【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
本專(zhuān)利技術(shù)總體上涉及用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法。更具體地，本專(zhuān)利技術(shù)涉及一種用于生產(chǎn)陽(yáng)極的方法，其中在親鋰材料和熔融形式的鋰材料之間反應(yīng)之后或者在親鋰表面上沉積鋰材料之后形成陽(yáng)極活性材料。陽(yáng)極的集電器和/或至少一個(gè)其他層可以包括連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。
技術(shù)介紹
1、例如與理論比能量為372mah/g的諸如石墨等的材料相比，理論比能量為3860mah/g的鋰金屬構(gòu)成了儲(chǔ)能系統(tǒng)(ess)或電池的良好陽(yáng)極材料。
2、需要薄的li金屬箔來(lái)增加電池的能量密度并降低陽(yáng)極的生產(chǎn)成本。然而，li具有低的機(jī)械強(qiáng)度和電子導(dǎo)電性(分別比銅和鋁低5倍和3倍)。因此，薄的獨(dú)立式li難以生產(chǎn)和處理。在本領(lǐng)域中已知使用沉積在由導(dǎo)電材料制成的基材上的薄層li。通常，選擇具有良好機(jī)械性能和良好電子導(dǎo)電性的基材，也稱(chēng)為集電器。即使是基材上厚度低至4微米至5微米的li層也構(gòu)成了比使用獨(dú)立式li更好的解決方案。
3、在金屬基材上沉積薄層li的方法在本領(lǐng)域中是已知的。此類(lèi)方法包括例如物理氣相沉積(pvd)技術(shù)。然而，若干個(gè)缺點(diǎn)與pvd相關(guān)，如沉積速率相當(dāng)?shù)?，并且整個(gè)技術(shù)相當(dāng)昂貴。
4、此外，已經(jīng)觀察到，當(dāng)一層li沉積在集電器上時(shí)，li和導(dǎo)電材料之間會(huì)發(fā)生相互作用，這導(dǎo)致在集電器中形成裂紋。這將在下文中更詳細(xì)地描述。當(dāng)使用更理想的較薄集電器時(shí)，以及當(dāng)進(jìn)行涉及在高溫下使用鋰的其他沉積技術(shù)時(shí)，在集電器中形成裂紋變得特別普遍。
5、專(zhuān)利技術(shù)人知道以下文件：us?2020/099039、wo?2020/240553、wo?2020/210
6、仍然需要用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的有效且具有成本效益的方法。特別地，需要此類(lèi)方法，這些方法允許除pvd之外的其他li沉積技術(shù)，并且不導(dǎo)致集電器損壞。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專(zhuān)利技術(shù)人已經(jīng)設(shè)計(jì)并實(shí)施了一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法。所述方法包括：提供集電器，在其上形成保護(hù)材料層，在所述保護(hù)材料層上沉積親鋰材料，以及在所述親鋰材料層上沉積熔融的鋰材料。所述親鋰材料和所述熔融的鋰材料隨后反應(yīng)以形成陽(yáng)極活性材料。所述陽(yáng)極的所述集電器和/或至少一個(gè)其他層可以在其表面上包括連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。所述方法還可以包括等離子體處理，所述等離子體處理可以導(dǎo)致親鋰表面的形成。沉積在所述集電器上的所述保護(hù)材料構(gòu)成所述集電器和所述陽(yáng)極活性材料中的鋰之間的屏障，因此避免了在所述集電器中形成裂紋。
2、在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，在沉積所述熔融的鋰材料之前，將所述親鋰材料沉積在所述保護(hù)層上之后進(jìn)行等離子體處理，產(chǎn)生等離子體處理的親鋰材料。
3、在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，對(duì)所述保護(hù)層進(jìn)行等離子體處理，導(dǎo)致形成親鋰表面，所述熔融的鋰材料沉積在所述親鋰表面上。
4、所述等離子體處理可以是熱大氣壓等離子體或任何其他合適的等離子體處理。
5、在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，所述集電器設(shè)有在其表面上形成的連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。此外，包括所述保護(hù)層、所述親鋰表面、所述陽(yáng)極活性材料層和表面處理劑層的陽(yáng)極的至少一個(gè)其他層可以包括連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。所述連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)可以通過(guò)在表面上電化學(xué)沉積或化學(xué)沉積導(dǎo)電材料來(lái)形成。可替代地，例如，關(guān)于集電器，可以通過(guò)使用可以包括機(jī)械處理和/或激光處理、電化學(xué)氧化、化學(xué)蝕刻或任何其他合適的技術(shù)在其表面提供一些粗糙度來(lái)形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。
6、在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，所述熔融形式的鋰材料包括鋰或其合金。
7、在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，提供了一種陽(yáng)極，其包括集電器、沉積在所述集電器上的保護(hù)材料層和陽(yáng)極活性材料層，所述陽(yáng)極活性材料層在親鋰材料和熔融形式的鋰材料之間的反應(yīng)之后形成或者在親鋰表面上沉積所述鋰材料后形成。在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，所述陽(yáng)極是單面的，或者所述陽(yáng)極是雙面的。在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，所述集電器具有在約4μm至約5μm之間的厚度。
8、在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，提供了一種適于進(jìn)行本文所述的方法以生產(chǎn)本文所述的陽(yáng)極的設(shè)備。
9、在本專(zhuān)利技術(shù)的實(shí)施方案中，所述鋰電池是鋰離子電池或全固態(tài)電池。
10、因此，根據(jù)本專(zhuān)利技術(shù)的各方面，本專(zhuān)利技術(shù)提供了以下內(nèi)容：
11、(1).一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：a)提供集電器；b)在所述集電器的表面上沉積保護(hù)材料層，以獲得受保護(hù)的集電器；c)在所述受保護(hù)的集電器的表面上沉積親鋰材料層；以及d)在所述親鋰材料層上沉積熔融形式的鋰材料層，由此所述親鋰材料與熔融的鋰材料反應(yīng)以形成陽(yáng)極活性材料層。
12、(2).一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：a)提供集電器；b)在所述集電器的表面上沉積保護(hù)材料層，以獲得受保護(hù)的集電器；c)在所述保護(hù)材料層上沉積親鋰材料層，然后c1)對(duì)所述親鋰材料層進(jìn)行等離子體處理，以獲得等離子體處理的親鋰材料層；以及d)在所述等離子體處理的親鋰材料層上沉積熔融形式的鋰材料層，由此所述親鋰材料與熔融的鋰材料反應(yīng)以形成陽(yáng)極活性材料層。
13、(3).一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：a)提供集電器；b)在所述集電器的表面上沉積保護(hù)材料層，以獲得受保護(hù)的集電器；c1)對(duì)所述受保護(hù)的集電器進(jìn)行等離子體處理，以獲得具有親鋰表面的等離子體處理的受保護(hù)的集電器；以及d)在所述親鋰表面上沉積熔融形式的鋰材料層，從而形成陽(yáng)極活性材料層。
14、(4).根據(jù)上述(1)至(3)中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括a1)在進(jìn)行步驟b)之前，在所述集電器的表面上形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)，以獲得紋理化的集電器。
15、(5).根據(jù)上述(1)至(4)中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括b1)在進(jìn)行步驟c)或步驟c1)之前，在所述受保護(hù)的集電器的表面上形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)，以獲得紋理化的受保護(hù)的集電器。
16、(6).根據(jù)上述(1)至(5)中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括e)在形成的所述陽(yáng)極活性材料層上沉積表面處理劑層。
17、(7).根據(jù)上述(1)至(6)中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括d1)在進(jìn)行步驟e)之前，在所述陽(yáng)極活性材料層的表面上形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。
18、(8).根據(jù)上述(1)至(7)中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括e1)在所述表面處理劑層的表面上形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。
19、(9).根據(jù)上述(1)至(8)中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a1)、b)、b1)、c)、c1)、d)、d1)、e)和e1)在所述集電器的兩側(cè)上進(jìn)行，并且產(chǎn)生雙面陽(yáng)極，任選地，步驟a1)、b)、b1)、c)、c1)、d)、d1)、e)和e1)全部在所述集電器的一側(cè)上進(jìn)行，然后在所述收集器的另一側(cè)進(jìn)行；任選地，步驟a1)、b)、b1)、c)、c1)、d)、d1)、e)和e1)中的每一個(gè)在所述集電器的一側(cè)上同時(shí)進(jìn)行，然后在所述集電器的另一側(cè)上進(jìn)行。<本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：
2.一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：
3.一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟a1)在進(jìn)行步驟b)之前，在所述集電器的表面上形成連續(xù)的3D結(jié)構(gòu)，以獲得紋理化的集電器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟b1)在進(jìn)行步驟c)或c1)之前，在所述受保護(hù)的集電器的表面上形成連續(xù)的3D結(jié)構(gòu)，以獲得紋理化的受保護(hù)的集電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括e)在形成的活性陽(yáng)極材料層上沉積表面處理劑層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟d1)在進(jìn)行步驟e)之前，在所述陽(yáng)極材料層的表面上形成連續(xù)的3D結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟e1)在所述表面處理劑層的表面上形成連續(xù)的3D結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a1)、b)、b1)、c)、c1)、d)、d1
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a1)和b1)各自獨(dú)立地包括在所述集電器的所述表面上或在所述受保護(hù)的集電器的所述表面上電化學(xué)沉積導(dǎo)電材料，
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a1)和b1)各自獨(dú)立地包括在所述集電器的所述表面上提供一定的粗糙度，
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟b)包括電化學(xué)沉積、化學(xué)鍍或任何合適的技術(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟c)包括電化學(xué)氧化或電化學(xué)還原，或任何合適的技術(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟c1)中的所述等離子體處理是大氣壓熱等離子體。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟d)包括滲透方法、波峰焊接、使用加熱噴嘴、使用網(wǎng)紋輥或任何合適的技術(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至1?5中任一項(xiàng)所述的方法，其中至少一個(gè)干燥步驟在步驟a1)、b)、b1)、c)、d)、d1)和e)中的任一步驟之后進(jìn)行。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述熔融形式的鋰材料處于約180℃和約400℃之間的溫度，
18.根據(jù)權(quán)利要求1至17中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述集電器包括為Cu、Al、Ni、Ti、C、不銹鋼、導(dǎo)電聚合物或它們的組合的材料，
19.根據(jù)權(quán)利要求1至18中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述保護(hù)材料包括Ni、Co、Cr、Fe、Ti或它們的組合，
20.根據(jù)權(quán)利要求1至19中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述親鋰材料包括CuO、Cu2O、ZnO、MnO2、SnO2、Cu、Au、Mg、Al、In、B、Zn、Sn、Si、SiO2、SiOx、金屬氟化物、金屬硼化物或它們的組合，
21.根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述親鋰表面具有連續(xù)的3D結(jié)構(gòu)，
22.根據(jù)權(quán)利要求1至21中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述熔融形式的鋰材料包括鋰或其合金，
23.根據(jù)權(quán)利要求1至16中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述表面處理劑包括Ag、Zn、SiOx、Sn、Si、Li2CO3、LiF、炭黑、碳納米纖維、石墨烯或任何其他合適的表面處理劑。
24.根據(jù)權(quán)利要求1至23中任一項(xiàng)所述的方法，其中所述鋰電池是鋰離子電池或全固態(tài)電池。
25.一種通過(guò)根據(jù)權(quán)利要求1至24中任一項(xiàng)所述的方法生產(chǎn)的陽(yáng)極。
26.一種用于鋰電池的陽(yáng)極，其包括：
27.根據(jù)權(quán)利要求25或26所述的陽(yáng)極，其中：在所述集電器和所述活性陽(yáng)極材料之間基本上沒(méi)有物理相互作用或化學(xué)相互作用。
28.根據(jù)權(quán)利要求25至27中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，所述陽(yáng)極是單面或雙面的。
29.根據(jù)權(quán)利要求25至28中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，其中所述集電器具有在約4μm與約5μm之間的厚度。
30.一種適于生產(chǎn)根據(jù)權(quán)利要求25至29中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極的設(shè)備。
31.一種根據(jù)權(quán)利要求25至29中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極的用途，其用于制造鋰電池。
32.一種制造鋰電池的方法，其包括使用根據(jù)權(quán)利要求25至29中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極。
33.一種鋰電池，其包括根據(jù)權(quán)利要求25至29中任一項(xiàng)所述的陽(yáng)極，
...【技術(shù)特征摘要】
【國(guó)外來(lái)華專(zhuān)利技術(shù)】
1.一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：
2.一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：
3.一種用于生產(chǎn)鋰電池的陽(yáng)極的方法，其包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟a1)在進(jìn)行步驟b)之前，在所述集電器的表面上形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)，以獲得紋理化的集電器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟b1)在進(jìn)行步驟c)或c1)之前，在所述受保護(hù)的集電器的表面上形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)，以獲得紋理化的受保護(hù)的集電器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括e)在形成的活性陽(yáng)極材料層上沉積表面處理劑層。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟d1)在進(jìn)行步驟e)之前，在所述陽(yáng)極材料層的表面上形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其進(jìn)一步包括步驟e1)在所述表面處理劑層的表面上形成連續(xù)的3d結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a1)、b)、b1)、c)、c1)、d)、d1)、e)和e1)在所述集電器的兩側(cè)上進(jìn)行，并且產(chǎn)生雙面陽(yáng)極，
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a1)和b1)各自獨(dú)立地包括在所述集電器的所述表面上或在所述受保護(hù)的集電器的所述表面上電化學(xué)沉積導(dǎo)電材料，
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟a1)和b1)各自獨(dú)立地包括在所述集電器的所述表面上提供一定的粗糙度，
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟b)包括電化學(xué)沉積、化學(xué)鍍或任何合適的技術(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟c)包括電化學(xué)氧化或電化學(xué)還原，或任何合適的技術(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟c1)中的所述等離子體處理是大氣壓熱等離子體。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其中步驟d)包括滲透方法、波峰焊接、使用加熱噴嘴、使用網(wǎng)紋輥或任何合適的技術(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至1?5中任一項(xiàng)所述的方法，其中至少一個(gè)干燥步驟在步驟a1)、b)、b1)、c...
【專(zhuān)利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：K·阿穆澤加，D·勒布朗，A·保萊拉，A·蓋爾斐，S·卡波利，P·布沙爾，F·拉魯什，N·德拉波特，
申請(qǐng)(專(zhuān)利權(quán))人：魁北克電力公司，
類(lèi)型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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