背景技术：
1、1.技术领域
2、本公开涉及电化学能量装置和相关的制造方法。所公开的电化学能量装置通常包括电极，其中所述电极包括涂层，所述涂层至少部分地通过静电沉积工艺将干复合颗粒沉积到导电基底上而形成。所述复合颗粒包括活性材料颗粒和围绕活性材料颗粒的粘合剂颗粒，粘合剂颗粒通常由粘合剂团聚体的解聚形成，并通过颗粒间的粘附力相对于活性材料颗粒的表面粘附。
3、2.背景技术
4、电化学储能装置具有包含与导电集流体层(通常是铜或铝片)相连的涂层的电极。涂层可以包括阴极活性材料和阳极活性材料，并且通常与导电材料和粘合剂材料结合以形成根据施加的电负荷或充电电位容易放电和接受电荷(再充电)的结构。电化学活性材料、粘合剂和导电颗粒的形成可根据适用的电池化学和生产方法而变化。
5、传统的电池制造方法采用基于溶剂的方法来形成电极。这通常涉及粘合剂溶液或悬浮液，用于将电化学活性材料和导电颗粒流动或施加到导电集流体箔上。传统方法通常涉及溶剂，这带来了处理、通风、安全问题，并且需要干燥时间以使液体溶剂蒸发或融合涂层中的成分。
6、通常希望形成具有均匀分散的电化学活性材料、导电颗粒和粘合剂的涂层，其密度促进电化学活性材料和集流体之间的电连通，以生产具有最佳能量密度、功率密度和循环寿命的电池。希望对涂层的施加方法和由此形成的电化学活性材料进行改进。本公开的方法和装置满足了这些和其他目的。
技术实现思路
1、提供了一种由静电沉积工艺形成的用于电化学储能装置的电极，所述电极采用复合颗粒，所述复合颗粒包括具有粘附的粘合剂颗粒的电化学活性材料(或活性材料，“am)”颗粒和任选的导电颗粒，各个成分颗粒之间形成足够的相互作用以形成有效的复合颗粒，其可以克服/抵抗静电沉积过程中静电荷电和流化期间的颗粒分离力。
2、市售的粘合剂材料或导电材料通常以团聚体的形式存在，常称为次级颗粒，是由多个初级颗粒通过物理相互作用而形成的。根据本公开，粘合剂团聚体经过解聚形成子颗粒，子颗粒粘附到具有预定和/或期望形貌的am颗粒。值得注意的是，导电团聚体也通过解聚形成子颗粒。子颗粒包括一种或多种尺寸小于原始团聚物的初级颗粒。在形成本公开的有利的储能装置时，粘合剂颗粒和导电颗粒以子颗粒的形式引入。
3、通常，根据本公开，炭黑(cb)或类似的碳粘合到粘合剂，并与粘合剂一起粘附到am颗粒。结果是复合颗粒显示出足够的粘附力来承受静电沉积过程中施加的分离力。在典型的静电喷雾沉积(esd)工艺中，本文公开的复合颗粒通过气流充气和流化，并被气流携带以均匀的图案和密度沉积在导电集流体上。也可以使用替代的静电沉积方法。
4、集流体上沉积的复合颗粒层可根据本公开进一步致密化，以形成电池的电极。沉积的复合颗粒层的均匀性对所得电池的性能至关重要。沉积的复合颗粒层的均匀性尤其需要沉积层与原料粉末混合物之间的化学计量一致性，以及沉积层内的化学计量一致性和几何一致性。
5、在电池行业中，应用静电沉积技术来形成用于锂离子电池的无溶剂电极涂层具有很大的商业利益。无溶剂电极涂层技术是有吸引力的，因为除了别的以外，esd技术可以显著降低制造过程中的能量消耗，并且显著降低电池的制造成本。原则上，由于复合电极粉末通过静电喷雾沉积工艺直接沉积在金属集流体上，使用静电沉积技术允许在储能装置的制造中更简单和更灵活的电极涂层。
6、在传统应用中，静电沉积技术广泛应用于导电零件的干粉涂覆。在静电沉积涂覆技术的传统应用中，涂层质量，尤其是涂层均匀性，直接与包含在涂层粉末中的颗粒的性质相关并取决于该性质。这些性质包括颗粒尺寸、相对介电常数、电导率、密度、形貌等。根据本公开，与涂层粉末相关的颗粒的性质被选择为使得用所公开的复合颗粒形成的静电沉积涂层有利地促进/提供用于电池应用的均匀电极。
7、本文中的配置有利地能够满足在一系列终端使用应用中对可靠电池的需求，特别包括电动车辆(ev)，其使用相当大的电流消耗以提供足够的车辆性能。遗憾的是，如上所述，传统电池制造方法采用基于溶剂的方法来形成电极。这通常涉及粘合剂溶液或悬浮液，用于将电化学活性材料和导电颗粒流动或施加到导电集流体箔上。传统工艺涉及溶剂，这带来了处理、通风、安全问题，并且需要干燥时间以使液体溶剂蒸发或融合涂层中的成分。因此，本文的配置通过使用静电沉积方法将干粉施加到导电集流体上来提供包括复合颗粒的电极，基本上克服了基于溶剂的电池配方的上述缺点。
8、如本文所公开的，复合颗粒所需的形貌或结构是由成分颗粒之间的解聚、混合和粘附以形成具有粘附粘合剂的活性材料(am)颗粒和任选的导电颗粒而得到的，其形式可承受静电沉积工艺。沉积到导电集流体基底上之后，所公开的am颗粒形成/限定高性能电池的精确负载和微结构。值得注意的是，“负载”是指特定面积上的单位涂层质量，通常以mg/cm2计。
9、如本文所公开的，通过在导电集流体上静电沉积复合颗粒来形成有利的电极，从而形成高效电极/电化学储能装置。所公开的电极/电化学储能装置通常包括适于静电沉积到导电集流体基底上的多个复合颗粒，其中每个复合颗粒包括一种或多种活性材料颗粒、围绕活性材料颗粒的粘合剂颗粒和粘附到粘合剂颗粒的导电颗粒。所公开的粘合剂颗粒通常通过将粘合剂团聚体解聚以形成子颗粒而形成。粘合剂颗粒通过足以承受粉末混合过程的相互作用力粘附到活性材料颗粒的表面。相互作用也足以克服由静电沉积过程引起的分离力，这对于当复合颗粒通过静电沉积过程形成在导电集流体基底上时保持复合颗粒的结构是理想的。
10、所公开的电化学储能装置及其生产方法在不需要基于溶剂的制造工艺的情况下提供有效的储能功能的方面非常有利。
11、从下面的详细描述中，特别是当结合附图阅读时，所公开的电化学储能装置和相关制造方法的额外的特征、功能和益处将变得明显。
1.一种电极，其包括：
2.根据权利要求1所述的电极，其中所述一种或多种活性材料颗粒用作阴极材料。
3.根据权利要求2所述的电极，其中所述一种或多种活性材料颗粒选自(i)锂过渡金属氧化物、锂过渡金属硫化物、锂聚阴离子阴极材料，包括锂过渡金属磷酸盐、锂过渡金属硅酸盐、或它们的组合；或者选自(ii)钠过渡金属氧化物、钠聚阴离子阴极材料、普鲁士蓝类似物阴极材料、或它们的组合。
4.根据权利要求1所述的电极，其中所述一种或多种活性材料颗粒用作阳极材料。
5.根据权利要求4所述的电极，其中所述一种或多种活性材料颗粒选自(i)碳质阳极材料、石墨、si、硅基复合材料、siox、锂合金材料、或锂过渡金属氧化物阳极材料、或它们的组合；或者选自(ii)钠合金材料、或离子插层阳极材料，包括普鲁士蓝类似物阳极和钠金属过渡金属氧化物阳极。
6.根据权利要求1所述的电极，其中所述结构结合到选自由可再充电锂电池、锂离子电池、可再充电锂硫电池、固态电池、可再充电钠电池和钠离子电池组成的组的组件中。
7.根据权利要求1所述的电极，其中所述解聚的粘合剂颗粒由聚合物材料、聚合物电解质和固态电解质复合材料中的一种或多种形成。
8.根据权利要求7所述的电极，其中所述聚合物材料选自聚偏二氟乙烯、聚四氟乙烯、聚环氧乙烷、聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯丁二烯橡胶粘合剂、羧甲基纤维素粘合剂、聚丙烯酸或它们的组合。
9.根据权利要求1所述的电极，其中干混复合颗粒进一步包括粘附到所述一种或多种活性材料颗粒和所述解聚的粘合剂颗粒中的至少一种的表面的导电颗粒。
10.根据权利要求9所述的电极，其中所述导电颗粒选自由炭黑、碳纳米管、碳纤维、石墨烯、石墨或它们的组合组成的组。
11.根据权利要求1所述的电极，其中所述导电集流体基底选自al箔或cu箔。
12.根据权利要求11所述的电极，其进一步包括底漆层，以增强所述一个或多个静电沉积涂层和导电集流体基底之间的粘附性。
13.根据权利要求1所述的电极，其中所述解聚的粘合剂颗粒的尺寸为所述一种或多种活性材料颗粒的平均尺寸的0.1％-70％。
14.根据权利要求1所述的电极，其中所述一种或多种活性材料颗粒的平均尺寸大于5μm，并且所述解聚的粘合剂颗粒的平均尺寸小于所述一种或多种活性材料颗粒的平均尺寸的10％。
15.根据权利要求1所述的电极，其中所述一种或多种活性材料颗粒的平均尺寸大于5的电，并且所述解聚的粘合剂颗粒的平均尺寸小于所述一种或多种活性材料颗粒的平均尺寸的70％。
16.根据权利要求1所述的电极，其中干混复合颗粒进一步包含导电颗粒，并且其中大于50％的解聚的粘合剂颗粒和导电颗粒相对于所述一种或多种活性材料颗粒中的活性材料颗粒粘附。
17.一种形成电极的方法，其包括：
18.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：
19.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括：
20.根据权利要求17所述的方法，其中所述静电沉积工艺选自由电晕荷电静电沉积、摩擦荷电静电沉积和直接电极感应荷电沉积组成的组。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述解聚的粘合剂颗粒由粘合剂材料通过以下形成：组合一种或多种活性材料颗粒和粘合剂材料，并搅动其干混物以克服团聚力，并由粘合剂材料形成解聚的粘合剂颗粒；从而将解聚的粘合剂颗粒粘附到一种或多种活性材料颗粒的表面，以形成复合颗粒，所述复合颗粒在解聚的粘合剂颗粒和一种或多种活性材料颗粒之间具有足够的相互作用力以在静电荷电、流化和机械输送期间保持粘附。
22.根据权利要求21所述的方法，其中搅动产生足够的力来粉碎干混物。
23.根据权利要求21所述的方法，其中将多个干混复合颗粒相对于导电基底的表面粘附包括将多个复合颗粒沉积到导电基底上以形成具有预定活性材料负载的涂层；并且
24.根据权利要求23所述的方法，其中所述致密化工艺重复进行。
25.根据权利要求21的方法，其中所述搅动导致解聚的粘合剂颗粒尺寸在200-1000nm之间。
26.根据权利要求17所述的方法，其中结合步骤包括将导电颗粒与一种或多种活性材料颗粒和解聚的粘合剂颗粒结合以形成多个干混复合颗粒，由此导电颗粒相对于解聚的粘合剂颗粒粘附。
27.根据权利要求17所述的方法，其中所述解聚的粘合剂颗粒由粘合剂材料通过以下形成：将一种或多种活性材料颗粒和粘合剂材料组合，并搅动其干混物以克服团聚力，并由粘合剂材料形成解聚的粘合剂颗粒；
28.根据权利要求17所述的方法，其中进一步包括：
29.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括由粘附有干混复合颗粒的导电基底形成电极。
30.根据权利要求17所述的方法，其进一步包括将粘附有干混复合颗粒的导电基底包括在电池中。
