储能器件电极制造的方法和装置与流程

文档序号:17981869发布日期:2019-06-22 00:09阅读:180来源:国知局
本申请要求享有2016年9月1日提交的美国临时申请no.62/382,675的权益,该临时申请以其全部内容结合于本文中作为参考。本发明涉及储能器件,具体而言涉及用于制造储能器件电极的装置和方法。
背景技术
::各种类型的储能器件能够用于为电子装置供电,包括,例如,电容器,电池,电容器-电池混合体(capacitor-batteryhybrid)和燃料电池。这种储能器件能够具有包括一个或多个电极膜的阳极(anode)和阴极(cathode)。所述电极膜可以包含聚合物粘合剂和一种或多种活性电极组分。储能器件的电性能能够取决于所述粘合剂和活性电极组分的一种或多种性质。通过选择所述粘合剂的类型、活性电极组分和/或用于制造所述电极膜的方法,可以实现所述储能器件的所需电性能。然而,储能器件制造可能会产生相当大的成本。具体而言,按规格制造电极可能需要大量资源。一个困难是在制造后从所述电极膜中除去溶剂和其他加工添加剂。在湿法电极制造(wetelectrodefabrication)中,溶剂去除可能需要大量的功率和时间,在此期间将会占用有价值的制造资源。由于例如,提供更均匀的活性和粘合剂材料分布,改进的制造技术也可以提供性能更好的电极。传统的干法电极制造技术(dryelectrodefabricationtechnique)避免这些问题中的一些,但是以引入本文进一步讨论的其他问题为代价。因此,仍需要改进的电极制造技术。技术实现要素:一些实施方式提供了用于形成储能器件电极膜混合物的装置。所述装置包括含有聚合物分散体的第一源,所述聚合物分散体包含液体和聚合物。所述聚合物是储能器件电极膜混合物的第一组分。所述装置进一步包括包含所述储能器件电极膜混合物的第二组分的第二源。所述装置进一步包括流化床涂层装置,其包括第一入口和第二入口,所述第一入口配置成从所述第一源接收所述聚合物分散体,所述第二入口配置成从所述第二源接收所述电极膜混合物的所述第二组分。进一步的实施方式提供了制备储能器件电极膜混合物的方法。所述方法包括向流化床涂层装置的第一入口提供聚合物分散体,所述聚合物分散体包含液体和聚合物,其中所述聚合物是储能器件电极膜混合物的第一组分。所述方法进一步包括在流化床涂层装置内提供所述储能器件电极膜混合物的第二组分。所述方法进一步包括在所述流化床涂层装置内蒸发所述聚合物分散体的所述液体部分从而形成干聚合物。所述方法进一步包括在所述流化床涂层装置内形成包含所述电极混合物的所述第二组分的流化床。在第一方面中,提供了一种用于形成储能器件电极膜混合物的装置,所述装置包括第一源、第二源和流化床涂层装置,所述第一源包含聚合物分散体,所述聚合物分散体包含液体和聚合物,其中所述聚合物是所述储能器件电极膜混合物的第一组分,所述第二源包含储能器件电极膜混合物的第二组分,并且所述流化床涂层装置包括配置成从所述第一源接收所述聚合物分散体的第一入口,和配置成从所述第二源接收所述第二组分以形成电极膜混合物的第二入口。在所述第一方面的一些实施方式中,所述装置配置成蒸发所述分散体的所述液体以提供干聚合物,并采用所述第二组分形成流化床,和用所述干聚合物对所述第二组分进行涂层。在所述第一方面的一些实施方式中,所述第二组分包含干燥颗粒,并且所述流化床涂层装置配置成由所述干燥颗粒形成流化床。在所述第一方面的一些实施方式中,所述第二组分包括所述电极膜混合物的活性电极组分。在所述第一方面的一些实施方式中,所述第二组分包括锂金属氧化物。在所述第一方面的一些实施方式中,所述第二组分包括碳。在所述第一方面的一些实施方式中,所述第二组分包括石墨。在所述第一方面的一些实施方式中,所述聚合物包括聚四氟乙烯。在所述第一方面的一些实施方式中,所述液体包括水。在所述第一方面的一些实施方式中,所述第二组分包含干燥颗粒,并且所述流化床涂层装置配置成通过所述第二入口接收所述干燥颗粒并由所述干燥颗粒形成流化床。在所述第一方面的一些实施方式中,所述流化床涂层装置配置成蒸发所述水并在所述干燥颗粒上提供干燥的聚四氟乙烯涂层。在所述第一方面的一些实施方式中,所述流化床涂层装置配置成提供连续体积的气体以与所述第二组分一起形成流化床。在所述第一方面的一些实施方式中,该装置包括转子。在第二方面中,提供了一种制备储能器件电极膜混合物的方法,包括:向流化床涂层装置的第一入口提供聚合物分散体,所述聚合物分散体包含液体和聚合物,其中所述聚合物是储能器件电极膜混合物的第一组分;向所述流化床涂层装置的第二入口提供所述储能器件电极膜混合物的第二组分;蒸发所述流化床涂层装置内所述聚合物分散体的所述液体部分从而形成干聚合物;和在所述流化床涂层装置内形成所述干聚合物和所述电极混合物的所述第二组分的流化床,以形成电极膜混合物。在所述第二方面的一些实施方式中,提供所述聚合物分散体包括提供包含水和聚四氟乙烯的分散体。在所述第二方面的一些实施方式中,提供所述第二组分包括提供干燥颗粒。在所述第二方面的一些实施方式中,提供所述第二组分包括提供所述电极膜混合物的活性电极组分。在所述第二方面的一些实施方式中,提供所述第二组分包括提供碳。在所述第二方面的一些实施方式中,提供所述碳包括提供石墨。在所述第二方面的一些实施方式中,提供所述第二组分包括提供锂金属氧化物。在所述第二方面的一些实施方式中,蒸发所述分散体的所述液体包括使所述分散体通过所述流化床涂层装置的喷雾嘴。在所述第二方面的一些实施方式中,所述方法包括在所述流化床涂层装置内用干聚合物对所述第二组分涂层。在所述第二方面的一些实施方式中,在提供所述聚合物分散体之前实施提供所述第二组分。在所述第二方面的一些实施方式中,提供了一种形成电极膜的方法,包括压延所述电极膜混合物从而形成电极膜。在所述第二方面的一些实施方式中,压延所述电极膜混合物包括使所述聚合物原纤化(fibrillizing)。在所述第二方面的一些实施方式中,所述电极膜是自支撑的。为了总结本发明和相对于现有技术实现的优点,本文描述了某些目的和优点。当然,应该理解的是,根据任何具体实施方式,并不一定需要实现所有这些目的或优点。因此,例如,本领域技术人员将会认识到的是,本发明可以以能够实现或优化一个优点或一组优点而无需实现其他目的或优点的方式实施或实现。所有这些实施方式旨在处于本文公开的本发明的范围内。这些和其它实施方式参考附图由以下详细描述对于本领域技术人员将变得显而易见,本发明不限于任何具体公开的实施方式。附图说明参考某些实施方式的附图描述了本公开的这些和其他特征、方面和优点,这些附图都旨在图示说明某些实施方式而并非限制本发明。图1是包括一个或多个电极膜的储能器件的示意图。图2是用于形成电极膜混合物的方法的一个实施方式的工艺流程图。图3是用于制造电极膜混合物的装置的一个实施方式的示意图。图4显示了用于制造电极膜混合物的装置的一个实施方式。图5显示了流化床装置的一个实施方式的横截面视图。图6显示了包括转子的流化床装置的一个实施方式的横截面视图。具体实施方式尽管以下描述了某些实施方式和实施例,但本领域技术人员将会理解的是,本发明超出了具体公开的实施方式和/或用途以及其明显的修改和等同物。因此,这旨在使本文公开的本发明的范围不应该受以下所述任何具体实施方式限制。本文提供了用于形成储能器件电极膜混合物的装置和方法。所述装置或方法可以提供电极膜混合物的第一组分,其可以包含聚合物分散体,所述聚合物分散体包含液体和聚合物。所述装置或方法可以进一步提供所述电极膜混合物的第二组分,其可以包含活性材料。所述装置或方法可以进一步提供与配置成接收所述聚合物分散体的第一入口和配置成接收所述电极膜混合物的所述第二组分的第二入口流体连通的流化床。与用于形成湿或干电极膜的常规装置或方法或用于形成这种膜的原材料相比,本文所述的装置或方法可以提供一个或多个优点。例如,与使用湿涂方法制造的电极膜相比,本文所述的一个或多个装置或方法可以有利于形成更厚的电极膜以提供增加的器件能量密度性能。对于进一步的实例,与其他电极制造装置或方法相比,本文描述的一个或多个装置或方法可以降低制造成本。一些传统的电极膜方法使用湿原料形成浆料,随后将其施加于集电器(currentcollector)上,并干燥从而形成电极膜。干燥这种湿电极膜的速率可能受到所述湿涂方法中所用的所述浆料的一种或多种溶剂的干燥动力学的影响。干燥所述电极膜的速率也可能受到所述电极膜厚度影响。例如,通常干燥较厚电极膜的速率要降低才能减少或避免干燥缺陷。由此,所述一种或多种溶剂的蒸发动力学可以影响用于实现所述电极膜的所需干燥的干燥步骤的持续时间,和/或用于干燥这种电极膜的干燥器的物理长度。所述干燥的持续时间和所述干燥器的长度可能贡献制造这种电极的成本。虽然可能需要较厚的电极才能提供较高的器件能量密度,但制造超过一定厚度的电极膜的成本可能过高。例如,随着干燥炉的长度增加,用于干燥所述湿法涂层的电极膜的设备成本可能超比例增加,例如,大致指数增加。然后,使用湿涂法制造的电极膜的厚度可能会受到所述浆料中使用的一种或多种溶剂的干燥动力学的限制,并因此受到获得满意结果所需的干燥资源的限制。本文提供了用于制造基于锂离子的储能器件的电极膜的装置和方法,其不使用干燥设备或不连续的干燥步骤,和/或没有电极膜的干燥步骤。传统的干电极膜方法使用干燥的原材料,这减少或消除了对如上所述的湿电极膜方法中所需的干燥器的需求。这种干电极膜制造方法使用高剪切设备和方法,如喷射研磨,从而提供足够的剪切力以减小尺寸和/或使粘合剂材料原纤化。这些方法可能受限于仅使用可原纤化的粘合剂,或甚至更限于仅使用单一的特定粘合剂,如聚四氟乙烯(ptfe)。例如,包含粘合剂材料如ptfe和其他电极膜组分的混合物可以喷射研磨,从而能够提供高剪切力以将所述粘合剂材料附聚物(agglomerates)分离成细碎颗粒和/或使粘合剂材料原纤化,从而使所述粘合剂材料能够对其他电极膜组分进行涂层。所获得的干燥处理粉末可以使用辊磨机在加热和加压下压制,如通过ptfe粘合并粘附于所述膜的其它组分上,例如,于原纤化基质中从而形成膜。所述膜的厚度可以取决于所述辊磨机的辊缝(rollgap),压制过程期间施加的压力和/或压制膜的次数。干式制造方法可以产生纤维化基质,使得所述电极膜是自支撑电极膜。正如本文所提供的,“自支撑(self-supporting)”电极膜是引入足以支撑所述膜并保持其形状的粘合剂基质结构从而使所述电极膜能够是自支撑膜(free-standingfilm)的电极膜。当引入储能器件中时,自支撑电极膜是引入这种粘合剂基质结构的电极膜。通常并取决于所采用的方法,这种自支撑电极膜足够强韧从而用于储能器件制造过程中而无需任何外部支撑元件。例如,在没有附加支撑元件的情况下,自支撑膜能够进行处理和卷绕。然而,在典型的干电极制造中使用的这种高剪切方法可能会损坏电极膜混合物的一种或多种其他组分。这种损坏可能会降低具有由这些组分形成的电极的器件的性能。例如,使用喷射研磨方法施加高剪切力以分离所述粘合剂材料附聚物和/或使所述粘合剂材料原纤化可能会不希望地降低所述电极膜混合物的一种或多种其他组分的表面性质。高剪切加工中施加的所述力可能会改变所述活性材料或多种材料的形式,和/或可能损坏所述活性材料的表面。例如,活性材料的所述颗粒可能在这种加工期间破裂,熔化,剥离或化学改变。引入储能器件电极中的活性材料可以具有涂层的和/或处理过的表面。例如,碳材料,特别是石墨材料,可以涂上无定形碳。可替代地或另外地,石墨材料可以进行表面处理从而降低固体电解质相间(solidelectrolyteinterphase)形成期间的所述第一循环低效性,或改进电池循环寿命。例如,如果不使用石墨颗粒的无定形碳表面涂层,所述电极膜混合物中碳的一种或多种表面性质可能会降低。表面性质的这种降低可能会负面地影响所述储能器件的一个或多个电性能。不希望受理论所限,据信所述活性材料表面的组成会影响所述储能器件内,例如,所述电解质和其中的杂质的降解过程,并且还会影响固体电解质相间(sei)层的形成。与具有未处理表面的活性材料相比,表面处理的活性材料在储能器件电极中可以表现出更好的性能。更好的性能可能是由于,例如,裂缝形成和/或开裂减少,活性材料与集电器的分离减少,所述电解质分解减少,和/或放气减少。因此,使用由本文所述的一种或多种方法制成的干电极膜材料制造的干电极膜可以证实,例如,由于所述电极膜的一种或多种组分改进的完整性,电性能得以改进。本文公开了提供活性材料的材料和方法,其在制造期间引起表面损伤减少。本文提供的储能器件的某些实施方式在加工处理之后可以提供表面损伤减少的石墨材料。具体而言,提供了包含这种活性材料的自支撑电极膜。本文所述的一种或多种方法可以避免将电极膜组分暴露于高剪切力,从而有助于保持所述组分的完整性。在一些实施方式中,当减少或消除使用喷射磨机或其他高剪切装置和相关设备如空气压缩机和/或相关混合器时,可以降低制造成本。另外,使用典型的干电极制造方法,包括高剪切方法制造的电极膜可能会受限于那些使用高剪切力可原纤化的粘合剂材料,例如,ptfe。因此,典型的干电极制造方法可能会限制粘合剂的选择,这进而可能限制所述储能器件中使用的材料。例如,使用ptfe粘合剂可能会导致性能降低,电池寿命缩短,或甚至与某些类型的储能器件中使用的材料不相容,并且可能,例如,与某些电极膜的一种或多种其他组分不相容。例如,由于ptfe与锂离子的潜在反应性,ptfe可能是不适合用于某些电极膜应用的粘合剂。本文所述的一种或多种方法可以与除ptfe之外的粘合剂材料相容,从而有助于使用与锂更相容的粘合剂材料以制造用于基于锂离子的储能器件的电极。因此,本文提供的干电极方法是与用作ptfe的替代物或与ptfe组合的粘合剂相容。在一些实施方式中,提供了储能器件电极膜混合物,以及用于制备这种电极膜混合物的方法和装置。所述电极膜混合物可以包括第一组分和第二组分,所述第一组分可以包含聚合物分散体,所述第二组分可以包含活性材料。在一些实施方式中,电极膜混合物包含由聚合物粘合剂进行涂层的电极膜组分的颗粒,所述电极膜组分是与所述聚合物不同的材料。例如,所述聚合物可以是聚合物粘合剂,如ptfe。在一些实施方式中,所述电极膜组分能够包含活性电极材料。在一些实施方式中,所述电极膜组分能够包含碳,如石墨,活性炭,软碳和/或硬碳。所述电极膜组分能够包含具有金属氧化物的碳复合物。在一些实施方式中,所述电极膜组分能够包含可嵌入的金属氧化物(intercalatablemetaloxide),如锂金属氧化物。所述电极膜组分能够包含无定形碳。所述电极膜组分能够包含两种或更多种碳复合物,如石墨和无定形碳。所述电极膜混合物可以包括多种ptfe涂层的石墨颗粒。所述术语“涂层的(coated)”能够包括,例如,通过导致聚合物形成聚结并包围所述电极膜组分(例如,活性材料,如石墨)颗粒的多个颗粒的诱导偶极相互作用和/或伦敦力(londonforce)围绕并覆盖每个所述电极膜组分(例如,活性材料,如石墨)颗粒的基本上连续的聚合物粘合剂的膜。在一些实施方式中,用于制造本文所述的一种或多种电极膜混合物的装置包括用于提供电极膜混合物的第一组分的第一源,例如,其具有包含所述聚合物的分散体,和包含所述电极膜混合物的第二组分的第二源,以及流化床涂层装置。所述流化床涂层装置能够是本领域已知的任何能够配置成接收分散体和所述第二电极膜混合物组分的流化床涂层装置,如wurster加速器。在进一步的实施方式中,所述流化床涂层装置可以包括锥形转子处理器(conicalrotorprocessor)。所述流化床涂层装置可以包括接收所述聚合物分散体的第一入口和接收所述第二电极膜混合物组分的第二入口。在进一步的实施方式中,所述第二电极膜混合物组分可以分批加入。在还有的进一步的实施方式中,所述聚合物分散体和所述第二电极膜混合物组分可以以连续流动过程加入。应当理解的是,尽管本文在wurster加速器的范围内描述了一些实施方式,但能够实施其他类型的流化床涂层装置,只要仍然处于本发明的范围内。正如本文所提供的,“分散体”和包括“聚合物分散体”是包括分散于液相中的固体或半固体颗粒的组合物。所述固体或半固体颗粒可以是本文提供的聚合物。本文提供的分散体可以是所述固体或半固体在所述液体中的溶液。所述流化床涂层装置能够包括典型的组件,例如,一个或多个喷雾嘴或喷枪,处理腔室,旋转盘或转子,固定容器或定子,以及空气导管或孔口。在一些实施方式中,制备本文所述的一种或多种电极膜混合物的方法包括从所述第一源向所述流化床涂层装置的第一入口提供包含聚合物的分散体。所述方法能够包括在流化床装置内提供所述第二电极膜混合物组分。例如,所述第二电极膜混合物组分能够从所述第二源提供至所述流化床涂层装置的第二入口。在一些实施方式中,所述第二电极膜混合物组分能够通过连续体积的加热气体或空气分散和流化,以形成流化床。在一些实施方式中,所述聚合物分散体的液体能够通过流化床涂层装置内的加热空气而蒸发,从而提供干聚合物。所述干聚合物和所述流化床能够同时提供于流化床涂层装置内,从而使所述第二电极膜混合物组分能够被所述干聚合物涂层。例如,包含ptfe的分散体可以提供于所述流化床涂层装置的第一入口中,并且所述干燥的石墨颗粒可以提供于所述流化床涂层装置的第二入口中,从而能够形成包含所述石墨颗粒的流化床。所述聚合物分散体的所述液体部分可以在所述流化床涂层装置中蒸发,从而使所述干燥的ptfe对所述石墨干颗粒涂层作为膜和/或作为粘附于所述流化床涂层装置内的所述石墨表面上的小颗粒。在提供所述聚合物分散体的所述步骤之前,所述第二电极膜混合物组分能够处于所述流化床涂层装置之内。在一些实施方式中,所述粘合剂不是ptfe。在进一步的实施方式中,所述聚合物分散体不包含ptfe。在一些实施方式中,本文所述的一种或多种电极膜混合物可以与所述电极膜混合物的一种或多种其他组分组合结合,并随后压延从而形成电极膜。所述其他组分可以是,例如,第三电极膜混合物组分。在如本文所述的涂层过程之后,所述第三电极膜混合物组分能够与所述电极膜混合物结合。例如,所述第三电极膜混合物组分能够添加到包含其所述第一组分和所述第二组分的所述电极膜混合物中。可替代地或另外地,在流化床装置中混合之前,所述第三电极膜混合物组分可以与所述第一组分和/或所述第二组分结合。作为非限制性实例,所述第三电极膜混合物组分可以分散于所述聚合物分散体的所述液体中。所述第三电极膜混合物组分可以包含附加粘合剂材料,其可以与所述聚合物分散体中包含的那些相同或不同。所述附加粘合剂材料可以是本文提供的任何材料。所述附加粘合剂可以是,或可以包含,例如,ptfe。可替代地或另外地,所述第三电极膜混合物组分可以包含,例如,另外的活性材料。所述活性材料能够是本文所述的任何材料,并可以是,例如,碳材料或金属氧化物。可替代地或另外地,所述第三电极膜混合物组分可以包含,例如,导电性电极膜材料。所述电极膜可以用于形成适用于储能器件的阳极或阴极。例如,所述电极膜可以,如通过使用层压方法,偶联至阳极或阴极的集电器。本文所述的电极膜可以用于形成储能器件,例如,电池,电容器,电容-电池混合体,燃料电池,及其组合等的阳极和/或阴极。所述储能器件可以在具有或没有锂的情况下操作。在一些实施方式中,所述电极膜能够用于制造电池,如锂离子电池或其他金属离子电池。在一些实施方式中,所述电极膜能够用于制造超级电容器,如双电层电容器(electricdoublelayercapacitor)(edlc)。在一些实施方式中,所述电极膜能够用于制造锂离子电容器。所述电极膜可以是如本文提供的自支撑电极膜。图1显示了储能器件100的实例的侧面横截面示意图。所述储能器件100可以是任何数量的储能器件,如锂离子电容器,锂离子电池或双电层电容器。当然,其他储能器件也在本发明的范围内,器件100能够是其他类型的电容器、电池、电容器-电池混合体或燃料电池。所述储能器件100能够具有第一电极102,第二电极104和位于所述第一电极102和所述第二电极104之间的隔膜106。例如,所述第一电极102和所述第二电极104可以毗邻于所述隔膜106各个相对表面放置。所述第一电极102可以包含阴极,而所述第二电极104可以包含阳极,反之亦然。所述储能器件100能够包括电解质从而促进所述储能器件100的所述电极102、104之间的离子连通。例如,所述电解质可以与所述第一电极102、所述第二电极104和所述隔膜106接触。所述电解质、所述第一电极102、所述第二电极104和所述隔膜106可以容纳于储能器件壳体120内。例如,所述储能器件壳体120可以在插入所述第一电极102、所述第二电极104和所述隔膜106并用所述电解质浸渍所述储能器件100之后进行密封,从而使所述第一电极102、所述第二电极104、所述隔膜106和所述电解质可以物理密封远离所述壳体外部的环境。所述隔膜106能够配置成电绝缘与所述隔膜106的相对侧面相邻的两个电极如所述第一电极102和所述第二电极104,同时允许所述两个相邻电极之间离子连通。所述隔膜106能够包括各种多孔或非织造电绝缘材料。在一些实施方式中,所述隔膜106能够包括聚合物材料。所述隔膜106能够包括聚合物材料的复合材料。所述隔膜106能够包括一种或多种聚合物材料与陶瓷和/或金属氧化物的复合物。所述陶瓷或金属氧化物能够是粉末。例如,所述隔膜106能够包括纤维素材料,如纸。所述隔膜106能够包括多孔或非织造聚乙烯(pe)材料。所述隔膜106能够包括聚四氟乙烯材料,如多孔聚四氟乙烯材料。所述隔膜106能够包括聚丙烯(pp)材料,如多孔或非织造聚丙烯(pp)材料。所述隔膜106能够包括,例如,在多孔或非织造聚丙烯材料上或聚合物材料的复合材料上的聚乙烯涂层。如图1所示,所述第一电极102和所述第二电极104能够分别包括第一集电器108和第二集电器110。所述第一集电器108和所述第二集电器110可以促进所述相应电极和外部电路(未显示)之间的电偶联。所述第一集电器108和所述第二集电器110能够包括一种或多种导电材料。所述第一集电器108和所述第二集电器110能够具有各种形状和/或尺寸。所述第一集电器108和所述第二集电器110能够配置成有助于所述相应电极和外部电路之间的电荷传输。例如,所述第一集电器108能够经由第一连接126电偶联至第一储能器件端子122,如正电端子。所述第二集电器110能够经由第二连接128电偶联至所述第二储能器件端子124,如负电端子。所述第一和第二储能器件端子122、124可以电偶联至外部电路的各自端子从而将所述储能器件100偶联至所述外部电路。集电器能够包括金属材料如包含铝、镍、铜、银、其合金和/或其他金属材料的材料,或非金属材料如石墨,其在所述器件的电极电位下保持惰性。所述第一集电器108和/或所述第二集电器110能够包括箔。所述第一集电器108和所述第二集电器110能够具有矩形或基本矩形的形状,并能够调节尺寸从而提供所述相应电极和外部电路之间的所需电荷传输。所述储能器件100能够包括多种不同配置中的任何一种,以分别通过所述集电器108、110在所述电极102、104和所述外部电路之间提供所述电连通。例如,通过集电器板和/或另一个储能器件组件能够提供所述传输。所述第一电极102可以在所述第一集电器108的第一表面上(例如,所述第一集电器108的顶表面上)具有第一电极膜112(例如,上电极膜)。所述第一电极102可以在所述第一集电器108的第二相对表面上(例如,所述第一集电器108的底表面上)具有第二电极膜114(例如,下电极膜)。类似地,所述第二电极104可以在所述第二集电器110的第一表面上(例如,所述第二集电器110的顶表面上)具有第一电极膜116(例如,上电极膜)。所述第二电极104可以在所述第二集电器110的第二相对表面上(例如,所述第二集电器110的底表面上)具有第二电极膜118。例如,所述第二集电器110的所述第一表面可以面对所述第一集电器108的所述第二表面,从而使所述隔膜106与所述第一电极102的所述第二电极膜114和所述第二电极104的所述第一电极膜116相邻。所述电极膜112、114、116和/或118能够具有各种合适的形状、尺寸和/或厚度。例如,所述电极膜能够具有约30微米(μm)至约2000微米的厚度,包括约100微米至约250微米,并且进一步包括约30微米至约250微米。所述电极膜112、114、116和/或118能够相对于彼此具有相同或不同的厚度、组成和密度。例如,与所述电极膜116和118相比,所述电极膜112和114能够具有不同的厚度、组成或密度。在一些实施方式中,储能器件的阳极和/或阴极的电极膜包含含有聚合物如聚合物粘合剂材料和一种或多种其他组分的电极膜混合物。聚合物是通用术语,并能够包括如本文提供的均聚物、共聚物和聚合物混合物。在一些实施方式中,所述阳极和/或阴极的所述电极膜能够包括一种或多种活性电极组分。在一些实施方式中,所述活性电极组分是基于碳的。在一些实施方式中,所述一种或多种活性电极组分包括多孔碳材料,如活性碳。在一些实施方式中,所述一种或多种活性电极组分包括配置成可逆地嵌入锂离子的碳如石墨、软碳和/或硬碳。在一些实施方式中,所述活性电极组分包含锂金属氧化物。在一些实施方式中,阳极和/或阴极的所述电极膜能够包括一种或多种添加剂,包括电或离子传导性促进添加剂。在一些实施方式中,所述导电性促进添加剂能够是碳黑。在一些实施方式中,所述电极膜混合物包含粘合剂材料、一种或多种活性电极组分和/或一种或多种导电性促进添加剂。在一些实施方式中,所述粘合剂材料能够包括单独使用或组合使用的多种合适的聚合物材料中的一种或多种,如聚四氟乙烯(ptfe),超高分子量聚乙烯(uhmwpe),本文提供的粘合剂,和/或其它合适的和可选的可原纤化材料。在一些实施方式中,所述活性电极组分结合富锂离子源,用于预锂化所述阳极,有利地降低或消除第一循环低效。图2是用于形成电极膜混合物的过程200的一个实施方式的工艺流程图。在方框202中,第一电极膜混合物组分如聚合物分散体提供于流化床涂层系统的第一入口,其也能够称为“喷雾干燥器”。方框202能够包括将所述聚合物分散体,例如,通过喷雾嘴(spraynozzle)喷雾于所述装置的喷雾室中。所述聚合物分散体包含液体和分散于液体中的固体或半固体聚合物颗粒,基本上由其构成,或由其组成。在一些实施方式中,所述液体能够包含水,基本上由其构成,或由其构成。例如,所述聚合物分散体能够是水基分散体(water-baseddispersion)。在一些实施方式中,所述液体能够包含一种或多种本领域技术人员已知的并在聚合物溶液或分散体中常见的其他溶剂,基本上由其构成,或由其组成。在一些实施方式中,所述聚合物包含电极膜粘合剂材料,基本上由其构成,或由其构成。所述电极膜粘合剂材料能够包含所述储能器件的运行期间保持电化学惰性的材料。所述电极膜粘合剂材料能够作为细颗粒分散于载体流体中,或能够溶解于溶剂中,或分散和溶解的组合。当与储能活性材料混合时,所述电极膜粘合剂材料能够机械地形成膜。能够使用的其他类型的聚合物包括,但不限于,热塑性塑料,热固性塑料或弹性体。所述聚合物可以是两种或更多种聚合物的掺混物,或共聚物。所述共聚物可以是接枝共聚物,嵌段共聚物或无规共聚物,或其组合。一些聚合物包括本文提供的那些,并可以具体包括,例如,羧甲基纤维素,苯乙烯丁二烯和共聚物,聚偏二氟乙烯和聚偏二氟乙烯-共-六氟丙烯的共聚物,聚丙烯酸,聚甲基丙烯酸,及其混合物和共聚物。在一些实施方式中,所述聚合物包含ptfe,基本上由其构成,或由其构成。例如,所述聚合物分散体能够是包含ptfe、基本上由其构成或由其构成的水基分散体。在一些实施方式中,所述聚合物分散体是可商购获得的包含ptfe颗粒的水基分散体。在一些实施方式中,所述聚合物分散体可以是悬浮液。在进一步的实施方式中,所述聚合物分散体可以是溶液。在更进一步的实施方式中,所述聚合物可以不溶解于所述液体中。在方框204中,相对于所述流化床涂层装置内的所述第一电极膜混合物组分,单独地提供了所述电极膜混合物的第二电极膜混合物组分。方框204能够包括将所述第二组分提供于所述流化床涂层装置的第二入口,并进入所述流化床涂层装置中。因此,所述第一和第二电极膜混合物组分能够直到它们在所述流化床涂层装置的所述涂层室内都保持彼此分开。通常而言,所述第一入口和所述第二入口分别是所述第一源和所述第二源下游的组件,并提供与所述流化床装置的所述涂层室的流体连接。方框204能够包括在方框202中提供所述聚合物分散体的步骤的不同时间(例如,之前)或同时提供所述第二组分。在一些实施方式中,所述第二组分是不同于方框202的所述聚合物分散体的材料。在一些实施方式中,所述第二组分是干燥颗粒形式。所述第二组分能够包含活性电极材料,基本上由其构成,或由其构成。例如,所述第二组分可以包含活性电极材料的干颗粒,基本上由其构成,或由其构成。在一些实施方式中,所述第二组分包含双电层电容器(electricdouble-layercapacitor)的阳极或阴极的活性电极材料,基本上由其构成,或由其构成。在一些实施方式中,所述第二组分包含锂离子电容器的阴极或阳极的活性电极材料,基本上由其构成或由其构成。在一些实施方式中,所述第二组分包含包括锂离子电池的电化学电池的阴极或阳极的活性电极材料,基本上由其构成,或由其构成。在一些实施方式中,所述第二组分包含碳,基本上由其构成,或由其构成。在一些实施方式中,所述碳能够包含石墨、软碳和/或硬碳,由其构成,或基本上由其构成。在一些实施方式中,所述碳包含活性碳,基本上由其构成,或由其构成。在一些实施方式中,所述第二组分包含锂金属氧化物,基本上由其构成,或由其构成。例如,所述第二组分可以包含锂镍锰钴氧化物(nmc)、锂锰氧化物(lmo)、磷酸铁锂(lfp)、锂钴氧化物(lco)和锂镍钴铝氧化物(nca)或适合用作可充电锂离子电池中的阴极(cathode)的其他锂化金属氧化物材料中的一种或多种,基本上由其构成,或由其构成。在方框206中,所述聚合物分散体的所述液体部分能够在所述流化床涂层装置的所述涂层室内蒸发。例如,所述分散体的液体部分可以蒸发,从而导致产生干聚合物。在一些实施方式中,所述流化床涂层装置包括用于将所述聚合物分散体分配于所述流化床涂层装置内的喷雾嘴。所述喷雾嘴,如雾化喷雾嘴或超声喷雾嘴,可以配置成将所述聚合物分散体的细小液滴注入到所述流化床涂层装置的涂层室中。在一些实施方式中,所述流化床涂层装置的一个或多个组件用热流化空气直接或间接加热从而控制所述液滴暴露的温度,从而实现所述聚合物分散体的所述液体部分的所需蒸发。所述流化床涂层装置的一个或多个组件的温度可以经过控制从而控制所述涂层室内的温度。在一些实施方式中,所述涂层室的一个或多个侧壁可以进行加热。在一些实施方式中,所述喷雾嘴可以进行加热。在一些实施方式中,在引入所述涂层室之前可以加热所述聚合物分散体。在一些实施方式中,所述第二组分如活性材料可以在引入所述聚合物分散体之前进行预热,这有助于控制所述聚合物分散体的所述液体部分的蒸发速率(evaporationrate)。所述液滴可以暴露于热,例如,来自被加热的喷雾嘴和/或被加热的流化空气或所述涂层室的一个或多个被加热的侧壁的热,从而使所述聚合物分散体的所述液体部分在所述涂层室内蒸发以提供干聚合物。因此,所述蒸发步骤206能够包括在所述聚合物分散体引入(例如,喷雾)到所述涂层室之前、期间和/或之后加热所述聚合物分散体。蒸发所述聚合物分散体的其它方式,或以其它方式向所述过程提供热,包括,例如,通过直接或间接加热所述流化床涂层装置的涂层室的壁。例如,如下所述,能够采用方框208中也使所述第二电极膜组分的所述粉末床流化的所述加热气体提供蒸发。所述聚合物分散体本身能够被加热,和/或所述喷雾嘴能够被加热。在引入所述涂层室之前,能够使用微波发生器、ir灯、烘箱或其他热源预热所述聚合物分散体和/或所述储能器件电极的所述第二组分。所有这些加热源能够用于促进所述聚合物分散体的蒸发,和/或在开始所述涂层过程之前达到所有材料的稳定温度,从而改进和提高涂层材料的通量(throughput,产量)。在方框208中,包含所述电极薄膜混合物的所述第二组分,由其构成或基本上由其构成的流化床能够形成于所述流化床涂层装置内。在一些实施方式中,所述电极膜混合物的所述第二组分能够以干燥颗粒形式供给于所述流化床涂层装置中,并由此包含于其中。形成所述流化床能够包括同时或按序地将所述第二组分的干燥颗粒和压缩气体如空气引入到所述流化床涂层装置的涂层室中。例如,所述第二组分能够包含于所述涂层室内从而形成材料“床”,而所述压缩气体能够流过所述床从而形成“流化床”。由于所述蒸发步骤206和形成所述流化床步骤208,以及所述聚合物分散体和所述第二电极膜组分在所述涂层室内的流动动力学,形成了所述干电极混合物,其包括用来自所述聚合物分散体的所述干聚合物粘合剂涂层的所述第二电极膜组分的颗粒。例如,由所述第二组分形成所述流化床和蒸发所述聚合物分散体的所述液体部分能够在所述流化床涂层装置的所述涂层室内同时进行,从而使所述第二组分能够被所述涂层室内的所述干聚合物涂层。在一些实施方式中,在所述流化床涂层装置内提供所述第二组分包括通过螺旋进料器(screwfeeder)(气动地、手动地)或通过另一个配置成通过所述第二入口供给颗粒材料的装置供给所述第二组分。正如本文所述,在一些实施方式中,所述聚合物分散体是包含本文提供的聚合物颗粒的水基分散体。在进一步的实施方式中,所述聚合物是ptfe。所述聚合物分散体能够供给至所述流化床涂层装置的第一入口,从而使所述聚合物分散体的液滴能够分布于所述流化床涂层装置的涂层室内。正如本文所述,在一些实施方式中,所述第二组分包含石墨。在一些实施方式中,所述包含干燥石墨颗粒的干粉可以供给至所述流化床涂层装置的第二入口,并且在所述流化床涂层装置的所述涂层室内能够形成包含所述石墨的流化床。所述流化床涂层装置的一个或多个组件可以加热从而使所需干燥度的石墨颗粒能够提供于所述涂层室内,在所述涂层室内能够实现所述聚合物分散体的所述液体部分的所需蒸发程度。例如,所述聚合物分散体的所述水和/或其它液体组分可以蒸发从而在所述流化床涂层装置的所述涂层室内提供干燥的ptfe。所述包含石墨和干ptfe的气溶胶可以同时存在于所述流化床涂层装置的所述涂层室内,从而使所述干ptfe能够对所述涂层室内的所述石墨颗粒进行涂层。在一些实施方式中,所述第二组分的干燥颗粒大于最小尺寸。在一些实施方式中,所述干燥颗粒可以具有大于约3微米(μm)的尺寸,如直径、长度或最长尺寸。在一些实施方式中,所述第二组分的近似粒径能够为0.01微米,0.1微米,0.2微米,0.3微米,0.5微米,0.7微米,1微米,1.5微米,2微米,2.5微米,3微米或其间的值的范围。在一些实施方式中,存在于所述流化床涂层装置内的所述聚合物分散体液滴的聚合物颗粒可以不大于最大尺寸。在一些实施方式中,所述聚合物颗粒是雾化颗粒。对于ptfe分散体,所述粒径通常可以小于1微米,通常为0.1~0.2微米。对于聚合物的其他溶液或分散体,所述粒径可以更小,例如,0.01~0.1微米,或甚至更小。在一些实施方式中,所述聚合物分散体的近似粒径可以为0.01微米,0.03微米,0.05微米,0.1微米,0.2微米,0.3微米,0.5微米,0.7微米,1微米或其间的值的范围。所述喷雾嘴能够配置成控制所述粒径。可能影响所述聚合物粒径的其他因素包括所述溶液或分散体的浓度,并且在分散体的情况下,还包括所述分散体本身的粒径。图3是用于制造电极膜混合物的装置300的示例的示意图。在一些实施方式中,使用所述装置300能够执行参照图2描述的所述过程200。参考图3,所述装置300可以包括聚合物分散体源302,第二电极膜混合物组分源304,流化床涂层装置306(包括涂层室310)和收集器容器308。所述聚合物分散体源302可以包含含有如本文所述的聚合物和液体的聚合物分散体。所述聚合物分散体302可以可选地包括另外的混合物组分。所述另外的混合物组分可以是,例如,本文提供的第三电极膜混合物组分。所述第二电极膜混合物组分源304可以包含如本文所述的第二电极膜混合物组分。所述聚合物分散体可以从所述聚合物分散体源302供给至所述流化床涂层装置306的第一入口312。所述第二电极膜混合物组分可以间歇式载入到敞开的收集器容器308中或基本上连续地通过开口如第二入口314,使用粉末递送方法如螺旋进料器进料。所述聚合物分散体可以通过喷嘴316供给至所述涂层室310中。喷嘴316能够与第一入口312分开,或可以作为第一入口312的组件包括在内。喷嘴316能够配置成将所述液体聚合物分散体以除了所示的取向之外的各种取向引入所述涂层室310中。例如,喷嘴316能够是向上,向下,切向喷雾的喷嘴或其他取向,以提供顶部喷雾,底部喷雾,切向喷雾,或其他喷雾取向过程。所述提供的过程能够是雾化过程。螺旋进料器或其他组件能够用于将所述第二电极膜混合物组分从所述第二入口314间歇式引入所述涂层室310中。在一些实施方式中,所述聚合物分散体能够作为液滴分布于所述流化床涂层装置306的涂层室中从而使所述聚合物分散体的液体部分能够蒸发,以提供干聚合物或其颗粒。包含所述第二电极膜混合物组分的流化床能够同时形成于所述流化床涂层装置306的所述涂层室内从而使所述干聚合物能够对所述第二组分的颗粒进行涂层。在一些实施方式中,用所述干燥聚合物涂层的所述第二电极膜混合物组分的颗粒能够通过出口318离开所述流化床涂层装置306并被收集于所述收集器容器308中。例如,通过流动空气能够在涂层室310内形成涡流,其能够将所述第二电极组件吸入所述涂层室中,并进行所述涂层过程。图4显示了用于制造电极膜混合物的装置400的一个实施方式。装置400显示了可以与参考图3描述的所述装置300和/或参考图2描述的所述过程一起使用的一些组件的实施例。装置400能够包括流化床涂层装置,如wurster加速器。装置400能够包括收集器容器402,聚合物分散源404和用于通过所述装置内的入口和喷嘴喷雾聚合物分散体的空气源406。图5显示了流化床装置500的一个实施方式的横截面视图。装置500能够类似于,或能够包括图4中所示的装置400。如图5所示,聚合物分散体501能够提供于所述装置500的涂层室503中。所述聚合物分散体501能够包含液体和聚合物,其中所述聚合物是储能器件电极膜混合物的第一组分。所述聚合物分散体501能够,例如,通过入口504提供于所述设备500内。入口504能够包括喷嘴505,或能够与喷嘴505流体连通,所述喷嘴505能够将所述聚合物分散体501注入和/或喷到所述涂层室中。喷嘴505可以提供细分的,例如,雾化的聚合物分散体501。入口504能够与上游聚合物分散体源(未显示)流体连通。所述聚合物分散体501能够直接或间接加热,从而至少蒸发装置500内的所述聚合物分散体的所述液体组分,以形成干燥的或基本上干燥的聚合物。第二电极膜混合物组分502能够,例如,通过所述涂层室503内的间歇式载入过程来提供。组分502能够,例如,通过入口提供到装置500中(未显示)。所述第二组分能够提供于支撑件506上,从而形成材料的床。气体508(其可以是加热的气体)能够流过所述材料床从而形成组分502的流化床。例如,支撑件506能够包括一个或多个孔口,其允许气体流股508如空气穿过支撑件506并进入第二组分502的所述床,从而形成流化床。第二组分502的所述流化床和一个或多个部分的所述聚合物分散体501,如干聚合物,能够在涂层室503内流体连通,从而使一部分所述聚合物分散体,如所述干聚合物,对所述组分502进行涂层。通过喷嘴505喷雾聚合物分散体时的计时能够基于所述装置500内测量的温度,如所述第一混合物组分、所述第二混合物组分、装置500的所述壁和/或其他组件的温度。涂层室503和支撑件506可以配置成在其间提供间隙507。当气体508流过支撑体506以形成第二组分502的所述流化床时,和当所述聚合物分散体501喷雾到所述装置500中时,所述间隙507允许所述装置500内的一个或多个电极膜混合物组分经由所示的方向箭头移动,从而形成旋转涡流。这种流动能够提高通过聚合物分散体501内的所述聚合物在第二组分502上提供的所述涂层的均匀性。间隙507的高度和/或涂层室503的所述壁的高度能够经过调节从而控制所述涡流的特性,如其流速。所述涂层室503、所述间隙507和/或所述喷嘴505的比例和形状也能够进行调节从而控制所述涡流的特性。因此,这种控制能够影响所述涂层均匀性。在一些实施方式中,所述喷嘴能够定位于所述流化床涂层装置的下远端部分处或附近(例如,面向上),所述聚合物分散体的液滴和包含所述第二电极膜混合物组分的流化床能够形成于位于所述喷雾嘴上方的所述流化床涂层装置的涂层室内。所述流化床涂层装置的一个或多个组件能够进行加热从而促进所述聚合物分散体的所述液体部分的所需蒸发和/或保持所述第二电极膜混合物组分的所需干燥度,包括喷雾嘴和/或所述流化床涂层装置的一个或多个侧壁。在一些实施方式中,所述聚合物分散体能够包含水和水溶性聚合物或水分散聚合物作为胶乳,从而使所述水在流化床涂层装置内蒸发以提供干聚合物。在一些实施方式中,所述第二电极膜混合物组分包含干燥的石墨颗粒,并且包含石墨的流化床使用加热的气体或空气形成于所述流化床涂层装置内。一些所述雾化的聚合物分散体可以沉积于所述涡旋颗粒上,但是所述液体可以在所述颗粒聚结之前蒸发。所述干聚合物,如干ptfe,能够在所述流化床涂层装置的所述涂层室内对所述第二电极膜混合物组分的所述干燥颗粒如干石墨颗粒进行涂层。图6显示了流化床装置600的一个实施方式的横截面视图。如图6所示,聚合物分散体能够提供于所述装置600的固定涂层室612内。所述聚合物分散体可以是如本文提供的那些。所述聚合物分散体能够,例如,通过能够将所述聚合物分散体注入和/或喷到所述涂层室612中的喷嘴608提供于所述装置600内。喷嘴608可以提供细分的,例如,雾化的聚合物分散体。喷嘴608能够与上游聚合物分散源(未显示)流体连通。所述聚合物分散体能够直接或间接加热,从而至少蒸发装置600内的所述聚合物分散体的所述液体组分,以形成干燥的或基本上干燥的聚合物。第二电极膜混合物组分能够提供于涂层室612中。在所述示例性装置600中,包括转子602。所述转子602可以是,例如,平转子(flatrotor),曲转子(curvedrotor)或锥形转子(conicalrotor)。所述转子602可以是光滑的或有纹理的。所述第二电极膜混合物组分可以分批加入,和/或能够通过喷嘴604连续加入。所述第二组分能够在涂层室612中流化和循环。气体如加热的气体能够流过所述材料床从而形成所述第二电极膜混合物组分的流化床。例如,所述气体的流动能够与所述转子同轴。所述气体可以是干燥空气。气体能够与转子602接触并围绕转子602通过。所述第二电极膜混合物组分的流化床和一个或多个部分的所述聚合物分散体如所述干聚合物能够在所述涂层室612内流体连通,从而使一部分的所述聚合物分散体如所述干聚合物对所述第二电极膜混合物组分进行涂层。所述聚合物分散体和/或第二电极膜混合物组分添加到涂层室612中时的计时能够基于所述装置600内测量的温度,如所述第一混合物组分、所述第二混合物组分、装置600的所述壁和/或其他组件的温度。涂层室612和转子602可以配置成在其间提供间隙606。气体流允许所述装置600内的一个或多个电极膜混合物组分,例如,经由所示的方向箭头移动。这种流动能够提高由所述聚合物分散体内的所述聚合物在所述第二电极膜混合物组分上提供的所述涂层的均匀性。所述涂层室612的所述壁的尺寸和形状、所述喷嘴604和608的形式(form)和方向、所述转子602的形状和纹理能够进行调节从而控制所述气体流的特性,如其流速。本领域技术人员能够调节这些参数从而实现所需的涂层特性。在一些实施方式中,本文所述的一种或多种电极膜混合物可以与一种或多种其他电极膜组分结合,并随后压延从而形成电极膜。所述电极膜可以是参考图1描述的一种或多种所述电极膜。所述电极膜可以结合至储能器件中。尽管本发明已经在某些实施方式和实施例的上下文中进行了公开,但本领域技术人员将会理解的是,本发明超出了所述具体公开的实施方式,延伸到本发明的其他替代实施方式和/或用途,及其显而易见的修改和等同物。另外,虽然已经详细显示和描述了本发明实施方式的若干变体,但本领域技术人员基于本公开对本发明范围内的其他修改将会很容易理解。还预期的是可以完成所述实施方式的具体特征和方面的各种组合或子组合,并且它们仍然落入本发明的范围内。应当理解的是,所公开的实施方式的各种特征和方面能够彼此组合或替换,以形成所公开的本发明的所述实施方式的各种模式。因此,这旨在说明本文公开的本发明的范围不应该受上述具体实施方式限制。本文提供的所述标题,如果存在的话,仅是为了方便起见,并不一定影响本文公开的所述装置和方法的范围或含义。当前第1页12当前第1页12
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