制备用于电极制作的含金属和活性电池材料的颗粒的方法与流程

制备用于电极制作的含金属和活性电池材料的颗粒的方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求2020年3月13日提交的美国临时专利申请号62/989,132的权益，该申请的全部内容通过引用纳入本文。
技术领域
3.本说明书涉及制备用于锂离子电芯的电极的材料的方法，以及使用这种材料制备的电极、锂离子电芯(cell)和电池(battery)。


背景技术：

4.本部分提供有助于理解本发明的信息，但不一定是现有技术。
5.锂离子电池电芯的组件在为机动车辆提供动力方面有越来越多的应用。取决于电芯中电极材料的组成和量，电池的每个锂离子电芯可以提供约三伏特到四伏特的电势和直流电流。锂离子电池电芯可以经过多个循环的放电和再充电。电池通过并联电连接和串联电连接的组合将合适数量的单个电芯组合来组装，以满足电动车辆的电机的电压和电流需求。组装的电池可以例如具有大约三百个独立包装的电芯，所述电芯被电互连以向电力牵引电动机提供四十伏特到四百伏特和足够的电力来驱动车辆。
6.每个锂离子电芯通常包括负电极层(在电芯放电期间为阳极)、正电极层(在电芯放电期间为阴极)、置于平行的面对的电极层之间面对面接触的薄的多孔分隔层、填充分隔物的孔并且与电极层的面对表面接触以便在重复的电芯放电和再充电循环过程中转运锂离子的液体含锂电解液以及金属集流体的薄层。在另一种布置中，正电极层和负电极层可以由固体聚电解质层分开。因为电池组需要如此大量的锂离子电芯，以向电力牵引电机提供足够的电力以驱动车辆，所以高效、高质量的生产方法是关键的商业考虑因素。
7.当前的生产方法具有几个缺点。通过在溶剂体系中将包含电极材料和聚合物粘合剂的液体涂料组合物铺展到用作电极的集流体的薄箔的一侧或两侧上来制备电极。因此，相应的电极通过将相应的粘合剂和活性颗粒材料的混合物分散在合适的液体中，并将湿混合物作为厚度受控的涂层沉积在集流体箔的表面上来制备。然后必须将沉积的涂层干燥，(例如，在烘箱中)，以除去溶剂，然后压制在压延辊之间以将树脂粘合的电极颗粒固定到其各自的集流体表面。该方法在涂覆涂层过程中将材料浪费为废料，在干燥步骤中产生受控的排放，并且需要空间和高能量输入用于干燥烘箱。此外，使用聚合物粘合剂会降低电极的导电性。
8.在所述基本方法的一种变型中，yu的国际申请(pct)公开文本wo2016/082120描述了使用常压等离子体喷涂装置在表面上形成电极颗粒的多孔层，该公开文本的全部内容通过引用纳入本文。然后使用非等离子体喷涂装置将聚合物粘合剂材料的水溶液喷涂到所述多孔层上。水蒸发并且所述聚合物粘合剂将所述颗粒粘合在一起并粘附于所述表面。
9.deng等人的美国专利申请公开文本2017/0301958(该公开文本的全部内容通过引用纳入本文)描述了通过化学镀或浸渍用较小的导电金属颗粒涂覆非金属锂接受和释放的
材料的颗粒。例如，水性金属盐溶液与阳离子络合物形成剂如edta结合。所述络合物被去稳定化并化学还原以在阳极材料例如钛酸锂上沉积亚微米元素铜颗粒。在另一个实例中，将溶解在乙醇中的金属盐涂覆在活性电极材料的颗粒上。将所述溶剂蒸发，然后将金属盐涂覆的颗粒在空气中退火以形成金属氧化物颗粒，然后在氢中还原成元素金属。一旦获得，就可以在制备锂离子电芯中通过常压等离子体喷涂在基底上沉积带有较小金属颗粒的活性电极颗粒。
10.ihde等人的美国专利申请公开文本2012/0261391(该公开文本的全部内容通过引用纳入本文)公开了一种在常压等离子体中产生表面改性的颗粒的方法，其中电极之一是溅射电极，该电极由于工艺气体中电极之间的放电而溅射所述颗粒。将所述表面改性的颗粒沉积到聚合物材料中以制备含有所述金属颗粒的聚合物涂层。
11.仍然需要一种用金属线的溅射颗粒可靠地修饰电池电极材料颗粒的表面的简单且具有成本效益的方法，用于制备锂离子电池电极。


技术实现要素：

12.通过本公开的方法满足了这一需求，其中将金属线或金属合线插入气体的常压等离子体流中以从所述线溅射金属颗粒或金属合金颗粒(下文中称为“溅射的金属颗粒”)，并且所述溅射的金属颗粒在相同的常压等离子体流中与至少一种锂离子电芯活性电极材料的颗粒接触并粘附，以产生所述金属和所述活性电极材料的复合颗粒。因为金属颗粒表面被常压等离子体活化，所述溅射的金属颗粒和活性电极材料颗粒被认为是粘附的。所述方法中可以使用多种不同的活性电极材料的颗粒，并且可以将所述不同活性电极材料的颗粒分别地或混合地引入以与溅射的金属颗粒或溅射的金属合金颗粒接触，并且一种以上类型的金属线或金属合金线可以被溅射。将所述复合颗粒制作成锂离子电芯的电极部分；将所述电极部分与其他部分结合以制备锂离子电芯；将多个锂离子电芯组合以制备锂离子电池。
13.对于活性电极材料是在锂化和脱锂化过程中经历过多体积变化的活性阳极材料的实施方案，例如含硅的或含锡的阳极材料，所述活性阳极材料颗粒小于所述溅射的金属颗粒，通常至少比所述溅射的金属颗粒小一个数量级。在多个实施方案中，所述溅射的金属颗粒的平均颗粒尺寸可以是所述活性阳极材料颗粒的平均颗粒尺寸大约10倍至约1000倍，所述活性阳极材料颗粒可以是例如硅颗粒或氧化硅颗粒。对于所述活性电极材料是活性阴极材料的实施方案，所述活性阴极材料颗粒通常至少与它们在常压等离子体流中结合的溅射金属颗粒一样大，并且可以大得多。在多个实施方案中，所述活性阴极材料颗粒的平均颗粒尺寸可以为与溅射金属颗粒的平均颗粒尺寸约相同的尺寸至大约1000倍的尺寸。在多个实施方案中，所述溅射的金属颗粒可以为约1纳米至约1微米或者约1纳米至约100纳米，并且所述活性阴极材料的平均颗粒尺寸可以为约1微米至约20微米或者可以为约5微米至约10微米。
14.在多个实施方案中，将多根金属线(每根金属线独立地选自金属和金属合金)插入到常压等离子体中并溅射，以产生所选金属颗粒或金属合金颗粒，其中至少一些所述颗粒与在相同的等离子体流中的至少一种活性电极材料的颗粒接触并形成复合颗粒，其中所述金属颗粒或金属合金颗粒与所述至少一种活性电极材料的颗粒粘附在一起。可以使用多种
不同的活性电极材料的颗粒，并且可以将所述不同的活性电极材料的颗粒分别地或混合地引入常压等离子体流中，以接触所选金属或金属合金的溅射颗粒。
15.可以将复合颗粒以层状施加在多孔聚合物分隔层上、固体电解质层上或集流体上，以通过常压等离子体沉积制备电极部分，并且任选地，所述复合颗粒可以与来自相同的或分开的等离子体喷嘴的常压等离子体沉积物施加的其他颗粒材料共沉积。
16.常压等离子体(也称为大气压等离子体或常压等离子体)是一种冷等离子体或非热等离子体，其中压力大约对应于大气压。常压等离子体步骤于小于约3500℃的温度或小于约2000℃的温度进行。相比之下，热等离子体通常采用15,000℃或更高的温度。
17.所公开的制备用于锂离子电池电极的复合颗粒的方法提供了优于先前已知方法的许多益处。与涉及化学镀、浸渍、水性溶液和物理气相沉积的方法相比，现在公开的方法不使用需要蒸发炉和通风的受控的溶剂或溶液。此外，所述方法可以使用不适合无电工艺和物理气相沉积工艺的金属来进行。此外，与先前的方法相比，在当前公开的方法中金属成分和合金成分可以被更好地控制，并且较少受到污染。另外，可以相对容易地控制金属颗粒和活性电极材料颗粒的尺寸和分布或浓度，并且所述方法相对便宜。从以下对说明性实施方案的描述，实施本发明的其他目的和优点将是明显的。
附图说明
18.参考以下附图和描述可以更好地理解实施方案。图中的部件不一定按比例绘制，而是将重点放在示出实施方案的原理上。附图仅用于所选方面的说明性目的而不是所有可能的实施方式，并且不旨在限制本公开的范围。
19.图1是用于实施本发明的一个实施方案的设备的截面示意图；
20.图2a是沿着图1的线2
‑
2截取的截面图；
21.图2b示出了沿着图1的线2
‑
2的溅射电极的替代布置；
22.图3是具有输送系统和常压等离子体喷嘴的设备的示意图，该装置在制备电极结构中用于输送复合颗粒并将它们施加在基底上。
具体实施方式
23.定义
[0024]“一个/一种”、“所述/该”、“至少一个/种”和“一个或多个/一种或多种”可互换使用，表示存在该要素的至少一个；可以存在多个这样的要素，上下文另有明确说明除外。本说明书(包括所附权利要求书)中的参数(例如，数量或条件)的所有数值应理解为在所有情况下均由词语“约”修饰，无论“约”是否实际出现在该数值之前。“约”表示所述数值允许一些轻微的不精确(些许接近该值的精确值；近似地或合理地接近该值；差不多)。如果“约”提供的不精确不是本领域中所理解的这种普通含义，那么本文使用的“约”至少表示可以由测量和使用这些参数的普通方法产生的变化。此外，范围的公开包括公开在所述整个范围内的所有值和进一步划分的范围。
[0025]“活性电极材料”是指用于锂离子电芯或电池的阳极和阴极任一个的嵌锂材料。
[0026]“粘附”当用于描述在常压等离子体中表面能活化、表面软化和/或表面熔化(统称为“表面活化”)的金属颗粒附着到其他金属颗粒、活性电极材料颗粒或锂离子电芯基底时，
是指金属颗粒的表面附着。所述金属颗粒由于所述常压等离子体的表面能活化而粘附。所述金属颗粒在常压等离子体中不经历任何冶金变化。
[0027]“常压等离子体”是指在最高达约3500℃的温度和在大气压的压力下或约大气压的压力下产生的等离子体。在常压等离子体中，颗粒达到的峰值温度通常小于约1200℃。
[0028]
术语“包含”、“包含有”、“包括”和“具有”是包含性的，因此具体指明存在所述特征、整数、步骤、操作、要素和/或组件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、要素和/或组件和/或它们的组。本说明书中所使用的术语“或”包括相关所列要素的一个或多个的任意结合和所有结合。
[0029]“颗粒尺寸”是指通过iso 13320测试方法测定的平均颗粒尺寸。
[0030]
下面参照附图对示例性、非限制性的实施方案进行详细描述。
[0031]
在所公开的方法中，使金属线在等离子体喷嘴中经受大气气体等离子体流，以从所述金属线溅射颗粒，所述颗粒与常压等离子体流中的活性电极颗粒结合以形成复合颗粒。所述金属线可以是非合金金属，或者可以是两种或多种金属的合金。可以在所述气体等离子体中溅射一根或多根金属线。当使用多根金属线时，每根线的金属可以独立地选自非合金金属和金属合金。通常，在等离子体中溅射的一根或多根金属线的组成取决于所述复合颗粒将被用于阴极层还是阳极层。在制备用于阴极层的复合颗粒中，适合与活性阴极颗粒结合的金属的实例包括但不限于iiia族金属、ivb族金属、viii族金属和ib族金属及这些金属的合金，例如铝、铟、铊、钛、锆、铪、镍、钯、铂、银、金、这些金属的合金以及这些金属线和合金线的结合。在制备用于阳极层的复合颗粒中，适合与活性阳极颗粒结合的金属的实例包括但不限于锂、ib族金属、viii族金属和iva族金属以及这些金属的合金，例如锂、铜、银、金、镍、钯、铂、锡、这些金属的合金(包括lis和lisn)以及这些金属线和合金线的结合。
[0032]
在常压等离子体中从所述线溅射的金属颗粒的平均颗粒尺寸可以在纳米至几微米的范围内。金属颗粒的平均颗粒尺寸的选择取决于复合颗粒将被用于阴极层还是阳极层，并且取决于用于制备所述复合颗粒的活性电极材料的平均颗粒尺寸。对于用于阳极层的复合颗粒，具有与阳极活性材料颗粒大约相同或更大尺寸的金属颗粒有利于允许阳极层中的些许体积膨胀而不损坏阳极层。但是用于制备阴极层的复合颗粒的金属颗粒可以比活性阴极材料的颗粒尺寸小得多。
[0033]
对于阳极层复合颗粒，金属颗粒可以为约10nm或约30nm或约50nm或约80nm或约100nm或约150nm或约200nm或约500nm或约600nm或约700nm或约800nm或约900nm或约1μm至高达约5μm或高达约3μm或高达约1μm。在常压等离子体中与溅射的金属颗粒结合以形成复合颗粒的活性阳极材料颗粒可以为约5nm或约10nm或约50nm或约100nm或约200nm或约500nm或约700nm或约900nm至约高达20μm或高达约15μm或高达约10μm或高达约3μm或高达约1μm。在制备用于阳极层的复合颗粒的多个实施方案中，金属颗粒可以为约1μm至约5μm或约1μm至约3μm，并且活性阳极材料颗粒可以为约200nm至约800nm或约250nm至约750nm或约250nm至约600nm或约500nm至约5μm或约3μm至约12μm。
[0034]
对于阴极层复合颗粒，金属颗粒可以为约1nm或约2nm或约5nm或约8nm或约10nm或约20nm或约30nm或约40nm或约50nm或约60nm至高达约1μm或高达约800nm或高达约500nm或高达约400nm或高达约300nm或高达约200nm或高达约100nm。与所述溅射金属颗粒结合以形成复合颗粒的活性阴极材料颗粒可以为约1μm或约1.5μm或约2μm或约2.5μm或约3μm至高达
约20μm或高达约15μm或高达约13μm或高达约12μm或高达约10μm。在制备用于阴极层的复合颗粒的多个实施方案中，金属颗粒可以为约1nm至约1μm或约1nm至约500nm或约2nm至约200nm或约2nm至约100nm，并且活性阴极材料颗粒可以为约1μm至约20μm或约2μm至约15μm或约3μm至约10μm。
[0035]
等离子体喷嘴通常具有金属管状壳体，其提供合适长度的流动路径用于接收工作气体流并且用于使等离子体流能够在所述管状壳体的流动路径内建立的电磁场中形成。所述管状壳体通常终止于圆锥形喷嘴出口。在进气口处引入非氧化工作气体流。可以使用的合适的等离子体工艺气体包括但不限于氮气和稀有气体(特别是氩气)及其混合物。优选惰性气体作为工艺气体，以保持使用复合材料制备的电极中金属的高电导率。可以将线式(针状)电极在管状壳体的上游端沿着喷嘴的流动轴线放置在陶瓷管位置处。在等离子体产生过程中，电极由高频发生器供电，例如以约10khz至约50khz的频率，并且以例如高达几千伏特的合适电势。等离子体喷嘴的金属壳体接地，并且可以在轴向针状电极和壳体之间产生放电。当施加发生器电压时，施加电压的频率和陶瓷管的介电性质会在所述气流入口和所述电极处产生电晕放电。作为电晕放电的结果，形成了从电极尖端到壳体的电弧放电。这种电弧放电由工作气流的湍流带到喷嘴的出口。氮气(或其他工作气体)的反应性等离子体在相对较低的温度和大气压下形成。
[0036]
在根据本发明的方法中，溅射速率可以通过选择具体的等离子体工作气体、气体流速、金属线与等离子体放电电极的距离、金属线上的可选偏置电压(偏置电压可以为例如高达300伏特)和用于产生等离子体的功率来控制。一根或多根金属线可以位于距离等离子体放电电极约5毫米至约100毫米的位置或者可以位于距离等离子体放电电极约20毫米至约50毫米的位置。在多个实施方案中，在常压等离子体中溅射多根金属线以增加溅射产量。每根金属线可以与等离子体放电电极间隔开并且金属线彼此间隔开，以便相对于其余金属线的颗粒产生速率来控制所述金属线的颗粒产生速率。
[0037]
将活性电极颗粒引入等离子体流中，以便与溅射的金属颗粒或金属合金颗粒接触。合适的活性阳极材料的非限制性实例包括含硅材料，例如元素硅、硅合金、sio
x
(例如，sio
‑
sio2复合材料)、氧化硅
‑
碳复合材料、硅
‑
碳复合材料；锂合金，例如li
‑
si合金、li
‑
sn合金和li
‑
sb合金；锂金属氧化物，例如钛酸锂；其他金属氧化物(例如，fe2o3、zno、znfe2o4)；含碳材料，例如石墨(合成石墨和天然石墨)、石墨烯、中间相碳、掺杂碳、硬碳、软碳、富勒烯；金属锂、五氧化二铌、锡合金、二氧化钛和二氧化锡；以及这些材料的结合物。合适的活性阳极材料可以在常压等离子体中由汽化的硅氧烷化合物(例如六甲基二硅氧烷(hmdso)或四烷基硅氧烷例如四乙基硅氧烷(teso))形成，其还可以任选地包括烷烃气体，例如甲烷、乙烷或丙烷以提供碳。类似地，锂化的(掺杂锂的)活性阳极材料(例如sio
x
‑
li复合材料或sio
x
‑
c
‑
li复合材料)可以通过将有机锂前体蒸气与sio
x
(例如四烷基硅氧烷如四乙基硅氧烷或六烷基二硅氧烷如六甲基二硅氧烷)的前体蒸气混合，并且任选地包括第二碳源(例如烷烃如甲烷、乙烷或丙烷)而在等离子体流中形成。有机锂前体的实例是乙酸锂，双(n
‑
丙基二甲基甲硅烷基)氨基锂和双(三甲基甲硅烷基)氨基锂。
[0038]
合适的活性阴极材料的非限制性实例包括锂金属氧化物、层状氧化物、尖晶石、橄榄石化合物、硅酸盐化合物、he
‑
ncm以及它们的结合物。实例包括锂锰氧化物(lmo)、锂镍氧化物、锂钴氧化物(lco)、锂镍钴铝氧化物(nca)、锂锰镍钴氧化物(nmc)、磷酸铁锂(lfp)、锂
锰尖晶石(limn2o4)、锂锰镍氧化物(lmno)、富锂过渡金属氧化物(例如(li2mno3)
x
(limo2)1‑
x
)、层状氧化物、尖晶石、橄榄石化合物、其他锂互补金属氧化物或磷酸盐及它们的结合物。橄榄石化合物的实例包括经验式为lixpo4的磷酸锂，其中x＝mn、fe、co或ni或其结合物。锂金属氧化物、尖晶石化合物和层状氧化物的实例包括锰酸锂，优选为limn2o4；钴酸锂，优选为licoo2；镍酸锂，优选为linio2；或这些氧化物的两种或多种的混合物；或它们的混合氧化物。
[0039]
活性电极材料还可包括活性阴极材料的混合物或活性阳极材料的混合物。在一个实施方案中，选择用于增加电导率的颗粒，例如含碳材料的颗粒(如导电炭黑、石墨、碳化物衍生碳、石墨烯、石墨烯氧化物、碳纳米管及其结合物)，也被引入等离子体流中以结合到复合颗粒中。
[0040]
在多个实施方案中，所述活性阳极材料颗粒为总体积的约5％至约75％，优选为总体积的约20％至约70％，并且更优选为通过结合金属颗粒和活性阳极材料颗粒在常压等离子体中产生的阳极复合颗粒的总体积的约20％至约60％或约40％至约70％或约40％至约60％。在多个实施方案中，所述活性阴极材料颗粒为总体积的约70％至约95％，优选为总体积的约75％至约92％，并且更优选为通过结合金属颗粒和活性阴极材料颗粒在常压等离子体中产生的阴极复合颗粒的总体积的约80％至约90％或占约85％至约90％或约87％至约89％。
[0041]
在另一个实施方案中，在气体进口处引入诸如氧气或空气的氧化工作气体流以形成氧化常压等离子体。在该实施方案中，所述溅射的金属颗粒或金属合金颗粒将至少形成金属氧化物的表面层。该实施方案可用于制备包含稳定的锂离子导电金属氧化物构件的复合颗粒。例如，在制备用于阴极的复合颗粒时，可以在氧化工作气体中溅射铝线，其中所述复合颗粒包含具有氧化铝表面的构件。如另一实例，在制备用于阳极的复合颗粒时，可以在氧化工作气体中溅射锆线或锌线，其中所述复合颗粒包含具有氧化锆表面或氧化锌表面的构件。
[0042]
一些金属颗粒和活性材料颗粒可能未形成复合颗粒，但是这种未结合的颗粒后期可以在所述结合的颗粒和任何未结合的颗粒的常压等离子体沉积过程中结合到所述电极层中。在锂离子电芯基底上形成电极层的步骤包括将收集的复合颗粒(和任何未结合的金属颗粒和活性材料颗粒)引入常压等离子体沉积装置中，并将它们沉积到基底上的电极层中以制备锂离子电池的电极部分。
[0043]
可以在例如惰性气氛下的旋风分离器中收集所述复合颗粒，或者可以将所述复合颗粒引导到第二等离子体喷嘴，以在等离子体沉积过程中沉积在基底上形成电极部分。接收复合颗粒的电极层的基底可以是金属箔集流体、多孔分隔层或固体电解质层。
[0044]
通常，金属箔集流体在其两个主要表面上都涂覆有所述复合电极材料。为了控制电极层接受和释放锂离子的能力，可以改变电极层的厚度。
[0045]
在许多电池结构中，分隔材料是多孔层的聚烯烃，例如聚乙烯(pe)、聚丙烯(pp)、多孔聚氯乙烯膜、无纺布、纤维素/丙烯酸纤维、纤维素/聚酯纤维或玻璃纤维。热塑性材料通常包括相互粘合的、随机取向的pe纤维或pp纤维。分隔物的纤维表面可以涂覆有氧化铝的颗粒或其他绝缘材料，以提高分隔物的电阻，同时保持分隔物层的孔隙率，用于渗透液体电解质和在电芯电极之间转运锂离子。分隔膜可以具有15微米至50微米的厚度。这种分隔
物可以结合使用，例如夹在外多孔聚丙烯膜之间的多孔聚乙烯膜的三层涂覆分隔物。所述分隔层用于防止相对的负极材料层和正极材料层之间的直接电接触，并且分隔层的形状和尺寸可以提供该功能。在电芯的组装中，将电极材料层的相对的主表面压靠在分隔膜的主要面上。液体电解质通常被注入分隔物和电极材料层的孔中。在组装的锂离子电化学电芯中，多孔分隔物在一侧上具有阳极层，而在另一侧上具有阴极层。
[0046]
其他电池结构使用锂离子导电聚合物电解质膜的或陶瓷电解质的固体电解质层。
[0047]
根据总容量要求，电池电芯由多个带正电的电极和带负电的电极形成。每个电极由结合到合适的集流体箔的每一侧的用于锂离子电芯的活性阳极材料颗粒、活性阴极材料颗粒或电容器电极材料与阳极材料颗粒或阴极材料颗粒的结合物的多孔层形成。集流体箔通常为矩形形状，其高度和宽度尺寸适用于通过堆叠或缠绕以组装成一个或多个电化学电芯的整体包装。如果成品电化学电芯是由两对或多对电极(及其插入的分隔物)堆叠形成，则集流体箔及其电极材料涂层可以是矩形的，如在锂电池的形成中所实施的那样。如果成品电化学电芯要通过电芯单元和分隔物的缠绕形成，则箔材可以很长，如在锂电池的形成中所实施的那样。
[0048]
现在参考附图进一步解释本发明。
[0049]
图1是等离子体喷嘴和颗粒收集装置10的截面图。等离子体喷嘴具有导电壳体5(优选地具有细长的，特别是管状的形状)和导电喷嘴头32。壳体5和喷嘴头32形成喷嘴通道7，工艺气体18经该喷嘴通道7流动。内部电极16布置于喷嘴通道中并且与高压电源22连接。可以前进的金属线42、44位于等离子体喷嘴通道7中。壳体5接地并衬有陶瓷套筒14。工艺气体18通过管线20被引入喷嘴通道7，从而使工艺气体18以涡旋的方式流过所述通道。工艺气体的涡旋流动或螺旋流动由螺旋线28示出。这种工艺气体的流动可以通过旋流器12实现，旋流器12显示为带有孔的板。
[0050]
由于高电压，在电极16和喷嘴头32之间点燃放电，特别是电弧放电，以产生等离子体。放电使颗粒30从金属线42、44的尖端15、17溅射出来，并随旋转气流28一起输送。
[0051]
活性电极材料颗粒25由颗粒进料器48经由金属线42、44下游的入口24提供。活性电极材料颗粒25通过管线24的转运借助于经入口26进入的工艺气体18来实现，并且经相对的入口27引入另外的工艺气体有助于活性电极材料颗粒25与金属颗粒30接触。至少一些活性电极材料颗粒25与金属颗粒30接触，而金属颗粒30具有被所述等离子体活化的表面并附着以形成复合颗粒34。应当理解，尽管在该实施方案中活性电极材料颗粒25显示为小于金属颗粒30，但在其他实施方案中，所述活性电极材料可以与所述金属颗粒大小相同或大于金属颗粒。
[0052]
复合颗粒34被工艺气体通过通道50吹扫入旋风分离器56并收集在区域60中。工艺气体通过出口52排出。
[0053]
图2a是线2
‑
2处的截面图，示出了彼此相对的金属线42、44在等离子体喷嘴头32内有尖端15、17的布置。图2b示出了一种替代布置，包括围绕等离子体喷嘴头32的周围间隔开的另外的金属线41、42、43、44、45和46，用作产生金属颗粒30的另外的溅射源。
[0054]
将复合颗粒34制成锂离子电芯的电极部分。图3示出了具有上游圆形流动室110的常压等离子体沉积设备100，该上游圆形流动室110用于引入并引导合适的工作气体例如氮气或惰性气体(例如氦气或氩气)的流动流。流动室110向内逐渐缩窄以形成较小的圆形流
动室110'。复合颗粒34通过供应管114(部分剖开以示出复合颗粒34的流动)引入，并且在该实例中示出了可选的第二活性电极材料116通过供应管112(部分剖开以示出活性电极材料116的流动)引入主室中的工作气流，然后带入等离子体喷嘴120，在该等离子体喷嘴120中工作气体在大气压下转换为等离子体流。当复合颗粒34进入等离子体流时，它们被分散，并且当它们与第二活性电极材料颗粒116混合时它们的金属部分被等离子体活化。活化的金属表面导致复合颗粒34和可选的第二活性电极材料116在沉积过程中相互粘附在一起并粘附到基底124上。第二活性电极材料颗粒116也可能被困在形成于基底124上的复合颗粒34的多孔网状物的空隙中。尽管未示出，第一活性阳极材料25的未附着的颗粒可与复合颗粒34混合并与复合颗粒34混合一起引入等离子体流。像第二活性电极材料颗粒116一样，第一活性阳极材料25可以粘附到被常压等离子体活化的复合颗粒34上，或者被困在沉积于基底124上的多孔网状物中。
[0055]
包含并携带悬浮的电极材料颗粒的氮基等离子体流122通过喷嘴逐渐引导到基底124的表面，基底124可以是例如用于锂离子电芯的集流体箔。基底箔被支撑在用于常压等离子体沉积过程的合适的工作表面126上。用于常压等离子体沉积的沉积基底被示为具有其未涂覆的连接器片124'的单个集流体箔124。但是应当理解，为了等离子体的经济使用和应用，用于常压等离子体沉积的基底可以是任何尺寸和形状。还应当理解，可能需要合适的固定装置将基底固定在适当的位置并且/或者可能需要掩模来限定一个或多个涂覆区域。此外，例如后期可以从较大的初始涂覆的基底上切下指定的较小的工作电极构件。喷嘴在合适的路径以合适的速率移动，以使电极层128在集流体箔基底124的表面上具有所需的厚度。等离子体喷嘴可以承载在机械臂上，并且等离子体的产生和机械臂的运动在编程计算机的控制下进行管理。在本发明的其他实施方案中，基底移动，而等离子体固定。
[0056]
为了说明和描述的目的提供了实施方案的上述描述。其不旨在穷举的或限制本发明。具体实施方案的各个要素或特征通常不限于该具体实施方案，而是在适用的情况下是可互换的，并且即使没有具体示出或描述也可以在所选实施方案中使用。同样的也可以以许多方式变化。这些变化不应被认为是背离本发明，并且所有这样的修改都旨在包括在本发明的范围内。