JP2023022137A - エネルギー貯蔵装置の電極製造のための方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電極膜混合物を形成するための装置および方法が記載されている。電極膜混合物を形成するための装置は、ポリマー、例えばポリテトラフルオロエチレンおよび臨界または超臨界流体、例えば超臨界二酸化炭素を含む溶液を含む第1供給源と、電極膜混合物の第2成分を含む第2供給源と、溶液および第2成分を受け取り、溶液および第2成分を含むスラリーを形成するように構成されたミキサーと、スラリーを受け取り、スラリーを減圧して臨界流体または超臨界流体を蒸発させ、乾燥ポリマーを沈殿させるように構成された減圧器とを含むことができる。
【選択図】図1
Description
この出願は、2017年11月2日に提出された「エネルギー貯蔵装置の電極製造のための方法および装置」と題された米国仮特許出願第62/580,920号の利益を主張し、これは、ここでその全体を参照することによって本明細書に組み込まれる。
本明細書で使用される場合、「バッテリー」および「コンデンサ」という用語は、当業者にそれらの通常の慣習的な意味を与えられるべきである。「バッテリー」と「コンデンサ」という用語は、互いに排他的ではない。コンデンサまたはバッテリーは、単独で動作するか、マルチセルシステムのコンポーネントとして動作する単一の電気化学セルを指す。
特定の実施形態および実施例を以下に説明するが、当業者は、本発明が、具体的に開示された実施形態および/または使用ならびに明らかな修正およびその均等物を超えて広がることを理解するであろう。したがって、本明細書に開示される本発明の範囲は、以下に説明される特定の実施形態によって限定されるべきではないことが意図されている。
び/またはバインダー材料を繊維化するための十分な剪断を提供する。このようなプロセスは、繊維化可能なバインダーのみを使用することに限定されるか、またはポリテトラフルオロエチレン(PTFE)などの特定のバインダーのみを使用することにさらに限定され得る。例えば、PTFEなどのバインダー材料および他の電極膜成分を含む混合物は、ジェットミリングされて、そのような高い剪断力は、バインダー材料が他の電極膜成分を被覆できるように、バインダー材料の凝集体を微細に分割された粒子に分離し、および/またはバインダー材料を繊維化し得る。得られた乾燥処理粉末は、ロールミルを使用して熱および圧力で圧縮して、膜を形成することができる。膜形成プロセスは、膜の他の成分に凝集および接着するポリマーバインダーなどによって、電極膜に構造を提供するように選択され得る。結果は、例えば、膜を通る繊維化されたマトリックスであり得る。膜の厚さは、ロールミルのロールギャップ、圧縮プロセス中に加えられる圧力、および/または膜が圧縮される回数に依存し得る。乾式製造プロセスは、電極膜が自立型電極膜であるように繊維化されたマトリックスをもたらし得る。
ーで形成することができる。スラリーは減圧器に提供されてもよく、そこでスラリーは減圧されて、超臨界二酸化炭素などのスラリーの臨界または超臨界流体部分を蒸発させてもよい。プロセスは、乾燥ポリマーバインダーおよび第2の電極膜混合物成分を堆積させることができる。一部の実施形態では、乾燥ポリマーバインダーは、第2の電極膜混合物成分をコーティングすることができる。一部の実施形態では、コーティングされた第2の電極膜混合物成分は、収集容器に収容され得る。
は本発明の範囲内であり、装置100は他のタイプのコンデンサ、バッテリー、コンデンサ-バッテリーのハイブリッド、または燃料電池であり得る。エネルギー貯蔵装置100は、第1の電極102、第2の電極104、および第1の電極102と第2の電極104との間に配置されたセパレータ106を有することができる。例えば、第1の電極102および第2の電極104は、セパレータ106の対向する表面のそれぞれに隣接して配置され得る。第1の電極102はカソードを含むことができ、第2の電極104はアノードを含むことができ、その逆も同様である。エネルギー貯蔵装置100は、エネルギー貯蔵装置100の電極102、104間のイオン通信を容易にするために電解質を含み得る。例えば、電解質は、第1電極102、第2電極104およびセパレータ106と接触し得る。電解質、第1の電極102、第2の電極104、およびセパレータ106は、エネルギー貯蔵装置ハウジング120内に受容され得る。例えば、エネルギー貯蔵装置ハウジング120は、第1の電極102、第2の電極104、およびセパレータ106の挿入後に密封され得る。第1の電極102、第2の電極104、セパレータ106、および電解質のような電解質へのエネルギー貯蔵装置100の含浸は、容器の外部環境から物理的に密封し得る。
する電極と外部電気回路との間の電荷の所望の移動を提供するように寸法決めされ得る。エネルギー貯蔵装置100は、電極102、104と、電流コレクタ108、110をそれぞれを通る外部電気回路と間の前記電気通信を提供するために、いくつかの異なる構成のいずれかを含むことができる。例えば、前記移送は、電流コレクタープレートおよび/または別のエネルギー貯蔵装置コンポーネントを介して提供され得る。
することができる。
では、ポリマー分散液は懸濁液であってよい。さらなる実施形態では、ポリマー分散液は溶液であってよい。さらに別の実施形態では、ポリマーは流体に溶解しない場合がある。
変換材料(酸化マンガン、酸化モリブデン、酸化ニッケル、および/または酸化銅など)を含むことができる。アノード活物質は、単独で、または混合して使用され、多相材料(Si-C、Sn-C、SiOx-C、SnOx-C、Si-Sn、Si-SiOx、Sn-SnOx、Si- SiOx-C、Sn-SnOx-C、Si-Sn-C、SiOx-SnOx-C、Si-SiOx-Sn、またはSn-SiOx-SnOx)が形成される。
では、カソード膜は、硫黄または硫黄活性材料を少なくとも50重量%の濃度で含む材料を含む。一部の実施形態では、硫黄または硫黄活性材料を含む材料を含むカソード膜は、少なくとも10mAh/cm2の面積容量を有する。一部の実施形態では、硫黄または硫黄活物質を含む材料を含むカソード膜は、1g/cm3の電極膜密度を有する。一部の実施形態では、硫黄または硫黄活性材料を含む材料を含むカソード膜は、バインダーをさらに含む。一部の実施形態では、硫黄または硫黄活性材料を含む材料を含むカソード膜のバインダーは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、ポリフッ化ビニリデン(PVDF)、ポリ(エチレンオキシド)(PEO)、ポリエチレン(PE)、ポリアクリル酸から選択される(PAA)、ゼラチン、他の熱可塑性樹脂、またはそれらの任意の組み合わせから選択される。
分を提供できる。一部の実施形態では、スラリーは、ポリマー分散体の流体部分が蒸発して、乾燥ポリマーまたはその粒子を提供することができるように、減圧器308内で液滴として分散し得る。臨界流体または超臨界流体が蒸発すると、乾燥ポリマーは、乾燥した第2の電極膜混合物成分をコーティングすることができる。一部の実施形態では、ドライポリマーでコーティングされた第2の電極膜混合物成分は、収集容器310に収集することができる。
302 ポリマー分散源
304 第2供給源
306 ミキサー
308 減圧器
310 収集容器
Claims (28)
- エネルギー貯蔵装置の電極膜混合物を形成するための装置であって、
ポリマー分散液を含み、該ポリマー分散液は、ポリマーバインダーと、臨界または超臨界の流体とを含み、該ポリマーバインダーは、エネルギー貯蔵装置の電極膜混合物の第1成分である第1供給源と、
前記エネルギー貯蔵装置の電極膜混合物の第2成分を含む第2供給源と、
前記ポリマー分散液および前記第2成分を受け取り、前記ポリマー分散液および前記第2成分を含むスラリーを形成するように構成されるミキサーと、
前記スラリーを受け取って減圧するように構成され、さらに前記臨界または超臨界の流体を蒸発させて、乾燥ポリマーバインダーを第2成分上に堆積させるように構成された減圧器とを含む
エネルギー貯蔵装置の電極製造装置。 - 前記第2成分が、粒子を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記第2成分が、炭素を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記第2成分が、活性電極材料を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記第2成分が、グラファイトを含む、請求項4に記載の装置。
- 前記第2成分が、電池のカソード活性材料を含む、請求項4に記載の装置。
- 前記第2成分が、リチウム金属酸化物を含む、請求項6に記載の装置。
- 前記活性電極材料は、硫黄および硫黄を含む材料のうちの少なくとも1つを含む、請求項4に記載の装置。
- 前記流体が超臨界二酸化炭素を含む、請求項1に記載の装置。
- 前記ポリマー分散液が、前記流体中のポリマーバインダーの溶液を含む、請求項1記載
の装置。 - 前記ポリマーバインダーが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含む、請求項1に記載の装置。
- 乾燥ポリマーバインダーを受け入れるように構成された収集容器をさらに含む、請求項1記載の装置。
- 収集容器が濾過格納容器を含む、請求項12に記載の装置。
- 前記減圧器がオリフィスを含み、前記減圧器が前記スラリーを前記オリフィスに通して前記スラリーを減圧して前記流体を蒸発させるように構成されている、請求項1に記載の装置。
- エネルギー貯蔵装置の電極膜混合物を形成する方法であって、
臨界または超臨界の流体に分散されたポリマーバインダーを含み、該ポリマーバインダーは、エネルギー貯蔵の装置の電極膜混合物の第1成分である、ポリマー分散液を提供することと、
エネルギー貯蔵装置の電極膜混合物の第2成分を提供することと、
ポリマー分散液および第2成分を含むスラリーを形成することと、
臨界または超臨界流体を蒸発させ、乾燥ポリマーバインダーを第2成分上に堆積させるためにスラリーを減圧することを含む
エネルギー貯蔵装置の電極製造方法。 - 前記第2成分が、粒子を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記乾燥ポリマーバインダーで前記第2成分をコーティングすることをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第2成分が、炭素を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記第2成分が、電極の活性材料を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記活性材料が、グラファイトを含む、請求項19に記載の方法。
- 前記活性材料が、リチウム金属酸化物を含む、請求項19に記載の方法。
- 前記活性材料が、硫黄および硫黄を含む材料のうちの少なくとも1つを含む、請求項19に記載の方法。
- 前記ポリマーバインダーが、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)を含む、請求項15に記載の方法。
- 前記流体が超臨界二酸化炭素である、請求項15に記載の方法。
- 前記スラリーを減圧することは、前記スラリーをオリフィスに通すことを含む、請求項15に記載の方法。
- 前記ポリマーバインダーを堆積させることが、前記第2成分を乾燥ポリマーバインダーでコーティングすることを含む、請求項15に記載の方法。
- コーティングされた第2成分を収集容器に受け入れることをさらに含む、請求項26に記載の方法。
- 収集容器が濾過格納容器を含む、請求項27に記載の方法。
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