预锂化储能装置的制作方法

本公开总体上涉及预锂化混合储能装置电极的组合物、实现这种电极的储能装置以及相关方法。

背景技术：

1、储能装置(例如，基于锂离子、钠离子、钾离子、镁离子和/或铝离子的储能装置)可用于为各种电子装置供电。例如，使用这些材料的电池和/或电容器可以在各种应用中实现，包括例如风力发电系统、不间断电源系统(ups)、光伏发电和/或工业机械和运输系统中的能量回收系统。许多这样的系统受益于既能输送高能量又能输送高功率的能源。这种电池和/或电容器的电极可能在电极制造期间经历预掺杂工艺。

技术实现思路

1、在一些方面，储能装置可以包括第一电极、第二电极以及第一电极和第二电极之间的隔膜，其中，第一电极和第二电极中的至少一个包括碳颗粒和元素金属。元素金属可以包括元素锂金属、基本上由元素锂金属组成、或由元素锂金属组成。

2、在第一方面，提供了一种组件，包括：第一电极，其包括电化学活性材料和第一多孔碳颗粒；第二电极，其包括嵌锂的碳颗粒和元素锂金属；以及所述第一电极和所述第二电极之间的隔膜。

3、在第一方面的实施方式中，提供了组件，其中，第一多孔碳颗粒包括活性碳。

4、在第一方面的实施方式中，提供了组件，其中，第二电极还包括第二多孔碳颗粒。

5、在第一方面的实施方式中，提供了组件，其中，第二多孔碳颗粒包括导电碳。

6、在第一方面的实施方式中，提供了该组件，还包括覆盖元素锂金属的暴露部分的固体电解质界面(sei)层。在第一方面的实施方式中，提供组件，其中，元素锂金属具有原始表面。

7、在第一方面的实施方式中，提供组件，其中，第一电极和第二电极中的至少一个包括独立式电极膜。

8、在第一方面的实施方式中，提供了该组件，其中，嵌锂的碳颗粒包括石墨颗粒。

9、在第一方面的实施方式中，提供组件，其中，第二电极还包括硅颗粒。

10、在第一方面的实施方式中，提供组件，其中，第二电极还包括粘合剂。

11、在第一方面的实施方式中，提供了组件，其中，粘合剂包括羧甲基纤维素。

12、在第一方面的实施方式中，提供了组件，其中，元素锂金属包括分散在嵌锂的碳颗粒中以形成均匀膜的元素锂金属颗粒。

13、在第一方面的实施方式中，提供组件，其中，第一电极和第二电极中的至少一个包括聚四氟乙烯(ptfe)粘合剂。

14、在第一方面的实施方式中，提供组件，其中，第一电极和第二电极中的至少一个是不含溶剂残留物的干法电极膜。

15、在第一方面的实施方式中，提供了一种储能装置，其通过包括使组件与电解质接触的方法制造。

16、在第一方面的实施方式中，提供储能装置，其中，该方法包括在组件与电解质接触时预锂化第二电极。

17、在第二方面，一种制造储能装置的方法，包括：组合元素锂金属和多个嵌锂的碳颗粒，以形成第一电极膜混合物；由第一电极膜混合物形成第一电极膜；组合电化学活性材料和多孔碳材料，以形成第二电极膜混合物；并且由第二电极膜混合物形成第二电极膜。

18、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，还包括通过将第一电极膜层压到第一集电器上来形成第一电极；通过将第二电极膜层压到第二集电器上来形成第二电极；并且在第一电极和第二电极之间插入隔膜。

19、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，嵌锂的碳颗粒包括石墨颗粒。

20、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，第一电极膜混合物还包括多个硅颗粒。

21、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，在制造方法的任何阶段都不使用溶剂。

22、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，第一电极膜和第二电极膜中的至少一个形成为独立式电极膜。

23、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，第一电极膜和第二电极膜都形成为独立式电极膜。在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，元素锂金属包括多个元素锂金属颗粒。

24、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，还包括提供块状元素锂金属，并减小块状元素锂金属的尺寸，以形成多个元素锂金属颗粒。

25、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，元素锂金属颗粒具有原始表面。

26、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，组合元素锂金属和多个嵌锂的碳颗粒，包括组合干元素锂金属和多个干碳颗粒，以形成干电极膜混合物。

27、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，多孔碳材料包括活性碳。

28、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，还包括将第一电极、隔膜和第二电极放置在外壳中。

29、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，还包括将电解质添加到外壳中，并使电解质与第一电极和第二电极接触。

30、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，接触第一电极和第二电极，包括预锂化第一电极和第二电极中的至少一个。

31、在第二方面的实施方式中，提供了该方法，其中，接触第一电极和第二电极，包括预锂化第一电极。

32、在第二方面的实施方式中，提供了一种通过包括该方法的工艺制造的储能装置。

33、在第三方面，提供了一种独立式混合阴极膜，包括：电池阴极活性材料；以及电容器阴极活性材料；其中，电池阴极活性材料与电容器阴极活性材料的比率为9:1至1:9。

34、在第四方面，提供了一种混合储能装置，包括：混合阴极，其包括电池阴极活性材料和电容器阴极活性材料；预锂化阳极，其包括足够量的锂，以补偿混合阴极中电容器阴极活性材料的容量。

35、在第四方面的实施方式中，提供储能装置，其中，阴极和阳极中的至少一个包括独立式电极膜。

36、在第四方面的实施方式中，提供储能装置，其中，阳极包括大致均匀膜。

37、在第四方面的实施方式中，提供储能装置，其中，电池阴极活性材料与电容器阴极活性材料的比率为9:1至1:9。

38、提供了第一、第二、第三或第四方面中任一方面的储能装置，其具有至少约80％的效率。

39、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，应当理解，根据任何特定实施方式，不一定需要实现所有这些目的或优点。因此，例如，本领域技术人员将认识到，本发明可以以能够实现或优化一个优点或一组优点的方式来实施或执行，而不必实现其他目的或优点。

40、所有这些实施方式都在本文公开的本发明的范围内。从下面参考附图的详细描述中，这些和其他实施方式对于本领域技术人员来说将变得显而易见，本发明不限于任何特定公开的实施方式。

技术特征：

1.一种电极膜，包括：

2.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述电极膜进一步包括第一多孔碳颗粒。

3.根据权利要求2所述的电极膜，其中，所述第一多孔碳颗粒包含导电碳。

4.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述元素锂金属是未处理的锂金属。

5.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述元素锂金属具有原始表面。

6.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述独立式电极膜包括粘合剂原纤维的结构基质。

7.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述嵌锂的碳颗粒选自由石墨颗粒、多孔碳颗粒、活性碳颗粒、分级结构的碳颗粒及其组合组成的组。

8.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述涂覆有元素锂金属的嵌锂的碳颗粒形成均匀膜。

9.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述电极膜是大致均匀的，并且基本上没有洞和金属污点。

10.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述原纤化粘合剂包括聚四氟乙烯(ptfe)。

11.根据权利要求1所述的电极膜，进一步包括第二粘合剂。

12.根据权利要求11所述的电极膜，其中，所述第二粘合剂包括羧甲基纤维素。

13.根据权利要求1所述的电极膜，其中，所述元素锂金属包括尺寸小于75μm的颗粒。

14.一种组件，包括：

15.一种储能装置，包括根据权利要求14所述的组件，电解质和外壳。

16.根据权利要求15所述的储能装置，其中，所述储能装置是电池。

17.一种制造电极膜的方法，包括：

18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述方法不使用溶剂。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，所述元素锂金属包括多个元素锂金属颗粒。

20.根据权利要求19所述的方法，进一步包括：提供块状元素锂金属，并减小所述块状元素锂金属的尺寸，以形成所述多个元素锂金属颗粒。

21.根据权利要求19所述的方法，其中，所述元素锂金属颗粒是未处理的元素锂金属颗粒。

22.根据权利要求17所述的方法，其中，组合所述元素锂金属和所述嵌锂的碳颗粒，包括：组合干元素锂金属和干碳颗粒，以形成干电极膜混合物。

23.根据权利要求17所述的方法，其中，所述处理选自由高剪切混合、加热、暴露于碳酸盐蒸汽、暴露于碳酸盐液体及其组合组成的组。

24.根据权利要求17所述的方法，其中，所述电极膜是大致均匀的，并且基本上没有洞和金属污点。

25.一种形成电极的方法，包括根据权利要求17所述的方法，以及将所述电极膜层压至集电器。

26.一种制造储能装置的方法，包括根据权利要求25所述的方法，以及将所述电极放置在外壳中以形成储能装置。

技术总结
本发明公开了预锂化储能装置。一种储能装置可以包括第一电极、第二电极和在第一电极和第二电极之间的隔膜，其中，第一电极包括电化学活性材料和多孔碳材料，第二电极包括元素锂金属和碳颗粒。一种制造储能装置的方法可以包括形成第一电极和第二电极，并且在第一电极和第二电极之间插入隔膜，其中，形成第一电极包括组合电化学活性材料和多孔碳材料，并且形成第二电极包括组合元素锂金属和多个碳颗粒。

技术研发人员：希厄·明赫·东,波特·米切尔,穆罕默德·耶齐德·赛义迪,申俊昊,海姆·费根鲍姆
受保护的技术使用者：特斯拉公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15