專利名稱：電池的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電池、以及相關(guān)的部件及方法。
背景技術(shù)：
電池或電化學(xué)電池是通常使用的電能來源。電池包含通常稱作陽極的
負(fù)極和通常稱作陰極的正極。陽極包含能被氧化的活性材料；陰極包含或 消耗能被還原的活性材料。陽極活性材料能夠還原陰極活性材料。
當(dāng)在裝置中使用電池作為電能來源時(shí)，與陽極和陰極實(shí)現(xiàn)電接觸，使 電子流過裝置，發(fā)生各自的氧化和還原反應(yīng)以提供電力。與陽極和陰極相 接觸的電解質(zhì)包含流過位于電極之間的隔板的離子，從而在放電期間保持 電池整體的電荷平衡。
發(fā)明概述
本發(fā)明涉及電池、以及相關(guān)的構(gòu)件及方法。
一方面，作為本發(fā)明的特征的電池包括外殼、外殼內(nèi)的陽極和外殼內(nèi) 的陰極。陰極包括具有兩個(gè)相反側(cè)面的集電體。陰極還包括由集電體負(fù)載 且包括二硫化鐵的陰極材料。至少在集電體的一個(gè)側(cè)面上，集電體的每平 方厘米的該側(cè)面負(fù)載超過21.5毫克的陰極材料。
另一方面，本發(fā)明的特征在于一種電池陰極的制作方法。該方法包括 形成包括二硫化鐵和溶劑的漿料、把漿料施加到具有兩個(gè)相反側(cè)面的基板 上和干燥漿料以形成負(fù)載到基板上的陰極材料。至少在集電體的一個(gè)側(cè)面 上，集電體的每平方厘米的該側(cè)面負(fù)載超過21.5毫克的陰極材料。
實(shí)施例中可以包括一個(gè)或多個(gè)以下的特征。
電池可以為一次電池或二次電池。
陰極材料可以包括至少約85重量百分比和/或最多約92重量百分 比的二硫化鐵。至少在集電體的一個(gè)側(cè)面上，集電體的每平方厘米的該側(cè)
4
面可以負(fù)載至少約22毫克(例如，至少約23毫克、至少約24毫克、 至少約25毫克、至少約26毫克、至少約27毫克、至少約28毫克、 至少約29毫克)和/或最多約30毫克(例如，最多約29毫克、最多約 28毫克、最多約27毫克、最多約26毫克、最多約25毫克、最多約 24毫克、最多約23毫克)的陰極材料。
陰極材料可以包括粘結(jié)劑。在一些實(shí)施例中，陰極材料可以包括最多 五個(gè)重量百分比的粘結(jié)劑。粘結(jié)劑可以包括聚合物，例如聚偏二氟乙烯、 苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物或其它的烴樹脂。
陰極材料可以包括導(dǎo)電助劑。導(dǎo)電助劑可以包括石墨和/或炭黑。在 一些實(shí)施例中，導(dǎo)電助劑可以包括石墨化炭黑。在某些實(shí)施例中，陰極材 料可以包括至少約一個(gè)重量百分比和/或最多約三個(gè)重量百分比的炭黑和/ 或石墨。在一些實(shí)施例中，陰極材料可以包括至少約兩個(gè)重量百分比和/或 最多約六個(gè)重量百分比的石墨。
陰極材料的形式可以為由集電體負(fù)栽的至少一個(gè)層。該層可以與集電 體相接觸。
集電體可以包括鋁和/或鋁合金。集電體可以包括箔片。箔片可以具 有H18或H19的韌度。箔片可以具有至少約20微米和/或最多約35微 米的厚度。
陽極可以包括鋰。
漿料可以包括至少約55重量百分比和/或最多約70重量百分比的 二硫化鐵。
漿料可以包括導(dǎo)電助劑，所述導(dǎo)電助劑可以包括炭黑和/或石墨。在 一些實(shí)施例中，漿料可以包括導(dǎo)電助劑，所述導(dǎo)電助劑包括石墨化炭黑。 漿料可以包括至少約三個(gè)重量百分比和/或最多約八個(gè)重量百分比的導(dǎo)電助 劑。漿料可以包括至少約一個(gè)重量百分比和/或最多約三個(gè)重量百分比的炭 黑。漿料可以包括至少約兩個(gè)重量百分比和/或最多約六個(gè)重量百分比的石 墨。
漿料可以包括粘結(jié)劑，所述粘結(jié)劑包括聚偏二氟乙烯和/或苯乙烯-乙 烯-丁烯-苯乙烯嵌段共聚物。漿料可以包括至少約兩個(gè)重量百分比和/或最
多約五個(gè)重量百分比的粘結(jié)劑。
漿料可以具有至少約3000mPas和/或最多約15000mPas的粘度。當(dāng) 基板上施加了漿料時(shí)，涂布的陰極不包括集電體的干燥厚度可以為至少約 200微米和/或最多約400微米。
溶劑可以包括芳族烴、脂族烴和/或N-甲基吡咯烷酮。
實(shí)施例中可以包括一個(gè)或多個(gè)以下的優(yōu)點(diǎn)。
若電池包括較少量的陰極材料和/或電池包括陰極材料，而陰極材料 并不包括二硫化鐵。與這樣的電池相比而言，在一些實(shí)施例中，包含相對(duì) 高數(shù)量的包括二硫化鐵的陰極材料(例如，每平方厘米的陰極集電體側(cè)面 至少21.5毫克的陰極材料)的電池可以表現(xiàn)出增強(qiáng)的電化學(xué)性能。
在某些實(shí)施例中，包括二硫化鐵的陰極還可以包括相對(duì)少量的一種或 多種導(dǎo)電材料。導(dǎo)電材料可以提高陰極的電子導(dǎo)電率和/或包括該陰極的電 池的電化學(xué)性能，但在電池外殼內(nèi)僅占據(jù)相對(duì)小量的空間。
在一些實(shí)施例中，包括二硫化鐵的陰極還可以包括一種或多種粘結(jié) 劑。粘結(jié)劑可有助于保持和/或提高陰極材料和/或陰極材料漿料的均勻 性。具有相對(duì)良好均勻性的陰極材料能具有相對(duì)均勻分布的組分，和/或可 以包括彼此接觸相對(duì)良好的組分。在某些實(shí)施例中，具有相對(duì)良好均勻性 的陰極漿料可以用來在陰極集電體上提供相對(duì)均勻的陰極材料涂層。
在一些實(shí)施例中，制作陰極的方法可以包括形成包含一種或多種溶劑 的漿料，所述一種或多種溶劑具有相對(duì)較低的揮發(fā)度和/或是相對(duì)粘性的。 漿料可以用來在陰極集電體上形成相對(duì)厚的涂層，和/或可以用來形成這樣 的陰極，其產(chǎn)生諸如開裂的干燥缺陷的可能性相對(duì)較小。
在某些實(shí)施例中，制作陰極的方法可以包括采用一種或多種擠壓模涂 布和/或輥涂的方法用漿料涂布集電體(例如，鋁箔)。擠壓模涂布和/或 輥涂方法可以導(dǎo)致在集電體上形成相對(duì)厚的漿料涂層。
在一些實(shí)施例中，制作陰極的方法可以包括在具有多個(gè)干燥區(qū)的千燥 器中千燥涂布漿料的集電體。這種干燥過程的結(jié)果例如可以使陰極開裂的 可能性相對(duì)較小。
在某些實(shí)施例中，陰極中可以包括能容許電解質(zhì)在包括陰極的電池內(nèi) 擴(kuò)散的孔。在一些實(shí)施例中，孔可以導(dǎo)致包括陰極的電池的電化學(xué)性能提 高。
在某些實(shí)施例中，包括含二硫化鐵的陰極的電池在相對(duì)較大負(fù)荷(例 如，數(shù)碼相機(jī))的情況下可以表現(xiàn)出相對(duì)良好的電化學(xué)性能。在一些實(shí)施 例中，陰極中二硫化鐵量的增加可以提高電池的電化學(xué)性能。
本發(fā)明的其它方面、特征及優(yōu)點(diǎn)可見于附圖、說明書和權(quán)利要求當(dāng)中。
附圖概迷


圖1為非水電化學(xué)電池的一個(gè)實(shí)施例的截面圖。
圖2所示為涂布過程的一個(gè)實(shí)施例。 圖3所示為涂布過程的一個(gè)實(shí)施例。
發(fā)明詳述
參考圖1， 一次電化學(xué)電池10包括與負(fù)極引片14電接觸的陽極 12、與正極引片18電接觸的陰極16、隔板20和電解質(zhì)溶液。陽極 12、陰極16、隔板20和電解質(zhì)溶液容納在殼體22內(nèi)。電解質(zhì)溶液包括 溶劑系統(tǒng)和至少部分地溶解在溶劑系統(tǒng)中的鹽。電化學(xué)電池10還包括帽 蓋24和環(huán)形絕緣墊圏26以及安全閥28。
陰極16包括陰極集電體和涂布到陰極集電體的至少一側(cè)上的陰極材 料。陰極材料包括一種或多種陰極活性材料。在一些實(shí)施例中，陰極材料 還可以包括一種或多種導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電助劑、電荷控制劑)和/或一種 或多種粘結(jié)劑。
陰極16包括相對(duì)高負(fù)栽量的陰極材料。通常情況下，陰極16中的 陰極材料負(fù)載量的增加可以提高陰極16的電化學(xué)性能。在某些實(shí)施例 中，至少在陰極集電體的一個(gè)側(cè)面上，陰極集電體的每平方厘米的該側(cè)面 的陰極材料負(fù)載量可以大于21.5毫克(例如，至少約22毫克、至少約 23毫克、至少約24毫克、至少約25毫克、至少約26毫克、至少約 27毫克、至少約28毫克、至少約29毫克、至少約30毫克、至少約 31毫克、至少約32毫克、至少約33毫克、至少約34毫克)和/或最 多約35毫克(例如，最多約34毫克、最多約33毫克、最多約32毫 克、最多約31毫克、最多約30毫克、最多約29毫克、最多約28毫 克、最多約27毫克、最多約26毫克、最多約25毫克、最多約24毫
克、最多約23毫克、最多約22毫克)。本文中，通過對(duì)涂布區(qū)進(jìn)行抽 樣，或者例如當(dāng)兩側(cè)面均以相同的方式涂布時(shí)，按以下的公式(1)計(jì)算陰 極材料在陰極16 —側(cè)上的負(fù)載量，其中U =每側(cè)陰極材料的平均負(fù)載 量，M。at=涂布陰極的重量，M。e =陰極集電體的重量，和A。。-陰極集電體 的涂布面積
(1) LM = (Me" — NU /2ACC
這里對(duì)L。ffl、 Meat和A。e的抽樣區(qū)域是相同的。
陰極16的陰極材料中可以包括的陰極活性材料之實(shí)例包括金屬氧化
物、卣化物、硫?qū)倩?、硫、有機(jī)硫聚合物和導(dǎo)電聚合物。例如，在一些
實(shí)施例中，陰極16可以包括二硫化鐵(FeS》。陰極活性材料的其它實(shí)例 包括Mn02、 V205、 CoF3、 MoS2、 S0C12、 Mo03、 S、 (C6H5N)n和(S3N2)n，其中 n至少為2。
在一些實(shí)施例中，陰極16的陰極材料可以包括相對(duì)高重量百分比的 二硫化鐵。在某些實(shí)施例中，陰極16的陰極材料可以包括至少約85重 量百分比(例如，至少約87重量百分比、至少約89重量百分比、至少 約91重量百分比)和/或最多約99重量百分比(例如，最多約92重量 百分比、最多約91重量百分比、最多約89重量百分比、最多87重量 百分比)的二硫化鐵。若電池的陰極包括具有相對(duì)低重量百分比二硫化鐵 的陰極材料，相對(duì)于這樣的電池而言，在一些實(shí)施例中，若電池的陰極包 括具有相對(duì)高重量百分比二硫化鐵的陰極材料，則電池可以表現(xiàn)出電化學(xué) 性能的提高。
導(dǎo)電材料的實(shí)例包括導(dǎo)電助劑和電荷控制劑。導(dǎo)電材料的具體實(shí)例包 括炭黑、石墨化炭黑、乙炔黑和石墨。導(dǎo)電材料例如可以用來提高電化學(xué) 電池10內(nèi)陰極16的電子導(dǎo)電率。在一些實(shí)施例中，導(dǎo)電材料可以提高 陰極16的電子導(dǎo)電率，而占據(jù)陰極16的體積相對(duì)較少。由于陰極16 被導(dǎo)電材料占據(jù)的體積減少，則可以增加陰極16中可供陰極材料利用的 體積。由于用在陰極16中的陰極活性材料的量增加，則電化學(xué)電池10 的電化學(xué)性能也可得以提高。在某些實(shí)施例中，陰極16的陰極材料可以 包括最多約八個(gè)重量百分比(例如，最多約七個(gè)重量百分比、最多約六個(gè)
重量百分比、最多約五個(gè)重量百分比、最多約四個(gè)重量百分比)和/或至少 約三個(gè)重量百分比(例如，至少約四個(gè)重量百分比、至少約五個(gè)重量百分 比、至少約六個(gè)重量百分比、至少約七個(gè)重量百分比)的一種或多種導(dǎo)電 材料。
在一些實(shí)施例中，陰極16的陰極材料可以包括最多約三個(gè)重量百分 比(例如，最多約兩個(gè)重量百分比)和/或至少約一個(gè)重量百分比(例如， 至少約兩個(gè)重量百分比)的炭黑。在某些實(shí)施例中，陰極16的陰極材料 可以包括最多約七個(gè)重量百分比(例如，最多約六個(gè)重量百分比、最多約 五個(gè)重量百分比、最多約四個(gè)重量百分比、最多約三個(gè)重量百分比)和/或 至少約兩個(gè)重量百分比(例如，至少約三個(gè)重量百分比、至少約四個(gè)重量 百分比、至少約五個(gè)重量百分比、至少約六個(gè)重量百分比)的石墨。
如上所述，在一些實(shí)施例中，陰極16的陰極材料可以包括一種或多 種粘結(jié)劑。粘結(jié)劑可有助于改善陰極材料的內(nèi)聚及粘著，并有助于保持粉 末在漿料中的懸浮。粘結(jié)劑的實(shí)例包括線性的二-和三-嵌段共聚物。在某 些實(shí)施例中，線性的二-和三-嵌段共聚物在它們的初級(jí)聚合物鏈中可以基 本上不含雙鍵，和/或可以在它們的初級(jí)聚合物鏈中包括共軛雙鍵。在一些 實(shí)施例中，粘結(jié)劑可以包括聚苯乙烯(例如，29重量百分比至33重量百 分比的量)。粘結(jié)劑的另外實(shí)例包括與三聚氰胺樹脂交聯(lián)的線性三-嵌段聚 合物；乙烯-丙烯共聚物(例如，至少約40百分比的乙烯含量)；乙烯-丙烯-二烯三元聚合物(例如，乙烯含量低于約70百分比)；三-嵌段氟 化熱塑性樹脂(例如，TFE/HFP/VF2三元聚合物，其中TFE為四氟乙烯， HFP為六氟丙烯，VF2為偏二氟乙烯)；氟化的聚合物(例如，聚四氟乙 烯(PTFE));氫化丁腈橡膠(例如，具有至少約30百分比丙烯腈))；氟 乙烯-乙烯基醚共聚物；熱塑性聚氨酯(TPU);熱塑性烯烴(TP0);苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)嵌段共聚物(例如，Kraton G1651聚合物)； 和聚偏二氟乙烯(PVDF)均聚物(例如，Kynar 761聚合物)。在一些實(shí)施 例中，陰極16的陰極材料可以包括由成膜聚合物形成的粘結(jié)劑。本文 中，可以將成膜聚合物加入到溶劑中形成溶液，然后可以干燥溶液形成 膜，在某些實(shí)施例中，可以對(duì)一種或多種粘結(jié)劑進(jìn)行改性(例如，為了提 高陰極的性能)。作為例子，可以對(duì)低分子量橡膠粘結(jié)劑進(jìn)行交聯(lián)和/或硫 化。陰極中存在的交聯(lián)和/或硫化的粘結(jié)劑例如可以提高陰極的耐溶劑性。 在一些實(shí)施例中，可以在干燥器中對(duì)粘結(jié)劑進(jìn)行交聯(lián)(例如，在陰極漿料被 干燥，同時(shí)被陰極集電體負(fù)載的過程期間)。
在某些實(shí)施例中，陰極16的陰極材料可以包括至少約一個(gè)重量百 分比(例如，至少約兩個(gè)重量百分比、至少約三個(gè)重量百分比、至少約四 個(gè)重量百分比)和/或最多約五個(gè)重量百分比的(例如，最多約四個(gè)重量百 分比、最多約三個(gè)重量百分比、最多約兩個(gè)重量百分比)的一種或多種粘 結(jié)劑。
陰極16中的陰極集電體可以由例如一種或多種金屬和/或金屬合金 形成。金屬的實(shí)例包括鈦、鎳和鋁。金屬合金的實(shí)例包括鋁合金(例如， 1N30、 1230 )和不銹鋼。陰極集電體的形式例如可以為箔片或網(wǎng)柵。例 如，在一些實(shí)施例中，陰極集電體的形式可以為鋁箔。在某些實(shí)施例中， 可以由相對(duì)薄的箔片形成陰極集電體。例如，可以由厚度最多約35微米 (例如，最多約30微米、最多約25微米)和/或至少約20微米(例 如，至少約25微米、至少約30微米)的箔片形成陰極集電體。若用于 陰極集電體的箔片的厚度減少，則可以增加陰極中可供陰極材料利用的體 積。在一些實(shí)施例中，可以由具有H18或H19韌度的箔片形成陰極集電 體。在某些實(shí)施例中，陰極集電體上可以施加一種或多種底料。在一實(shí)施 例中，預(yù)涂底料的箔片(例如，得自Lamart Corp, ， Clifton, NJ的)可 以用來形成陰極集電體。在某些實(shí)施例中，可以由已用水基底料(例如， 得自Acheson Industries的Dag EB 012水基底料)涂底的鋁箔形成陰 極集電體。可以運(yùn)用例如噴涂、凹版涂布和/或間歇逆輥涂技術(shù)將水基底料 施加到箔片上。在某些實(shí)^例中，在每平方厘米的陰極集電體上，陰極集 電體可以包括約0.5毫克至約一毫克的一種或多種底料。
可以按任何許多的不同方式形成陰極16。在一些實(shí)施例中，可以按 如下方式形成陰極16。
首先，使一種或多種陰極活性材料、導(dǎo)電材料和/或粘結(jié)劑與一種或 多種溶劑結(jié)合，形成漿料(例如，通過使用雙行星式混合器在溶劑中分散 陰極活性材料、導(dǎo)電材料和/或粘結(jié)劑)。在一些實(shí)施例中，漿料可以包括 至少約55重量百分比(例如，至少約60重量百分比、至少約65重量 百分比)和/或最多約70重量百分比(例如，最多約65重量百分比、最多 約60重量百分比)的一種或多種陰極活性材料，例如二硫化鐵。在某些
實(shí)施例中，漿料可以包括至少約四個(gè)重量百分比(例如，至少約五個(gè)重量 百分比)和/或最多約六個(gè)重量百分比(例如，最多約五個(gè)重量百分比)的 一種或多種導(dǎo)電材料(例如，炭黑、石墨)。在一些實(shí)施例中，漿料可以 包括至少約兩個(gè)重量百分比(例如，至少約三個(gè)重量百分比的、至少約四 個(gè)重量百分比)和/或最多約五個(gè)重量百分比(例如，最多約四個(gè)重量百分
比、最多約三個(gè)重量百分比)的一種或多種粘結(jié)劑(例如，PVDF均聚物、 SEBS共聚物)。
如上所述，漿料包括一種或多種溶劑，例如溶劑的共混物。在一些實(shí) 施例中，漿料可以包括一種或多種具有相對(duì)較低揮發(fā)度的溶劑(例如，N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP))。在某些實(shí)施例中，包括一種或多種這些溶劑的 漿料可以用來在陰極集電體上形成相對(duì)厚的涂層，和/或用來形成發(fā)生開裂 的可能性相對(duì)較小的陰極。在一些實(shí)施例中，包括一種或多種這些溶劑的 漿料可以用來形成缺陷很少或沒有缺陷和/或相對(duì)均勻的涂層。溶劑的實(shí)例 包括芳族經(jīng)(例如，Shell Sol A100)和脂族烴(例如，Shell Sol OMS)。在一些實(shí)施例中，漿料可以包括一種或多種直鏈烴(例如，正己 烷)和/或支鏈烴。在某些實(shí)施例中，漿料可以包括一種或多種異-和/或 環(huán)-烷烴溶劑(例如，VM&P Naphtha HT )。
在一實(shí)施例中，漿料可以包括至少約25重量百分比(例如，至少約 30重量百分比、至少約35重量百分比、至少約40重量百分比)和/或 最多約45重量百分比(例如，最多約40重量百分比、最多約35重量 百分比、最多約30重量百分比)的一種或多種溶劑。
在某些實(shí)施例中，漿料可以具有相對(duì)高的粘度。在一些實(shí)施例中，漿 料的粘度可以為至少約3， 000mPas (例如，至少約4， 000mPas、至少約 5， OOOmPas 、 至少約 6， OOOmPas 、 至少約 7， 000mPas 、 至少約 8， 000mPas 、 至少約 9， OOOmPas 、 至少約 10， OOOmPas 、 至少約 11， OOOmPas 、 至少約 12， OOOmPas 、至少約 13， OOOmPas 、至少約 14， 000mPas)和/或最多約40， OOOmPs (例如，最多約14， 000mPas、最多 約13， 000mPas、最多約12， OOOmPas 、最多約11， 000mPas、最多約 10， OOOmPas 、 最多約 9， OOOmPas 、 最多約 8， OOOmPas 、 最多約 7， OOOmPas 、 最多約 6， OOOmPas 、 最多約 5， OOOmPas 、 最多約 4, OOOmPas)。例如，漿料的粘度可以為約3， 000mPas至約6， 000mPas。
本文中，4吏用Brookfield 粘度計(jì)(Model DV III，購自Brookfield Engineering Laboratories)測(cè)量漿料的粘度。
在某些實(shí)施例中，用來形成陰極的漿料可以包括約55至約70重量 百分比的二石克化^鐵、約四個(gè)至約六個(gè)重量百分比的一種或多種導(dǎo)電材料(例 如，炭黑、石墨)、約兩個(gè)至約五個(gè)重量百分比的一種或多種粘結(jié)劑(例 如，PVDF均聚物、SEBS共聚物)和約25至約45重量百分比的一種或多 種溶劑(例如，Shell Sol AIOO、 Shell Sol 0MS、服P)。在一些實(shí)施 例中，用來形成陰極的漿料可以包括約55至約75重量百分比的固體， 粘度可以為約3，000mPas至約15， OOOmPas (例如，約3， OOOmPas至約 6， OOOmPas )。
漿料已形成之后，可以用漿料涂布陰極集電體(例如，鋁箔)。在一 些實(shí)施例中，涂布工藝可以包括擠壓模涂布或輥涂。
在某些實(shí)施例中，擠壓模涂布工藝可以包括使用封閉加壓的流體分配 系統(tǒng)。例如圖2所示，將陰極漿料泵入到壓力罐30中。將空氣31泵入 到壓力罐30中，迫使陰極漿料通過漿料供給線32。陰極漿料從漿料供給 線32進(jìn)入計(jì)量泵34。計(jì)量泵34調(diào)節(jié)通過供給線36的溶液流量。供給 線36向擠壓模38中供料?？梢匀缟纤霰皇┘拥琢系牟?0在支承 輥42之上移動(dòng)。當(dāng)箔片40經(jīng)過擠壓模38時(shí)，陰極漿料被施加到箔片 40上。箔片40可以在一側(cè)上被涂布，或者在雙側(cè)上均被涂布。例如，首 次通過箔片40時(shí)，可以將擠壓模38與支承輥42之間的間隙設(shè)定為預(yù) 定的距離。如果要涂布箔片40的另一側(cè)，則可以增大擠壓模38與支承 輥42之間的間隙，從而容納已在一側(cè)上涂布的箔片40。
在一些實(shí)施例中，可以采用輥式刮刀涂布工藝實(shí)施輥涂。在某些實(shí)施 例中，涂布工藝可以為間歇式或連續(xù)式輥涂工藝。
參見圖3A和3B，采用間歇式逆弧形輥涂工藝將漿料98涂布到箔 片的連續(xù)片材100上。從線軸102將片材100引入到位于兩個(gè)反向旋轉(zhuǎn) 的輥104與106之間的區(qū)域R上。輥106包括由金屬形成的內(nèi)部分 107和環(huán)繞內(nèi)部分的外部分108，后者由諸如高交聯(lián)度橡膠的具有高摩擦 性、彈性及化學(xué)惰性的材料制成。外部分108拉動(dòng)片材100通過區(qū)域 R。從儲(chǔ)槽120中將漿料110施加到輥104上。過剩的漿料由刀刃輥 122清除，后者可以協(xié)助在輥104上施加均勻的涂層厚度。輥104把漿
料110轉(zhuǎn)移到片材100的第一側(cè)112上。輥104和106可以分開并中 斷漿料110向片材98的施加，從而形成漿料片。
分開輥104和106還可以在相鄰的漿料片之間產(chǎn)生未涂布的空間。 輥104和106的分開可以是凸輪或計(jì)算機(jī)控制的。
對(duì)于一種陰極與不同的陰極來說，涂布速度是可變的。這樣例如可以 容許施加具有不同粘度的漿料涂層。作為例子，可以采用相對(duì)緩慢的涂布 速度將相對(duì)粘性的漿料施加到連續(xù)的片材上。在一些實(shí)施例中，對(duì)于給定 的連續(xù)片材來說，涂布速度也可以有所變化。這樣例如可以得到在片材上 具有非均勻的漿料片的陰極。
在用漿料片涂布連續(xù)片材98的第一側(cè)112之后，通過使片材經(jīng)過 多個(gè)干燥區(qū)(例如，三個(gè)干燥區(qū))對(duì)片進(jìn)行干燥，其中針對(duì)濕表面導(dǎo)入熱 空氣?？諝馑俣群蜏囟戎饏^(qū)地漸漸攀升。涂布的片材可以在每個(gè)區(qū)中干燥 例如約0.5分鐘至15分鐘。在某些實(shí)施例，多區(qū)的干燥器可以包括具有 約40匸溫度的區(qū)、具有約60*C溫度的區(qū)和具有約130X:溫度的區(qū)。涂 布的片材可以以例如至少約每分鐘0.5米(例如，至少每分鐘0.7米) 和/或最多每分鐘Q.8米的線速度通過干燥區(qū)。
任選可以在連續(xù)片材98的第二側(cè)114上重復(fù)進(jìn)行上述的涂布及干 燥過程(圖3B)，從而制作出箔片的連續(xù)片材，其在112側(cè)和114側(cè)上 具有干燥的片。
相同或相似的干燥工序可以與其它的涂布工藝聯(lián)合使用，例如與擠壓 模涂布工藝聯(lián)合使用。
在一些實(shí)施例中，涂布工藝可以包括逆輥涂工藝。逆輥涂工藝描述在 例如Stevanovic在2005年12月21日提交的序列號(hào)為11/313, 509、 名稱為"Cathode for Battery"的美國專利申請(qǐng)中。
在某些實(shí)施例中，任何涂布程序的涂布速度可以為至少約每分鐘0.2 米(例如，至少約每分鐘0.6米、至少約每分鐘0.7米、至少約每分鐘 0.8米、至少約0.9分鐘)和/或最多約每分鐘一米(最多每分鐘0.9 米、最多每分鐘0.8米、最多每分鐘0.7米、最多每分鐘0.6米)。例 如，涂布速度可以為約每分鐘0.5米至每分鐘約0.7米。
在某些實(shí)施例中，已干燥的陰極可以包含約85重量百分比至約92 重量百分比的二^5克化^鐵、少于約五個(gè)重量百分比的一種或多種粘結(jié)劑和約 三個(gè)至約七個(gè)重量百分比的一種或多種導(dǎo)電材料。
在陰極已干燥后，可以對(duì)陰極進(jìn)行壓延。在壓延之前切掉陰極上未涂 布的邊緣，從而減少無涂層區(qū)的起鈹現(xiàn)象?？梢允褂盟妮伕倪M(jìn)的"Z"型壓 延機(jī)對(duì)陰極進(jìn)行壓延，輥寬約300mm(11. 8英寸)，輥直徑約400咖?？梢?根據(jù)需要加熱和/或冷卻壓延輥。在一些實(shí)施例中，可以按連續(xù)的模式(例 如，巻到巻)對(duì)陰極進(jìn)行脫線壓延。在某些實(shí)施例中，可以釆用兩個(gè)輥距 的2 x 2輥配置，或一個(gè)輥距的雙輥配置。在某些實(shí)施例中，壓延可以發(fā) 生在至少約25匸和/或最多約的溫度下。在一些實(shí)施例中，壓延的 線速度可以為至少約每分鐘0.9米(例如，至少約每分鐘一米、至少約每 分鐘1.1米)和/或最多約每分鐘1.2米(例如，最多約每分鐘1.1 米)。在一些實(shí)施例中，箔片集電體(例如，20微米厚的集電體)壓延后 的延展率可以小于1.5個(gè)百分比。在某些實(shí)施例中，箔片集電體相對(duì)而言 不大可能由于壓延過程而經(jīng)歷應(yīng)變硬化。
在一些實(shí)施例中，壓延的陰極厚度可以為至少約0.15毫米(例如， 至少約0.175毫米、至少約0.18毫米、至少約0.19毫米、至少約0.2 毫米、至少約0.225毫米、至少約0.25毫米、至少約0.275毫米)和/ 或最多約0.3毫米(例如，最多約0.275毫米、最多約0.25毫米、最 多約0.225毫米、最多約0.2毫米、最多約0.19毫米、最多約0.18 毫米、最多約0.175毫米)。例如，在一些實(shí)施例中，陰極的厚度可以為 至少0.172毫米和/或最多0.188毫米。
在某些實(shí)施例中，壓延可以導(dǎo)致陰極的陰極材料中孔隙的減少。這些 孔例如可以容許電解質(zhì)在g括陰極的電池內(nèi)進(jìn)行擴(kuò)散。電解質(zhì)的擴(kuò)散進(jìn)而 可以導(dǎo)致電池電化學(xué)性能的提高。在一些實(shí)施例中，陰極的陰極材料具有 的孔隙率可以為至少約20% (例如，至少約25%、至少約30%)和/或最多 約35% (例如，最多約30%、最多約25%)。在某些實(shí)施例中，陰極的陰 極材料具有的孔隙率可以為約22%至約30、本文中，陰極之陰極材料的 孔隙率等于陰極材料中被孔占據(jù)的體積百分比。下面的方程式(2)計(jì)算陰極 材料的孔隙率，其中按Vfinal =最后的陰極的體積，和Vthe。=最后的陰極 中的陰極材料的理論體積減去集電體的體積<formula>formula see original document page 15</formula>
在一些實(shí)施例中，壓延可以導(dǎo)致形成相對(duì)薄的陰極。當(dāng)陰極的一個(gè)或 多個(gè)尺寸(例如，厚度)減小時(shí)，可以增加包括陰極的電池內(nèi)的可利用空 間量。該空間例如可以用來^:持其它的電池部件和/或在電池運(yùn)轉(zhuǎn)期間容納 氣體析出。在某些實(shí)施例中，陰極被壓延之后，陰極具有的厚度可以為壓 延之前陰極厚度的最多約85%(例如，最多約82%、最多約80%、最多約 78%)和/或至少約75% (例如，至少約78%、至少約80°/。、至少約 82%)。
陽極12包含一種或多種陽極活性材料，通常形式為堿金屬(例如， 鋰、鈉、鉀)和/或堿土金屬(例如，鈣、鎂)。陽極12可以包含堿金屬 (例如，鋰)與堿土金屬的合金和/或堿金屬與鋁的合金。例如，在一些實(shí) 施例中，陽極12可以包含鋰-鋁合金?？蛇x或者另外地，陽極12可以包 含鋰-插入化合物(例如，LiC6、 Liji5012、 LiTiS2)。陽極12可以包括基 板(例如，集電體)，或者可以不包括基板。在一些實(shí)施例中，特別來說， 陽極12可以包含一種或多種粘結(jié)劑。粘結(jié)劑的實(shí)例包括聚乙烯、聚丙 烯、苯乙烯-丁二烯橡膠和聚偏二氟乙烯(PVDF)。在一些其中陽極12包含 一種或多種粘結(jié)劑的實(shí)施例中，陽^l活性材料可以包括錫基材料、碳基材 料(例如，碳、石墨、炔屬中間相碳、焦炭)、金屬氧化物和/或鋰化的金 屬氧化物?？梢詫㈥枠O活性材料和一種或多種粘結(jié)劑混合，形成能夠施加 到基板上的骨劑。用在電池中的具體的陽極活性材料例如可以取決于電池 的類型(諸如一次或二次的)。
電解液或電解質(zhì)的形式可以為液體、固體或凝膠(聚合物)。在一些實(shí) 施例中，電解質(zhì)可以包含有機(jī)溶劑，例如碳酸亞丙酯(PC)、碳酸亞乙酯 (EC)、 二曱氧基乙烷(DME)(例如，1，2-二甲氧基乙烷)、碳酸亞丁酯 (BC)、 二噁戊烷(DX)、四氫呋喃(THF)、 Y-丁內(nèi)酯、碳酸二乙酯(DEC)、 碳酸二甲酯(DMC)、碳酸曱乙酯(EMC)、 二甲亞砜(DMS0)、曱酸曱酯(MF)、 環(huán)丁砜或其組合(例如，混合物).在某些實(shí)施例中，電解質(zhì)可以包含無 機(jī)溶劑，例如S02或S0C12S。在一些實(shí)施例中，電解質(zhì)可以包含一種或多
種鹽(例如，兩種鹽、三種鹽、四種鹽)。鹽的實(shí)例包括鋰鹽，例如三氟
曱烷磺酸鋰(LiTFS)、三氟曱烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)和六氟磷酸鋰 (LiPF6)。可以包含的另外的鋰鹽例如描述在Suzuki的美國專利 5， 595， 841中。電解質(zhì)中可以包含的其它鹽有雙(草酸)硼酸鹽。雙(草酸) 硼酸鹽例如描述在2005年9月15日公布的Totir等人的名稱為 "Non-Aqueous Electrochemical Cells" 的美國專利申請(qǐng)
發(fā)明者M·史迪瓦諾維克 申請(qǐng)人:吉萊特公司