连续和半连续生产电化学电池的方法技术

本文描述的实施例一般而言涉及用于连续和/或半连续制造具有半固体电极的电化学电池的系统和方法。在一些实施例中，一种方法可以包括混合活性材料、导电材料和电解质以形成半固体电极材料。该方法还包括在半固态电极材料上抽真空、压缩半固态电极材料以形成电极砖，以及经由分配设备将电极砖的一部分分配到集电器上以形成电极。在一些实施例中，集电器部署在套袋材料上。在一些实施例中，分配设备包括用于顶部边缘控制的顶部刀片和用于侧边缘控制的两个侧板。在一些实施例中，该方法还可以包括将电极传送通过顶部刀片和两个侧板以使电极成形。使电极成形。使电极成形。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】连续和半连续生产电化学电池的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年10月9日提交的标题为“Methods of Continuous and Semi
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Continuous Production of Electrochemical Cells”的美国临时申请No.63/089,957和2020年11月18日提交的标题为“Methods of Continuous and Semi
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Continuous Production of Electrochemical Cells”的美国临时申请No.63/115,293的优先权和权益，其公开内容在此通过引用整体并入本文。

技术介绍

[0003]本文描述的实施例一般而言涉及用于连续和/或半连续地制造具有半固体电极的电化学电池的系统和方法。电池制造方法通常包括用包括活性材料、导电添加剂和溶解或分散在溶剂中的粘合剂的浆料涂覆导电基板(即，集电器)。在将浆料涂覆到金属基板上之后，使浆料干燥(例如，通过蒸发溶剂)并压延至指定厚度。根据构建的电池体系架构，电池电极的制造通常还可以包括材料混合、铸造、压延、干燥、分切和加工(弯曲、轧制等)。因为电极在组装过程中被操纵，并且为了确保导电网络就位，所有部件都例如通过使用粘合剂被压缩成凝聚的组件。但是，粘合剂本身占据空间、会增加加工复杂性，并会阻碍离子和电子导电性。生产具有少量或没有粘合剂的半固体电极可以解决其中的一些问题。但是，在半固体电极的生产过程中会出现几个问题。
[0004]首先，半固体电极的边缘控制可能困难。模板和掩模通常塑造半固体电极的边缘。模板和掩模通常效率低下并且会导致边缘不明确(即，边缘碎裂)。加工过程中可能会因蒸发而损失电解质和/或电解质溶剂，从而导致电池性能低下。电极生产的小批量过程会导致电极中存在各种浓度梯度或缺乏同质性。此外，经由机械手段切割集电器也会导致效率低下，因为必须经常更换磨损的工具。

技术实现思路

[0005]本文描述的实施例一般而言涉及用于连续和/或半连续地制造具有半固体电极的电化学电池的系统和方法。在一些实施例中，一种方法可以包括混合活性材料、导电材料和电解质以形成半固体电极材料。该方法还包括在半固态电极材料上抽真空、压缩半固态电极材料以形成电极砖，以及经由分配设备将电极砖的一部分分配到集电器上以形成电极。在一些实施例中，集电器部署在套袋(pouch)材料上。在一些实施例中，分配设备包括用于厚度控制的顶部刀片和用于侧边缘控制的两个侧板。在一些实施例中，该方法还可以包括将电极传送通过顶部刀片和两个侧板以使电极成形。在一些实施例中，分配设备可以将向下的力施加到套袋上，使得两个侧板与套袋形成密封。
附图说明
[0006]图1是根据实施例的半连续或连续制造半固体电极的方法的示意图。
[0007]图2是根据实施例的用于半连续或连续制造半固体电极的系统的示意图。
[0008]图3是根据实施例的重力干燥器的图示。
[0009]图4是根据实施例的压缩机的图示。
[0010]图5是根据实施例的具有成形设备的筒(cartridge)的图示。
[0011]图6是根据实施例的激光切割设备的图示。
[0012]图7是根据实施例的润湿设备和隧道的图示。
[0013]图8A
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8B是根据实施例的密封设备的图示。
[0014]图9是根据实施例的重力干燥器的图示。
[0015]图10A
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10B是根据实施例的砖成形系统的部件的图示。
[0016]图11A11F是根据实施例的压缩机的图示。
[0017]图12A
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12E是根据实施例的挤出系统的图示。
[0018]图13示出了根据实施例的具有用于组装电化学电池的一组旋转鼓的邻接系统。
[0019]图14A
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14C示出了根据实施例的筒及其各种部件。
[0020]图15是根据实施例的致密化站的图示。
具体实施方式
[0021]本文描述的实施例一般而言涉及用于连续和/或半连续制造具有半固体电极的电化学电池的系统和方法。在一些实施例中，电极砖可以由活性材料、导电材料和电解质形成。在一些实施例中，砖可以相当大，使得超过约100个半固体电极可以由单个电极砖的材料形成。在一些实施例中，砖可以由致密的半固体电极材料形成。致密的半固体电极及其制造方法的示例在2020年1月21日提交的标题为“Apparatuses and Processes for Forming a Semi
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Solid Electrode Having High Active Solids Loading and Electrochemical Cells Including The Same”的美国临时专利公开No.2021/0226192('192出版物)中进行了描述，其全部公开内容在此通过引用并入本文。在一些实施例中，电极砖可以灌注电解质。灌注过程的示例在2017年1月17日提交的标题为“Systems and Methods for Infusion Mixing aSlurry
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Based Electrode”的美国专利No.11,005,087('087专利)中进行了描述，其全部公开内容在此通过引用并入本文。
[0022]在一些实施例中，预处理处理(例如，干燥)可以应用于活性材料和导电材料。在电极砖成形之后，可以将电极砖部署到筒中。在一些实施例中，砖可以具有高度同质性。从筒中，电极砖的一部分被分配到集电器上以形成半固体电极。在一些实施例中，半固体电极然后可以由顶部刀片和侧板两者成形。在一些实施例中，电极可以被溶剂(例如，电解质或电解质溶剂)润湿。在一些实施例中，电极可以是第一电极，并且可以与第二电极邻接，其中间隔件部署在其间以形成电化学电池。在一些实施例中，电化学电池外部的套袋材料可以在单个步骤中密封。其它可能的处理步骤在2019年7月9日提交的标题为“Continuous and Semi
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Continuous Methods of Semi
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Solid Electrode and Battery Manufacturing”的美国专利公开No.2020/0014025('025公开)中进行了描述，其全部公开内容在此通过引用并入本文。如在本说明书中使用的，单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”包括复数指示物，除非上下文另有明确规定。因此，例如，术语“构件”旨在表示单个构件或构件的组合，“材料”旨在表示一种或多种材料或其组合。
[0023]当与“圆柱形”、“线性”和/或其它几何关系结合使用时，术语“基本上”旨在传达这
样定义的结构名义上是圆柱形、线性等。作为一个示例，支撑构件的被描述为“基本上线性”的一部分旨在传达，虽然该部分的线性是期望本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，包括：将活性材料、导电材料和电解质混合以形成半固态电极材料；沿着沿旋转鼓的外边缘部署的第一构件的表面和第二构件的表面传送集电器材料，第一构件和第二构件之间具有间隙；将集电器材料的一部分部署在第一构件和第二构件之间的间隙中；相对于第二构件移动第一构件以至少部分地闭合第一构件和第二构件之间的间隙，使得集电器材料与第一构件的一部分和第二构件的一部分摩擦接合；将半固体电极材料的至少一部分分配到第一构件和第二构件上；以及相对于第二构件移动第一构件以重新形成第一构件和第二构件之间的间隙，使得电极材料的第一分立部分和电极材料的第二分立部分形成在集电器材料的表面上。2.如权利要求1所述的方法，其中该部署是经由旋转鼓内的真空进行的。3.如前述权利要求中的任一项所述的方法，还包括：激光切割电极材料的第一分立部分和电极材料的第二分立部分之间的集电器材料的一部分以形成第一电极和第二电极。4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中第一构件包括在第一构件的与第二构件相邻的边缘上的可变形材料，以防止第二构件相对于第一构件横向滑动。5.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中第一构件相对于第二构件的移动经由耦合到第一构件的凸轮杆来控制。6.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述凸轮杆围绕所述旋转鼓的中心处的静止砧鼓旋转。7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中该分配是近似水平的并且在与集电器材料的移动相切的方向上。8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述旋转鼓是第一旋转鼓，所述方法还包括：沿着第二旋转鼓的构件传送集电器材料；沿着第三旋转鼓的构件传送电极材料的第三分立部分；将电极材料的第一分立部分与电极材料的第三分立部分邻接，其中间隔件材料部署于其间。9.如权利要求8所述的方法，还包括：切割间隔件材料和集电器材料以形成电化学电池。10.如权利要求8所述的方法，还包括：在邻接期间移动第二旋转鼓的构件以适当地对齐电极材料的第一分立部分和电极材料的第三分立部分。11.如权利要求8所述的方法，还包括：将基准点施加到电极材料的第一分立部分的外表面或集电器材料中的至少一个。12.一种方法，包括：使集电器材料围绕部署在旋转鼓的外边缘周围的多个托盘旋转，所述多个托盘包括第一托盘和第二托盘；从旋转鼓内对集电器材料抽真空，以将集电器材料的一部分抽入到第一托盘和第二托
盘之间的间隙中；摩擦接合集电器的位于第一托盘的边缘和第二托盘的边缘之间的部分；将半固态电极材料分配到第一托盘和第二托盘上；以及将第一托盘的边缘与第二托盘的边缘分开以形成电极材料的两个分立部分。13.如权利要求12所述的方法，其中所述集电器材料与所述旋转鼓呈约90度至约180度的紧密贴合。14.如权利要求12或权利要求13所述的方法，其中在所述集电器材料和所述旋转鼓的外边缘之间部署膜。15.如权利要求12
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14中的任一项所述的方法，其中摩擦接合第一集电器的所述部分是经由耦合到第一托盘的第一凸轮杆和耦合到第二托盘的第二凸轮杆的移动。16.如权利要求12
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15中的任一项所述的方法，其中第一托盘和/或第二托盘包括可变形构件以增加第一托盘和第二托盘之间的摩擦力。17.如权利要求16所述的方法，其中所述可变形构件包括O形环。18.如权利要求12
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17中的任一项所述的方法，其中该分配是近似水平的并且在与集电器材料的移动相切的方向上。19.如权利要求12
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【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：二四M技术公司，
类型：发明
国别省市：