[發(fā)明專利]用于制造鋰離子電池的導(dǎo)電粒子薄膜的過程

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201380028057.6
• 申請(qǐng)日: 2013-05-30
• 公開（公告）號(hào): CN104488115B
• 公開（公告）日: 2018-04-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: D.法雷斯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 龍騰能源公司
• 主分類號(hào): H01M4/04
• 分類號(hào): H01M4/04
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司72001
• 代理人: 王岳,張懿

相關(guān)申請(qǐng)的引用

本申請(qǐng)要求2012年5月31日提交的美國臨時(shí)申請(qǐng)?zhí)?1/653718且題為“Processes for the Manufacture of Conductive Particle Films for Lithium Ion Batteries”的優(yōu)先權(quán)，其被特別地且整體地通過引用并入到本文中。

背景

1. 技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明針對(duì)導(dǎo)電粒子薄膜和用于諸如通過靜電沉積來制造導(dǎo)電粒子薄膜的方法。

背景技術(shù)

雖然在開發(fā)新的電池材料—尤其是鋰離子嵌入材料（intercalation material）上已完成了大量的研究，但薄膜沉積方法仍然是相對(duì)未改變。一旦獲取了陽極或陰極粉末材料，則常規(guī)沉積涉及產(chǎn)生的包含嵌入、傳導(dǎo)和粘合劑粒子的適當(dāng)混合物的漿料。該漿料然后被涂敷到適當(dāng)電極金屬片材上，其隨后被加熱以用于溶劑蒸發(fā)并轉(zhuǎn)移到受控氣氛中以便組裝成電池。此多步驟過程是耗費(fèi)時(shí)間的、昂貴的且足夠勞動(dòng)密集的，以致于外包生產(chǎn)對(duì)于長期財(cái)務(wù)可行性而言是必需品。已僅調(diào)查了少數(shù)其它方法作為用于針對(duì)鋰離子電池的漿料涂敷過程的潛在替換。這些中的某些是相對(duì)昂貴的，諸如脈沖激光沉積、汽相沉積以及濺射。其它更加經(jīng)濟(jì)可行的選項(xiàng)包括靜電噴涂沉積（ESD）（C.H. Chen等人，Solid State Ionics 86：1301—1306，1996）以及電泳沉積（EPD）（H. Mazor等人，J. Power Sources 198：264—272，2012）。這些方法包括液相，從而確保多步方法。ESD涉及到撞擊并起作用于熱的接地基板上的帶電前體溶液微滴的靜電沉積。EPD涉及到帶電粒子到液體中的接地基板上的遷移。

對(duì)于用于電池及其它產(chǎn)品的粒子薄膜的產(chǎn)生而言較不耗費(fèi)時(shí)間和勞動(dòng)密集的方法將是期望的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了與當(dāng)前策略和設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)的問題和缺點(diǎn)，并且提供了用于形成粒子薄膜的新工具和方法。

本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例針對(duì)一種用于形成粒子薄膜的過程。該過程優(yōu)選地包括將導(dǎo)電粒子和粘合劑共同霧化，用電暈向霧化粒子混合物施加電荷；并優(yōu)選地通過氣動(dòng)的或靜電力將該混合物施加于已加熱基板，形成薄膜。優(yōu)選地，導(dǎo)電粒子包括陽極或陰極材料且陽極或陰極材料包括碳、鋰金屬磷酸鹽或鋰金屬氧化物。優(yōu)選地施加混合物包括卷到卷（reel-to-reel）沉積系統(tǒng)，其中，在單個(gè)流或多個(gè)流中沉積粒子。

本發(fā)明的另一實(shí)施例是用本發(fā)明的方法沉積的粒子薄膜且優(yōu)選地其為鋰離子電池的部件。

本發(fā)明的另一實(shí)施例針對(duì)一種用于形成導(dǎo)電粒子薄膜的過程。該過程包括將導(dǎo)電粒子與粘合劑混合以形成混合物，使該混合物霧化，向氣霧劑混合物施加電荷，向被接地基板施加熱量，并通過氣動(dòng)或靜電相互作用而將該混合物施加于被加熱且接地基板，形成導(dǎo)電粒子薄膜。

優(yōu)選地，基板是通過電阻、對(duì)流或輻射加熱而被加熱到粘合劑的熔點(diǎn)以上的金屬箔。在優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電粒子包括陽極或陰極材料。優(yōu)選地，陽極或陰極材料包括碳、鈦酸鋰、鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、鋰鎳錳鈷氧化物、鋰鎳鈷鋁氧化物、磷酸鋰鐵或磷酸鋰鐵錳中的至少一個(gè)。

在優(yōu)選實(shí)施例中，用電暈槍或通過摩擦帶電向?qū)щ娏Ｗ邮┘与姾伞?yōu)選地，粘合劑選自包括PVDF、PTFE和SBR的組。優(yōu)選地，將導(dǎo)電粒子與粘合劑混合包括共同霧化。

在優(yōu)選實(shí)施例中，將混合物施加于薄膜包括卷到卷沉積系統(tǒng)，其中，在多個(gè)流中沉積粒子。優(yōu)選地在連續(xù)過程中將薄膜施加于一卷基板。優(yōu)選地，通過使用轉(zhuǎn)臺(tái)灰塵發(fā)生器或流體化床分散器將粘合劑共同霧化為干燥粉末；將粘合劑溶解在溶劑中、使溶解的粘合劑霧化成微滴且與粒子混合為氣霧劑；或者使粘合劑汽化并允許汽化粘合劑在粒子上冷凝中的至少一個(gè)來將導(dǎo)電粒子與粘合劑混合。

本發(fā)明的另一實(shí)施例針對(duì)一種用于形成導(dǎo)電粒子薄膜的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括用以將導(dǎo)電粒子與粘合劑組合以形成混合物的混合器，用以使該混合物霧化的霧化器，用以使氣霧劑混合物帶電的充電設(shè)備，用以對(duì)基板加熱的加熱設(shè)備，以及將基板接地的接地設(shè)備。該薄膜在連續(xù)過程中被施加于基板。

在優(yōu)選實(shí)施例中，基板是被加熱至粘合劑的熔點(diǎn)以上的金屬箔，并且加熱設(shè)備是電阻、對(duì)流或輻射加熱設(shè)備。優(yōu)選地，導(dǎo)電粒子包括陽極或陰極材料。優(yōu)選地，陽極或陰極材料包括碳、鈦酸鋰、鋰鈷氧化物、鋰錳氧化物、鋰鎳錳鈷氧化物、鋰鎳鈷鋁氧化物、磷酸鋰鐵或磷酸鋰鐵錳中的至少一個(gè)。