用激光在幅材中刻划电极结构群组的方法技术

公开了一种在幅材(104)中刻划电极结构群组的方法。该幅材(104)具有幅材纵向方向、幅材横向方向、电化学活性层和导电层。该方法包括至少在幅材横向方向上用激光束(302)激光机加工幅材(104)，以在幅材(104)中刻划出电极结构群组的成员，而不使刻划出的成员从所述幅材(104)上释放，并在幅材(104)中形成对齐特征结构，该对齐特征结构适于在幅材(104)中定位电极结构群组的每个刻划出的成员。极结构群组的每个刻划出的成员。极结构群组的每个刻划出的成员。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用激光在幅材中刻划电极结构群组的方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2020年9月22日提交的美国临时专利申请号63/081,686和2020年9月18日提交的美国临时专利申请号63/080,345的优先权。参考2019年8月6日提交的美国专利申请号16/533,082、2020年5月11日提交的美国专利申请号16/763,078、2017年11月15日提交的美国临时专利申请号62/586,737和2018年8月6日提交的美国临时专利申请号62/715,233。这些申请中的每一者的全部内容通过引用结合到本文中。


[0003]本公开的领域总体涉及能量存储技术，如电池技术。更具体地，本公开的领域涉及用于生产能量存储系统的系统和方法，该能量存储系统例如用于电池(包括锂基电池)的电极。

技术介绍

[0004]锂基二次电池因其相对较高的能量密度、功率和保存期而成为理想的能源。锂二次电池的例子包括非水电池，例如锂离子和锂聚合物电池。
[0005]已知的能量储存装置如电池、燃料电池和电化学电容器通常具有二维层状结构，例如平面层压结构或螺旋缠绕(即果冻卷)层压结构，其中每个层压材料的表面积约等于其几何占地面积(忽略孔隙率和表面粗糙度)。
[0006]图1示出了总体以10标记的已知层状二次电池的剖视图。电池10包括与正极20接触的正极集电器15。负极25通过分隔层30与正极20间隔开。负极25与负极集电器35接触。如图1所示，电池10以叠层形式形成。该叠层有时在负极集电器35上方覆盖有另一分隔层(未示出)，然后该叠层被卷成卷并放入罐(未示出)中以组装电池10。在充电过程中，载流子离子(通常为锂)离开正极20，并穿过分隔层30进入负极25。取决于所使用的阳极材料，载流子离子或者嵌入(例如，位于负极25材料的基质中而不形成合金)或者与负极25材料形成合金。在放电过程中，载流子离子离开负极25，并穿过分隔层30返回到正极20中。
[0007]与层状二次电池相比，三维二次电池可提供更高的容量和寿命。然而，这种三维二次电池的生产提出了制造和成本挑战。迄今为止，所使用的精密制造技术可以生产出具有改进的循环寿命的二次电池，但这是以生产率和制造成本为代价的。然而，当已知的制造技术加速时，会导致电池的缺陷数量增加、容量损失和寿命缩短。
[0008]在摇椅式电池组电池中，二次电池的正极和负极均包含载流子离子(如锂)嵌入其中和自其提取的材料。当电池放电时，载流子离子从负极中被提取出来并嵌入正极中。当电池充电时，载流子离子从正极中被提取出来并嵌入到负极中。
[0009]硅因其高比容量而成为替代碳质材料作为阳极的有前途的候选材料。例如，由LiC6形成的石墨阳极可具有约370毫安时每克(mAh/g)的比容量，而由Li
15
Si4形成的晶体硅阳极可具有约3600mAh/g的比容量，是石墨阳极的近10倍。然而，硅阳极的使用受到限制，这是由于当Li载流子离子嵌入硅阳极时，硅的体积变化很大(例如，300％)。这种体积增加以
及与充电和放电循环相关的破裂和粉碎限制了硅阳极在实践中的使用。此外，由于硅阳极的初始库仑效率(ICE)差，导致在使用硅阳极的二次电池的初始形成过程中容量损失，因此硅阳极的使用受到限制。
[0010]因此，希望改善使用硅基阳极的二次电池的性能，更具体地说，希望减轻硅阳极因ICE差而出现的问题。

技术实现思路

[0011]在一个实施例中，公开了一种用于在幅材中刻划电极结构群组的方法。该幅材具有幅材纵向方向、幅材横向方向、电化学活性层和导电层。该方法包括：至少在幅材横向方向上对幅材进行激光机加工，以在幅材中刻划出电极结构群组的成员，而不从幅材释放刻划出的成员；以及在幅材中形成对齐特征结构，该对齐特征结构适于在该幅材中定位电极结构群组的每个刻划出的成员。
[0012]在另一实施例中，公开了另一种用于在幅材中刻划电极结构群组的方法。该幅材具有幅材纵向方向、幅材横向方向、电化学活性层和导电层。该方法包括将幅材进给到切削站，并且在该切削站处至少沿幅材横向方向对幅材进行切削，以在幅材中刻划出电极结构群组的成员，而不从幅材释放刻划出的成员。该方法还包括在幅材中切削出对齐特征结构，该对齐特征结构适于在该幅材中定位电极结构群组的每个刻划出的成员。
[0013]在另一实施例中，公开了另一种在幅材中刻划电极结构群组的方法。该幅材具有幅材纵向方向、幅材横向方向、电化学活性层和导电层。该方法包括将幅材进给到激光切削系统、使用激光切削系统在幅材中切削出对齐特征结构、以及使用至少一个对齐特征结构建立幅材的一位置。该方法还包括基于所建立的位置在幅材上执行切削动作和烧蚀动作中的至少一者。
[0014]在另一实施例中，公开了一种包括电化学活性层和导电层的幅材。该幅材具有刻划出的电极结构群组，刻划出的电极结构群组的每个电极结构通过幅材中的幅材横向切口与相邻的电极结构间隔开。该幅材还包括适合于在幅材中定位电极结构群组的每个刻划出的电极结构的对齐特征结构。
[0015]在另一实施例中，幅材具有刻划出的分隔结构群组。刻划出的分隔件群组中的每个分隔件通过幅材上的幅材横向切口与相邻分隔件间隔开。该幅材还包括对齐特征结构，该对齐特征结构适于在幅材中定位分隔件群组的每个刻划出的分隔件。
附图说明
[0016]图1为现有层状电池的剖视图。
[0017]图2为根据本公开的电极制造系统的一个合适实施例的示意图。
[0018]图3为根据本公开的激光系统的一个合适实施例的放大示意图。
[0019]图4为根据本公开的切削压力通风系统的一个合适实施例的等轴测视图。
[0020]图5是通过本公开的电极制造系统加工后形成电极的示例性基础材料幅材的俯视图。
[0021]图6为其上形成有电极图案的示例性基础材料幅材的俯视图。
[0022]图6A是基础材料幅材的作为示例性负极的部分的透视图。
[0023]图6B是基础材料幅材的作为示例性正极的部分的透视图。
[0024]图7为基础材料幅材的在其上形成示例性电极图案的部分的放大俯视图。
[0025]图8是通过本公开的电极制造系统加工后，形成包含电极图案的电极材料幅材的基础材料的等轴测视图。
[0026]图8A为图8中电极材料幅材的一部分的俯视图。
[0027]图9为本公开的电极制造系统的重绕辊的一个合适实施例的等轴测视图。
[0028]图10是本公开的刷拭站的一个合适实施例的俯视图。
[0029]图11为图10所示示例性刷拭站的侧视图。
[0030]图12为根据本公开的检查站的一个合适实施例的等轴测视图。
[0031]图13为根据本公开的一个合适实施例的吸盘的俯视图。
[0032]图14为根据本公开的叠层布置结构的示意图。
[0033]图15为根据本公开的多层电极叠层的剖视图。
[0034]图16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】1.一种用于在幅材中刻划电极结构群组的方法，该幅材包括具有相对的正面和背面的导电层以及在所述正面上、在所述背面上或在所述正面和所述背面两者上的电化学活性材料层，该幅材具有幅材纵向方向和幅材横向方向，所述幅材纵向方向和所述幅材横向方向彼此正交，该方法包括：在沿所述幅材纵向方向、沿所述幅材横向方向或沿所述幅材横向方向和所述幅材纵向方向中的每一者在所述幅材中形成一系列弱化撕裂图案的同时，控制所述幅材在所述幅材纵向方向上的张力，所述弱化撕裂图案刻划出电极结构群组的成员，而不使刻划出的成员从所述幅材上释放，其中所述刻划出的成员各自至少部分地由所述一系列弱化撕裂图案中的、适于有助于通过施加力来使所述刻划出的成员各自从所述幅材分离的成员界定；以及在所述幅材中形成一系列对齐特征结构，所述对齐特征结构相对于所述刻划出的成员沿所述幅材横向方向或所述幅材纵向方向设置，所述对齐特征结构各自适于在所述幅材中定位电极结构群组的刻划出的成员。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述一系列弱化撕裂图案、或所述一系列对齐特征结构、或所述一系列弱化撕裂图案和所述一系列对齐特征结构是由激光形成的。3.根据权利要求1所述的方法，其中，使用一个或多个辊来控制所述幅材的张力。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电化学活性材料层仅在所述导电层的正面和背面之一上。5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电化学活性材料层在所述导电层的正面和背面两者上。6.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电极结构群组中的所述刻划出的成员具有长度L
E
、宽度W
E
和高度H
E
，其中W
E
在正交于所述幅材的正面和背面并且正交于所述幅材纵向方向和所述幅材横向方向的方向上测量的并且：(i)L
E
是在所述幅材横向方向上测量的，并且H
E
是在所述幅材纵向方向上测量的，或(ii)L
E
是在所述幅材纵向方向上测量的，并且H
E
是在所述幅材横向方向上测量的，其中L
E
与W
E
和H
E
中的每一者的比率为至少5:1(即，L
E
与W
E
的比率分别为至少5:1，并且L
E
与H
E
的比率分别为至少5:1)。7.根据权利要求6所述的方法，其中，H
E
与W
E
的比率分别为至少0.4:1。8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导电层包含适合用作正极集电器层或负极集电器的材料。9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电化学活性材料层包含阴极活性材料。10.根据权利要求1所述的方法，其中，控制所述幅材的张力包括将所述幅材上的张力保持在500克力或更小。11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电化学活性材料层包含阳极活性材料。12.一种用于在幅材中刻划电极结构群组的方法，该幅材包括具有相对的正面和背面的导电层以及在所述正面上、在所述背面上或在所述正面和所述背面两者上的电化学活性材料层，该幅材具有幅材纵向方向和幅材横向方向，所述幅材纵向方向和所述幅材横向方向彼此正交，该方法包括：将所述幅材的一部分支承在支承表面上，该支承表面限定出开口；在所述幅材中沿所述幅材纵向方向、沿所述幅材横向方向或沿所述幅材横向方向和所述幅材纵向方向中的每一者形成刻划出电极结构群组的成员的一系列弱化撕裂图案，而不
使刻划出的成员从所述幅材上释放，其中所述刻划出的成员各自至少部分地由所述一系列弱化撕裂图案中的适于有助于通过施加力来使刻划出的成员各自从所述幅材分离的成员界定...

【专利技术属性】
技术研发人员：H，
申请(专利权)人：艾诺维克斯公司，
类型：发明
国别省市：