不同。诸如在锂离子工业中使用的那些方法之类的许多方法包括：使用溶剂在湿浆料中混合活性材料、导电材料和粘合剂，以及施涂到衬底上。施涂可以经由刮刀、辊转移涂覆、槽模或挤出进行。

然后，流延电极在烘箱中干燥，同时重新捕获溶剂，以便不允许烟雾逸出到环境中，或者溶剂用作干燥器的补充燃料。该工艺耗时且昂贵。烘箱通常非常大、长、昂贵且占用空间。典型地，溶剂易燃，难以从化学结构中除去，对环境有害，并且在环境和安全方面正确处理的成本高昂。如果期望回收溶剂，则需要捕获、浓缩、清洁和制备溶剂以便重复使用或处置。

一些已知的电源制造方法已经从一个电极上的溶剂浆料移开，但是典型地，仍然在另一个电极上使用基于溶剂的方法。非溶剂方法通常包括：将活性材料、导电材料和粘合剂的混合物压制或挤出到电极中，该电极然后附接到衬底或集电器上。因此，当今的制造技术限制了吞吐量，并且这种电极的成本可能过高。

当干燥后的电极被机械压印时，通过溶剂流延和随后的提取构造的电极典型地表现出对集电器的良好粘附性。溶剂流延和随后的提取的动作使粘合剂和电极结构开口，类似于海绵结构的开口。压印操作将电极结构向下压碎，从而使孔隙率为30％至50％。在用电解质润湿时，这种破碎的海绵状结构松弛并且表现出通常被称为电极膨胀的东西。被称为PVDF-聚偏二氟乙烯或聚偏二氟乙烯(PVDF)的典型的阳极粘合剂是通过偏二氟乙烯的聚合产生的高度非反应性和纯的热塑性含氟聚合物。它是不易在阳极的锂电位下反应的少数几种已知的粘合剂中的一种粘合剂，因此典型地优选作为锂离子电池中的粘合剂。

一些制造商已经尝试开发使用聚四氟乙烯(PTFE)并且使粘合剂原纤化以产生自支撑膜的工艺。然后，该活性材料负载的自支撑膜压制到集电器上以构造电极。PTFE在锂离子阳极电位下不稳定，因此其用途限于阴极粘合剂的锂离子阳极电位。其他制造商已尝试使用水基粘合剂来产生锂电极结构。它们难以彻底干燥电极以防止水分与锂盐反应，从而对所得电池的性能造成不利影响。

因此，锂离子电池的优选制作方法典型地包括：对于至少一个电极，其满足苛刻的性能要求，同时还满足苛刻和严格的寿命要求(通过对基材表现出足够的粘附性)，基于溶剂的方法。然而，由于与处理、回收和最终处置这些对环境有挑战性的溶剂相关联的成本，制造锂离子和其他溶剂基电极的成本可能过高。