本申请涉及通过图案层压的阳极制造、由此制造的阳极和并入这样的阳极的电化学装置。通过将金属箔层压到集电器上并产生包含金属箔的阳极活性材料贴片来形成用于电化学装置的阳极的方法，阳极活性材料贴片由贴片间区域彼此隔开，其中每个贴片间区域提供用于形成成品阳极的一个或更多个电接线片的位置。该方法还可以包括在将金属箔层压至集电器之前将导电涂层贴片施加至集电器，其中每个导电涂层贴片对应于阳极活性材料贴片中的一个。在一些实施方案中，导电涂层贴片可以有助于形成阳极活性材料贴片和/或可以改进使用由阳极活性材料贴片制造的阳极而制造的电化学装置的循环性能。还公开了包含施加于集电器的阳极活性材料和导电涂层的阳极。导电涂层的阳极。导电涂层的阳极。
【技术实现步骤摘要】
通过图案层压的阳极制造、由此制造的阳极和并入这样的阳极的电化学装置
[0001]相关申请数据
[0002]本申请要求2021年4月2日提交且题目为“ANODE FABRICATION BY PATTERN LAMINATION,ANODES MADE THEREBY,AND SECONDARY BATTERIES INCORPORATING SUCH ANODES”的美国临时专利申请序列号63/170,207的优先权的权益，该美国临时专利申请通过引用以其整体并入本文。
[0003]领域
[0004]本公开内容总体上涉及电化学装置的领域。具体地，本公开内容涉及通过图案层压的阳极制造、由此制造的阳极和并入这样的阳极的电化学装置。
[0005]背景
[0006]可再充电锂金属电池或二次锂金属电池提供高于目前锂离子电池的体积能量密度和重量能量密度。与包含由嵌入材料诸如石墨形成的阳极(负极)的锂离子电池不同，在典型的二次锂金属电池中，锂箔(阳极活性材料)被层压至铜箔(集电器)的两侧以形成常规的锂
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铜
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锂(Li/Cu/Li)阳极结构。然而，锂是软且粘的，并且通过常规的辊磨工艺难以生产具有超过120mm宽度的超薄(<50μm厚)锂箔。该宽度限制因此限制了可以使用层压技术构建的阳极和电池的尺寸。
[0007]图1A和图1B图示了使用卷对卷工艺(roll
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to
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roll process)12生产常规Li/Cu/Li阳极(由虚线区域10表示)的常规方法，该卷对卷工艺包括在铜箔网状物16的两侧上连续层压超薄锂箔带14A和14B以形成网状阳极前体18。铜箔网状物16的宽度Ww通常比锂箔的宽度Wf宽，并且层压的结构通常具有沿着铜箔网状物的至少一个边缘的裸铜区域16A。裸铜区域16A被提供用于形成电接线片(electrical tab)10A，以使得能够与Li/Cu/Li阳极10电接触，当Li/Cu/Li阳极被组装成电化学电池的堆叠“果冻卷”时，从网状阳极前体18冲压出所述Li/Cu/Li阳极10。在没有电接线片10A的情况下，将难以将堆叠的果冻卷中的多层Li/Cu/Li阳极10连接到成品电化学电池中的外部电引线(未示出)。如上文提及的，由于锂的物理性质，当使用期望的超薄锂箔时，锂箔网状物16的宽度Wf被限制在约120mm，并且这限制了使用常规的卷对卷层压技术可以制造的Li/Cu/Li阳极诸如图1A和图1B的Li/Cu/Li阳极10的尺寸，这对应地严重限制了用超薄锂金属阳极制造的锂金属电化学电池(未示出)例如可以二次锂金属电池组电池的尺寸。反过来，这种限制阻碍了锂金属二次电池用于需要高容量电池用于实际操作的应用的发展，该应用诸如电动汽车以及其他。
[0008]公开内容概述
[0009]在实施方式中，本公开内容涉及一种形成用于一个或更多个电化学装置的阳极的方法，其中阳极中的每一个具有电接线片。该方法包括提供集电器网状物；在集电器网状物的第一侧上将金属箔层压到集电器网状物，作为彼此隔开的多个阳极活性材料贴片，以便提供网状阳极前体，该网状阳极前体包括阳极活性材料贴片和不包含金属箔的贴片间区域；以及由网状阳极前体形成阳极，使得每个阳极由对应的阳极活性材料贴片形成，并且对应的电接线片由贴片间区域中的一个形成，其中形成阳极包括将阳极与网状阳极前体分
离。
[0010]附图简述
[0011]出于说明本公开内容的方面的目的，附图图示了本公开内容的一种或更多种实施方案的特点和/或特性。然而，应该理解，本公开内容不限于附图中所示的精确布置和手段，其中：
[0012]图1A是常规的卷对卷层压工艺中常规网状阳极前体的一部分的平面视图，图示了在从网状阳极前体冲压出Li/Cu/Li阳极之前的Li/Cu/Li阳极；
[0013]图1B是在从网状阳极前体冲压出阳极之前，如沿着图1A的线1B
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1B截取的常规Li/Cu/Li网状阳极前体的放大的大截面视图；
[0014]图2是图示了本公开内容的示例性阳极形成层压方法的流程图；
[0015]图3A是可以使用图2的方法制造的示例性网状阳极前体和从其中移除的示例性阳极的局部平面视图，其中网状阳极前体被示出为处于不同的加工阶段，从施加任选的导电涂层贴片，到层压阳极活性材料贴片，到从网状阳极前体中移除阳极；
[0016]图3B是如沿着图3A的线3B
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3B截取的图3A的示例性阳极的放大的大截面视图；
[0017]图4是实施图2的示例性阳极形成层压方法的示例性卷对卷层压工艺的高水平示意图；
[0018]图5A至图5E是不同网状阳极前体的部分的平面视图，其图示了网状阳极前体上的阳极区域和阳极活性材料贴片(和导电涂层贴片，如果使用)的替代布置的实例；
[0019]图6是放电容量相对于循环寿命的图，该图比较了使用和不使用本公开内容的导电涂层制成的示例性Li/Cu/Li阳极的循环寿命性能；和
[0020]图7是使用根据本公开内容制造的多个阳极制造的电化学电池的高水平截面视图。
[0021]详细描述
[0022]在一些方面，本公开内容涉及使用某些层压技术形成用于一个或更多个电化学装置的阳极的方法。可以受益于本公开内容的阳极形成层压方法的电化学装置的实例包括基于金属的二次电池和超级电容器以及其他。在本上下文中，“基于金属的”意指所讨论的电化学装置具有一个或更多个阳极，每个阳极包括作为阳极活性材料的至少一个金属层。可以用于金属层的金属的实例包括但不限于锂、钠、钾、镁和铝，或包含这样的金属的合金以及其他。如下文讨论的，在一些实施方案中，本公开内容的阳极形成层压方法允许金属阳极，特别是碱金属阳极，诸如锂金属阳极，被制造成比使用相同阳极活性金属制造的常规层压阳极更大的尺寸。将这种更大的尺寸转化为例如更高容量的二次电池，其克服了常规二次电池的局限性。如本领域技术人员将容易理解的，本文公开的层压技术可以是成本有效的，并且制造的成本是用于制造高能量需求应用诸如电动车辆所需的大容量二次电池的特别重要的参数。
[0023]在一些方面，本公开内容涉及包括集电器、在集电器的一侧或两侧上的金属阳极活性层以及位于集电器和每个金属阳极活性层之间的导电涂层(electrically conductive coating)(或简称为“导电涂层(conductive coating)”)的阳极。在一些实施方案中，导电涂层是基于导电碳的涂层，其可以包括一种或更多种形式的导电碳、粘合剂和任选地一种或更多种金属的颗粒。在其他实施方案中，导电涂层可以仅包括一种或更多种
金属的颗粒和粘合剂。在一些实施方案中，导电涂层改进了碱金属层到集电器的固定。例如，本领域技术人员将理解，在常规生产的层压阳极中，施加至铜集电器的锂金属层不总是很好地结合到铜集电器上，这导致它们在处理期间从铜集电器分层。使用本公开内容的导电涂层可以防止这种分层。当锂金属层在循本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种形成用于一种或更多种电化学装置的阳极的方法，其中所述阳极中的每一个具有电接线片，所述方法包括：提供集电器网状物；在所述集电器网状物的第一侧上，将金属箔层压到集电器网状物上作为彼此隔开的多个阳极活性材料贴片，以便提供网状阳极前体，所述网状阳极前体包括所述阳极活性材料贴片和不包含所述金属箔的贴片间区域；和由所述网状阳极前体形成所述阳极，使得每个阳极由对应的阳极活性材料贴片形成，并且对应的电接线片由所述贴片间区域中的一个形成，其中形成所述阳极包括将所述阳极与所述网状阳极前体分离。2.根据权利要求1所述的方法，还包括，在将所述金属箔固定至所述集电器网状物之前，在所述金属箔将被固定到所述集电器网状物的每个位置处施加导电涂层，并且不在每个贴片间区域施加导电涂层，以便形成对应于所述阳极活性材料贴片中的相应的一个的导电涂层贴片。3.根据权利要求2所述的方法，其中所述导电涂层包括导电颗粒和粘合剂。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述导电颗粒包括导电碳颗粒。5.根据权利要求4所述的方法，其中所述粘合剂选自由以下组成的组：聚偏二氟乙烯、聚偏二氟乙烯
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六氟丙烯、羧甲基纤维素、苯乙烯
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丁二烯橡胶及其任何混合物。6.根据权利要求2所述的方法，其中所述导电涂层基本上由粘合剂和导电碳颗粒组成，所述导电碳颗粒的量为所述导电涂层的约70wt.％至约90wt.％。7.根据权利要求2所述的方法，其中施加所述导电涂层包括施加所述导电涂层以便具有约0.1μm至约5μm的固化厚度。8.根据权利要求2所述的方法，其中施加所述导电涂层包括施加所述导电涂层以便具有约0.5μm至约2μm的固化厚度。9.根据权利要求2所述的方法，其中施加所述导电涂层包括施加所述导电涂层以便具有约1μm的固化厚度。10.根据权利要求2所述的方法，还包括在将所述金属箔固定到所述集电器网状物之前，使用所述导电涂层贴片将所述金属箔的片材与所述导电涂层贴片对齐。11.根据权利要求10所述的方法，其中使用所述导电涂层贴片将所述碱金属箔的片材与所述导电涂层贴片对齐包括使用光学检测器来检测所述导电涂层贴片中的每一个的边缘。12.根据权利要求2所述的方法，其中每个导电涂层贴片具有大小和形状，并且所述对应的阳极活性材料贴片与所述导电涂层贴片对准，并且具有与所述导电涂层贴片的大小和形状基本上相同的大小和形状。13.根据权利要求1所述的方法，其中所述集电器网状物具有宽度和长度，并且所述阳极活性材料贴片沿着集电器网状物...
【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：麻省固能控股有限公司，
类型：发明
国别省市：
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