用于低电阻高负载锂离子电池单元的系统和方法与流程

本公开总体上涉及用于低电阻高负载锂离子电池单元的系统和方法。

背景技术：

1、电池单元可包括阳极、阴极、隔膜、电解质和外壳。电池单元可以在充电循环和放电循环中运行。在一个实施例中，电池单元可以是包括硬外壳的棱柱形电池单元，通常由金属、聚合物或聚合物膜构成。阳极和阴极可各自包括多种成分，包括石墨、活性材料和/或高纵横比纳米级碳材料，其被配置用于电化学反应以用于从电池单元提供电能。

技术实现思路

1、公开了一种包括锂离子电池单元的系统。锂离子电池单元包括第一电极。第一电极包括具有表面的集电器和由电极涂层浆料形成并设置在集电器上的电极涂层。电极涂层浆料包括多个片状石墨薄片。多个薄片中的每一个包括两个平行平表面和由两个平行平表面限定的边缘平面。多个薄片的边缘平面在统计上面向集电器的表面。第一电极还包括含有高纵横比纳米级碳材料的导电材料。高纵横比纳米级碳材料被配置用于在电极涂层的各组分之间提供吸引力。锂离子电池单元还包括第二电极、设置在第一电极和第二电极之间的隔膜以及电解质。

2、在一些实施例中，电极涂层浆料不含聚合物粘合剂。

3、在一些实施例中，电极涂层浆料包括聚合物粘合剂，其存在的量为每一百重量单位的电极涂层浆料小于或等于一个重量单位的聚合物粘合剂。

4、在一些实施例中，至少50％的多个薄片的边缘平面相对于集电器的表面限定从45度到90度的角度。

5、在一些实施例中，至少75％的多个薄片的边缘平面相对于集电器的表面限定从45度到90度的角度。

6、在一些实施例中，至少50％的多个薄片的边缘平面相对于集电器的表面限定从60度至90度的角度。

7、在一些实施例中，至少75％的多个薄片的边缘平面相对于集电器的表面限定从60度到90度的角度。

8、在一些实施例中，第一电极是阳极。

9、在一些实施例中，第一电极是阴极。

10、在一些实施例中，第一电极是阳极，并且电极涂层浆料还包括具有多尺度孔隙率的混合硅阳极活性材料。

11、根据一个替代实施例，提供了一种包括低电阻高负载锂离子电池单元的系统。锂离子电池单元包括阳极和阴极。阴极包括阴极集电器，阴极集电器包括第一表面和由阴极涂层浆料形成并设置在阴极上的阴极涂层。阴极涂层浆料包括第一多个片状石墨薄片。第一多个薄片中的每一个包括两个平行平表面和由两个平行平表面限定的边缘平面。第一多个薄片的边缘平面在统计上面向第一表面。锂离子电池单元还包括设置在阴极和阳极之间的隔膜和电解质。

12、在一些实施例中，阳极包括具有第二表面的阳极集电器和由阳极涂层浆料形成并设置在阳极上的阳极涂层。阳极涂层浆料包括第二多个片状石墨薄片。每个薄片包括两个平行平表面和由两个平行平表面限定的边缘平面。第二多个薄片的边缘平面在统计上面向第二表面。

13、在一些实施例中，至少75％的第一多个薄片的边缘平面相对于阴极集电器的表面限定从60度至90度的角度。至少75％的第二多个薄片的边缘平面相对于阳极集电器的表面限定从60度至90度的角度。

14、在一些实施例中，至少50％的第一多个薄片的边缘平面相对于阴极集电器的表面限定从45度到90度的角度。

15、在一些实施例中，至少75％的第一多个薄片的边缘平面相对于阴极集电器的表面限定从45度到90度的角度。

16、在一些实施例中，至少50％的第一多个薄片的边缘平面相对于集电器的表面限定从60度至90度的角度。

17、根据一个可选实施例，提供了一种用于形成低电阻高负载锂离子电池单元的电极的方法。该方法包括产生包含多个片状石墨薄片的电极涂层浆料。多个薄片中的每一个包括两个平行平表面和由两个平行平表面限定的边缘平面。电极浆料还包括导电材料，该导电材料包括高纵横比的纳米级碳材料。高纵横比纳米级碳材料被配置用于在电极涂层浆料内提供吸引力。该方法还包括将电极涂层浆料沉积在包括表面的集电器上，并在存在磁场的情况下干燥集电器上的电极涂层浆料，以统计地将多个薄片的边缘平面朝向该表面定向，从而形成电极。

18、在一些实施例中，该方法还包括将电极安装在低电阻高负载锂离子电池单元中，并利用低电阻高负载锂离子电池单元提供电能。

19、在一些实施例中，干燥电极涂层浆料使至少50％的多个薄片定向，使得至少50％的多个薄片的每个边缘平面相对于集电器的表面限定从45度到90度的角度。

20、在一些实施例中，干燥电极涂层浆料使至少60％的多个薄片定向，使得至少60％的多个薄片的每个边缘平面相对于集电器的表面限定从50度到90度的角度。

21、本发明提供以下技术方案：

22、1.一个系统，包括：

23、锂离子电池单元，包括：

24、第一电极，包括：

25、包括表面的集电器；和

26、由电极涂层浆料形成并设置在集电器上的电极涂层，其中电极涂层浆料包括：

27、多个片状石墨薄片，多个薄片中的每一个包括两个平行平表面和由两个平行平表面限定的边缘平面，其中多个薄片的边缘平面统计地面向集电器的表面；和

28、包括高纵横比纳米级碳材料的导电材料，其中高纵横比纳米级碳材料被配置用于在电极涂层的组分之间提供吸引力；

29、第二电极；

30、设置于第一电极与第二电极之间的隔膜；和

31、电解质。

32、2.根据方案1所述的系统，其中所述电极涂层浆料不含聚合物粘合剂。

33、3.根据方案1所述的系统，其中所述电极涂层浆料包括聚合物粘合剂，所述聚合物粘合剂的存在量为每100重量单位的电极涂层浆料小于或等于1重量单位的聚合物粘合剂。

34、4.根据方案1所述的系统，其中所述多个薄片的至少50％的边缘平面相对于所述集电器的表面限定从45度到90度的角度。

35、5.根据方案1所述的系统，其中所述多个薄片的至少75％的边缘平面相对于所述集电器的表面限定从45度到90度的角度。

36、6.根据方案1所述的系统，其中所述多个薄片的至少50％的边缘平面相对于所述集电器的表面限定从60度到90度的角度。

37、7.根据方案1所述的系统，其中所述多个薄片的至少75％的边缘平面相对于所述集电器的表面限定从60度到90度的角度。

38、8.根据方案1所述的系统，其中所述第一电极是阳极。

39、9.根据方案1所述的系统，其中所述第一电极是阴极。

40、10.根据方案1所述的系统，其中所述第一电极是阳极；且

41、其中，电极涂层浆料还包括具有多尺度孔隙率的混合硅阳极活性材料。

42、11.一种系统，包括：

43、低电阻高负载锂离子电池单元，包括：

44、阳极；

45、阴极，所述阴极包括；

46、包括第一表面的阴极集电器；和

47、由阴极涂层浆料形成并设置在阴极上的阴极涂层，其中阴极涂层浆料包括第一多个片状石墨薄片，第一多个薄片中的每一个包括两个平行平表面和由这两个平行平表面限定的边缘平面，其中第一多个薄片的边缘平面在统计上面向第一表面；

48、设置在阴极和阳极之间的隔膜；和

49、电解质。

50、12.根据方案11所述的系统，其中所述阳极包括：

51、包括第二表面的阳极集电器；和

52、由阳极涂层浆料形成并设置在阳极上的阳极涂层，其中阳极涂层浆料包括第二多个片状石墨薄片，每个薄片包括两个平行平表面和由两个平行平表面限定的边缘平面，其中第二多个薄片的边缘平面在统计上面向第二表面。

53、13.根据方案12所述的系统，其中所述第一多个薄片的至少75％的边缘平面相对于所述阴极集电器的表面限定从60度到90度的角度；且

54、其中第二多个薄片的至少75％的边缘平面相对于阳极集电器的表面限定从60度到90度的角度。

55、14.根据方案11所述的系统，其中所述第一多个薄片的至少50％的边缘平面相对于所述阴极集电器的第一表面限定从45度到90度的角度。

56、15.根据方案11所述的系统，其中所述第一多个薄片的至少75％的边缘平面相对于所述阴极集电器的第一表面限定从45度到90度的角度。

57、16.根据方案11所述的系统，其中所述第一多个薄片的至少50％的边缘平面相对于所述阴极集电器的第一表面限定从60度至90度的角度。

58、17.一种形成用于低电阻高负载锂离子电池单元的电极的方法，该方法包括：

59、产生电极涂层浆料，包括：

60、多个片状石墨薄片，多个薄片中的每一个包括两个平行平表面和由两个平行平表面限定的边缘平面；和

61、包括高纵横比纳米级碳材料的导电材料，其中高纵横比纳米级碳材料被配置用于在电极涂层浆料内提供吸引力；

62、将电极涂层浆料沉积在包括表面的集电器上；和

63、在存在磁场的情况下干燥集电器上的电极涂层浆料，以统计地将多个薄片的边缘平面朝向所述表面定向，从而形成电极。

64、18.根据方案17所述的方法，还包括：

65、将电极安装在低电阻高负载锂离子电池单元中；和

66、采用低电阻高负载锂离子电池单元来提供电能。

67、19.根据方案17所述的方法，其中干燥所述电极涂层浆料使所述多个薄片中的至少50％取向，使得所述多个薄片中的至少50％的每个边缘平面相对于所述集电器的表面限定从45度到90度的角度。

68、20.根据方案17所述的方法，其中干燥所述电极涂层浆料使所述多个薄片中的至少60％取向，使得所述多个薄片中的至少60％的每个边缘平面相对于集电器的表面限定从50度到90度的角度。

69、从下面结合附图对实施本公开的最佳方式的详细描述中，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。