[发明专利]用于制造较厚电极的多层电池电极设计

说明书

本发明的实施例大体为涉及大容量蓄能装置及制造大容量蓄能装置的方法及设备。在一个实施例中，提供用于形成多层阴极结构的方法。所述方法包含以下步骤：提供导电基板；沉积包含阴极活性材料的第一浆料混合物以在导电基板之上形成第一阴极材料层；沉积包含阴极活性材料的第二浆料混合物以在第一阴极材料层之上形成第二阴极材料层，及压缩刚沉积的第一阴极材料层及第二阴极材料层以达到所需的孔隙率。

背景

领域

本发明的实施例大体涉及大容量蓄能装置及用于制造大容量蓄能装置的方法及设备。

现有技术的描述

诸如超级电容器及锂离子(Li-ion)电池的快速充电的大容量蓄能装置的应用数目不断增长，包括可携式电子装置、医疗、运输、并联大型蓄能、再生蓄能，及不断电电源(uninterruptible power supply；UPS)。

同代、次代，及可充电的蓄能装置通常包括阳极电极、阴极电极、定位于阳极电极与阴极电极之间的隔板，及至少一个集电器。用于正集电器(阴极)的材料的实例通常包括铝(Al)、不锈钢(stainless steel；SST)，及镍(Ni)。用于负集电器(阳极)的材料的实例通常包括铜(Cu)，但亦可使用不锈钢(stainless steel；SST)及镍(Ni)。

锂离子电池的活性阴极材料通常选自范围广泛的锂过渡金属氧化物。实例包括尖晶石结构的氧化物(LiMn₂O₄(LMO))、LiMn_1.5Ni_0.5O₄(LMNO)、层式结构(LiCoO₂、锂镍锰钴氧化物(NMC))、锂镍钴铝氧化物(NCA)、橄榄石结构(例如LiFePO₄)，及上述各者的组合。

活性阳极材料大体基于碳(石墨或硬质碳)，粒度约为5-15μm。基于硅(Si)及锡(Sn)的活性材料目前正作为下一代阳极材料而得以开发。所述两者所具有的容量显著高于基于碳的电极。Li₁₅Si₄的容量为约3580mAh/g，而石墨的容量则小于372mAh/g。基于Sn的阳极可达到高于900mAh/g的容量，此容量远高于大多数阴极材料能够达到的容量。由此，在平衡的锂离子单元中，预计阴极将继续重于阳极。

目前，活性材料仅占电池单元的总成分重量百分比的不到50％。制造含有更多活性材料的较厚电极的能力将通过降低非活性元素的所占百分比来显著增加电池能量密度及降低电池单元的生产成本。然而，电极厚度目前受目前所用材料的利用率及机械性质所限制。

由此，所属技术领域中需要更快充电、更大容量的蓄能装置，所述装置更小、更轻，及可以较高生产率进行更具成本效益的制造。

发明内容

本发明的实施例大体涉及大容量蓄能装置及制造大容量蓄能装置的方法及设备。在一个实施例中，提供用于形成多层阴极结构的方法。所述方法包含以下步骤：提供导电基板；沉积包含阴极活性材料的第一浆料混合物以在导电基板之上形成第一阴极材料层；沉积包含阴极活性材料的第二浆料混合物以在第一阴极材料层之上形成第二阴极材料层，及压缩刚沉积的第一阴极材料层及第二阴极材料层以达到所需的孔隙率。

附图简单说明

为使本发明的上述特征可被详细理解，可通过参考实施例对上文简要概括的本发明进行更为具体的描述，所述实施例中的一些实施例在附图中进行图示。然而，应注意，附图仅图示本发明的典型实施例，及因此将不被视作限制本发明的范围，因为本发明可认可其它同等有效的实施例。

图1A为具有双侧电极的部分电池单元的示意图，所述双侧电极具有根据本文中所述的实施例形成的一或多个电极结构；