nCoO2) (NMC)、锂 铝锰氧化物（例如LiAlxMnyO4)，及LiFePO 4。活性材料可由诸如锂钴氧化物的分层氧化物、 诸如磷酸锂铁的橄榄石，或诸如锂锰氧化物的尖晶石制成。在非锂实施例中，示例性阴极 可由TiS 2(二硫化钛）制成。示例性含锂氧化物可为诸如锂钴氧化物（LiCoO2)的分层氧 化物，或诸如 LiNixCo1 2xMnx02、LiNiQ.5M ni.504、Li (NiasCoai5Ala05) 02、LiMn2O4的混合金属氧 化物。示例性磷酸盐可为铁橄榄石（LiFePO 4)及铁橄榄石的变异体（诸如LiFe1 xMgxP04)、 LiMoP04、LiCoP04、LiNiP04、Li3V 2 (PO4) 3、LiV0P04、LiMP2O7，或 LiFe1.5P207。示例性氟磷酸盐可 为 LiVP04F、LiAlP04F、Li5V (PO4) 2F2、Li5Cr (PO4) 2F2、Li2CoPO4F，或 Li2NiP04F。示例性硅酸盐 可为 Li2FeSi04、Li2MnSiO4，或 Li2VOSiO4。示例性非锂化合物为 Na5V2(PO4)2F313
[0034] 位于电池单元100、120的阳极侧或负电极上的活性材料可由一些材料制成，所 述材料例如石墨材料及/或多种细粉末，及例如具有微米尺度或纳米尺度的尺寸的粉末。 此外，硅、锡，或钛酸锂（Li 4Ti5O12)可与石墨材料一起使用或取代石墨材料以提供导电芯 阳极材料。示例性阴极材料、阳极材料，及应用方法在申请于2010年7月19日、标题为 "COMPRESSED POWDER 3D BATTERY ELECTRODE MANUFACTURING" 的共同转让的美国专利申 请公开案第US 2011/0129732号及申请于2010年1月13日、标题为"GRADED ELECTRODE TECHNOLOGIES FOR HIGH ENERGY LITHIUM-ION BATTERIES" 的共同转让美国专利申请公开 案第US 2011/0168550号中进行进一步描述。
[0035] 亦应理解，尽管图IA及图IB中绘示电池单元双层100,但本文中所述的实施例并 非限定于锂离子电池单元双层结构。亦应理解，阳极及阴极结构可串联连接或并联连接。
[0036] 如本文中所使用，术语"阴极材料"包括阴极活性材料、黏合剂、黏合前驱物，及导 电材料中的至少一种。
[0037] 图2A-2C为根据本文中所述的实施例形成的部分多层阴极电极结构103的一个实 施例的横剖面示意图。图3为工艺流程图300,所述图概述根据本文中所述的实施例用于形 成多层阴极电极结构的方法的一个实施例。将参考工艺流程图300论述图2A-2C的多层电 极结构103。
[0038] 在方块310中，提供导电基板。导电基板可类似于集电器113。如图2A中所绘示， 示意性图示在集电器113上沉积多层阴极材料202之前的集电器113。在一个实施例中，集 电器113为导电基板（例如金属箱、金属片，或金属板）。在一个实施例中，集电器113为柔 性导电基板（例如金属箱）。在一个实施例中，集电器113为导电基板，所述导电基板上安 置有绝缘涂层。在一个实施例中，集电器113可包括相对较薄的导电层，所述导电层安置在 包含一或多个导电材料的主基板上，所述导电材料诸如金属、塑料、石墨、聚合物、含碳聚合 物、复合物，或其它适合的材料。可组成集电器113的金属的实例包括铝（Al)、铜（Cu)、锌 (Zn)、镍（Ni)、钴（Co)、锡（Sn)、锰（Mn)、镁（Mg)、上述各者的合金，及上述各者的组合。在 一个实施例中，集电器113被穿孔。
[0039] 或者，集电器113可包含非导电性主基板，诸如玻璃、硅，及塑料或聚合基板，所 述基板上凭借所属技术领域中的已知手段形成有导电层，所述手段包括物理气相沉积 (physical vapor deposition ;PVD)、电化学电镀、无电电镀，及类似手段。在一个实施例 中，集电器113由柔性主基板形成。柔性主基板可为轻型及价格不贵的塑料材料，例如聚 乙烯、聚丙烯，或其它适合的塑料或聚合材料，所述主基板上形成有导电层。在一个实施例 中，导电层的厚度在约10微米与15微米之间以便将电阻损耗降至最低。适合用作所述种 柔性基板的材料包括聚酰亚胺（例如由法国杜邦公司出售的KAPTON?)、聚乙烯对苯二甲酸 酯（polyethylene terephthalate ;PET)、聚丙稀树脂、聚碳酸酯、聚娃氧、环氧树脂、聚娃氧 功能化环氧树脂、聚酯（例如由法国杜邦公司出售的MYLAR?)、由Kanegaftigi化学工业公 司制造的APICAL AV、由日本UBE工业有限公司制造的UPILEX、由日本住友化学工业公司 制造的聚醚砜（polyethersulfones ;PES)、聚醚酰亚胺（例如由美国通用电气公司出售的 ULTEM)，及聚乙稀奈（polyethylene naphthalene ;PEN)。或者，柔性基板可由相对较薄的 玻璃构造而成，所述玻璃用聚合涂层强化。
[0040] 在一个实施例中，在形成多层阴极材料202之前，先处理集电器113以提高电极到 集电器113的接触电阻及附着力。
[0041] 在方块320中，在集电器113上沉积包含阴极活性材料的第一浆料混合物，以在集 电器113上形成第一阴极材料层210,如图2B中所示。在一个实施例中，第一阴极材料层 210的厚度在约10 μ m至约150 μ m之间。在一个实施例中，第一阴极材料层210的厚度在 约50 μπι至约100 μπι之间。在集电器113为多孔状结构的实施例中，第一阴极材料层210 可沉积在集电器113的孔隙内。
[0042] 第一浆料混合物可通过使用以下沉积技术中的任一技术沉积在基板上：喷涂沉积 技术、滑动涂覆技术、帘幕式涂覆技术、狭缝涂覆技术、流体化床涂覆技术、包括图案化辊涂 覆技术（例如线绕、滚纹，及凹版）的辊涂覆技术、浸渍涂覆、印刷技术（例如光刻及挤出印 刷），及刮刀涂布技术。喷涂沉积技术包括但不限于液压喷涂技术、气动喷涂技术、喷雾喷涂 技术、电喷涂技术、静电喷涂技术、等离子体喷涂技术，及热或火焰喷涂技术。
[0043] 第一浆料混合物可包含阴极活性材料，及黏合剂、导电材料及溶剂中的至少一种。
[0044] 示例性阴极活性材料包括锂钴氧化物（LiCoO2)、二氧化锂锰（LiMnO 2)、二硫化钛 (TiS2)、LiNixCo1 2xMnx02( "NMC"）、LiMn204、铁橄榄石（LiFePO4)及铁橄榄石的变异体（诸 如 LiFe1 xMgxP04)、LiMoPO4' LiCoPO4' Li3V2(PO4)3' LiVOPO4' LiMP2O7' LiFeh5P2O7' LiVP04F、 LiAlPO4F^ Li5V(PO4)2F2^ Li5Cr(PO4)2F2^ Li2CoPO4F^ Li2NiPO4F^ Na5V2(PO4)2F3^ Li2FeSiO4^ Li2MnSi04、Li2VOSiO4、上述材料的复合物，及上述材料的组合。
[0045] 第一浆料混合物可包含重量百分比在约30%与约96%之间的阴极活性材料。第 一浆料混合物可包含重量百分比在约75%与约96%之间的阴极活性材料。第一浆料混合 物可包含重量百分比在约85%与约92%之间的阴极活性材料。第一浆料混合物可包含重 量百分比在约50%至80%之间的固体，其中重量百分比约75%至98%的固体为阴极活性 材料。浆料混合物可包含重量百分比在约55 %至65 %之间的固体，其中重量百分比约85 % 至95%的固体为阴极活性材料。
[0046] 在一个实施例中，阴极活性材料为颗粒形式。在一个实施例中，颗粒为纳米尺度颗 粒。在一个实施例中，纳米尺度颗粒的直径在约Inm与约IOOnm之间。在一个实施例中，颗 粒为微米尺度颗粒。在一个实施例中，颗粒包括聚集微米尺度颗粒。在一个实施例中，微米 尺度颗粒的直径在约I ym与约20 μπι之间。在一个实施例中，微米尺度颗粒的直径在约 2 μ m与约15 μ m之间。在某些实施例中，需要选择一粒度，所述粒度维持颗粒的压实密度， 同时维持缩小的表面积，以便避免可能在较高电压下发生的不当的副反应。在某些实施例 中，粒度可视所使用的阴极活性材料的类型而定。
[0047] 第一浆料混合物可进一步包含固态黏合剂或前驱物以用于形成固态黏合剂。 黏合剂促进阴极活性材料与基板及与阴极活性材料的其它颗粒的黏结。黏合剂通常为 聚合物。黏合剂可溶于溶剂。黏合剂可为水溶性黏合剂。黏合剂可溶于有机溶剂。示 例性黏合剂包括苯乙稀丁二稀橡胶（styrene butadiene rubber ;SBR)、羧甲基纤维素 (carboxymethylcellulose ;CMC)、聚偏二氣乙稀（polyvinylidene fluoride ;PVDF)，及上 述材料的组合。在集电器113上进行沉积之前，可混合固态黏合剂与阴极活性材料。在沉 积阴极活性材料之前或之后，可在集电器上沉积固态黏合剂。固态黏合剂可包含诸如聚合 物这样的黏合剂以将阴极活性材料保持在集电器113的表面上。黏合剂大体将具有一些导 电性或离子传导性以避免减弱沉积层的性能，然而，大多数黏合剂通常为电绝缘的，及一些 材料不允许锂离子通过。在某些实施例中，黏合剂为分子量较低的含碳聚合物。低分子量 聚合物可具有低于约10000的平均分子量数以促进阴极活性材料对集电器113的附着力。
[0048] 第一浆料混合物可包含重量百分比在约0. 5%与约15%之间的黏合剂。浆料混合 物可包含重量百分比在约1%与约4%之间的黏合剂。第一浆料混合物可包含重量百分比 在约50%至80%之间的固体，所述固体包含重量百分比为约1%至10%的黏合剂。浆料混 合物可包含重量百分比在约55%至65%之间的固体，所述固体包含重量百分比为约1%至 4 %的黏合剂。
[0049] 第一浆料混合物可进一步包含导电材料以用于在阴极活性材料的高电阻颗粒之 间提供导电路径。在一个实施例中，导电材料可选自由以下材料组成的群组：石墨、石墨烯 硬质碳、乙炔墨（acetylene black ;AB)、碳黑（carbon black ;CB)、具有碳涂层的娃、锡颗 粒、氧化锡、碳化硅、硅（非晶或晶态）、硅合金、掺杂硅、钛酸锂、上述材料的复合物，及上述 材料的组合。
[0050] 第一浆料混合物可包含重量百分比在约2%与约10%之间的导电材料。浆料混合 物可包含重量百分比在约4%与约8%之间的导电材料。第一浆料混合物可包含重量百分 比在约50%至80%之间的固体，所述固体包含重量百分比自约1%至20%的导电材料。浆 料混合物可包含重量百分比在约