用于电池活性材料制造应用的高固体百分比浆料的材料喷雾沉积的装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开一种用于在基板上形成电池活性材料的方法及装置。在一个实施例中，一种用于在基板的表面上沉积电池活性材料的装置包括：基板输送系统；材料电喷雾分配器组件，安置在所述基板输送系统上方；及第一加热元件，邻接于所述材料喷雾组件而安置在所述基板输送系统上方。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于电池活性材料制造应用的高固体百分比浆料的材料喷雾沉积的装置专利技术背景专利
本专利技术的实施例大体而言涉及大容量能量储存器件及用于制造大容量能量储存器件的方法及装置。更具体而言，公开用于形成电池活性材料的高固体百分比浆料的材料喷雾沉积的方法及装置。相关技术的描述诸如锂-离子(L1-离子)电池这样的大容量能量储存器件使用于愈来愈多的应用中，包括可携式电子设备、医疗设备、运输、并网大型能量储存、再生能量储存及不断电电源供应器(uninterruptible power supply ；UPS) οL1-离子电池通常包括阳极电极、阴极电极及定位在阳极电极与阴极电极之间的隔片。锂储存在电极中的活性材料中。L1-离子电池的正电极中的活性电极材料通常选自锂过渡金属氧化物:诸如LiMn204、LiCo02、LiFeP04、LiNi02S Ni氧化物、Li氧化物、Μη氧化物及Co氧化物的组合，且包括诸如碳或石墨这样的导电颗粒及黏合剂材料。石墨及介相碳微粒(meso carbon micro bead ；MCMB)通常用作负电极的活性电极材料，所述活性电极材料具有近似10 μ m的平均直径。层夹锂MCMB或石墨粉末分散在聚合黏合剂基质中。用于黏合剂基质的典型聚合物包括聚偏氟乙稀(Polyvinylidene fluoride ;PVDF)、苯乙稀-丁二稀橡胶(Styrene-Butadiene Rubber ;SBR)、竣甲基纤维素(Carboxymethyl cellulose ；CMC)。聚合黏合剂用来将活性材料粉末黏合在一起以避免裂纹形成且防止集电器的表面上的活性材料粉末的崩解，并且用于良好黏着至基板。聚合黏合剂的量可在2重量％至30重量％的范围内。L1-离子电池的隔片通常由诸如聚乙烯炮沫的微孔聚烯烃聚合物制作，且在分开的制造步骤中予以施加。对于大多数能量储存应用而言，能量储存器件的充电时间及容量为重要的参数。另外，此类能量储存器件的大小、重量及/或费用可为显著的限制。用于制造用于能量储存器件的阳极电极及阴极电极的一种方法主要基于将阴极活性材料或阳极活性材料的黏性溶剂基粉末浆料混合物狭缝涂覆至导电集电器上继的以长时间加热以形成干燥铸造片料。需要缓慢的干燥工艺以避免厚涂层中的裂纹，且因此所需的干燥器的长度非常长。在蒸发溶剂的干燥之后的电极的厚度最终由压缩或压延来确定，所述压缩或压延调整最终层的密度及孔隙率。黏性浆料的狭缝涂覆为极其依赖于浆料的调配物、形成及均勾度(homogenat1n)的发展成熟的制造技术。所形成的活性层对干燥工艺的速率及热细节极其敏感。除其它之外，此技术的问题及限制为缓慢且昂贵的干燥部件，所述缓慢且昂贵的干燥部件在每分钟5米至40米的涂覆速度下需要大占地面积(例如，高达70米至90米长)，且需要用于蒸发的挥发性成分的精密收集及再循环系统。这些成分中许多为另外需要精密消除系统的挥发性有机化合物。此外，这些类型的电极的所得电导率亦限制电极的厚度且因此限制电池组电池的能量密度。因此，此项技术中需要用于制造大容量能量储存器件的大批量、成本有效的制造工艺及装置。
技术实现思路
本文所述的实施例包括材料喷雾沉积系统，所述系统至少包括基板输送系统及电极形成溶液分配器。在一个实施例中，一种用于在基板的表面上沉积电池活性材料的装置包括:基板输送系统；材料喷雾组件，安置在所述基板输送系统上方；及第一加热元件，邻接于所述材料喷雾组件而安置在所述基板输送系统上方。 在另一实施例中，所述喷雾沉积为电喷雾。在另一实施例中，一种使用于在基板的表面上沉积电池活性材料的装置中的材料电喷雾组件包括:歧管，其中形成有多个喷嘴；至少一个虚拟喷嘴，形成于在所述歧管中形成的所述多个喷嘴中；及提取板，耦接至所述歧管，其中所述提取板进一步包含形成在所述提取板中的多个孔，所述多个孔与形成在所述歧管中的喷嘴对准。在又一实施例中，一种用于在基板的表面上沉积电池活性材料的方法包括:将来自材料电喷雾分配器组件的电池活性材料沉积至基板上，所述基板安置在基板输送系统中；及通过多个加热器来加热安置在所述基板上的沉积材料，所述多个加热器邻接于所述材料电喷雾分配器组件而安置在所述基板输送系统上方。所述基板可以在所述基板输送系统中连续供应的腹板形式，或为经由所述基板输送系统移动的多个离散基板之一。在另一实施例中，所述嗔嘴的尖端涂覆有疏水性涂层。附图简单说明为了可详细理解本专利技术的上述特征，可参阅实施例获得以上简要概述的本专利技术的更具体描述，其中一些实施例图示于附图中。然而，应注意，附图仅图示本专利技术的典型实施例，且因此不应将附图视为对本专利技术范围的限制，因为本专利技术可允许其它同等有效的实施例。图1A至图1D为根据本专利技术的不同实施例的用于在基板上形成电池活性材料层的材料喷雾沉积系统的装置的示意图；图2A为根据本专利技术的一个实施例用于分配电池活性材料层的安置在图1A至图1D中绘示的材料喷雾沉积系统中的材料喷雾分配器组件的示意图；图2B为根据本专利技术的一个实施例用于分配电池活性材料层的在图2A中绘示的材料喷雾分配器组件的仰视图；图3为根据本专利技术的另一实施例用于在基板上形成电池活性材料层的其中安置有边缘环的材料喷雾分配器组件的示意图；图4为根据本专利技术的另一实施例用于在基板上形成电池活性材料层的其中安装有倾斜喷嘴的材料喷雾分配器组件的示意图；图5为根据本专利技术的另一实施例用于在基板上沉积电池活性材料层的其中安置有倾斜板的材料喷雾分配器组件的示意图；及图6A至图6B为根据本专利技术的另一实施例在用于在基板上形成电池活性材料层的材料喷雾分配器组件中使用的喷嘴的横截面视图。为促进理解，在可能的情况下已使用相同元件符号来指示诸图共享的相同元件。设想在一个实施例中公开的元件可有利地使用于其它实施例而无需赘述。具体描述本文所述的方法及装置包括材料喷雾沉积系统，所述材料喷雾沉积系统至少包括基板输送系统及材料沉积喷雾组件，所述材料沉积喷雾组件安置成邻接基板输送系统。材料喷雾组件包括喷嘴，所述喷嘴经设置来沉积具有良好的中心至边缘厚度一致性、穿过膜厚度的良好的均质性的材料，且能实现快速沉积速率。材料喷雾沉积系统在自高固体含量电极形成溶液来沉积使用于诸如电池活性材料层这样的电极结构的一或多个材料层中尤其有用。图1A至图1D为根据本专利技术的不同实施例用于在基板上沉积电池活性材料层的材料喷雾沉积系统的示意图。设想诸如电极形成溶液的本专利技术的方面适合于在其它喷雾沉积系统中使用。图1A绘示材料喷雾沉积系统100，其中材料电喷雾分配器组件110安置在基板输送系统101上方。基板输送系统101中可安置有一或多个基板102。基板102的顶部界定沉积表面104，所述沉积表面邻接材料电喷雾分配器组件110而传递以使得材料能够喷雾至基板102上。基板102可为衬垫、箔、薄板、膜、带或腹板的形式。例如，基板输送系统101可经设置来同时移动多个离散基板102穿过材料喷雾沉积系统100，或移动腹板形式的单个基板101。在图1A至图1D中绘示的实施例中，基板102可为自具有大体上自约6μηι至约50 μm的范围内的厚度的金属箔制造的带或腹板的形式。在一个实施例中，基板102为腹板形式的铝箔。基板输送系统101包括供应卷筒10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在基板的表面上沉积电池活性材料的装置，所述装置包含：基板输送系统；材料喷雾组件，安置在所述基板输送系统上方；及第一加热元件，邻接于所述材料喷雾组件而安置在所述基板输送系统上方。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡曼·博兰蒂，马亨德拉·C·奥廖拉，阿耶·M·乔希，康妮·P·王，罗伯特·Z·巴克拉克，
申请(专利权)人：应用材料公司，
类型：发明
国别省市：美国;US