鋰離子電池材料的微波干燥的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開內(nèi)容涉及鋰離子電池組的制造，以及更具體地，涉及使用微波輻射以干燥用于鋰離子電池組的電極材料。
[0002]背景及概述
[0003]鋰離子電池組的每個(gè)電池包括負(fù)電極和正電極。負(fù)電極可以由鋰離子插入的、分散在銅或鎳基底上的還原碳材料組成。正電極可以由分散在鋁基底上的鋰金屬氧化物組成。正電極和負(fù)電極可以布置在層中，在它們之間放置絕緣隔離物以防止短路。得到的層狀結(jié)構(gòu)可以被折疊或卷繞成為期望的電池結(jié)構(gòu)，與電池的外部接觸點(diǎn)連接，使用非水電解質(zhì)溶液潤(rùn)濕，并且然后密封在合適的封裝物內(nèi)。
[0004]一般來說，鋰離子電池的性能和壽命可取決于從密封在電池封裝物內(nèi)的材料排除水分一即，水一的程度。因此，在添加電解質(zhì)溶液之前，可以在真空下加熱正電極和負(fù)電極層以使電極材料干燥。然而，真空處理費(fèi)用高并且耗費(fèi)時(shí)間，并且不容易應(yīng)用于連續(xù)的加工，例如，卷到卷過程。
[0005]因此，本公開內(nèi)容的一個(gè)實(shí)施方式提供用于制作鋰離子電池的方法。該方法包括在鋰離子電池的基底上沉積電極材料作為涂層，使用不同頻率的微波輻射照射沉積的電極材料，使用非水電解質(zhì)溶液潤(rùn)濕照射的電極材料，以及在氣密的封裝物內(nèi)密封潤(rùn)濕的電極材料。另一個(gè)實(shí)施方式提供用于制作鋰離子電池的裝置。該裝置包括電極材料沉積臺(tái)、微波干燥臺(tái)、潤(rùn)濕臺(tái)和密封臺(tái)。沉積臺(tái)配置為在鋰離子電池的基底上沉積電極材料作為涂層。干燥臺(tái)包括微波發(fā)射器，其配置為使用不同頻率的微波輻射照射沉積的電極材料。潤(rùn)濕臺(tái)配置為使用非水電解質(zhì)溶液潤(rùn)濕照射的電極材料。密封臺(tái)配置為在氣密的封裝物內(nèi)密封潤(rùn)濕的電極材料。
[0006]提供以上陳述以便以簡(jiǎn)化的形式介紹本公開內(nèi)容的選擇的部分，并非確定關(guān)鍵或必要的特征。由權(quán)利要求書限定的所主張的主題既不限于上述內(nèi)容也不限于本文提及的解決任何問題或缺點(diǎn)的實(shí)施。
[0007]附圖簡(jiǎn)述
[0008]圖1A和IB顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的鋰離子電池電極在橫截面上的外觀。
[0009]圖2A顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的用于圓柱形鋰離子電池的如布置的正電極和負(fù)電極。
[0010]圖2B顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的圓柱形鋰離子電池的外觀。
[0011]圖3A顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的用于扁平的鋰離子電池的如布置的正電極和負(fù)電極。
[0012]圖3B顯示根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的扁平的鋰離子電池。
[0013]圖4是呈現(xiàn)制作根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的鋰離子電池的裝置的方塊圖。
[0014]圖5顯示制造根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的鋰離子電池的裝置的微波干燥臺(tái)的外觀。
[0015]圖6圖解制造根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的鋰離子電池的實(shí)例方法。
[0016]圖7圖解在制造根據(jù)本公開內(nèi)容的實(shí)施方式的鋰離子電池的裝置的微波干燥臺(tái)內(nèi)照射電極材料的實(shí)例方法。
[0017]詳述
[0018]將通過實(shí)例并且參考上述列舉的圖解的實(shí)施方式描述本公開內(nèi)容的方面。一致地標(biāo)識(shí)并且以最少的重復(fù)描述在一個(gè)或多個(gè)實(shí)施方式中基本上相同的部件、過程步驟和其他要素。然而，需要注意的是一致地標(biāo)識(shí)的要素也可以在一定程度上不同。進(jìn)一步需要注意的是本公開內(nèi)容中包括的附圖為示意性的并且通常不按比例繪制。甚至，可以有意曲解圖中顯示的各種附圖比例、橫縱比和部件數(shù)以使得更容易看到某些特征或關(guān)系。
[0019]圖1A示意地顯示在橫截面上的鋰離子電池電極10。該電極包括基底12和支撐在基底上的電活性涂層14。通常，電極10可以是電池的正電極1P或負(fù)電極10N。正電極的電活性涂層可以包括鋰金屬氧化物，比如鈷酸鋰、錳酸鋰、鎳酸鋰或鎳鈷酸鋰，僅列舉少數(shù)。正電極的基底可以為鋁箔。負(fù)電極的電活性涂層可以包括任意形式的鋰插入的碳，包括鋰插入的石墨。負(fù)電極的基底可以為銅箔或鎳箔。在一些實(shí)施方式中，可以將來自水性或非水性料漿的電活性涂層中的任一個(gè)或兩個(gè)都施加至相應(yīng)的基底，由此賦予電極顯著量的水。進(jìn)一步，電極中的任一個(gè)或兩個(gè)都還可以包括其他材料，比如膠黏劑或粘合劑，它們也可以包含水和/或其他質(zhì)子化合物。
[0020]雖然圖1A顯示了僅涂覆在基底的一側(cè)上的電極，但是涂覆在兩側(cè)上的電極與本公開內(nèi)容完全一致，并且完全適用于下文闡述的方法。因此，圖1B顯示電極10’，其具有在兩側(cè)上都涂覆有電活性涂層14和14’的基底12。在這種實(shí)施方式中，一側(cè)上的涂層可以與另一側(cè)上的涂層相同或至少有些不同。
[0021]如圖2A中所示，正電極1P和負(fù)電極1N可以被卷成用于圓柱形鋰離子電池的‘凝膠卷(jellyroll)’結(jié)構(gòu)16。在該實(shí)施方式中，電極是層狀的，并且卷繞多孔隔離物片材18布置在它們之間，以避免短路。圖2B顯示具有電接觸點(diǎn)20、封裝物22和密封蓋23的實(shí)例圓柱形鋰離子電池19。電接觸點(diǎn)可以分別為正電極的基底12P和負(fù)電極的基底12N的延伸。在其他實(shí)施方式中，正電極1P和負(fù)電極1N可以分別是層狀的，并且折疊成‘扁平的’結(jié)構(gòu)24，如圖3A中，多孔隔離物片材18在它們之間。后者的結(jié)構(gòu)可以被用于扁平的鋰離子電池25，如圖3B中所示。
[0022]為完成鋰離子電池，非水電解質(zhì)溶液一例如溶解在極性質(zhì)子溶劑中的鋰鹽一被注入封裝物內(nèi)，然后密封其。在一些實(shí)施方式中，質(zhì)子溶劑可以包括碳酸乙烯酯、碳酸二甲酯和碳酸二乙酯中的一種或多種。在這些和其他實(shí)施方式中，鋰鹽可以為吸濕的固體，比如六氟磷酸鋰、四氟硼酸鋰或高氯酸鋰。
[0023]圖4為高級(jí)方塊圖，其顯示在一個(gè)實(shí)施方式中制造鋰離子電池的裝置26的各種臺(tái)。該裝置包括電極材料沉積臺(tái)28、微波干燥臺(tái)30、潤(rùn)濕臺(tái)32和密封臺(tái)34。沉積臺(tái)配置為在鋰離子電池的基底12上沉積電極材料作為涂層。微波干燥臺(tái)配置為使用不同頻率的微波輻射照射沉積的電極材料。在一些實(shí)施方式中，微波干燥臺(tái)配置為輸送作為連續(xù)片材的電極材料和基底。潤(rùn)濕臺(tái)配置為使用非水電解質(zhì)溶液潤(rùn)濕照射的電極材料。密封臺(tái)配置為在氣密的封裝物內(nèi)密封潤(rùn)濕的電極材料。
[0024]如上述提到的，鋰離子電池的性能和壽命可取決于從密封在電池封裝物內(nèi)的材料排除的水分的程度。因此，圖5顯示在一個(gè)實(shí)施方式中實(shí)例微波干燥臺(tái)30的外觀。該圖解的微波干燥臺(tái)配置為使用可變頻率的微波加熱干燥電極材料的連續(xù)片材。
[0025]微波干燥臺(tái)30包括進(jìn)料輥36，將待干燥的材料從此送入。在圖解的實(shí)施方式中，電極作為連續(xù)的片材被送入微波干燥臺(tái)。因此，進(jìn)料輥可以配置為維持片材的合適的拉伸量。在一個(gè)實(shí)施方式中，片材的寬度可以基本上與完成的鋰離子電池中的電極的寬度相同。在一些實(shí)施方式中，送入微波干燥臺(tái)的電極材料可以具有前面附圖的正電極1P或負(fù)電極1N的結(jié)構(gòu)；它可以包括布置在基底12上的電活性涂層14。在其他實(shí)施方式中，送入微波干燥臺(tái)的電極材料可以具有更復(fù)雜的層狀的結(jié)構(gòu)。例如，它可以包括正和負(fù)電極層兩者以及一個(gè)或多個(gè)隔離物片材18。
[0026]繼續(xù)圖5，微波干燥臺(tái)30還包括氣體導(dǎo)管38，其具有入口 40、出口 42以及允許電極材料穿過的合適尺寸的開口 44。氣體導(dǎo)管配置為當(dāng)照射電極材料時(shí)引導(dǎo)氣體經(jīng)過電極材料。至少氣體導(dǎo)管的上部窗口 46可以由微波透射材料構(gòu)成，比如玻璃或陶瓷。原則上，任何干燥的、非微波吸收的氣體可以被準(zhǔn)許通過入口 40并且被用于將濕氣輸送至氣體導(dǎo)管外。實(shí)例包括氮?dú)?、氬氣、二氧化碳和除濕的空氣?br>[0027]即使氣流可以有助于電極干燥過程，但是它在所有應(yīng)用中不是必須的。因此，在一些實(shí)施方式中，可以省略氣體導(dǎo)管38有利于開放的結(jié)構(gòu)，在其中輸送待干燥的材料通過開放的空間，以及在其中通過對(duì)流至大氣中帶走濕氣。微波干燥臺(tái)30還包括提取輥48，其配置為拉動(dòng)電極材料通過該臺(tái)并且存儲(chǔ)干燥的材料以用于將來使用。
[0028]在微波干燥臺(tái)30內(nèi)，干燥電極材料的主要模式是通過吸收微波輻射加熱。因此，裝置包括微波發(fā)射器50，其配置為指示其發(fā)射通過氣體導(dǎo)管38并且至待干燥的材料上。
[0029]本文的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)固定頻率的微波照射可能不利于干燥本文描述的電極材料。不受任何具體的理論限制，認(rèn)為固定頻率的微波照射引起波節(jié)面在照射的空間內(nèi)形成，當(dāng)待干燥的材料包括金屬，例如金屬箔基底12時(shí)，這是有問題的。認(rèn)為波節(jié)面導(dǎo)致導(dǎo)電物體內(nèi)和主要在導(dǎo)電物體上的電流和電荷定位化。這可以導(dǎo)致非均勻加熱、成弧以及對(duì)電極的損壞。然而，通過掃描頻率一即隨時(shí)間改變輻射的頻率一這些波節(jié)面可以避免，允許電極材料更均勻地加熱。
[0030]因此，微