电池的电极结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及电池的电极结构及其制造方法。一种用于电池的电极结构包括由导电穿孔网制成的中间层，该导电穿孔网具有顶表面、底表面、多个互连的导电区段和在互连的区段中的相邻区段之间的多个穿孔。电极材料的顶层设置在顶表面上，并且电极材料的底层设置在底表面上，使得顶层和底层设置成通过中间层中的穿孔彼此物理接触。一种制造电极结构的方法包括：提供穿孔网层；将电极材料的顶层和底层施加到顶表面和底表面；以及使用热、电磁辐射和对流中的一种或多种固化电极材料的顶层和底层，以产生一层固化电极结构。生一层固化电极结构。生一层固化电极结构。

【技术实现步骤摘要】
电池的电极结构及其制造方法


[0001]引言本公开涉及用于电池的电极结构(诸如阳极和阴极)以及制造电极结构的方法。

技术介绍

[0002]电化学电池具有两个电极，一个被描述为阳极，并且另一个被描述为阴极。阳极是负电极或还原电极，其在电化学反应期间向外部电路释放电子并氧化；而阴极是正电极或氧化电极，其在电链应期间从外部电路获得电子并还原。
[0003]用于制造电极(即阳极或阴极)的通常方法包括在固体金属片材或箔的任一侧上沉积电极材料，有时称为“活性材料”。

技术实现思路

[0004]根据一个实施例，一种用于电池的电极结构包括导电穿孔网的中间层，该导电穿孔网具有顶表面、底表面、多个互连的导电区段和在互连的导电区段中的相邻区段之间的多个穿孔。电极材料的顶层设置在顶表面上，并且电极材料的底层设置在底表面上，其中，顶层和底层设置成通过中间层中的多个穿孔彼此物理接触。
[0005]导电穿孔网可以由钢、不锈钢、铜、铝或钛制成，并且电极材料可以是固化的初始触变性浆料或糊剂。(如本文中所用，“初始触变性”意指在初始未固化或“湿”浆料或糊剂形式中电极材料47是触变性的。然而，注意，在电极材料47已经固化并处于“干”形式(即，不再是“湿”浆料或糊剂)之后，电极材料47可能不再是触变性的。)电极结构可以形成阳极或阴极。如果电极结构形成阳极，则电极材料可以包含石墨、硅、氧化硅、锂化硅和锂化氧化硅中的一种或多种，但是如果电极结构形成阴极，则电极材料可以包含层状过渡金属氧化物、橄榄石和尖晶石中的一种或多种。穿孔网的厚度可以在10和500微米之间，并且如果电极结构形成为阳极，则电极材料的顶层和底层中的每一个的厚度可以在40和200微米之间，并且如果电极结构形成为阴极，则电极材料的顶层和底层中的每一个的厚度可以在100和400微米之间。
[0006]电极材料的顶层和底层可以形成有界形状，并且穿孔网的中间层的至少一部分可以延伸到有界形状之外。备选地，穿孔网的中间层可以不延伸到有界形状之外。在任一种情况下，有界形状可以是大体上平坦的矩形棱柱或大体上平坦的圆盘。
[0007]穿孔网可以是：(i)由在第一方向上延伸的第一组的第一丝和在大体上垂直于第一方向的第二方向上延伸的第二组的第二丝形成的丝网，使得在相应的第一和第二丝彼此交叉的地方形成多个交叉点；(ii)刚才描述的丝网，但其中相应的第一和第二丝在每个交叉点处焊接到彼此；(iii)膨胀金属的网络；(iv)由导电第一材料制成的3D打印网；(v)非导电材料的3D打印网，导电第二材料已电沉积在其上；或(vi)穿孔金属片材。
[0008]根据另一个实施例，电池电极包括：(i)由导电穿孔网制成的中间层，该导电穿孔网具有顶表面、底表面、多个互连的导电区段和在互连的导电区段中的相邻区段之间的多
个穿孔，其中，穿孔网由钢、不锈钢、铜、铝或钛制成；(ii)设置在顶表面上的电极材料的顶层，其中，电极材料是固化的初始触变性浆料或糊剂，如果电池电极形成为阳极，则该浆料或糊剂包含石墨、硅、氧化硅、锂化硅和锂化氧化硅中的一种或多种，或者如果电池电极形成为阴极，则该浆料或糊剂包含层状过渡金属氧化物、橄榄石和尖晶石中的至少一种；以及(iii)设置在底表面上的电极材料的底层。在该构型中，顶层和底层设置成通过中间层中的多个穿孔彼此物理接触。
[0009]根据又一个实施例，一种制造用于电池的电极结构的方法包括：(i)提供一层导电穿孔网，该导电穿孔网具有顶表面、底表面、多个互连的导电区段和在互连的导电区段中的相邻区段之间的多个穿孔；(ii)将电极材料的顶层和底层分别施加到顶表面和底表面，使得顶层和底层通过穿孔网层中的多个穿孔彼此物理接触；以及(iii)使用热、电磁辐射和对流中的一种或多种固化电极材料的顶层和底层，以产生固化电极结构的片材，其中，电磁辐射可以包括红外辐射和紫外辐射中的一种或多种。
[0010]在该方法中，电极材料的顶层和底层通常可以作为单个步骤大体上同时施加。电极材料可以施加到顶表面和底表面中的仅一个以形成相应的顶层或底层，并且电极材料可以穿过穿孔流到顶表面和底表面中的另一个以形成相应的底层或顶层。
[0011]电极材料可以作为浆料或糊剂施加到穿孔网层，该浆料或糊剂通过面向顶表面和底表面中的一者或两者的一个或多个分配器被喷涂或挤出到穿孔网层上，或者通过面向顶表面的第一贴花转移背衬和面向底表面的第二贴花转移背衬转移到穿孔网层上。
[0012]该方法还可以包括在顶表面和底表面中的至少一个上摊布电极材料，以便在顶表面和底表面中的至少一个上实现电极材料的预定厚度。另外，穿孔网层可以设置在水平取向或竖直取向上，以用于施加步骤和固化步骤。该方法还可以包括将固化电极结构的片材切割成预定尺寸的切割片材，或者将固化电极结构的片材卷成圈。
[0013]本专利技术提供下列技术方案。
[0014]技术方案1. 一种用于电池的电极结构，包括：中间层，其由导电穿孔网制成，所述导电穿孔网具有顶表面、底表面、多个互连的导电区段和在所述互连的导电区段中的相邻导电区段之间的多个穿孔；电极材料的顶层，其设置在所述顶表面上；和所述电极材料的底层，其设置在所述底表面上；其中，所述顶层和所述底层设置成通过所述中间层中的所述多个穿孔彼此物理接触。
[0015]技术方案2. 根据技术方案1所述的电极结构，其中，所述导电穿孔网由钢、不锈钢、铜、铝或钛制成。
[0016]技术方案3. 根据技术方案1所述的电极结构，其中，所述电极材料是固化的初始触变性浆料或糊剂。
[0017]技术方案4. 根据技术方案1所述的电极结构，其中，所述电极结构形成阳极或阴极。
[0018]技术方案5. 根据技术方案4所述的电极结构，其中，如果所述电极结构形成阳极，则所述电极材料包含石墨、硅、氧化硅、锂化硅和锂化氧化硅中的至少一种，并且如果所述电极结构形成阴极，则所述电极材料包含层状过渡金属氧化物、橄榄石和尖晶石中的至少
一种。
[0019]技术方案6. 根据技术方案1所述的电极结构，其中，所述电极材料的所述顶层和所述底层形成有界形状，并且所述穿孔网的中间层的至少一部分延伸到所述有界形状之外。
[0020]技术方案7. 根据技术方案6所述的电极结构，其中，所述有界形状是大体上平坦的矩形棱柱和大体上平坦的盘中的一种。
[0021]技术方案8. 根据技术方案1所述的电极结构，其中，所述电极材料的所述顶层和所述底层形成有界形状，并且所述穿孔网的中间层不延伸到所述有界形状之外。
[0022]技术方案9. 根据技术方案1所述的电极结构，其中，所述穿孔网的厚度在10和500微米之间，并且其中，如果所述电极结构形成为阳极，则所述电极材料的顶层和底层中的每一个的厚度在40和200微米之间，并且如果所述电极结构形成为阴极，则所述电极材料的顶层和底层中的每一个的厚度在100和400微米之间。
[0023]技术方案10. 根据技术方案1所述的电极结构，其中，所述穿孔网是下列中的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于电池的电极结构，包括：中间层，其由导电穿孔网制成，所述导电穿孔网具有顶表面、底表面、多个互连的导电区段和在所述互连的导电区段中的相邻导电区段之间的多个穿孔；电极材料的顶层，其设置在所述顶表面上；和所述电极材料的底层，其设置在所述底表面上；其中，所述顶层和所述底层设置成通过所述中间层中的所述多个穿孔彼此物理接触。2.根据权利要求1所述的电极结构，其中，所述导电穿孔网由钢、不锈钢、铜、铝或钛制成。3.根据权利要求1所述的电极结构，其中，所述电极材料是固化的初始触变性浆料或糊剂。4.根据权利要求1所述的电极结构，其中，所述电极结构形成阳极或阴极。5.根据权利要求4所述的电极结构，其中，如果所述电极结构形成阳极，则所述电极材料包含石墨、硅、氧化硅、锂化硅和锂化氧化硅中的至少一种，并且如果所述电极结构形成阴极，则所述电极材料包含层状过渡金属氧化物、橄榄石和尖晶石中的至少一种。6.根据权利要求1所述的电极结构，其中，所述电极材料的所述顶层和所述底层形成有界形状，并且所述穿孔网的中间层的至少一部分延伸到所述有界形状之外。7.根据权利要求6所述的电极结构，其中，所述有界形状是大体上平坦的矩形棱柱和大体上平坦的盘中的一种。8.根据权利要求1所述的电极结构，其中，所述电极材料的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
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：