[发明专利]电化学电池及其制造方法

说明书

本公开内容涉及具有注射成型或3D打印的组件例如阴极、阳极和/或电解质的电化学电池，以及用于制造这样的电化学电池的方法。阴极、阳极和/或电解质可以由粘结剂树脂以及各种导电材料和活性材料(他们的混合物在热和压力下被注射至模具中以形成电化学电池的组件)形成。阴极可以包含导电金属粉末、金属薄片、金属带、金属纤维、金属线和/或金属纳米管。此外，电化学阵列可以由具有注射成型或3D打印的组件的多个电化学电池形成。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年2月21日提交的美国专利申请系列号15/437,722的优先权并且还要求于2016年9月19日提交的美国临时申请系列号62/396,648的优先权，其公开内容在这样的公开内容与本公开内容不冲突的程度上通过引用并入本文

技术领域

本公开内容总体上涉及制造电化学电池的方法，并且更特别地，涉及形成具有成型的电极和/或电解质的电化学电池的方法。

背景技术

常规的蓄电池、电容器和燃料电池通常使用不具有特定物理共性的多种不同形式(粉末、液体、固体)的多种不同材料类型利用冲压金属嵌件成型连接器和/或分层工艺来形成。因此，常规的蓄电池由于在蓄电池的壳体内阳极和阴极与电解质分离而可能形成降低的充电容量。

当常规的固态蓄电池充电和放电时，阳极和阴极可能开始与电解质分离，在电极与电解质的界面之间产生空隙。空气可能进入这些空隙，导致电极与电解质分离。这种分离可能降低蓄电池的效率和/或输出。

随着蓄电池、电容器和燃料电池用于电力装置增加，需要具有增加的电荷密度和/或增加的充电寿命的更可靠且更稳健的蓄电池、电容器和燃料电池。此外，常规的蓄电池可以受益于改进的制造方法，其产生更大的结构完整性以抵抗振动和冲击。

发明内容

本公开内容包括用于形成电化学电池的方法，所述方法包括：在热和压力下通过注射成型将粘结剂树脂、阴极导电材料和阴极活性材料的混合物注射至模具的第一腔中以形成第一阴极；在热和压力下通过注射成型将粘结剂树脂和第一导电材料的混合物注射至第一阴极内的腔中以形成阴极集电器和阴极总线；在热和压力下通过注射成型将粘结剂树脂和阳极导电材料的混合物注射至模具的第二腔中以形成第一阳极；在热和压力下通过注射成型将粘结剂树脂和第二导电材料的混合物注射至第一阳极内的腔中以形成阳极集电器和阳极总线；在热和压力下通过注射成型在第一阳极与第一阴极之间注射粘结剂树脂和电解材料的混合物以形成第一电解质；以及形成包围第一阴极的至少一部分、第一阳极的至少一部分和第一电解质的至少一部分的壳体。阴极材料和阳极材料可以包含苯乙烯丁二烯共聚物、聚偏二氟乙烯、聚氨酯、聚氯乙烯、高密度聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、乙烯乙酸乙烯酯、聚环氧乙烷、低密度聚乙烯和线性低密度聚乙烯中的至少一者。阴极导电材料可以包含金属粉末、金属薄片、金属带、金属纤维、金属线和金属纳米管中的至少一者，并且可以构成约50体积％至70体积％。此外，阴极导电材料可以包含钴、锰、镍-钴-锰和磷酸盐中的至少一者和锂的组合。阳极导电材料可以包含石墨粉、石墨纤维和碳纳米管中的至少一者，并且可以构成第一阳极的约75体积％至85体积％。电解质可以包含LiBF₄、LiBF₆、LSPS、LiCoO₂、LiOHH₂O、Li₂CO₃和LiOH中的至少一者。壳体可以包含非导电热塑性材料。