CN107078284A - 在锂电池组电极中的活性材料上分布导电性炭黑 - Google Patents

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Abstract

通过在两个混合步骤中，在每个步骤中使用用于混合颗粒的液体分散剂，用较小的导电性炭黑颗粒的聚集体涂覆微米尺寸的阳极或阴极材料颗粒，由此制造用于锂电池组电池的改进的电极。将第一部分的炭黑与电极颗粒剧烈混合从而用较小的炭黑颗粒涂覆它们的表面。将第二部分的炭黑与经初始涂覆的电极颗粒进行较不剧烈的混合从而在前述经涂覆的电极颗粒的界面处形成炭黑颗粒的团簇。该炭黑颗粒的两步分布提高了粘合至其集流体的多孔电极层的功率容量，并且提高了其电池组电池的寿命。

Description

在锂电池组电极中的活性材料上分布导电性炭黑
技术领域
本发明涉及制备用于锂电池组电池中的颗粒状活性电极材料。以两个预定的、不同强度的混合步骤从而在液体分散物中将小的炭黑颗粒的聚集体与电极材料颗粒相混合，从而获得(i)导电性碳颗粒在活性电极材料颗粒的表面上的均匀分布；和(ii)活性材料颗粒之间的导电性碳颗粒的多孔连通网络。当所制备的炭黑涂覆的电极材料颗粒粘合至集流体时，所得到的电极提供每单位重量电极材料的更高的功率和更长的寿命。
发明背景
锂离子电池组电池的组装体被发现在机动车辆中提供动力方面存在增加的应用。锂硫电池也是用于这样的应用的候选。基于电池中的电极材料的组成和质量，电池组的各锂离子电池能够提供约3至4伏特的电势以及直流电流。所述电池能够经多次循环进行放电和再充电。通过将适合数量的单个电池以电路并联和串联连接组合的方式进行组合以满足针对特定电机的电压和电流需求，从而针对应用来组装电池组。在用于电动车辆的锂离子电池组应用中，组装电池组可以例如包含多至三百个独立封装的电池，所述电池电连通从而对电力牵引电机提供40至400伏特以及足够的电功率来驱动车辆。通过电池组产生的直流电流可以被转化为交流电流以用于更有效率的电机操作。
在这些机动车应用中，各锂离子电池典型地包括负极层(在电池放电过程中为阳极)、正极层(在电池放电过程中为阴极)、以面对面(face-to-face)接触的方式***于平行的相向电极层之间的薄的多孔隔离膜层、以及填充隔离膜的孔并与电极层的相向表面接触的用于在反复电池放电和再充电循环过程中传输锂离子的液体含锂电解质溶液。各电极被制备为含有电极材料层，其典型地以湿混合物的形式沉积于金属集流体的薄层上。
例如，已通过将石墨颗粒或者钛酸锂颗粒、以及适合的聚合物粘合剂的薄层沉积于起到用于负极的集流体作用的薄铜箔的一侧或两侧上，从而形成负极材料。正极也包括树脂粘合的多孔颗粒状锂-金属氧化物组合物的薄层，所述薄层粘合至起到用于正极的集流体作用的薄铝箔。因此，各电极已通过下述方式来制造：将各粘合剂和活性颗粒状材料的混合物分散在适合的液体中，将湿混合物以厚度可控的层的形式沉积于集流体箔的表面上，并干燥、压制并将树脂粘合的电极颗粒固定至它们各自的集流体表面。正极和负极可以形成于具有适合的面积和形状的导电性金属集流体片上，并被切割(如果需要)、折叠、卷取、或者成型从而用于与适合的多孔隔离膜和液体电解质组装在锂离子电池容器内。
还留有对改进的电极组合物和制造它们的方法以进一步改进锂电池组电池的寿命和功率递送能力的需要。
发明概述
根据本发明的实施方案，出于在适合的含锂离子的电解质的存在下提高活性材料颗粒内和活性材料颗粒之间的电化学导电性的目的，用于锂电池组电池的活性电极材料的颗粒涂覆有较小的炭黑颗粒。电极材料的颗粒可以例如具有约10微米或者例如约5至50微米的代表性粒度。并且，例如可以将石墨或钛酸锂的颗粒选择为负极(阳极)材料、或者可以将锂锰镍钴氧化物的颗粒用作正极(阴极)材料。
以预定量的水性或有机液体中的分散颗粒的形式形成预定量的炭黑的纳米尺寸颗粒的颗粒状聚集体与所选择的电极材料的微米尺寸颗粒的第一混合物。电极材料的颗粒和炭黑颗粒的聚集体可以具有相当的尺寸，但单个炭黑颗粒远小于电极材料的颗粒。
炭黑聚集体和电极颗粒的液体分散物可以在适合的混合容器、例如通常为圆形侧面的平底不锈钢混合容器中形成。将颗粒和液体的组合使用第一预定混合程序(其参数可以以实验方式确定)来进行混合。例如，混合可以在选定的带有旋转机械混合设备的混合容器中实施，所述旋转机械混合设备包括针对相对高粘度的混合而成型并操作的第一组混合叶片、以及针对较低粘度混合而成型并操作的另一组混合叶片。
在该第一混合步骤中，对炭黑颗粒的比例、液体含量、和混合颗粒的分散物的粘度、搅拌的性质或剧烈程度（aggressiveness）、以及搅拌的时间进行控制，从而将混合容器的内容物转化为包含液体分散剂和颗粒混合物的第一阶段产物，其特征在于，在所有较大的电极材料颗粒的表面上均总体均匀地分布有较小炭黑颗粒的小团簇(例如2-10个颗粒)。混合步骤可以以室温下的材料来开始，但是混合物的温度倾向于随着剧烈混合相对粘稠的材料而升高并且一些冷却可能是必须或者需要的。
然后将第二部分的相同或相似的炭黑颗粒的颗粒状聚集体和额外的液体分散剂添加至混合容器中的第一阶段混合物产物中。进行第二阶段混合操作，其中混合物较不粘稠并且混合较不剧烈。典型而言，生成更少的热。再次，对该第二混合步骤的工艺参数进行确定并实践，使得所添加的第二批炭黑颗粒的聚集体破碎并在电极材料颗粒之间分散为炭黑颗粒的团簇，所述电极材料颗粒在它们的颗粒表面上具有其保留的较小的炭黑颗粒团簇的涂层。通常而言，电极材料的颗粒之间的炭黑颗粒的团簇将比涂覆单个活性电极材料颗粒的炭黑颗粒的团簇含有更多的炭黑颗粒。再次，对所添加的炭黑颗粒的量和所添加的液体的量、混合工具的操作、以及混合的持续时间和温度进行确定从而产生所陈述的电极颗粒和炭黑颗粒的组织。
如果需要，可以将适合量的聚合物粘合剂材料与电极颗粒和炭黑颗粒的液体分散混合物相混合。在一个优选的实施方案中，将粘合剂溶解于液体分散剂中，然后在混合过程完成时蒸发液体的过程中沉积于电极颗粒中。
将两次涂覆的电极颗粒从混合容器中移除，并在针对预定电极而言的适合的集流体基材的表面上以同延（coextensive）层的形式进行施用。从所施用的电极材料的层中蒸发液体分散剂，并且在需要的情况下使任何粘合剂固化从而使炭黑涂覆的电极颗粒彼此粘合并粘合至集流体带或箔的表面。但是，实施使用炭黑聚集体的第一混合步骤和使用类似的炭黑颗粒聚集体的第二混合步骤从而使得所施用的电极材料颗粒的层包含在其表面上的纳米尺寸炭黑颗粒的基本均匀涂层、以及在邻近成组的层状电极颗粒之间的空间中的类似炭黑颗粒的多孔团簇。当电极(阳极或阴极)已与多孔隔离膜和相对电极组装并且电极的孔渗入有适合的含锂离子的电解质时，两组炭黑用于提高所连接的电极（tie electrode）和在其中使用所述电极的电池的电化学功能。
本发明的其它目标和优点将由下述本发明实践的优选实施方式的说明而明显。
附图简述
图1是锂离子电池的阳极、隔离膜和阴极元件的放大的示意性说明，其描述了阳极和阴极，其各自包括载有导电性炭黑/活性电极材料的沉积颗粒的多孔层的金属集流体，所述沉积颗粒根据本发明的两步炭黑涂覆方法而形成。
图2是用于施用和混合纳米尺寸炭黑颗粒的聚集体与锂电池组电池电极材料的颗粒从而在电极颗粒的表面上形成炭黑颗粒分布并在电极材料颗粒之间形成小的炭黑颗粒网络团簇的本发明的两步法的放大的示意性说明。
图3是用于将炭黑颗粒的聚集体和电极材料颗粒的液体分散物进行混合的混合容器和混合叶片或工具的示意性说明。
优选实施方案描述
根据本发明的方法，在制造用于锂电池组电池的电极的过程中，将纳米尺寸炭黑颗粒的聚集体涂覆于较大的活性电极材料的颗粒上。出于在适合的非水性含锂离子的电解质的存在下改进电极材料颗粒中和电极材料颗粒之间的电化学导电性的目的，将炭黑的纳米尺寸颗粒的微米尺寸聚集体用于涂覆电极材料。炭黑是商业可获得的，并且典型而言通过重质石油产物的不完全燃烧来生产。优选的是使用各自在直径或最大尺寸方面为约10至100纳米、并且初始团簇成在直径或最大特征尺寸方面为约10微米至约100微米的聚集体的炭黑颗粒。生产具有多种BET表面积的不同商业来源的炭黑。在本发明的实践中使用的炭黑的BET表面积适合地为10 m2/g至1000 m2/g。
将描述说明性的锂离子电池，其中，可以使用本发明的实践来制备电极元件。
图1是锂离子电化学电池的三个固体元件的分离组装体10的放大示意性说明。在该图示说明中，将三个固体元件分离从而更好地显示它们的结构。所述图示说明不包括电解质溶液，其组成和功能将在本说明书的下文中更详细地描述。在锂离子电池的电极元件以相对薄的层状结构形式使用时，本发明的实践典型地用于其制造。
在图1中，负极包括相对薄的导电性金属箔集流体12。在许多锂离子电池中，负极集流体12适合地由铜或不锈钢的薄层形成。金属箔集流体的厚度适合地为约5至25微米。集流体12具有用于与电池的其它固体元件组装的所需二维平面图形状。集流体12遍及其主表面以矩形的形式进行图示说明，并且进一步提供有连接极耳（tab）12'，其用于与锂离子电池的组内的其它电极相连接从而提供所需要的电势或电流流动。
在负极集流体12上沉积的是树脂粘合的多孔颗粒状负极材料的薄的多孔层14。适合的负极材料包括例如石墨、钛酸锂(LTO)和基于硅的材料例如硅、硅合金(包括LiSi合金)和SiOx。根据本发明的实践，负极材料的颗粒两次涂覆有炭黑的纳米尺寸颗粒。如图1所图示说明的，负极材料的层14典型地在形状和面积方面与其集流体12的主表面共延并与其粘合。电极材料具有充足的孔隙度以被液体含锂离子的电解质渗入。负极材料的矩形层的厚度可以为高达约200微米，从而为负极提供所需要的电流和功率容量。如将进一步描述的，可以施用负极材料从而使得负极材料14的一个大的面粘合至集流体12的主面、并且负极材料层14的另一个大的面背向其集流体12朝外。
显示出正极，其包括正集流体箔16(通常由铝或不锈钢形成)和共延并覆盖的正极材料的多孔树脂粘合层18。适合的正极材料包括例如锂锰镍钴氧化物(NMC)。其它正极材料的实例包括锂锰氧化物(LMO)、锂钴氧化物(LCO)、锂镍钴铝氧化物(NCA)、磷酸锂铁(LFP)、和其它锂金属氧化物和磷酸盐。根据本发明的实践，正极材料的颗粒两次涂覆有炭黑的纳米尺寸颗粒。
正集流体箔16也具有连接极耳16'，其用于与可以一起被封装在锂离子电池组的组装体中的其它电池中的其它电极相电连接。正集流体箔16和其多孔正极材料涂层18典型地以与相关负极的尺寸互补的尺寸和形状来形成。在图1的图示说明中，两个电极在其形状方面相似(但它们不必相同)，并且以负极材料14的主外表面面向正极材料18的主外表面的方式组装在锂离子电池中。典型地确定矩形正集流体箔16和正极材料的矩形层18的厚度从而在产生所预期的锂离子电池的电化学容量方面与负极材料14互补。集流体箔的厚度典型为约5至25微米。并且，通过该两步湿式混合与涂覆方法形成的电极材料的厚度为高达约200微米。再次，根据本发明的实践，负极材料的颗粒两次涂覆有炭黑的纳米尺寸颗粒。
将薄的多孔隔离膜层20***负极材料层14的主外面与正极材料层18的主外面之间。在许多电池的构造中，隔离膜材料是聚烯烃、例如聚乙烯或聚丙烯的多孔层。通常而言，热塑性材料包含互相键合且随机取向的PE或PP纤维。隔离膜的纤维表面可以涂覆有氧化铝、或者其它绝缘体材料的颗粒从而提高隔离膜的电阻率，同时保持隔离膜层的孔隙度以用于用液体电解质渗入和在电池电极之间输运锂离子。隔离膜层20用于防止负极材料层14和正极材料层18之间的直接电接触，并且被成型并调整尺寸以用于该功能。在电池的组装体中，将相对的电极材料层14、18的主外面相对于隔离膜薄膜20的主面积的面压制。将液体电解质注入隔离膜薄膜20和电极材料层14、18的孔中。
用于锂离子电池的电解质通常为溶解于一种或多种有机液体溶剂中的锂盐。所述盐的实例包括六氟磷酸锂(LiPF6)、四氟硼酸锂(LiBF4)、高氯酸锂(LiClO4)、六氟砷酸锂(LiAsF6)、和三氟乙磺酰亚胺锂。可以用于溶解电解质盐的溶剂的一些实例包括碳酸亚乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯和碳酸亚丙酯。还存在可以使用的其它锂盐和其它溶剂。但是，为了在电池操作中提供适合的锂离子的迁移率和输运性来选择锂盐和液体溶剂的组合。将电解质小心地分散在靠近而隔开的电极元件层和隔离膜层中和它们之间。在附图中并未图示说明电解质，这是因为其难以在紧密压紧的电极层之间图示说明。
图2是对具有炭黑材料的活性电极材料的主题两步涂覆方法的示意性说明，并且图3是对用于实施所述两步涂覆方法的混合容器和搅拌工具的说明。
在该电极制造方法中，在液体媒介的存在下，以两步混合方法将所选择的正极或负极材料的颗粒与炭黑颗粒进行混合并涂覆有炭黑颗粒。液体媒介有时可以被称为溶剂。其可以用于溶解少量的聚合物粘合剂材料以用于后续的电极颗粒的粘合。但液体主要用于使电极材料颗粒和炭黑颗粒能够悬浮与混合并提高该悬浮与混合。出于在形成电极的过程中将在多孔粘合层中的经涂覆的电极颗粒的层粘合至集流体基材的目的，在加工完成时，液体最终通过蒸发从颗粒中除去，由此沉积任何所溶解的粘合剂材料。这样的电极构造在本说明书的图1中进行图示说明。
在本发明的涂覆实践的一个说明性的实例中，可以将锂镍锰钴氧化物(NMC，一种复合氧化物)的颗粒选为适合的正极(或阴极)材料。将NMC颗粒制备为总体上为球形形状并在适当窄的直径范围内具有约10微米的平均直径。为所需规模的电极材料批次制备一定量的颗粒。
炭黑导电性添加物（additive）的总量也基于待涂覆的电极材料的量来确定。如所陈述的，将炭黑以炭黑的纳米尺寸颗粒的微米尺寸聚集体的形式进行添加。进一步，将炭黑颗粒的聚集体以两个增量（increment）进行添加，并且被用于沉积在不同的涂覆位置从而提高电极颗粒之间的导电性。将第一量的炭黑与电极材料的颗粒混合从而在基本每个电极材料的颗粒上形成适当均匀的炭黑颗粒涂层。然后，将第二量的炭黑聚集体与经涂覆的电极材料颗粒混合从而在前述经涂覆的电极颗粒的界面处形成导电性炭黑颗粒的连通网络。该两步涂覆方法被示意性地说明在显著放大并简化的图2的说明中。出于更简单可视化的目的，图2并未示出在两步混合方法的两个步骤中用作分散剂的液体。并且，出于相同的目的，图2所图示说明的电极颗粒与它们在本发明的混合步骤中应当呈现的形态相比更加分离。
因此，在图2中，显示出一些电极颗粒30(其可以是NMC阴极颗粒)。将第一批炭黑颗粒的聚集体32与电极颗粒30混合从而在每个电极颗粒30的外表面上形成炭黑颗粒的小团簇34的涂层。该涂层可以包含例如约2至10个单独的炭黑颗粒的小团簇。其表现形式在图2的图示说明中被简化。炭黑颗粒的初始聚集体32可以例如具有约10至100微米的最大尺寸。但是在电极材料颗粒30的表面上形成炭黑颗粒的较小团簇34的过程中，这些许多纳米尺寸炭黑颗粒的初始聚集体32通过混合方法而破碎。这些炭黑颗粒的较小团簇34可以例如包含2-10个颗粒，其中所述小团簇具有约100至500纳米的尺寸。然后，使炭黑颗粒的小团簇34在电极颗粒30上的复合体35准备好用于后续的混合步骤。如将更详细说明的，以对电极颗粒、炭黑颗粒和适合的液体的相对粘稠的混合物进行剧烈混合的方式来实施该第一混合步骤。该用于用导电性炭黑颗粒的小团簇34涂覆单独的电极颗粒30的第一混合步骤被认为是“硬式（hard）”混合步骤。在将复合材料35保持在混合容器中的同时，可以向复合材料35添加更多的液体分散剂(在图2中未示出)。
在该第一混合步骤之后，以添加第二预定量的炭黑颗粒聚集体36(以及典型而言更多的液体分散剂)的方式来实施第二混合步骤。通常，优选第二批炭黑材料具有与第一批相同的组成和物理特性。但其以不同的方式与复合体35进行混合。混合较不剧烈，其使用较不粘稠的液体-固体混合物并在混合设备(在图2中未示出，但在图3中图示说明代表性的设备)中使用较小的搅拌力。实施第二步骤中的混合从而使第二批碳颗粒聚集体36以炭黑颗粒的团簇38的形式位于前述炭黑颗粒34涂覆的电极材料颗粒30之间的界面处。这些电极颗粒界面处的炭黑颗粒的团簇38大于电极颗粒30的表面上的炭黑团簇34。电极颗粒界面处的炭黑颗粒的团簇38可以具有例如约1至10微米的特征尺寸。
在第二混合步骤结束时，混合物包含具有炭黑颗粒34的表面涂层且在电极颗粒30之间具有炭黑颗粒的团簇38的电极材料颗粒30。混合物还含有在两个混合步骤中使用的液体。如在本说明书的后文中更详细描述的，混合物还可以含有预定量的用于使电极材料颗粒彼此粘合并粘合至金属集流体带或箔的表面的粘合剂树脂。现在，可以将该含液体且被碳涂覆的电极颗粒混合物转移以用于置于并铺展于集流体表面上。
在为了制造用于制造锂电池组的一个或多个电极而进行的制备过程中，适合地以实验的方式确定添加至电极颗粒的炭黑颗粒的量。通常而言，添加至颗粒状电极材料的炭黑的总量为电极材料的约1重量%至约10重量%。在第一混合步骤中添加总炭黑含量的约30至60重量%从而涂覆电极颗粒，并在第二混合步骤中添加剩余部分从而在所形成的电极中的电极颗粒的界面处形成团簇。
用于实施两步混合方法的实践将参照附图的图3来进行更详细的描述。将预定量的电极材料颗粒添加至混合容器、例如图3中的容器50中。在将颗粒添加至混合容器之前、之中或之后，将电极颗粒与适合的液体媒介混合以用于与炭黑颗粒的聚集体进行第一混合步骤。优选地，在混合容器中实施电极颗粒与液体的混合。对于本发明的实践而言，可以将水用作液体分散剂。在与炭黑进行的混合方法中，可以将水性可分散的粘合剂、例如苯乙烯-丁二烯橡胶和羧甲基纤维素钠的组合与水组合使用。但当电极的制造将包括不易分散于水中的聚合物粘合剂、例如聚偏二氟乙烯(PVDF)时，可以将适合的有机液体用于混合方法。适合的用于有机体系的液体包括例如N-甲基-2-吡咯烷酮、乙醇、丙醇、己烷、丙酮等。
确定液体媒介的量以适应于与炭黑进行的第一混合步骤的目标，所述目标为将每个电极材料(例如NMC阴极材料)的微米尺寸颗粒的表面用炭黑的纳米尺寸颗粒涂覆。确定和选择所选择的混合设备的物理性质和液体分散剂的量以使用相对硬式、粘稠的混合方法来实现该目标。
如图3中所见，商业可获得的混合容器50是带有平底(未示出)的圆形不锈钢容器，其尺寸被调整为容纳预定量的待涂覆的液态电极材料。圆柱侧面51优选被加夹套(未示出)从而使用在受控温度下的循环水来提供混合容器50的内容物的温度控制。混合容器50还可以在底部具有带阀门的出口(未示出)以用于移除经混合的电极材料颗粒和炭黑颗粒的最终浆料。
使用混合头54，其带有4个朝下斜角的固定混合轴56、和两个垂直且可单独旋转的混合轴58，所述混合轴58各具有带有6个斜角搅拌叶片62的搅拌头60。混合头容纳有电机，所述电机具有相关驱动机构以用于以共同的所需旋转速度驱动四个斜角混合轴56、并且以对其而言所需要的旋转速度单独驱动垂直混合轴58。将该多功能混合头54相对于圆形混合容器50的上表面53的平面顶部表面以密封接合的方式下降，从而将所搅拌的内容物密封在容器中。
作为一个说明性的实例，将100重量份的NMC阴极材料颗粒与初始量的5重量份的炭黑纳米尺寸颗粒的聚集体进行混合。在该混合方法中，使用105重量份的总固体的约10至30重量%的量的水。换而言之，通常期望在该第一“硬式”混合步骤中具有约70重量%或更高的固体含量。如果粘合剂被用于形成阴极，则可以将几重量份的水溶性粘合剂溶解于水中。可以在一个或者两个混合步骤中将粘合剂溶解于分散剂液体中。
在该第一混合步骤中，四个斜角混合轴56可以以约10至100转每分钟的速率进行旋转。可以将使混合叶片62旋转的更高速度的垂直混合轴58关闭，或者使其以低于1000rpm的速度旋转。因此，使用混合工具来搅拌并混合NMC颗粒、炭黑颗粒和水(包含任何所溶解的粘合剂)的相对粘稠的混合物。确定六个混合轴56、58的旋转速率和旋转持续期间以将NMC颗粒用炭黑颗粒涂覆，从而产生如图2中所图示说明的复合颗粒35。可以以室温或者环境温度下的液体分散的颗粒来开始第一混合步骤。随着混合进行，粘稠混合物的温度可能从室温升高至例如60℃至80℃的温度。在许多情况中，期望在第一混合步骤的过程中将被搅拌的材料的温度维持在60℃或更低的温度下。通常而言，取决于湿混合物的粘度和所选择的混合设备的机械结构，需要数分钟至几小时的混合时间。可以时常临时中断混合操作从而从容器50的内容物中移除代表性的样品以用于检验混合的状态。
在第一混合步骤完成之后，将额外量的炭黑颗粒的聚集体和额外量的液体添加至容器50中的第一阶段混合物。例如，添加额外3重量份的炭黑。并且，添加额外量的水从而将混合物的固体含量降低至固体(包括粘合剂)和液体总量的约40至70重量%。在该更软式、较不粘稠的混合步骤中，目标在于将所添加的纳米尺寸炭黑颗粒以颗粒的团簇的形式分散于电极材料颗粒的界面处，如图2中的团簇38的位置和外观所图示说明的。再次，如果需要，可以将适合量的粘合剂材料溶解于添加至电极材料的水中。典型地以电极材料的约1-5 wt%的量添加聚合物粘合剂材料。
在该第二混合步骤中，可以以2000至约20,000 rpm来旋转垂直轴58(带有叶片62)，并且以10至100 rpm来旋转斜角轴56。在将额外的液体和炭黑并入第一混合阶段材料中之后，典型而言温度下降(至例如40-50℃)。可以不需要对混合物进行进一步冷却。确定所选择的混合轴的旋转速率和旋转持续时间以使炭黑颗粒的团簇位于电极颗粒的界面处，如图2中所描述和图示说明的。通常而言，取决于湿混合物的粘度和所选择的混合设备的机械结构（mechanics），需要数分钟至几小时的混合时间。可以时常临时中断混合操作从而从容器50的内容物中移除代表性的样品以用于检验混合的状态。
在两步混合方法完成时，得到电极颗粒的湿混合物，其中，单独的电极颗粒涂覆有炭黑颗粒，并且其它炭黑颗粒在电极颗粒之间形成团簇。将湿的或含液体的混合物从混合容器中移除。可以将液体含量或者其一部分保留在颗粒混合物中，并且将可流动或可模塑的混合物以层的形式施用至集流体带或箔的一个或两个主要平坦表面。在已将含液体的电极材料施用至一个或多个集流体的表面后，可以实施蒸发方法来移除大部分或全部液体，从而留下涂覆有较小炭黑颗粒并在电极颗粒的界面处含有炭黑颗粒的团簇的电极材料颗粒的多孔层。如果已将粘合剂材料溶解于分散剂液体，则随着液体蒸发的进行，适当少量的粘合剂材料沉积于活性材料颗粒上。适合地，由此涂覆的电极颗粒的层彼此粘合并且以高达约200微米的厚度粘合至金属集流体的表面。
在含有这样的炭黑颗粒涂覆的电极颗粒的经组装锂电池组电池中，经混合的颗粒将被液体的含锂离子的电解质浸润。并且，通过所述两步混合方法而位于电极颗粒上的导电性炭黑颗粒将允许更充分利用电极颗粒，从而提高给定量的电极材料的可用功率，并且将延长电极和电池的操作寿命。
本发明的实践已使用一些不限制要求保护的本发明的范围的说明性实例而加以描述和举例说明。

Claims (20)

1.制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，所述方法包括：
将预定量的用于锂电池组电池的阳极或阴极的活性电极材料颗粒与第一预定量的纳米尺寸炭黑颗粒的聚集体进行混合，所述电极材料颗粒具有允许它们被沉积在相互接触的颗粒的多孔层中的形状，所述相互接触的颗粒在电极材料颗粒的表面部分之间具有界面间隔，所述混合以电极材料颗粒和炭黑颗粒被分散在与颗粒为非反应性的液体中的方式来实施，容纳所述颗粒和所述液体以用于使用机械混合工具来混合所述颗粒，对所述液体的量和混合的机械强度和持续时间进行控制从而将该第一量的炭黑颗粒均匀地分散在第一阶段混合物中的活性电极材料颗粒的表面上；
添加第二预定量的纳米尺寸炭黑颗粒的聚集体和额外量的液体至所容纳的第一阶段混合物，并在控制混合的强度和持续时间的同时使用机械混合工具以将该第二量的炭黑颗粒分散在第二阶段混合物中的活性电极材料颗粒之间的界面空间中；然后，在将至少一些液体保留在第二阶段混合物中的同时，
将电极材料颗粒和炭黑颗粒的第二阶段混合物以电极材料的层的形式施用至电极的金属集流体的表面，并且使电极材料颗粒彼此粘合并粘合至集流体表面，并且从颗粒的混合物中移除所需要部分的液体，所述电极材料的层的特征在于，电极材料颗粒具有涂覆有炭黑颗粒的表面并且炭黑颗粒占据电极材料颗粒之间的界面空间，在电极材料的孔内存在含锂电解质的情况下，炭黑颗粒的总含量和位置在多孔电极层中提供提高的电化学导电性。
2.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述颗粒和液体被容纳于带有两个或更多个旋转混合工具的混合容器中，并且针对第一混合步骤以第一混合速率方案来使用所述旋转混合工具、并且针对第二混合步骤以不同的混合速率方案来使用所述旋转混合工具。
3.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述颗粒和液体被容纳于圆柱混合容器中，并且针对第一混合步骤使用旋转混合工具与旋转速率和旋转持续时间的第一组合的组合，并且针对第二混合步骤使用旋转速率和旋转持续时间的第二且不同的组合。
4.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述液体为水。
5.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述液体为在混合步骤的过程中为液体的有机组合物。
6.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，炭黑颗粒的起始聚集体具有约10微米至约100微米的特征尺寸。
7.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述电极材料颗粒具有约5微米至约50微米的特征尺寸。
8.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述炭黑颗粒具有约10至100纳米的直径或特征尺寸，并且炭黑颗粒以具有约100纳米至约500纳米的特征尺寸的炭黑材料团簇的形式分散于第一阶段混合物中的活性材料颗粒的表面上。
9.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述炭黑颗粒具有约10至100纳米的直径或特征尺寸，并且炭黑颗粒以具有约1微米至约10微米的特征尺寸的炭黑材料团簇的形式分散于第二阶段混合物中的活性材料颗粒之间的界面空间中。
10.如权利要求1所述的制造阳极的方法，其中，所述颗粒状电极材料为石墨、钛酸锂和基于硅的组合物中的至少一种，并且集流体为铜。
11.如权利要求1所述的制造阴极的方法，其中，所述电极材料为锂与一种或多种额外的金属元素的氧化物化合物或磷酸盐化合物，并且集流体为铝。
12.如权利要求1所述的制造阴极的方法，其中，所述电极材料为锂镍锰钴氧化物、锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、和磷酸锂铁中的至少一种，并且集流体为铝。
13.如权利要求1所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，以环境温度下的颗粒和液体开始第一混合步骤，并且在第一混合步骤的过程中冷却混合物以将混合物维持为低于预定温度。
14.制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，所述方法包括：
将预定量的用于锂电池组电池的阳极或阴极的活性电极材料颗粒与第一预定量的纳米尺寸炭黑颗粒的聚集体进行混合，所述电极材料颗粒具有约5至50微米的特征尺寸、并且具有允许它们被沉积在相互接触的颗粒的多孔层中的形状，所述相互接触的颗粒在电极材料颗粒的表面部分之间具有界面间隔，所述混合以电极材料颗粒和炭黑颗粒被分散在与颗粒为非反应性的液体中的方式来实施，容纳所述颗粒和所述液体以用于使用机械混合工具来混合所述颗粒，对所述液体的量和混合的机械强度和持续时间进行控制从而将该第一量的炭黑颗粒均匀地分散在第一阶段混合物中的活性电极材料颗粒的表面上，所述炭黑颗粒以单独颗粒或2至10个炭黑颗粒的团簇的形式被分散于活性电极材料颗粒的表面上；
添加第二预定量的纳米尺寸炭黑颗粒的聚集体和额外量的液体至所容纳的第一阶段混合物，并在控制混合的强度和持续时间的同时使用机械混合工具以将该第二量的炭黑颗粒分散在第二阶段混合物中的活性电极材料颗粒之间的空间中，该第二量的炭黑颗粒被分散为具有约1至10微米的特征尺寸的颗粒团簇；然后，在将至少一些液体保留在第二阶段混合物中的同时，
将电极材料颗粒和炭黑颗粒的第二阶段混合物以电极材料的层的形式施用至电极的金属集流体的表面，并且使电极材料颗粒彼此粘合并粘合至集流体表面，并且从颗粒的混合物中移除所需要部分的液体，所述电极材料的层的特征在于，电极材料颗粒具有涂覆有炭黑颗粒的表面并且炭黑颗粒占据电极材料颗粒之间的空间，在电极材料的孔内存在含锂电解质的情况下，炭黑颗粒的总含量和位置在多孔电极层中提供提高的电化学导电性。
15.如权利要求14所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述液体为水。
16.如权利要求14所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，所述液体为在混合步骤的环境温度下为液体的有机组合物。
17.如权利要求14所述的制造阳极的方法，其中，所述颗粒状电极材料为石墨、钛酸锂和基于硅的组合物中的至少一种，并且集流体为铜。
18.如权利要求14所述的制造阴极的方法，其中，所述电极材料为锂与一种或多种额外的金属元素的氧化物化合物或磷酸盐化合物，并且集流体为铝。
19.如权利要求14所述的制造阴极的方法，其中，所述电极材料为锂镍锰钴氧化物、锂锰氧化物、锂钴氧化物、锂镍钴铝氧化物、和磷酸锂铁中的至少一种，并且集流体为铝。
20.如权利要求14所述的制造用于锂电池组电池的阳极或阴极的方法，其中，以环境温度下的颗粒和液体开始第一混合步骤，并且在第一混合步骤的过程中冷却混合物以将混合物维持为低于预定温度。
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