[發明專利]鋰離子二次電池電極及其形成方法

有效

• 申請號: 201210163880.5
• 申請日: 2012-05-24
• 公開（公告）號: CN102800843A
• 公開（公告）日: 2012-11-28
• 發明（設計）人: X.肖;A.T.蒂蒙斯;S.J.哈里斯
• 申請（專利權）人: 通用汽車環球科技運作有限責任公司
• 主分類號: H01M4/1393
• 分類號: H01M4/1393;H01M4/133
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務所 11105
• 代理人: 葛青

技術領域

本發明大致涉及鋰離子二次電池的電極及形成電極的方法。

背景技術

電池被用于將化學能量轉換為電能，并可被描述為原電池和二次電池。原電池通常不可再充電，而二次電池很容易被再充電并可在使用后重新充滿電。因此，二次電池可被用于例如供電電子設備、工具、機器和車輛的應用。例如，用于車輛應用的二次電池可經由電出口在車輛外部再充電或經由再生事件在車輛上再充電。

一種二次電池，鋰離子二次電池，可包括負電極或陽極，正電極或陰極，和設置在正電極和負電極之間的電解液。負電極可由能夠在鋰離子二次電池的充電和放電期間包含和釋放鋰離子的材料形成。更特別地，在電池的充電期間，鋰離子可從正電極移動到負電極并嵌入材料。相反地，在電池放電期間，鋰離子可從材料中釋放并從負電極移動到正電極。由于鋰離子包含進負電極的材料并從其中釋放，材料的體積可能變化。

發明內容

一種形成鋰離子二次電池的電極的方法包括：將粘合劑和多個活性顆粒組合以便形成混合物；和用混合物涂覆基板的表面以便形成被涂覆的物體。被涂覆的物體包括基板和由混合物形成并設置在該表面上的混合物層。該方法還包括沿第一平面平移被涂覆的物體；和切割第一多個碳纖維以便形成第二多個碳纖維。第一多個碳纖維每一個具有第一平均長度，并且第二多個碳纖維每一個具有縱向軸線和小于第一平均長度的第二平均長度。另外，該方法包括將第二多個碳纖維插入混合物層，以使第二多個碳纖維中至少一部分的每一個的縱向軸線不平行于第一平面，以便形成預形成件，其中第二多個碳纖維形成沿三個維度設置在混合物層中的桁架結構。該方法還包括加熱預形成件以便形成設置在所述表面上的固化混合物層，并從而形成鋰離子二次電池的所述電極。

在一個實施例中，該方法包括將粘合劑和多個活性顆粒組合以便形成混合物，并用混合物涂覆基板的表面以便形成被涂覆的物體。被涂覆的物體包括基板和由混合物形成并設置在該表面上的混合物層。方法還包括使被涂覆的物體沿平行于第一平面設置的第一傳送帶平移，和使由第一多個碳纖維形成的碳纖維織物沿第二傳送帶平移到可旋轉的切碎滾筒，其中第二傳送帶平行于第二平面設置，該第二平面與第一平面分隔開且大致平行。該方法進一步包括用可旋轉的切碎滾筒切割碳纖維織物，以便形成第二多個碳纖維，其中第一多個碳纖維每一個具有第一平均長度，并且第二多個碳纖維每一個具有縱向軸線和小于第一平均長度的第二平均長度。進一步地，該方法包括將第二多個碳纖維插入混合物層，以使第二多個碳纖維中至少一部分的每一個的縱向軸線不平行于第一平面，以便形成預形成件，其中第二多個碳纖維形成沿三個維度設置在混合物層中的桁架結構。此外，方法包括，與插入操作同時地以沿三個維度的隨機方位在混合物層中設置第二多個碳纖維，以使第二多個碳纖維的相鄰碳纖維的各個縱向軸線相交，以便形成桁架結構。方法還包括與插入和設置操作同時地將第二多個碳纖維以一體積裝填分數裝填入混合物層，所述體積裝填分數小于或等于100份體積的混合物層中含大約40份體積的第二多個碳纖維。該方法還包括加熱預形成件，以及與加熱同時地，在混合物層內散置第二多個碳纖維和多個活性顆粒，以使多個活性顆粒在混合物層內接觸第二多個碳纖維，以便從而形成鋰離子二次電池的電極。

一種鋰離子二次電池的電極包括具有表面的基板，以及被設置在所述表面上的固化混合物層。該固化混合物層被設置用于在鋰離子二次電池充電至被鋰化狀態期間引入多個鋰離子，以及在鋰離子二次電池放電至未被鋰化狀態期間釋放多個鋰離子。所述固化混合物層包括粘合劑和涂覆有所述粘合劑的多個碳纖維。所述多個碳纖維每一個具有縱向軸線和平均長度。此外，所述多個碳纖維中至少一部分的每一個的所述縱向軸線不平行于所述表面，以使所述多個碳纖維形成沿三個維度設置在所述固化混合物層中的桁架結構。該固化混合物層還包括基本均勻地分布在所述桁架結構中的多個活性顆粒。每個所述多個活性顆粒可在鋰離子二次電池放電至未被鋰化狀態期間釋放多個鋰離子時的第一體積和鋰離子二次電池充電至被鋰化狀態期間引入多個鋰離子時的第二體積之間膨脹。

在下文結合附圖進行的對實施本發明的較佳模式做出的詳盡描述中能容易地理解本發明的上述特征和優點以及其他的特征和優點。

附圖說明

圖1是鋰離子二次電池的電極的示意透視圖；

圖2是圖1的電極沿線2-2取截面的橫截面示意圖；

圖3是圖1和2的電極的放大部分在未被鋰化狀態下的示意透視圖；

圖4是圖3的電極的放大部分在被鋰化狀態下的示意透視圖；