使用多孔集电器的电极涂层制造技术

本公开的各个方面包括具有空间变化的孔隙率的电极涂层以及通过使用多孔集电器形成该电极涂层的方法。一种示例性方法可以包括形成具有块体材料和多个空隙的多孔集电器。多孔集电器可以用具有活性电极材料的电极涂层涂覆、浸渍或浸透。多孔集电器和电极涂层可以在压延过程中被压缩以限定电极膜。多孔集电器中多个空隙的分布在压延过程中提供了不同压延压力的区域。不同压延压力的区域导致所得电极膜中具有较高和较低孔隙率的区域。换句话说，电极膜具有空间变化的孔隙率。电极膜具有空间变化的孔隙率。电极膜具有空间变化的孔隙率。

【技术实现步骤摘要】
使用多孔集电器的电极涂层


[0001]本专利技术涉及电池制造，尤其涉及具有空间变化的孔隙率的电极涂层及其通过使用多孔集电器形成电极涂层的方法。

技术介绍

[0002]电极广泛用于一系列储存电能的装置中，包括一次(不可充电)电池、二次(可充电)电池、燃料电池和电容器。理想的电极需要平衡各种电能存储特性，例如能量密度、功率密度、最大充电速率、内部漏电流、等效串联电阻(ESR)、充放电循环耐久性、高电导率和低弯曲度。电极通常包含集电器，以补充或改善这些电能储存特性。例如，可以添加集电器以提供更高的比电导，并且可以增加可用的接触面积以最小化电极和其端子之间的界面接触电阻。
[0003]集电器通常是附着有活性电极材料的导电材料片。铝箔通常用作电极的集电器。例如，在一些电极制造过程中，使用粘合层将包括活性碳粉末(即活性电极材料)的薄膜附着到薄铝箔上。为了提高活性电极材料膜和集电器之间的界面结合的质量，在压力层压机，例如压延机中加工膜和集电器的组合。这一过程通常被称为压延。因此，电极的制造通常包括生产活性电极材料膜并将该膜层压到集电器上。

技术实现思路

[0004]本文描述的技术方法包括制造和设计具有空间变化孔隙率的电极涂层。在一个示例性实施例中，电极膜包括具有块体材料和多个空隙的多孔集电器。电极膜可以进一步包括具有活性电极材料的电极涂层。多孔集电器和电极涂层可以在压延过程中压缩在一起，以限定电极膜。在一些实施例中，电极膜包括空间变化的孔隙率(例如，较低孔隙率的区域和较高孔隙率的区域)。
[0005]在一些实施例中，电极涂层在压延之前填充多个空隙。在一个示例性实施例中，多孔集电器中多个空隙的分布在压延过程中引入了不同压延压力的区域。在一些实施例中，压延过程中的较高压力区域对应于电极膜中的较低孔隙率区域，压延过程中的较低压力区域对应于电极膜中的较高孔隙率区域。
[0006]在另一个示例性实施例中，多孔集电器包括具有相等尺寸和分布空隙的网状结构。在其他示例性实施例中，多孔集电器包括具有三维支柱和孔网络的泡沫结构。在其他实施例中，多孔集电器中的多个空隙还包括激光图案化的切口。在一些实施例中，激光图案化切口具有相同的形状，而在其他实施例中，第一激光图案化切口由第一形状制成，第二激光图案化切口由不同于第一形状的第二形状制成。
[0007]本公开的方面包括一种用于形成具有空间变化的孔隙率的电极涂层的方法。一种示例性方法可以包括形成具有块体材料和多个空隙的多孔集电器。多孔集电器可以用具有活性电极材料的电极涂层涂覆、浸渍或浸透。多孔集电器和电极涂层可以在压延过程中被压缩以限定电极膜。多孔集电器中多个空隙的分布在压延过程中提供了不同压延压力的区
域。不同压延压力的区域导致在最终的电极膜中具有较高和较低孔隙率的区域。换句话说，电极膜具有空间变化的孔隙率。
[0008]当结合附图时，从以下详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
[0009]其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下详细描述中，详细描述参考了附图。
[0010]图1A
‑
1D示出了使用根据一个或多个实施例的多孔集电器产生具有空间变化的孔隙率的电极涂层或膜的顺序。
[0011]图1A描绘了以具有多个空隙的网状结构制造的多孔集电器。
[0012]图1B描绘了涂覆过程，由此将电极涂层施加到图1A的多孔集电器上。
[0013]图1C描述了压延工艺，其中图1B的电极涂层和多孔集电器在两个或多个相对设置的辊之间被压缩。
[0014]图1D描绘了压延后的电极涂层。
[0015]图2示出了根据一个或多个实施例的由多孔集电器形成的电极涂层的横截面的高分辨率成像数据。
[0016]图3A
‑
3C示出了使用根据一个或多个实施例的多孔集电器产生具有空间变化的孔隙率的电极涂层或膜的顺序。
[0017]图3A描绘了在3D泡沫结构中制造的多孔集电器。
[0018]图3B描绘了浆料涂覆工艺，由此将电极浆料涂覆到图3A的多孔集电器上。
[0019]图3C描绘了压延后的电极涂层。
[0020]图4A
‑
4C示出了使用根据一个或多个实施例的多孔集电器产生具有空间变化的孔隙率的电极涂层或膜的顺序。
[0021]图4A描绘了通过使用激光构图装置产生定制的切口而制造的多孔集电器。
[0022]图4B描绘了浆料涂覆工艺，由此将电极浆料涂覆到图4A的多孔集电器上。
[0023]图4C描绘了压延后的电极涂层。
[0024]图5是根据一个或多个实施例的流程图。
具体实施方式
[0025]以下描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部件和特征。此外，术语“示例性的”在这里用于表示“用作例子、实例或说明”这里描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被解释为优于或优于其他实施例或设计。术语“至少一个”和“一个或多个”被理解为包括大于或等于一的任何整数，即一、二、三、四等。术语“多个”被理解为包括大于或等于2的任何整数，即2、3、4、5等。术语“连接”可以包括间接“连接”和直接“连接”。
[0026]如本文所示和所述，将呈现本公开的各种特征。尽管在一般意义上可以使用类似的附图标记，但是将描述各种实施例，并且各种特征可以包括改变、变更、修改等。如本领域技术人员将理解的，无论是明确描述的还是本领域技术人员将理解的
[0027]电极通常包含集电器，以补充或改善最终集成器件(例如电池)的电能存储特性。集电器通常包括一片导电材料(例如铝箔)，活性电极材料附着于其上。为了提高活性电极材料膜和集电器之间的界面结合质量，在压力层压机中处理膜和集电器的组合。因此，电极的制造通常包括生产活性电极材料膜并将该膜层压到集电器上(所谓的压延工艺)。
[0028]压延通常可以定义为干燥电极的压缩(后者通常由电极浆料的涂覆和干燥产生),以降低其孔隙率，改善颗粒接触，并提高其能量或功率密度。传统的压延工艺已经被用于通过在电极中提供例如更高的电导率、更大的接触面积和更低的接触电阻来改进电池技术的各个方面。然而，在优化压延工艺方面存在一些挑战。一个这样的挑战是平衡提供高效离子传输所需的高电导率(要求低的膜孔隙率)和低弯曲度(要求高的膜孔隙率)之间的内在权衡。
[0029]当前的压延工艺不太适合解决这个基本的折衷，因为当使用常规压延时，最终电极膜的孔隙率没有空间变化。典型的工艺采用具有相对高孔隙率的涂层，并将其压缩成具有降低孔隙率的涂层。这通常是用高压辊来完成的，高压辊可以改变压力、辊间距和辊温度。最终的涂层更致密、更光滑、更薄。此外，压延后孔隙率明显均匀。不幸的是，虽然这种类型的电极压缩可以改善几种电极性能，例如能量或功率密度，但是这种相同的过程对于其他关键的电极性能是有害的，例如电解质相的有效电导率。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电极膜，包括:多孔集电器，包括块体材料和多个空隙；和包含活性电极材料的电极涂层；其中多孔集电器和电极涂层在压延过程中被压缩在一起以限定电极膜；其中电极膜包括空间变化的孔隙率。2.根据权利要求1所述的电极膜，其中电极涂层填充多个空隙。3.根据权利要求1所述的电极膜，其中空间变化的孔隙率包括较低孔隙率区域和较高孔隙率区域。4.根据权利要求3所述的电极膜，其中多孔集电器中多个空隙的分布在压延过程中引入不同压延压力的区域。5.根据权利要求4所述的电极膜，其中压延过程中的高压区对应于电极膜中的低孔隙率区，压延过...

【专利技术属性】
技术研发人员：S徐，RC塞科尔，J刘，ED休米勒，NP埃里什，D布鲁德，
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：