活性表面上的闪光碳涂层、其制造方法以及包含其的制品技术

本文公开了一种方法，包括将电活性颗粒与碳质材料混合形成包括碳附着颗粒的颗粒混合物；在平行板电极之间或在辊轧机的辊子之间对碳附着颗粒施加脉冲电压；以及通过局部焦耳加热将碳附着颗粒转化为石墨附着颗粒。本文还公开了一种设备，其包括混合装置，该混合装置可操作用于将电活性颗粒与碳质材料混合，以形成包括碳附着颗粒的颗粒混合物；以及用于向颗粒混合物施加脉冲电压的装置；当颗粒混合物位于相对的板电极之间或辊轧机的相对辊子之间时，施加脉冲电压；用于施加脉冲电压的装置将碳附着颗粒转化成石墨附着颗粒。着颗粒转化成石墨附着颗粒。着颗粒转化成石墨附着颗粒。

【技术实现步骤摘要】
活性表面上的闪光碳涂层、其制造方法以及包含其的制品


[0001]本公开涉及活性表面的闪光碳涂层、其制造方法以及包含其的制品。具体地，本公开涉及活性表面的石墨涂层、其制造方法以及包含其的制品。

技术介绍

[0002]在某些类型的阳极中的电活性颗粒的石墨碳保形涂层已被证明能增加单元(例如，电池和电容器)的耐久性和容量保持性。碳涂层(石墨形式)目前是通过化学气相沉积法产生的，其中，有机前驱体在高温下反应并沉积在电活性颗粒的表面上。
[0003]然而，这些目前使用的方法是耗时的，使用高温(高于1500℃)，使用易燃前驱体(并不总是环境友好的)，并且具有可扩展性问题。化学气相沉积过程中使用的高温有时会损坏电活性颗粒。
[0004]因此，期望开发一种新技术，其使用更短的持续时间获得更高的处理量、更安全的前驱体和更大的可扩展性潜力。

技术实现思路

[0005]在一个示例性实施例中，一种方法包括将电活性颗粒与碳质材料混合以形成包括碳附着颗粒的颗粒混合物。碳附着颗粒在平行板电极之间或辊轧机的辊子之间经受脉冲电压。碳附着颗粒通过局部焦耳被加热转化为石墨附着颗粒。
[0006]在另一示例性实施例中，脉冲电压为10至200伏。
[0007]在又一示例性实施例中，脉冲电压具有5至50毫秒的脉冲持续时间。
[0008]在又一示例性实施例中，颗粒混合物还包括溶剂。
[0009]在又一示例性实施例中，平行板电极包括耐高温材料。
[0010]在又一示例性实施例中，耐高温材料是铜、石墨或钨。
[0011]在又一示例性实施例中，石墨附着颗粒包括非晶层和石墨层。
[0012]在又一示例性实施例中，石墨附着颗粒仅包括设置在电活性基底上的石墨层。
[0013]在又一示例性实施例中，在向颗粒混合物施加脉冲电压的同时输送颗粒混合物。
[0014]在又一示例性实施例中，颗粒混合物从混合装置排放到平行板电极。
[0015]在又一示例性实施例中，颗粒混合物从混合装置排放到移动的片材上。
[0016]在又一示例性实施例中，所述移动的片材是集流体。
[0017]在一个实施例中，一种设备包括混合装置，该混合装置可操作为将电活性颗粒与碳质材料混合，形成包括碳附着颗粒的颗粒混合物。用于向颗粒混合物施加脉冲电压的装置位于混合装置的下游。当颗粒混合物位于相对的板电极之间或辊轧机的相对辊子之间时，施加脉冲电压。施加脉冲电压的装置将碳附着颗粒转化为石墨附着颗粒。
[0018]在另一实施例中，平行板电极设置在输送颗粒混合物的导管的相对侧。
[0019]在另一示例性实施例中，当碳附着颗粒转化为石墨附着颗粒时，颗粒混合物处于运动中。
[0020]在另一示例性实施例中，脉冲电压通过辊轧机的相对辊子施加。
[0021]在另一示例性实施例中，所述设备包括一对卷轴，集流体片材在卷轴上展开和卷绕，并且颗粒混合物设置在集流体上。
[0022]在另一示例性实施例中，脉冲电压在10至200伏之间，施加的脉冲持续时间为5至50毫秒。
附图说明
[0023]其他特征、优点和细节仅作为示例出现在以下详细描述中，详细描述参考附图，其中：
[0024]图1是生产石墨附着颗粒的方法的示例性示意图；
[0025]图2是生产包含石墨附着颗粒的电极的方法的示例性示意图；
[0026]图3是石墨附着颗粒的示例性描述；
[0027]图4是生产石墨附着颗粒的连续过程的示例性示意图；
[0028]图5是生产包含石墨附着颗粒的电极的连续过程的示例性示意图。
具体实施方式
[0029]以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或使用。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。
[0030]本文公开了一种制备在电活性表面上包含石墨的涂层的方法。所述电活性表面可以包括电活性颗粒(这里也称为电活性基底)的表面。术语电活性颗粒和电活性基底可互换使用。
[0031]本方法包括将碳质材料施加到电活性基底的表面以形成碳附着颗粒，然后将该颗粒转化为石墨附着颗粒。为了简洁起见，碳附着颗粒或表面在下文中将被称为“碳附着颗粒”。然后将碳附着颗粒置于平行板电极之间，并施加脉冲电压。碳附着颗粒置于平行板电极之间，并与电极接触。碳附着颗粒在被置于电极之间时也相互接触。简而言之，脉冲电压感应出电流，该电流通过导电性从一个电极穿过碳附着颗粒到达相对的电极。电流通过焦耳加热引起温度升高。将碳质涂层瞬间转化为石墨(从而在电活性基底上产生石墨层)的方法有时被称为“闪光石墨烯合成(flash graphene synthesis)”，其基于非常短的时间尺度(毫秒级)的局部焦耳加热。转化后，碳附着颗粒被称为“石墨附着颗粒”。这种方法是有利的，因为它不使用加热炉，并且不使用在其他常规方法中使用的很长时间周期内的极高温度。另一方面，其可以使用多种碳源，并且可以是用于制造其上设置有石墨层的电活性基底的高处理量来源。
[0032]转化成石墨后的涂层(在电活性基底上)除了石墨碳之外还可能含有一些无定形碳。无定形碳与石墨碳的比例可以通过调节电压的大小、碳附着颗粒经受脉冲电压的时间周期、或者兼而调节二者来调节。这个在后面会详细讨论。
[0033]图1和图2是展示闪光石墨烯合成方法的设备100的示例性示意图，其用于在电活性基底上产生石墨层。在图1中，电活性基底被描绘为电活性颗粒104，而在图2中，已经在集流体304(其可随后用作电极)上布置了包含附着有碳质材料的电活性颗粒(碳附着颗粒)的颗粒混合物。碳附着颗粒(来自颗粒混合物)转化为石墨附着颗粒。需要注意的是，在图1和
图2中，颗粒混合物中使用的其它碳质材料，例如溶剂、粘合剂等，在受到脉冲电压时也可以转化为石墨。
[0034]参考图1，设备100包括与平行电极204接触的电压源202。设置有碳质涂层106的电活性颗粒104(碳涂层颗粒)设置在电极204之间。碳附着颗粒可以是干颗粒或湿颗粒混合物的形式(这将在后面详述)。当碳附着颗粒经受脉冲电压(如箭头所示)时，碳质涂层106的部分转化为石墨保形涂层110(以下称为石墨涂层110)，以形成石墨附着颗粒。脉冲电压导致极短时间尺度的局部焦耳加热，以将碳质涂层106转化为石墨涂层110。保形涂层(或称为顺应涂层)是一种保有基底轮廓形状或顺应基底轮廓形状的涂层。在这种特殊情况下，石墨涂层110顺应电活性颗粒104的轮廓(见图1和3)。因此，电活性颗粒104充当在其上设置石墨涂层110的基底。
[0035]参考图2，设备100包括与电极204接触的电压源202。具有含碳涂层306(包括碳附着颗粒)的集流体304放置在电极204之间。含碳涂层306在石墨化之前结合到集流体304上。在其上设置有含碳涂层306的集流体304经受平行板电极204之间的脉冲电压时，碳附着颗粒中的碳质材料转化为石墨。如上所述，颗粒混合物中使本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种方法，包括：将电活性颗粒与碳质材料混合以形成包含碳附着颗粒的颗粒混合物；在平行板电极之间或在辊轧机的辊子之间对碳附着颗粒施加脉冲电压；以及通过局部焦耳加热将碳附着颗粒转化为石墨附着颗粒。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述脉冲电压为10至200伏，并且所述脉冲电压具有5至50毫秒的脉冲持续时间。3.根据权利要求1所述的方法，其中，颗粒混合物还包括溶剂。4.根据权利要求1所述的方法，其中，平行板电极包括耐高温材料，所述耐高温材料是铜、石墨或钨。5.根据权利要求1所述的方法，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：JD凯恩，TE莫伊伦，AC博贝尔，L王，
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：