44(购自迈图性 能材料公司，俄亥俄州哥伦布）溶解于醇和去离子水的酸化混合物中。处理剂的体积浓度 可W在约0.2%与10%之间，或更确切地说在约1 %与5%之间。运些浓度范围可W基于 100g娃结构的体积及4g/cc的密度。当使用吸附技术时，例如用0. 5wt%的聚（亚乙基亚 胺）水溶液处理活性材料将赋予所需的表面改性。
[0047] 方法200接下来可W在操作204期间，将所述溶液（含有处理剂）与活性材料结 构组合。在一些实施例中，活性材料结构包括娃、锡和/或错。包括娃的结构可被称为含娃 结构。在一些实施例中，活性材料结构可W包括多种材料，例如娃和碳、娃-锡合金或其它 类型的组合。运些多种材料可W不同类型结构或W相同类型结构存在。举例来说，可W将 一种溶液与含娃结构和含碳结构组合，由此使得至少在操作204之前，含娃结构不是含碳 结构的部分。在一些实施例中，在操作204之前，相同类型的结构可W包括娃和碳。举例来 说，可W使用包括娃核屯、和碳壳层的结构。在一些实施例中，所述方法还可W设及将所述溶 液与含碳结构组合，由此使所述含碳结构在所述含娃结构上方形成层。
[0048] 在一些实施例中，操作204可W包括将所述溶液与活性材料粒子混合W确保溶液 的均匀分布W及所述溶液或更确切地说，处理剂对活性材料粒子表面的均匀覆盖。在一些 实施例中，混合物的溫度可W保持在约10°c与60°C之间。在所述实施例或其它实施例中， 当使用氨基硅烷化技术时，混合物的酸度可W用乙酸保持在约4. 5抑与5. 5抑之间。
[0049] 处理剂的量可W取决于活性材料粒子的表面积。举例来说，表面积是2. 65m7g的 活性材料粒子对于100g粒子可W接受在约0.Iml与Iml之间的处理剂，或对于265m2表面 积的活性材料粒子，接受在约0.Iml与Iml之间的处理剂。过量的处理剂会不利地影响电 池的性能，产生非所需的副产物，或毒性。在一些实施例中，可W通过使用不含处理剂的溶 剂洗掉活性材料粒子来去除过量的处理剂。洗涂过程可W重复多次并且通过监测例如洗涂 溶液的抑值水平来控制。另一方面，处理剂的量不足无法提供与粘合剂的适当键结。可能 影响处理剂的量的另一因素是活性材料粒子的材料。
[0050] 在不受任何特定理论限制的情况下，相信娃的氨基硅烷化不同于聚（胺）吸附。在 吸附过程中，基于娃和基于碳的活性材料可W经表面改性。举例来说，可W用聚（亚乙基亚 胺）（PEI)的水溶液处理娃粒子W在运些粒子的表面上形成单分子吸附物。一旦形成吸附 物，运些粒子在水中就变为带正电的。所述粒子可W与在水中带负电的含碳粒子组合。由 此引起静电缔合W使基于碳的粒子装饰娃粒子并且产生带负电的复合粒子。不与娃粒子缔 合的任何过量的基于碳的粒子保持带负电。最后，再添加聚（亚乙基亚胺）溶液可W将正 电荷（=-NRH/，其中R=H或-CHz-)添加到所有粒子。为了制造电极，可W将粒子混合物 分散于粘合剂溶液中。举例来说，可W使用W氨氧化钢部分中和的聚（丙締酸）。此粘合剂 吸附到基于娃和基于碳的粒子上的聚（亚乙基亚胺）表面层上W形成聚（丙締酸锭盐）。 在去除水并且加热之后，所述盐转化成聚（酷胺），从而在粒子与聚（丙締酸）基质之间产 生较强界面键。
[0051] 在一些实施例中，在将活性材料粒子与溶液组合之前，可W对活性材料粒子进行 预处理W例如在所述粒子的表面上可控地形成氧化物层。
[0052] 方法200接下来可W在操作206期间干燥所述混合物。在此操作期间，可W去除用 于制备处理剂溶液的溶剂。干燥可W分段进行。举例来说，操作206可W由空气干燥开始， 随后在约60°C下干燥（例如，约2小时）并且最后在约100°C下固化（例如，约1小时）。当 在所述溶液中同时使用醇和水时，分段干燥确保在较低溫度下顺利地去除醇，并且接着在 较高溫度下顺利地去除水。此外，在较高溫度，例如超过80°C，例如约100°C下，可能引起缩 合反应，其中形成Si-O-R键联。缩合反应在硅烷分子与娃粒子之间产生键。运一分段干燥 工艺还避免在混合物内突然产生蒸汽，蒸汽会引起不合需要的孔隙或其它有害影响。在一 些实施例中，干燥工艺设及在室溫下干燥24小时，随后在100°C下干燥30分钟或在120°C 下干燥10分钟。
[0053] 在一些实施例中，操作206还设及热处理。热处理可W将一或多种处理材料吸附 地或共价地错定于含娃结构的外表面。热处理可W在约80°C与130°C之间的溫度下进行。
[0054] 在一些实施例中，处理剂与活性材料粒子的表面形成共价键。因此，处理剂变成活 性材料结构的组成部分并且被错定于运些结构的表面上。处理剂的带有胺基的另一端可用 于与粘合剂聚合物，例如PAA上的簇酸基团键结。
[0055] 操作206的输出可W是具有经处理表面的活性材料结构。经处理的活性材料结构 可W形成软质聚集物，所述聚集物易于在进一步处理（例如混合浆液）期间分散。图3A-3C 说明经处理的活性材料结构的不同实例。确切地说，图3A说明仅部分表面经处理剂覆盖从 而形成斑块304a-304e的经处理的活性材料结构300。原始活性材料结构的部分302保持 未覆盖处理剂。图3B说明整个表面经处理剂覆盖，由此形成原始活性材料结构核屯、312和 处理剂壳层314的经处理的活性材料结构310。图3C说明包括封装在同一壳层314中的两 种活性材料结构322a和32化的经处理的活性材料聚集物320。万一此聚集物分开，活性材 料结构部分322a和32化可W保持未覆盖。
[0056] 制造和电化学电池的实例
[0057] 图4是根据一些实施例，对应于使用经处理活性材料结构形成电极的方法400的 工艺流程图。方法400可W由在操作402期间制备浆液开始。可W将经处理的活性材料结 构与粘合剂混合。在一些实施例中，可W将多种不同的活性材料结构混合于同一浆液中。运 些不同结构中的至少一种可W根据W上描述的技术进行处理。其它类型的结构可W是未处 理的。举例来说，经处理的娃粒子可W与未处理的石墨粒子组合于同一浆液中。
[0058] 在一些实施例中，通过氨基硅烷化或通过聚（胺）吸附表面改性的娃粒子易于分 散于部分中和（抑值是约6)的聚（丙締酸）的粘合剂水溶液中。通过聚（胺吸附）表面 改性，或在沉积于娃粒子上之后，接着通过聚（胺）吸附表面改性的基于碳的粒子显示出相 同的润湿和分散行为。
[0059] 方法400接下来可W将所述浆液涂布于导电衬底上（操作404)并干燥在所述衬 底上的浆液（操作406)。在一些实施例中，为了减小当活性材料粒子在循环期间膨胀和收 缩时所述衬底分层和/或变形的影响，可W使用具有节状表面的衬底。在所述实施例或其 它实施例中，衬底可W包括铜金属合金或层合物（例如，在具有较高机械强度的另一衬底 上电锻铜）、儀或其它金属锥。
[0060] 图5说明根据一些实施例的卷绕式圆柱形电池500的示意性截面图。正电极506、 负电极504及隔膜片508可W卷绕成所谓的"凝胶卷（jellyroll)"，将其插入圆柱形外壳 502中。确切地说，凝胶卷包括正电极506、负电极504及两片隔膜508螺旋地卷绕的组件。
[0061] 外壳502可W是刚性的，特别是对于裡离子电池来说。其它类型的电池可W包装 于柔性的锥型（聚合物层合物）外壳中。可W选择多种材料用于外壳502。外壳材料的选 择部分取决于外壳502的极性。如果外壳502连接到正电极506,那么外壳502可W由铁 6-4、其它铁合金、侣、侣合金及300系列不诱钢形成。另一方面，如果外壳502连接到负电 极504,那么外壳可W由铁、铁合金、铜、儀、铅及不诱钢制成。在一些实施例中，外壳502是 中性的（即，具有与正电极或负电极不同的电位）并且可W连接到例如由金属裡制成的辅 助电极。外壳502与电极之间的电连接可W通过外壳502与此电极之间的直接接触（例 如，凝胶卷的外部卷绕），通过连接到电极和外壳502的突片及其它技术建立。外壳502可 W具有整体式底部。或者，底部可W通过焊合、焊接、压接及其它技术附接到外壳。底部和 外壳可W具有相同或不同的极性（例如，当外壳呈中性时）。
[0062] 用于插入凝胶卷的外壳502的顶部可W盖有头部组件510。在一些实施例中，头部 组件510包括焊合板512、防爆膜514、基于PTC的自恢复保险丝516、头部杯518及隔离垫 片519。焊合板512、防爆膜514、基于PTC的自恢复保险丝516及头部杯518都是由导电 材料制成并且用于在电极（图5中的负电极504)与电池连接器520(图5中与头部杯518 整合或附接到所述头部杯）之间导电。隔离垫片519被用于负载头部组件510的导电部件 并且将运些部件与外壳502隔离。焊合板512可W通过突片509连接到电极。突片509的 一端可W焊合到电极（例如，超声波或电阻焊合），而突片的另一端可W焊合到焊合板512。 由于防爆膜514的凸出形状，焊合板512的中屯、和防爆膜514的中屯、连接。如果电池500 的内部压力增加（例如，由于电解质分解及其它除气工艺），那么防爆膜514可W改变其形 状并且从焊合板断开，由此中断电极与电池连接器520之间的电连接。
[0063] 基于PTC的自恢复保险丝516安置在防爆膜514的边缘与头部杯518的边缘之间， 使运两个部件有效地互连。在标准操作溫度下，基于PTC的自恢复保险丝516的电阻较低。 然而，当基于PTC的自恢复保险丝516由于例如电池500内释放的热而加热时，其电阻实质 上增加。基于PTC的自恢复保险丝是一种热启动的断路器，当基于PTC的自恢复保险丝516 的溫度超过某一阔值溫度时，其可W使防爆膜514从头部杯518电断开，并因此使电极从电 池连接器520断开。在一些实施例中，除基于P