專利名稱：用于電池中的電極及該電極的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電極和使用該電極的電池以及制備該電極的方法。特別地，本發(fā)明的電極適用于二次電池中，如適用于車輛發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電源的二次電池。
背景技術(shù)：
目前對(duì)于引進(jìn)電動(dòng)車輛(EV)和混合電動(dòng)車輛(HEV)，燃料電池車輛(FCV)以及驅(qū)動(dòng)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的電池存在強(qiáng)烈需求。已建議將可重復(fù)充電的二次電池用作驅(qū)動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)的電池。由于EVs、HEVs以及FCVs要求高輸出和高能量密度，利用單個(gè)大型電池難以符合該要求。因此，實(shí)際上通常使用包含多個(gè)串聯(lián)電池的電池組。建議將薄層壓電池電池組作為適宜的電池組。
通常，上述電池的正電極和負(fù)電極可以通過在適宜的集電器上涂布涂層溶液來制造，該涂層溶液含有正電極活性材料或負(fù)電極活性材料。當(dāng)使用各種輥涂機(jī)時(shí)，由于涂覆層不均勻，已發(fā)現(xiàn)所制得電池的性能不是最令人滿意的。這可以表現(xiàn)為不均勻的電池?zé)岷纳?，其同樣也可以?dǎo)致電池部分老化。此外，當(dāng)振動(dòng)施加至電池時(shí)，具有由電極厚度的局部變化而引起的局部變動(dòng)的電池易于共振，導(dǎo)致基底材料的破裂和折斷。當(dāng)期望或要求長(zhǎng)的電池壽命時(shí)，這變成了尤為突出的問題。例如在自動(dòng)車輛的應(yīng)用中，對(duì)于關(guān)聯(lián)的車輛電池所期望的電池壽命可以為10年或更長(zhǎng)。
為了減小電極涂層的不均勻性，已建議控制涂覆溶液的粘度。即使如此，當(dāng)用常規(guī)涂覆器涂布包含電極活性組成材料的液體時(shí)，難以形成具有超過一定水平的均勻膜。例如，當(dāng)間歇地進(jìn)行涂布時(shí)，電極組成材料堆積在局部區(qū)域，導(dǎo)致更大厚度的局部區(qū)域。
此外，當(dāng)要求高的電池輸出時(shí)，為了將多個(gè)單個(gè)電池串聯(lián)相連，必須要減小電池厚度。然而，利用常規(guī)的涂覆器難于制造超薄電池。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種包含集電器和活性材料層的電極，該活性材料層由活性材料顆粒和表面活性劑組成。還公開了相互為疊層關(guān)系的正電極、電解質(zhì)層、負(fù)電極所組成的電池，其中正電極或負(fù)電極中的至少之一由活性材料和表面活性劑組成。本發(fā)明還考慮一種用于制備至少一種電極的電極催化劑層的方法，其中將第一電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的噴嘴中噴至基底材料上，并且將第二電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的噴嘴中噴至基底材料上。第一電極油墨在溶劑基質(zhì)中包含至少一種電極活性材料。第二電極油墨在溶劑基質(zhì)中包含至少一種粘合劑材料。


為了進(jìn)一步說明本發(fā)明公開的發(fā)明，本說明書參照如下附圖，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明所公開方法利用噴墨系統(tǒng)制造電極的具體方式的示意圖；圖2A至2C是根據(jù)本發(fā)明所公開方法利用噴墨系統(tǒng)制造的電極微觀結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是在溶劑中包含活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的電極油墨組合物圖示；圖4是具有高溶劑含量的電極油墨組合物圖示，該電極油墨組合物包含活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑；圖5是在溶劑中包含活性材料和導(dǎo)電劑的電極油墨組合物的圖示；圖6是在溶劑中包含粘合劑的電極油墨組合物的圖示；圖7是本發(fā)明公開的電池具體方式的橫截面圖；圖8是根據(jù)本發(fā)明公開的具體方式的電池組透視圖；圖9是具有其中安裝圖8的電池的汽車橫截面圖；圖10是實(shí)施例2和對(duì)比例2的粘接強(qiáng)度數(shù)據(jù)的測(cè)量曲線圖；和圖11是如實(shí)施例2和對(duì)比例2所述制備的電池獲得的振動(dòng)透射光譜圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明公開了一種具有集電器和在該集電器表面上形成電極活性材料層的電極。該電極活性材料層包含集電器表面上形成的電極活性材料顆粒和表面活性劑。
本發(fā)明還公開了一種電極制備方法，該方法包括如下步驟制造至少一種包含電極活性材料顆粒的電極油墨組合物；利用噴墨裝置將電極油墨組合物沉積到基底表面如基底材料或集電器上以形成膜；并且干燥該沉積膜。第一電極油墨包含單獨(dú)的或與導(dǎo)電材料相組合的電極活性材料。該方法還包括將包含粘合劑材料的第二電極油墨組合物由噴墨裝置沉積到基底上。
還考慮利用噴墨系統(tǒng)形成具有高度均一膜厚的催化劑膜層的電極的方法。本發(fā)明所公開的是一種方法，其中，電極油墨從噴墨系統(tǒng)中噴出以形成催化劑層，該電極油墨包含組成電極催化劑層(下面將簡(jiǎn)稱為“催化劑層”)的電極活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑。
本發(fā)明所公開的電極油墨組合物具有適合于從噴墨系統(tǒng)噴出或給料的粘度。考慮所使用的電極油墨組合物可以是與從噴墨系統(tǒng)給料相適宜的低密度油墨。例如，在某些應(yīng)用中，期望是100cP或更低的密度。
圖1是為了探討目的，利用加大的噴墨系統(tǒng)形成的電極具體方式的示意圖。圖1描述了一種電極，其中利用噴墨系統(tǒng)所形成的催化劑層102疊層在集電器104的頂部。應(yīng)理解的是，盡管所說明的催化劑層102似乎用許多質(zhì)點(diǎn)來使其具有形體以表示附著點(diǎn)，催化劑層102中的顆粒材料的單個(gè)液滴附著在該附著點(diǎn)上，但催化劑層102通過肉眼可以辨別為單層。
典型的電極被密封在具有通向殼材料外的正電極接頭和負(fù)電極接頭的殼材料內(nèi)。當(dāng)催化劑層102在集電器104頂部疊層時(shí)，在集電器104上可以提供催化劑層102的未疊層部分106(下文描述為“未涂覆部分”)以將接頭連接至集電器104。若不過度地?fù)p害所制得電池的能量密度，可以為了除如期望或要求的連接接頭之外的目的而形成未涂覆的或未疊層部分。
在以前的電極形成方法中，象輥式涂布器之類的涂布器用于形成催化劑層。在這樣的方法中，形成非常薄的、高度均一的催化劑層是不可能的。為了確保所獲得的電極具有均一的涂層，尤其是最小厚度的無空隙涂層，必須利用輥涂機(jī)來涂布。此外，盡管期望是均一厚度的涂層，然而當(dāng)利用常規(guī)涂布機(jī)形成催化劑層時(shí)，在經(jīng)涂布的基底邊緣部分，該膜趨于變得更厚。即在形成膜的部分和不形成膜的部分之間的邊界上，該膜趨于變得更厚。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將噴墨系統(tǒng)用作涂布機(jī)來涂布材料可開發(fā)薄的均一催化劑層。本發(fā)明中所使用的術(shù)語“噴墨系統(tǒng)”指印刷系統(tǒng)，其中將液體狀的油墨通過噴嘴進(jìn)行噴涂以將油墨附著在目標(biāo)體上。取決于如何噴涂油墨，噴墨系統(tǒng)可以分成壓電系統(tǒng)、熱噴墨系統(tǒng)或噴泡系統(tǒng)。
壓電系統(tǒng)是通過壓電元件的變形從噴嘴噴涂油墨的系統(tǒng)，該壓電元件是由包含油墨的油墨室提供，當(dāng)對(duì)其施加電流時(shí)，其形狀改變。熱噴墨系統(tǒng)是利用加熱器加熱電極油墨，并且當(dāng)汽化的油墨激增時(shí)，利用所產(chǎn)生的能量噴涂油墨的系統(tǒng)。與熱噴墨方法相似，噴泡(已注冊(cè)商標(biāo))系統(tǒng)是利用當(dāng)汽化油墨激增時(shí)所產(chǎn)生的能量噴涂油墨的系統(tǒng)。盡管熱噴墨系統(tǒng)和噴泡(已注冊(cè)商標(biāo))系統(tǒng)之間的待加熱位置不同，但其基本原理是相同的。
利用象噴墨系統(tǒng)之類的噴涂裝置涂布電極油墨可以導(dǎo)致膜形成時(shí)均一性的提高。形成均一的膜可以促進(jìn)均勻的熱耗散，這可以減少局部電極老化或?qū)⑵渥钚』?。預(yù)期本發(fā)明公開的制造方法可以使用單個(gè)噴墨線。利用計(jì)算機(jī)或類似控制器可以精確控制和易于改變和改良電極油墨的沉積圖案。因此利用單個(gè)噴墨線可以制造多個(gè)電極?？商峁┒鄺l噴墨線來進(jìn)行大量生產(chǎn)。
還預(yù)期具有利用本發(fā)明公開的噴墨系統(tǒng)來制造的催化劑層的電池顯示出高度抗振性。利用本發(fā)明公開的制造方法制造的具有催化劑層的電池可以用于涉及振動(dòng)的應(yīng)用中，如車輛中出現(xiàn)的振動(dòng)。
不受任何理論的束縛，確信高度抗振性可能歸因于膜的均一性和利用噴墨系統(tǒng)制造的催化劑層的微觀結(jié)構(gòu)。當(dāng)膜高度均一時(shí)，可以減小歸因于厚度分布的共振。
此外，如圖2所示，利用噴墨系統(tǒng)制造的催化劑層使用許多具體的圓點(diǎn)202使具一定形狀，該圓點(diǎn)由粘附的電極墨產(chǎn)生。圓點(diǎn)202產(chǎn)生了和相鄰圓點(diǎn)202在界面處通過表面張力連在一起的結(jié)構(gòu)。在這樣的微觀結(jié)構(gòu)中，圓點(diǎn)202起著質(zhì)點(diǎn)的作用，通過表面張力連接的部件204起彈簧的作用，論證所說明的“質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型”功能。不受任何理論的束縛，其被理論化為通過所說明的質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型的功能可提高抗振性。然而，本發(fā)明的技術(shù)范圍應(yīng)基于權(quán)利要求書來確定。即使不同的機(jī)理提高了抗振性，這并非落在本發(fā)明技術(shù)范圍之外。
還認(rèn)為通過使用薄催化劑層可以提高電池的能量密度。當(dāng)要求高輸出時(shí)，例如在車輛電源的情形下，通過將多個(gè)電池相連可以組成電池組。具有固定輸出的電池組或疊層可以相當(dāng)大。薄催化劑層對(duì)電池組尺寸的減小具有顯著的貢獻(xiàn)。對(duì)于所關(guān)心的車輛，車輛的質(zhì)量是有限的，降低電池組的重量可以有利地影響相關(guān)車輛的燃料經(jīng)濟(jì)性。
由于本發(fā)明所公開的催化劑層包含活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑，當(dāng)制造催化劑層時(shí)，需要利用噴墨系統(tǒng)噴涂活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑。在一個(gè)本發(fā)明考慮的具體方式中，代替使用包含活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的油墨配方，應(yīng)用二元或多元油墨系統(tǒng)。在這樣的制造方法中，制備包含活性材料和導(dǎo)電劑的第一油墨和包含粘合劑的第二油墨。第一和第二油墨通過分離的噴嘴噴涂。為了提高可使用性并且降低材料成本，該方法允許使用高濃度油墨。
本發(fā)明所公開方法的具體方式將參考圖3-6來加以說明。圖3是在溶劑基質(zhì)中包含活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的油墨的概念性圖示。圖4是包含活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑以及具有高溶劑含量基質(zhì)的油墨的概念性圖示。圖5是在溶劑基質(zhì)中包含活性材料和導(dǎo)電劑的油墨的概念性圖示。圖6是在溶劑基質(zhì)中包含粘合劑的油墨的概念性圖示。
如圖3所示，當(dāng)使用在溶劑基質(zhì)中包含活性材料302、導(dǎo)電劑304和粘合劑306的油墨時(shí)，粘合劑306與活性材料302和導(dǎo)電劑304纏繞，提高了油墨的粘度。由于如果利用噴墨系統(tǒng)噴涂高粘度油墨會(huì)堵住油墨噴嘴，因此有利于使用降低粘度的油墨。如圖4所示，可以提高溶劑的比例，并且降低活性材料302、導(dǎo)電劑304和粘合劑306的濃度。
在本發(fā)明所公開的具體方式中，制備圖5所述的第一油墨和圖6所述的第二油墨。該第一油墨包含活性材料302和導(dǎo)電劑304，但不包含粘合材料，該第二油墨包含粘合劑306但不包含任何活性材料或?qū)щ妱?。利用噴墨系統(tǒng)噴涂各自的油墨制劑以形成催化劑層。觀點(diǎn)類似于利用噴墨打印機(jī)形成雙色圖像。如圖5和6所示，當(dāng)分別制備第一油墨和第二油墨時(shí)，即使活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的濃度較高，其粘度可以保持相對(duì)較低，所以可以使用高濃度的油墨。因此可以增加每次噴出所供應(yīng)的活性材料、導(dǎo)電劑和粘合劑的數(shù)量與濃度，所以可以減少所需形成催化劑層的時(shí)間或途徑。此外，進(jìn)一步減少所使用的溶劑量可導(dǎo)致材料成本的降低。
本發(fā)明所公開方法的現(xiàn)有的具體方式可以提供顯示改良性能的電池。不受任何理論的束縛，認(rèn)為當(dāng)活性材料和粘合劑預(yù)先混在油墨中時(shí)，粘合劑趨于覆蓋活性材料的一部分表面，從而減少活性材料的有效面積。當(dāng)單獨(dú)地提供包含粘合劑的第二油墨時(shí)，可以將粘合劑覆蓋最小化，并且當(dāng)使用活性材料時(shí)可以提高電池性能。
本發(fā)明所公開的制造方法的具體方式以相應(yīng)于下列步驟的順序來說明。可以在適宜的基底材料構(gòu)件上制備適宜的催化劑層?；撞牧蠘?gòu)件可以是適宜的基底，包括但不限于集電器或大分子電解質(zhì)膜。通常，集電器的厚度介于5-20μm之間。還考慮也可以使用具有該范圍之外厚度的集電器。
在利用噴墨系統(tǒng)將電極油墨噴涂在基底材料上之前，制備正電極油墨或負(fù)電極油墨。當(dāng)正電極催化劑層和負(fù)電極催化劑層都是利用噴墨系統(tǒng)形成時(shí)，制得正電極油墨和負(fù)電極油墨。當(dāng)大分子電解質(zhì)膜也是利用噴墨系統(tǒng)形成時(shí)，也制得電解質(zhì)油墨。
適用于制備正電極的第一油墨可以包含正電極活性材料。還考慮第一油墨也可以包含包括但不限于導(dǎo)電材料、分散劑和溶劑的材料。這些催化劑層組成材料不受任何特殊限制。例如，當(dāng)電極用作鋰電池電極時(shí)，正電極活性材料的非限制性實(shí)例包括Li-Mn復(fù)合氧化物，如LiMn2O4，以及Li-Ni復(fù)合氧化物如LiNiO2。在某些情形下，可以組合使用兩種或多種正電極活性材料。導(dǎo)電材料的非限制性實(shí)例包括碳黑、爐黑、槽法炭黑和石墨。
為了防止正電極活性材料和導(dǎo)電材料的聚結(jié)，期望或需要時(shí)可以使用分散劑。可以成功使用具有分散功能的化合物。適宜材料的非限制性實(shí)例包括聚氧十八胺、甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺，以及羥烷基單乙醇胺。使用時(shí)，將這些成分強(qiáng)力攪拌加至溶劑基質(zhì)中。
盡管溶劑不受任何特殊限制，但認(rèn)為N-甲基吡咯烷酮(NMP)和乙腈為非限制性實(shí)例。
用于制備正電極的第二電極油墨組合物可以包含至少一種粘合劑材料和溶劑。適宜的粘合劑材料的非限制性實(shí)例包括聚偏二氟乙烯(PVdF)和聚偏二氟乙烯與六氟丙烯(HFP)的混合物中的至少一種。盡管溶劑不受任何特殊限制，如在第一電極油墨組合物中，認(rèn)為N-甲基吡咯烷酮(NMP)和乙腈中的至少一種為非限制性實(shí)例。
包含在各正電極油墨組合物中的化合物混合比不受任何特殊限制。所獲得的各正電極油墨組合物的粘度應(yīng)低到足以采用噴墨系統(tǒng)易于涂布。在改善性能方面，各正電極油墨組合物中包含的化合物濃度可以盡可能地高。還考慮可以通過調(diào)節(jié)電極油墨組合物的溫度控制電極油墨組合物的粘度；隨著組合物溫度的提高，導(dǎo)致組合物粘度降低。期望或要求時(shí)，還考慮電極油墨組合物可以包含適宜的粘度改良劑。
適用于制備本發(fā)明所公開的負(fù)電極的第一負(fù)電極油墨組合物可以在溶劑基質(zhì)中包括至少一種負(fù)電極活性材料。第一負(fù)電極油墨還可以包括其它適宜組分。這些材料的非限制性實(shí)例包括導(dǎo)電材料、分散劑等。
第一負(fù)電極活性材料的組成材料不受任何特殊限制。當(dāng)該電極用作鋰電池負(fù)電極時(shí)，考慮可以使用象結(jié)晶碳材料和非結(jié)晶碳材料之類的材料。作為第一負(fù)電極油墨組合物中的負(fù)電極活性材料，可使用的適宜材料的非限制性實(shí)例可以包括天然石墨、碳黑、活性炭、碳纖維、焦炭、軟質(zhì)碳黑和硬碳。期望或要求時(shí)，可以組合使用兩種或多種負(fù)電極活性材料。
還考慮象碳黑、爐黑、槽法炭黑和石墨之類的材料可以作為導(dǎo)電劑。期望或要求時(shí)，可以使用分散劑以防止負(fù)電極活性材料和/或?qū)щ姴牧暇劢Y(jié)。適宜的分散劑包括但不限于象聚氧十八胺、甘油脂肪酸酯、聚氧乙烯烷基胺和羥烷基單乙醇胺之類的材料。
負(fù)電極油墨的各種組分可以劇烈攪拌下加至溶劑基質(zhì)中。盡管溶劑不受任何特殊限制，但在本發(fā)明所公開的負(fù)電極油墨組合物中，N-甲基吡咯烷酮(NMP)和乙腈是用作溶劑基質(zhì)溶劑的非限制性實(shí)例。
第二負(fù)電極油墨組合物包含適宜的粘合材料。在本發(fā)明所公開的具體方式中，第二負(fù)電極油墨組合物可以由包含在溶劑基質(zhì)中的至少一種粘合劑材料組成?？紤]粘合劑材料可以是任何適宜的化合物，其非限制性實(shí)例包括聚偏二氟乙烯(PVdF)和聚偏二氟乙烯與六氟丙烯(HFP)的混合物，以及丁苯橡膠這類材料。用于溶劑基質(zhì)中的溶劑可以是任何適用于噴墨系統(tǒng)的材料。適宜溶劑的非限制性實(shí)例包括N-甲基吡咯烷酮(NMP)和乙腈中的至少一種。
包含在各負(fù)電極油墨組合物中的組分的混合比不受任何特殊限制?？紤]所制得的負(fù)電極油墨組合物將具有足夠低的粘度以利用噴墨系統(tǒng)涂布。在改善性能和效率方面，最好是各種組分的濃度盡可能高。還考慮可以通過多種方法來控制負(fù)電極油墨的粘度，該方法包括但不限于期望或要求時(shí)提高油墨的溫度以及加入多種粘度調(diào)節(jié)劑。
供至噴墨系統(tǒng)的各油墨的粘度應(yīng)適合于有效涂布。適宜粘度的非限制性實(shí)例介于10-100cP之間。
一旦制得各油墨，利用噴墨系統(tǒng)將油墨噴涂至基底材料上以形成催化劑層。在本發(fā)明所公開方法的現(xiàn)有的具體方式中，通過噴墨系統(tǒng)分配的電極油墨包括包含至少一種活性材料和至少一種導(dǎo)電材料的第一油墨，以及包含至少一種粘合劑的第二油墨。
預(yù)期所使用的噴墨系統(tǒng)將實(shí)質(zhì)上等體積的微小離散液滴分散至基底表面上。在每個(gè)噴出周期，從給定噴嘴或噴墨裝置的噴嘴中噴涂或噴出的油墨組合物的體積相當(dāng)小，并且可以噴出近似相等的體積。當(dāng)噴出和附著電極油墨組合物時(shí)，形成的膜非常薄并且均一。當(dāng)使用噴墨系統(tǒng)時(shí)，可以精確控制沉積膜的厚度、外形和圖案。通過附著于電極所形成的最終催化劑層非常薄并且均一。此外，當(dāng)使用噴墨系統(tǒng)時(shí)，可以精確控制催化劑層的厚度和形狀。此外，當(dāng)利用噴墨系統(tǒng)時(shí)，可以通過在計(jì)算機(jī)上設(shè)計(jì)特定圖案并且打印來形成具有期望形狀和外形的膜。若一開始涂布的膜層過薄，可以將適宜的電極油墨組合物兩次或多次涂布于同一表面。即，在同一集電器上可以印刷相同的電極油墨。結(jié)果可以形成期望厚度的膜。
認(rèn)為從噴墨裝置噴涂的電極活性顆粒的體積范圍為1-100μL。顆粒的大小可足以降低所得電極的振動(dòng)。預(yù)期利用噴墨裝置分配的顆粒體積將大致均一，所以制造的電極和電池是高度均一的。
本發(fā)明所公開的噴墨系統(tǒng)可以用于獲得期望厚度的催化劑層。為了達(dá)到期望厚度，考慮噴墨系統(tǒng)可以在期望的范圍或區(qū)域上進(jìn)行一次或多次輥壓。認(rèn)為在制造過程中，該厚度可以修正或調(diào)節(jié)。因此，若在初次涂布輥壓后，催化劑層太薄，則可以向相同表面噴涂2次或多次。也就是說，同樣的電極油墨組合物油墨可以重復(fù)涂布至同一基底材料上，以形成具有期望厚度的催化劑層。當(dāng)以本發(fā)明所公開的方法使用噴墨系統(tǒng)形成催化劑層時(shí)，所形成的催化劑層高度均勻，所以即使涂布多層也可以保持高度的層均一性。
在形成各電極中，第一電極油墨組合物和第二電極油墨組合物可以同時(shí)涂布或以任何期望或要求的順序涂布。還考慮第一電極油墨和第二電極油墨組合物可以噴出或噴涂不同次數(shù)以控制組成材料的混合比。例如，第一油墨組合物和第二油墨組合物可以以2∶1的比例來涂布。在該情形下，第二油墨組合物的噴涂量應(yīng)是噴涂第一油墨組合物的一半。
一旦形成催化劑層，可以除去溶劑，并且所獲得的電極視期望或要求使用或經(jīng)任何后處理步驟。盡管預(yù)期如此形成的催化劑層可以為任何適宜的厚度，但當(dāng)采用本發(fā)明所公開的方法時(shí)，可以獲得非常薄的催化劑層，厚度可能薄至5-15μm。也考慮可以更厚。
利用本發(fā)明所公開的制造方法制造的電極上所形成的催化劑層可以生產(chǎn)適用于電池中的電極。本發(fā)明所考慮的電極可以包括具有本發(fā)明公開的催化劑層的正電極或具有本發(fā)明公開的催化劑層的負(fù)電極中的至少之一。在某些情形下，考慮正電極和負(fù)電極均具有利用本發(fā)明所公開的方法所制得的催化劑層。
按照本發(fā)明所公開的具體方式，電池可以包括以該順序排列的正電極、催化劑和負(fù)電極，并且其被密封在適宜外殼材料中。正電極和負(fù)電極具有催化劑層在集電器表面的結(jié)構(gòu)。電池包括可以是固體或液體的適宜電解質(zhì)?？紤]到其用于車輛中，電解質(zhì)可以是凝膠或固體。在汽車應(yīng)用中，電池為鋰二次電池是有利的。
考慮本發(fā)明所公開的電池可以串聯(lián)或并聯(lián)，或串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合，以形成電池組。例如該電池組可以安裝在接線端引出包裝殼之外的包裝殼內(nèi)并且用于連接其它裝置。此外，考慮多個(gè)電池組可以以串聯(lián)或并聯(lián)，或以串聯(lián)與并聯(lián)相結(jié)合的方式來連接，以形成復(fù)合電池組。
根據(jù)期望的電池輸出和容量，應(yīng)當(dāng)確定在電池組或復(fù)合電池組中的電池?cái)?shù)量以及怎樣連接。當(dāng)構(gòu)成本發(fā)明所公開的電池組或復(fù)合電池組時(shí)，電池的穩(wěn)定性提高，超過了常規(guī)電池的穩(wěn)定性。還預(yù)期該電池組或復(fù)合電池組結(jié)構(gòu)可以減輕整個(gè)電池組中一個(gè)壞電池的負(fù)面效果。
該電池組或復(fù)合電池組可以使用以提供車輛動(dòng)力。安裝在車輛中的電池組或復(fù)合電池組具有上述性能。預(yù)期根據(jù)本發(fā)明所公開實(shí)施例的電池和/或電池組將在長(zhǎng)時(shí)間顯示改進(jìn)的耐用性以及充足和一致的輸出。此外，由于電池所占用的體積小，可以提高車輛的可用空間。例如，預(yù)期根據(jù)本發(fā)明所述方法制備的具有大分子電解質(zhì)層電極的雙極電池結(jié)構(gòu)包括5μm厚的集電器、5μm厚的正電極層、5μm厚的固體電解質(zhì)層、5μm厚的負(fù)電極層。因此，單個(gè)電池組件可以為20μm厚。若通過疊層100個(gè)該電池組件制造具有420V輸出的雙極電池，0.5L的電池體積提供25kW和70Wh的輸出?？梢砸庾R(shí)到這大致上是常規(guī)電池的相同輸出。然而本發(fā)明所公開的電池大小僅是其十分之一或更小。
實(shí)施例1根據(jù)本發(fā)明概述的方法制備第一電極油墨組合物。
稱量85克1μm顆粒大小的尖晶石錳作為正電極材料，10克50nm顆粒大小的碳黑作為導(dǎo)電劑，以及5克聚氧十八胺作為分散劑，并進(jìn)行混合。加入140克NMP并作為溶劑分散以獲得100cP的組合物粘度。
根據(jù)本發(fā)明所述的方法制備第二電極油墨組合物。
稱量5克PVdF作為粘合劑，并且加入10克NMP以獲得100cP的粘度。
為了形成催化劑層，將包含正電極材料的第一電極油墨組合物和包含粘合劑材料的第二電極油墨組合物由噴墨裝置噴涂至鋁箔上，以形成催化劑層。在獲得每單位面積的特定重量之前，需要噴51次。結(jié)果如表1所示。
對(duì)比例1利用80克1μm顆粒大小的尖晶石錳作為正電極材料、10克50nm顆粒大小的碳黑作為導(dǎo)電劑，5克PVdF作為粘合劑，以及5克聚氧十八胺作為分散劑來形成正電極油墨組合物。稱量各種材料并且與640gNMP相混合以獲得100cP的粘度。
為了形成催化劑層，利用實(shí)施例1所使用的噴墨裝置將制造的正電極油墨組合物噴涂至鋁箔上，形成催化劑層。在獲得每單位面積的特定重量之前，需要噴167次。結(jié)果如表1所示。
表1

在對(duì)比例1中，13％的正電極油墨組合物由固體組成。相反在實(shí)施例1中，40％的包含電極活性材料的第一電極油墨組合物由固體組成，并且33％的包含粘合劑的第二電極活性油墨組合物由固體組成。因此，在本發(fā)明所公開的具體實(shí)施例中，固體濃度是對(duì)比例的3倍，相應(yīng)地涂布組合物的次數(shù)減至1/3之下。此外，所使用的溶劑量減少至略少于1/4，并且溶劑成本、干燥所需時(shí)間以及能源相應(yīng)地減少。
從上述實(shí)施例和所公開內(nèi)容可知，當(dāng)制造包含活性材料和導(dǎo)電劑的電極油墨組合物和包含粘合劑的電極油墨組合物并分別涂布時(shí)，可以減少所使用溶劑的量以及涂布次數(shù)。從而可知利用噴墨裝置可以便宜且穩(wěn)定地制造催化劑層。
在本發(fā)明所公開的備用實(shí)施例中，出人意料地發(fā)現(xiàn)在本發(fā)明所公開的電極中使用表面活性劑作為粘合劑可以改善催化劑或活性材料層的粘合性能。此外，認(rèn)為通過利用本發(fā)明所公開的組合物，在活性材料層中，電極活性材料的分布可以變得更均一。
在某些情形下，象PVdF之類的常規(guī)粘合劑可能導(dǎo)致電極以不充分均一的方式將電極活性材料層粘附于集電器上的性能。至少在部分上，本公開以包含表面活性劑與電極活性材料的電極油墨在所制得的集電器和關(guān)聯(lián)電極中產(chǎn)生改良的粘合和涂覆性能的意外發(fā)現(xiàn)為基礎(chǔ)。已發(fā)現(xiàn)在電極中使用表面活性劑作為粘合劑產(chǎn)生了增強(qiáng)的粘合和/或膜形成性能，并且形成具有增強(qiáng)性能的最終電池。
當(dāng)將表面活性劑用作粘合劑時(shí)，在電極活性材料層改善粘合和組合物均一性的機(jī)理還不清楚。然而表面活性劑具有親水官能團(tuán)和疏水官能團(tuán)，由于存在于表面活性劑中的官能團(tuán)形成粘合活性材料中存在的細(xì)孔的許多點(diǎn)，因此認(rèn)為改善了活性材料層的粘合性能，顯示了固定的效果。此外，由于表面活性劑具有親水官能團(tuán)和疏水官能團(tuán)，其對(duì)包含在活性材料層中的大多數(shù)組分顯示了親和性。認(rèn)為利用表面活性劑使得待分散的活性材料層中的各組分更均一，并且可以改善最終活性材料層的組分均一性。
在備選的具體方式中公開的電極包括集電器和集電器表面形成的活性材料層。
利用導(dǎo)電材料形成集電器。導(dǎo)電材料的非限制性實(shí)例包括鋁箔、銅箔或不銹鋼(SUS)箔。集電器的厚度通常為10-50μm。然而，依賴于包括但不限于電極的預(yù)期使用的因素，考慮可以成功地使用所述范圍之外厚度的集電器。根據(jù)電極的用途確定集電器的大小。若制造用于大電池的大電極，可以使用大面積的集電器。若制造小電極，則可以使用小面積的集電器。
集電器表面形成的活性材料層包含活性材料顆粒。適合用作正電極活性材料的活性材料顆粒的非限制性實(shí)例包括Li-Mn復(fù)合氧化物如LiMnO2和LiMn2O4，Li-Ni復(fù)合氧化物如LiNiO2，以及Li-Co氧化物如LiCoO2。其中，期望是通過測(cè)定電壓使充電狀態(tài)得以檢測(cè)的Li-Mn氧化物、Li-Ni氧化物或它們的混合物。還考慮可以同時(shí)使用兩種或多種正電極活性材料。
如結(jié)晶碳材料和非結(jié)晶碳材料之類的碳材料是負(fù)電極活性材料的非限制性實(shí)例。更具體的，可以使用石墨系碳材料如天然石墨和人工石墨、碳黑、活性碳、碳纖維、焦炭、軟質(zhì)炭黑和硬碳。當(dāng)采用這類碳材料用作負(fù)電極材料時(shí)，在某些情形下，電池的可靠性會(huì)得到改善。
活性材料顆?？梢詾槿魏芜m宜的粒徑，典型的平均粒徑介于0.01和3μm之間，以及平均粒徑介于0.05和1μm之間；并且在某些應(yīng)用下，平均粒徑介于0.1和0.8μm之間是有用的。使用的平均粒徑應(yīng)是大到足以提供與表面活性劑的適當(dāng)平衡以產(chǎn)生粘著性能的平均粒徑。平均粒徑應(yīng)是足夠小到允許精確地涂布，例如可以用精確的噴出系統(tǒng)如噴墨系統(tǒng)來進(jìn)行。此外，活性材料顆粒的平均粒徑應(yīng)當(dāng)小到足以保持活性材料顆粒在電極油墨中的分散性。
本發(fā)明所公開電極的活性材料層還包含表面活性劑。如本發(fā)明所公開，“表面活性劑”指在分子中具有親水官能團(tuán)和疏水官能團(tuán)的化合物。所使用的表面活性劑能在活性材料層中起粘合劑的作用?？紤]表面活性劑可以視期望或要求由一種或多種化合物組成。根據(jù)其電離條件，所使用的表面活性劑可以分為陽離子表明活性劑、陰離子表面活性劑、兩性表面活性劑或非離子表面活性劑。
陽離子表面活性劑廣泛定義為通過水中電離釋放陰離子以帶正電的表面活性劑。陽離子表面活性劑對(duì)強(qiáng)酸高度穩(wěn)定，并且在帶負(fù)電的材料表面顯示了優(yōu)良的吸附性。因此考慮陽離子表面活性劑化合物可以用于包含表面帶負(fù)電的活性材料顆粒的活性材料層中。叔銨鹽和季銨鹽是陽離子表面活性劑的非限制性實(shí)例。其中，由于氯化月桂基甲基銨鹽(C12H25N(CH3)3Cl)與活性材料層中的其它組分良好混合并且顯示了優(yōu)良的穩(wěn)定性，因此可以使用。
陰離子表面活性劑廣泛定義為通過水中電離釋放陽離子以帶負(fù)電的表面活性劑。陰離子表面活性劑可以用于相當(dāng)廣泛的材料中。在帶正電的材料表面上陰離子表面活性劑顯示了優(yōu)良的吸附性。因此考慮陰離子表面活性劑可以用于適宜集電器表面上包含帶正電活性材料顆粒的活性材料層中。陰離子表面活性劑的實(shí)例包括但不限于芳族磺酸鹽福爾馬林縮合物和特定的羧酸系大分子表面活性劑。其中考慮萘磺酸鈉福爾馬林縮合物或特定的芳族磺酸鈉福爾馬林縮合物。適宜的材料將與活性材料層中的其它組分良好混合并且顯示優(yōu)良的穩(wěn)定性。
兩性表面活性劑是通過在水中電離在分子中產(chǎn)生帶正電部分和帶負(fù)電部分的表面活性劑。依賴其所溶解的溶液的pH值，可以證實(shí)兩性表面活性劑的陽離子表面活性劑或陰離子表面活性劑的特性。更具體的，這樣的表面活性劑在低(酸性)pH溶液中顯示陽離子表面活性劑特性，在高(堿性)pH溶液中顯示陰離子表面活性劑特性。非限制性實(shí)例包括2-烷基-N-羧甲基-N-羥乙基咪唑啉甜菜堿、月桂基二甲基氨基乙酸甜菜堿以及烷基二(氨基乙基)甘氨酸氫氯化物溶液。
非離子表面活性劑是在水中不電離的表面活性劑。由于非離子表面活性劑不受酸、堿或礦物鹽的影響，其顯示了與水、多種其它表面活性劑以及多種含水系統(tǒng)和無水系統(tǒng)的良好相容性。此外，由于非離子表面活性劑不電離，其主要通過分子吸引和相互作用吸附在活性材料層中的其它組分上。包括聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑的適宜非離子表面活性劑的非限制性實(shí)例(下文稱“醚類表面活性劑”)顯示了在無水系統(tǒng)中優(yōu)良的溶解性。
醚類表面活性劑典型地具有相對(duì)長(zhǎng)的官能團(tuán)(例如烷基、烯基等)。不受任何理論的束縛，認(rèn)為該官能團(tuán)可以與活性材料中組分(例如活性物質(zhì))的表面構(gòu)形和晶格結(jié)構(gòu)相互作用，導(dǎo)致粘結(jié)性能的改進(jìn)。因此，假設(shè)當(dāng)包含能粘結(jié)和釋放鋰離子的物質(zhì)作為活性物質(zhì)時(shí)，正如采用本發(fā)明所公開的電極用于鋰電池將發(fā)生的，加至活性材料層的具有長(zhǎng)官能鏈的表面活性劑與構(gòu)形和/或晶格結(jié)構(gòu)中的納米級(jí)孔相互作用或結(jié)合，其有利于結(jié)合或釋放鋰離子。
非離子醚類表面活性劑的非限制性實(shí)例包括聚氧乙烯醚表面活性劑例如聚氧乙烯烷基醚、聚氧乙烯烯基醚?？梢允褂孟缶垩跻蚁┬粱交选⒕垩跻蚁┦送轷Ｃ鸦蚓垩跻蚁┦榛阎惖拿杨惐砻婊钚詣?。
適宜的聚氧乙烯醚表面活性劑可以是加至聚氧乙烯類醚表面活性劑中的環(huán)氧乙烷的分子量為1-50mol的表面活性劑，在某些情形下，典型的是具有1-20mol的分子量。認(rèn)為這樣的表面活性劑將使表面活性劑大小和活性材料中各組分(例如活性物質(zhì))的表面形狀之間得到平衡，從而提高活性材料的粘結(jié)性能。考慮當(dāng)包含具有加入不同分子量的環(huán)氧乙烷的復(fù)合聚氧乙烯醚表面活性劑時(shí)，可以使用各種聚氧乙烯醚表面活性劑的算術(shù)平均分子量，并且該算術(shù)平均將落在期望的范圍內(nèi)。因此可以使用大小在上述范圍之外的表面活性劑。
期望或要求時(shí)，依賴于包含在活性材料層中的各種材料(活性物質(zhì))表面的親水性能和親油性能的程度，可以控制加至活性材料層的表面活性劑的親水性和親油性。更具體的，應(yīng)當(dāng)控制HLB(親水-親油平衡)值。本發(fā)明所公開的表面活性劑可以具有任何適宜的HLB值。適宜HLB值的非限制性實(shí)例包括范圍為5-30，或10-20的實(shí)例?？紤]當(dāng)兩種或多種表面活性劑包含在活性材料層中時(shí)，通過計(jì)算各表面活性劑的加權(quán)平均體積來獲得表面活性劑組分的HLB值。因此，可以使用具有HLB值在該典型范圍之外的表面活性劑。
在本發(fā)明所公開電極的活性材料層的情形中，可以將活性材料顆粒和表面活性劑的含量調(diào)節(jié)至適合于期望的電池性能。作為非限制性實(shí)例，對(duì)于活性材料層的總量，活性材料顆粒的含量范圍可以為90-99.95wt％，在某些情形下其范圍介于95-99.9wt％之間?？梢酝ㄟ^期望或要求的活性材料層的強(qiáng)度控制活性材料顆粒的最大濃度。相對(duì)于活性材料層的總量，表面活性劑的濃度最好為0.05-10wt％，在某些情形下表面活性劑的濃度范圍為0.1-5wt％?？紤]表面活性劑濃度的低限為能在活性材料層中獲得粘結(jié)性能的濃度。盡管活性材料顆粒和表面活性劑的濃度之間的比例不受任何特殊的限制，但是如果活性材料層中的活性材料顆粒的含量認(rèn)為是100wt％，表面活性劑的含量最好為0.05-20wt％，或優(yōu)選0.1-10wt％。
活性材料層可以包含所需的其它材料。其它材料或添加劑的非限制性實(shí)例包括大分子電解質(zhì)、導(dǎo)電助劑、作為支持電解質(zhì)的鋰鹽和聚合引發(fā)劑。
適宜的大分子電解質(zhì)可以是顯示高離子導(dǎo)電性的大分子電解質(zhì)。非限制性實(shí)例包括聚環(huán)氧乙烷(PEO)聚合物和聚環(huán)氧丙烷(PPO)聚合物。
選擇的大分子電解質(zhì)具有交聯(lián)或交聯(lián)性結(jié)構(gòu)。若在活性材料層中包括具有交聯(lián)性結(jié)構(gòu)的大分子電解質(zhì)，在活性材料層形成時(shí)，可以將聚合引發(fā)劑加至大分子電解質(zhì)原料中，在活性材料層形成后發(fā)生聚合以產(chǎn)生具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的大分子電解質(zhì)。期望或要求時(shí)，包含在活性材料層中的大分子電解質(zhì)可以與電池的電解質(zhì)層中用作電解質(zhì)的大分子電解質(zhì)材料相同，該電池中放置本發(fā)明所公開的電極。
本發(fā)明所使用的“導(dǎo)電助劑”應(yīng)指為改善電極活性材料層的導(dǎo)電性而混入的物質(zhì)。乙炔黑、碳黑、石墨、各種碳纖維和碳納米級(jí)管是導(dǎo)電助劑的非限制性實(shí)例。
二(全氟-乙烯磺?；?酰亞胺鋰、Li(C2F5SO2)2N、LiPF6、LiBF4、LiClO4、LiAsF6和LiCF3SO3中的至少一種是可以用于支持電解質(zhì)鋰鹽的非限制性實(shí)例。
為了促進(jìn)期望或要求的交聯(lián)反應(yīng)，可以使用適宜的聚合引發(fā)劑以對(duì)大分子電解質(zhì)原料的交聯(lián)性基團(tuán)上起作用。適宜材料的實(shí)例可以包括分為光聚合引發(fā)劑或熱聚合引發(fā)劑的材料。偶氮二異丁腈(AIBN)(用于熱聚合)和芐基二甲基縮酮(BDK)(用于光聚合)是聚合引發(fā)劑的非限制性實(shí)例。
在活性材料層中，從活性材料顆粒和表面活性劑分離的上述導(dǎo)電助劑材料的含量不受特殊限制，并且可以視需要調(diào)節(jié)。相對(duì)于活性材料層總量，該導(dǎo)電助劑可以以5-50wt％的量存在。
包含在本發(fā)明所公開的電極活性材料層中的表面活性劑可以起粘合劑的作用。在一個(gè)具體方式中，活性材料層中的粘合劑組分可以是大體上無PVdF。此處使用的“大體上無PVdF”指假如存在的PVdF量不足以顯示粘合劑的作用時(shí)，粘合劑組分可以包含較少量的PVdF。
集電器上的活性材料層可以為任何適宜的厚度，典型的厚度介于5和20μm之間。還考慮可以獲得厚度介于0.5和5μm之間的活性材料層，并且將其用于本發(fā)明所公開的電極中。
考慮本發(fā)明所公開的電極可以通過任何適宜的方法制得。本發(fā)明公開了一種尤其適用于制備具有厚度低于5μm的活性材料層的電極的方法。
盡管將舉例說明利用噴墨系統(tǒng)將電極油墨噴涂至集電器表面上的具體方式，但是本發(fā)明所公開方法的技術(shù)范圍不限于如下具體方式。本發(fā)明所公開的電極可以如下制造利用噴墨系統(tǒng)將包含活性材料顆粒和表面活性劑的電極油墨噴涂至集電器上以形成膜，并且隨后干燥集電器上所形成的膜。還考慮本發(fā)明所公開的方法可以包括制造或制備包含活性材料顆粒和表面活性劑的電極油墨的步驟。電極油墨的制備考慮溶劑基質(zhì)中加入活性材料顆粒和表面活性劑?？紤]膜的形成是利用噴灑裝置如噴墨系統(tǒng)將電極油墨噴至集電器表面上來形成的?？紤]干燥步驟是干燥沉積膜。
電極油墨制造在制造電極油墨時(shí)，將活性材料顆粒和表面活性劑與溶劑基質(zhì)相混合以制造電極油墨。期望或要求時(shí)，可以將包括大分子電解質(zhì)材料、導(dǎo)電助劑、鋰鹽(支持電解質(zhì))和聚合引發(fā)劑中的至少之一的其它組分加至電極油墨中。在某些具體方式和配方中，考慮電極油墨如前所定義是大體上無PVdF。然而考慮在本發(fā)明所公開的電極制造方法中，除活性材料顆粒和表面活性劑之外，電極油墨可以包含一定量的PVdF。由于本發(fā)明所公開制得的電極油墨包含顯示表面活性劑性質(zhì)的材料，因此電極油墨起到在基質(zhì)中分散活性材料顆粒的作用，可以省去分散劑的加入。認(rèn)為本發(fā)明所公開的包含表面活性劑的電極油墨起著噴涂步驟期間分散活性材料顆粒的作用，并且在完整電極中可以起粘合劑的作用。
非常意外地還發(fā)現(xiàn)，利用醚類表面活性劑可以將因與活性材料顆粒接觸的起泡最小化，從而潛在地改善了活性材料層的粘結(jié)性能和最終層組合物的均一性。
本發(fā)明所使用的溶劑可以是與各組分相容的任何材料?？紤]可以將多種商購(gòu)可得的表面活性劑用于本發(fā)明所公開的電極油墨和最終電極中。還考慮可以采用多種方法制備適宜的表面活性劑，例如在貴金屬細(xì)顆粒存在下將高級(jí)醇作為初級(jí)組分經(jīng)氫化或聚合反應(yīng)的方法。還考慮可以使用多種商購(gòu)可得的材料。非限制性實(shí)例包括各種吡咯烷酮和腈類，其中N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)和乙腈是兩個(gè)實(shí)例。
電極油墨中的各組分可以以任何適宜的比例存在。存在于電極油墨中的活性材料顆粒的量通常是適合所期望電池性能的量。電極油墨的粘度可以是有助于將電極油墨迅速和有效地涂布至集電器表面的任何粘度。一種涂布方法是按需求滴加或用噴墨系統(tǒng)噴出。認(rèn)為通過增加溶劑的含量和/或通過增加電極油墨的溫度可以保持電極油墨的粘度。在電極油墨中，電極油墨可以包含相對(duì)大量的大分子電解質(zhì)物質(zhì)。然而，由于大分子電解質(zhì)材料會(huì)增加油墨的粘度，因此可以改變或控制大分子電解質(zhì)材料和其它化合物的量以保持所需粘度。適宜電極油墨粘度的非限制性實(shí)例介于約0.01和0.2Ps之間。
在電極油墨組合物中固體含量(活性材料顆粒、表面活性劑、大分子電解質(zhì)材料、導(dǎo)電助劑、粘合劑等)與溶劑的比例是適合保持各材料在油墨組合物中分散性的比例。此外，期望或要求時(shí)，可以控制電極油墨組合物的粘度以在隨后的膜形成步驟期間改善可加工性能。通常固體量應(yīng)當(dāng)足夠大，使膜形成步驟中形成膜所需的噴涂[油墨]次數(shù)最小化，以保持可加工性能?？梢酝ㄟ^溶劑基質(zhì)中分散固體的能力來控制固體濃度的上限。因此，對(duì)于電極油墨中固體和溶劑間的含量比的具體值無特殊限定，在某些應(yīng)用中，相對(duì)于油墨總量，油墨中包含的固體含量最好保持在5至30wt％的范圍之間。在某些應(yīng)用中，固體含量范圍最好為8至15wt％。這樣的范圍認(rèn)為是典型的范圍。
分散穩(wěn)定性因素也是確定表面活性劑含量的因素，考慮該表面活性劑含量的典型范圍為0.05-5wt％，或優(yōu)選0.1-3wt％。該表面活性劑的含量典型地將是這樣的量，在超過延長(zhǎng)保存期時(shí)，其足以獲得在超過延長(zhǎng)保存期期間活性材料顆粒在油墨中的分散性能，表面活性劑含量的最大量是由在所得電池中足以獲得適當(dāng)容量時(shí)所達(dá)到的活性顆粒濃度來確定的。
膜形成在膜形成期間，利用適宜的象噴墨系統(tǒng)之類的噴涂裝置將電極油墨噴涂至集電器表面上。所噴涂或噴出的電極油墨粘附于集電器表面以形成膜。
本發(fā)明所使用的“噴墨系統(tǒng)”指其中液體狀油墨通過噴嘴噴涂以將油墨粘附于目標(biāo)體上的印刷系統(tǒng)。如本發(fā)明所公開的，目標(biāo)體是集電器。本發(fā)明所公開的電極油墨利用噴墨系統(tǒng)以特殊形狀噴涂在集電器表面以形成電極油墨膜。依賴于油墨如何噴涂或噴出，適宜的噴墨系統(tǒng)可以包括但不限于壓電噴墨系統(tǒng)、熱噴墨系統(tǒng)、噴泡(已注冊(cè)商標(biāo))系統(tǒng)等。適宜的系統(tǒng)包括與第一具體方式有關(guān)的如前所述的系統(tǒng)。
電極油墨組合物可以涂布至預(yù)先形成的任何適宜形狀的集電器，例如前面所述的集電器。在本發(fā)明所公開方法的備選具體方式中，集電器被提供至可以利用電極油墨印刷的噴墨裝置。利用噴墨系統(tǒng)涂布電極油墨組合物以將電極油墨粘附于集電器表面。
當(dāng)涂布電極油墨時(shí)，可以提前確定待形成的膜圖案。當(dāng)采用基于計(jì)算機(jī)產(chǎn)生和控制圖象來形成膜的系統(tǒng)時(shí)，可以容易地改變?cè)O(shè)計(jì)。利用計(jì)算機(jī)來決定圖案和形成膜是廣知的。對(duì)于利用計(jì)算機(jī)和打印機(jī)的圖象形成和打印，使用同樣的操作。
當(dāng)利用噴墨系統(tǒng)制造電極時(shí)，可以有利地使用具有高著火點(diǎn)的象醚類表面活性劑之類的表面活性劑。所使用的醚類表面活性劑可以具有更高的著火點(diǎn)，例如300℃或更高，并且穩(wěn)定且易于在高溫環(huán)境中操作。由于表面活性劑材料的汽化最小化，當(dāng)利用噴墨系統(tǒng)噴涂電極油墨時(shí)，可以減小或防止油墨噴管的干燥和相關(guān)的油墨堵塞。
干燥為了完成干燥，除去集電器膜上電極油墨膜中包含的溶劑。結(jié)果完成電極。
可以通過任何適宜的方法進(jìn)行干燥，加熱是一個(gè)非限制性實(shí)例。在加熱中，具有沉積膜的集電器經(jīng)升高的溫度足以揮發(fā)溶劑但又足夠低以保持表面活性劑組分的性能。
當(dāng)使用包含聚合引發(fā)劑的電極油墨時(shí)，該方法可以包括適宜的聚合處理操作。同樣地，包含在膜中的大分子材料的交聯(lián)基團(tuán)交聯(lián)形成3D基本結(jié)構(gòu)，并且形成大分子電解質(zhì)。當(dāng)加入作為聚合引發(fā)劑的熱聚合引發(fā)劑時(shí)，在聚合步驟操作中可以采用加熱處理。根據(jù)所使用的引發(fā)劑確定加熱處理的適宜溫度。當(dāng)上述的加熱步驟也起聚合處理的作用時(shí)，可以省略單獨(dú)的聚合處理操作。在某些情形下，本發(fā)明也涉及到單獨(dú)的聚合處理操作。當(dāng)作為聚合引發(fā)劑的光聚合引發(fā)劑加入時(shí)，可以采用光照射處理。根據(jù)所使用的引發(fā)劑確定待使用的適宜類型或波長(zhǎng)的光。可以提到的UV線、輻射線和電子束可作為光來使用。
如果必要，可以對(duì)利用上述方法制得的電極施加加壓操作，可以獲得更好的電極表面線性化(linearization)。考慮可以使用任何適宜的裝置和條件。此外，對(duì)于工業(yè)加工，可以采用制造大于最終電池尺寸的電極并且切成指定大小的步驟，以提高生產(chǎn)率。
盡管這里給出的詳細(xì)說明是基于利用噴墨系統(tǒng)涂布電極油墨的具體方式，然而可以使用其它方法在集電器表面形成活性材料層。
例如，通過降低上述電極油墨的溶劑含量可以制備具有相對(duì)高粘度的電極漿料。利用涂布機(jī)(例如，常規(guī)的刮條涂布機(jī)、自激涂布機(jī)等)可以將電極漿液涂布于集電器表面。隨后可以加熱集電器，以及視需要進(jìn)行聚合處理。
本發(fā)明還公開了正電極、電解質(zhì)層和負(fù)電極按順序成層的電池。正電極或負(fù)電極中的至少之一是如前所述形成的。
當(dāng)將電池組件封裝在殼材料中時(shí)，在其中封裝電池組件而將接頭引至殼外。為了合適地確保內(nèi)部，以氣密方法在封裝電池組件的位置處密封殼。大分子金屬?gòu)?fù)合膜可以用作該殼。適宜的大分子金屬?gòu)?fù)合膜包括至少金屬箔膜和樹脂膜疊層在一起的膜。利用這樣的殼可以制造薄層壓電池。
在電池的情形下，正電極、電解質(zhì)層和負(fù)電極順序成層并且密封在殼內(nèi)。組成電解質(zhì)層的電解質(zhì)可以是固體或液體。典型的車輛應(yīng)用中，可以使用固體電解質(zhì)。還考慮在車輛應(yīng)用中，可以使用象雙極類鋰離子二次電池(雙極電池)的鋰離子二次電池。當(dāng)使用雙極電池時(shí)，可以獲得優(yōu)良輸出性能的電池。在該說明書中所涉及的雙極電池的略圖示于圖7中以作參考。
當(dāng)制造利用交聯(lián)大分子電解質(zhì)作為電解質(zhì)的電池時(shí)，考慮利用噴墨系統(tǒng)可以形成電解質(zhì)層。更具體的，通過利用噴墨系統(tǒng)噴涂微粒狀大分子電解質(zhì)材料可以制造交聯(lián)大分子電解質(zhì)。借助聚合引發(fā)劑可以交聯(lián)大分子電解質(zhì)，并且通過如上述的聚合引發(fā)劑引發(fā)聚合反應(yīng)。
本說明書還考慮如圖8所描述的電池組。如圖8所示，電池組40是通過將上述多個(gè)電池組件相連接來構(gòu)成的。各電池10的正電極接頭25和負(fù)電極接頭27是用母線連接，從而將各電池10連在一起。電池組40的一側(cè)表面提供用于全部電池組40的電極的電極接線端(42，43)。多個(gè)電池10可以采用任何適宜的方法相連接。例如可以采用涉及超聲波焊接或點(diǎn)焊的工藝或涉及鉚接或填縫的工藝。
電池組40可以采用如本發(fā)明所公開的電池構(gòu)型。所得電池將具有高容量或輸出。此外，由于降低了構(gòu)成電池組40的各電池10的內(nèi)阻，所以可以生產(chǎn)具有優(yōu)良輸出性能的電池組。組成電池組40的多個(gè)電池10均可以并聯(lián)連接，多個(gè)電池組均可以串聯(lián)連接，或它們可以視期望或要求利用串聯(lián)和并聯(lián)相結(jié)合來連接。
根據(jù)本發(fā)明所公開的另一具體方式，本發(fā)明還公開了使用電池10或電池組40的車輛。該車輛可以具有任何適宜的構(gòu)造和動(dòng)力設(shè)備。這類車輛的非限制性實(shí)例包括不使用任何汽油的完全電動(dòng)汽車，如串聯(lián)混合和并聯(lián)混合汽車之類的混合汽車，以及例如利用發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪的燃料電池汽車。作為參考，汽車50上安裝有電池組40的概略圖如圖9所示。安裝在汽車50上的電池組40具有上述特性。因此，在其上安裝有電池組40的汽車具有優(yōu)良的輸出性能。
實(shí)施例2根據(jù)本發(fā)明所公開的備選具體方式的電池將利用實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說明。在下面的應(yīng)用例中，除非另有說明，如下材料用作鋰鹽、正電極活性材料和負(fù)電極活性材料。
鋰鹽LiN(SO2C2F5)2(下面將簡(jiǎn)略為“BETI”)正電極活性材料尖晶石類LiMn2O4負(fù)電極活性材料碎石墨(平均粒徑0.2μm)此外，正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物的制備，利用噴墨系統(tǒng)的打印以及電池的裝配是在露點(diǎn)為-30℃或更低的干燥空氣中進(jìn)行的。
制備正電極油墨為了制備正電極油墨組合物，將正電極活性材料(平均粒徑0.2μm)(9wt％)、作為導(dǎo)電助劑的乙炔炭黑(1wt％)和作為醚類表面活性劑的聚氧乙烯聯(lián)苯乙烯苯基醚(環(huán)氧乙烷加成物分子量約5-8mol)(下文稱作“表面活性劑A”)(0.1wt％)相混合。將N-甲基-2-吡咯烷酮(NMP)(89.9wt％)作為溶劑加入混合物中。在劇烈攪拌后，將所得的組合物單獨(dú)放置幾小時(shí)，并且通過過濾器以制備正電極油墨組合物。該油墨的粘度約為0.5Ps。
制備負(fù)電極油墨將負(fù)電極活性材料(平均粒徑0.2μm)(9wt％)和表面活性劑A(0.1wt％)相混合。將NMP(90.9wt％)作為溶劑加至混合物中。在劇烈攪拌后，將所得組合物單獨(dú)放置幾小時(shí)，并且進(jìn)行過濾以制備負(fù)電極油墨。該油墨的粘度約為0.3Ps。
制造電極利用上述制得的電極油墨組合物和根據(jù)如下步驟商購(gòu)的噴墨打印機(jī)制造電極(正電極和負(fù)電極)。利用商購(gòu)的計(jì)算機(jī)和軟件控制噴墨打印機(jī)。如上制得的正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物分別用于制造正電極活性材料層和負(fù)電極活性材料層。正電極活性材料層和負(fù)電極活性材料層是通過噴墨打印機(jī)打印計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生的圖案來形成的。
涂布后評(píng)價(jià)噴墨供料部件。由于與NMP相互作用該供料部件顯示出軟化。當(dāng)用適宜的金屬元件代替被影響的供料部件并且將電極油墨組合物從相連的儲(chǔ)存器直接供至金屬元件時(shí)，該問題得到解決。此外，由于油墨組合物的相對(duì)低粘度，有可能活性材料沉淀，因此利用旋轉(zhuǎn)刀片不斷攪拌包含在儲(chǔ)存器中的電極油墨組合物。
將正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物引入上述改良的噴墨打印機(jī)中，并且依次將計(jì)算機(jī)上產(chǎn)生的所述圖案打印在厚度為20μm的用作集電器的鋁箔上。由于難以將鋁箔直接供至打印機(jī)，將該鋁箔附在A4大小的高品質(zhì)紙上并且隨后供至用于打印的打印機(jī)中。從噴墨打印機(jī)中噴出的正電極油墨和負(fù)電極油墨的微滴體積約為2μL。此外，在集電器的同一表面上重復(fù)進(jìn)行5次打印以控制活性材料層的厚度。形成的正電極材料層和負(fù)電極材料層的厚度分別為5μm。此外，在上述打印步驟期間，在每次印刷規(guī)定的圖案時(shí)，于60℃的真空烘箱中干燥2小時(shí)，以除去溶劑。
通過對(duì)其上形成活性材料層的集電器背面重復(fù)進(jìn)行上述相同操作，制造兩側(cè)具有正電極材料層形成的正電極和兩側(cè)具有負(fù)電極材料層形成的負(fù)電極。將各電極切成指定大小。
制造電池將上述制造的正電極(10單位)和負(fù)電極(11單位)用20μm厚的聚丙烯隔膜交替疊層，以制造作為電池元件的疊層體。接著，將電解質(zhì)注入隔膜后，利用作為殼的層壓膜真空密封所得的疊層體以完成電池。將1.0mol/L的鋰鹽加至由等量的碳酸亞乙酯(EC)和碳酸異丙烯酯(PC)組成的混合物中，所得的溶液用作電解質(zhì)。
實(shí)施例3除分別加至正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物的表面活性劑的量為0.01wt％外，利用上述實(shí)施例2的工藝制備正電極油墨和負(fù)電極油墨。以實(shí)施例2的方法制造正電極和負(fù)電極。在這里，等同于所加表面活性劑量的改變部分可通過調(diào)節(jié)NMP加入量來補(bǔ)償。
實(shí)施例4除分別加至正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物的表面活性劑的量為1.0wt％外，利用上述實(shí)施例2的相同工藝制備正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物。以實(shí)施例2的方法制造正電極和負(fù)電極。在這里，等同于所加表面活性劑量的改變部分可通過調(diào)節(jié)NMP加入量來補(bǔ)償。
實(shí)施例5除分別加至正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物的表面活性劑的量為10wt％外，利用實(shí)施例2中所述的相同工藝制備正電極油墨和負(fù)電極油墨。以實(shí)施例2的方法制造正電極和負(fù)電極。在這里，等同于所加表面活性劑量的改變部分可通過調(diào)節(jié)NMP加入量來補(bǔ)償。
實(shí)施例6除正電極活性材料的平均粒徑為1.0μm外，利用實(shí)施例2中所述的工藝制備正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物。利用實(shí)施例2所述的工藝來制造正電極和負(fù)電極。
實(shí)施例7除正電極活性材料的平均粒徑為0.05μm外，利用實(shí)施例2中所述的工藝制備正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物。根據(jù)實(shí)施例2所述的方法來制造正電極和負(fù)電極。
實(shí)施例8除將聚氧乙烯烷基醚(環(huán)氧乙烷加成物分子量約5-10mol)(下文稱作“表面活性劑B”)的醚類表面活性劑用作表面活性劑外，利用實(shí)施例2所述的工藝制備正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物。根據(jù)實(shí)施例2所述的方法來制造正電極和負(fù)電極。
實(shí)施例9除將聚氧乙烯烯基醚(環(huán)氧乙烷加成物分子量約5-10mol)(下文稱作“表面活性劑C”)的醚類表面活性劑用作表面活性劑外，利用實(shí)施例2所述的工藝制備正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物。根據(jù)實(shí)施例2所述的方法來制造正電極和負(fù)電極。
應(yīng)用例10除將(β-萘磺酸鹽福爾馬林縮合物)(下文稱作“表面活性劑D”)鹽的陰離子表面活性劑用作表面活性劑外，利用實(shí)施例2所述的工藝制備正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物。根據(jù)實(shí)施例2所述的方法來制造正電極和負(fù)電極。
應(yīng)用例11除將氯化月桂基甲基銨鹽(下文稱作“表面活性劑E”)的陽離子表面活性劑用作表面活性劑外，利用實(shí)施例2所述的工藝制備正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物。根據(jù)實(shí)施例2所述的方法來制造正電極和負(fù)電極。
對(duì)比例2除將加入量為5wt％的聚偏二氟乙烯(PVdF)代替表面活性劑外，利用實(shí)施例2所述的相同工藝制備正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物。除利用刮條涂布機(jī)將所得正電極油墨組合物和負(fù)電極油墨組合物涂布于集電器表面外，使用實(shí)施例2中所述的相同工藝制造正電極和負(fù)電極。在這里，正電極材料層和負(fù)電極材料層的厚度分別控制在20μm。
電池評(píng)價(jià)根據(jù)如下方法來測(cè)定所制造電極的粘結(jié)強(qiáng)度和振動(dòng)后強(qiáng)度。同樣地，測(cè)定所制造電極的平均減少率。
測(cè)定粘結(jié)強(qiáng)度根據(jù)JIS K6253(1993 Ed)所述的工藝對(duì)所制造的各個(gè)電極進(jìn)行拉力試驗(yàn)，以測(cè)定粘結(jié)強(qiáng)度。更具體的，利用粘結(jié)帶，將拉伸夾具粘附在實(shí)施例2-11和對(duì)比例2所制造的各正電極表面。將粘附夾具和集電器以180°拉伸，隨后測(cè)定拉伸強(qiáng)度和長(zhǎng)度。圖10顯示測(cè)得的實(shí)施例2和對(duì)比例2的數(shù)據(jù)曲線圖。
此外，在圖10的測(cè)定數(shù)據(jù)曲線圖中，將梯形鞍狀部分處的粘結(jié)強(qiáng)度平均值定義為粘結(jié)強(qiáng)度平均值。計(jì)算實(shí)施例2-11相對(duì)于對(duì)比例2的電極粘結(jié)強(qiáng)度的比值。計(jì)算結(jié)果示于表2中。
根據(jù)下式進(jìn)行計(jì)算粘結(jié)強(qiáng)度比值＝(各實(shí)施例的平均粘結(jié)強(qiáng)度值/對(duì)比例2的平均粘結(jié)強(qiáng)度值)×100(％)換言之，這表示與對(duì)比例相比，粘結(jié)強(qiáng)度比值越高、粘結(jié)強(qiáng)度越大。
測(cè)定振動(dòng)后的強(qiáng)度根據(jù)汽車元件振動(dòng)試驗(yàn)方法(Automobile ComponentVibration Testing Method)(JIS D1601(1995 Ed.)所頒布的工藝對(duì)實(shí)施例2-11和對(duì)比例2所制造的各電極進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。以“測(cè)定粘結(jié)強(qiáng)度”所述的相同方法來測(cè)定平均粘結(jié)強(qiáng)度，并且根據(jù)數(shù)學(xué)式2計(jì)算振動(dòng)前和振動(dòng)后實(shí)施例2-11的振動(dòng)后的強(qiáng)度對(duì)于對(duì)比例2的比值振動(dòng)后的粘結(jié)強(qiáng)度的比值＝(實(shí)施例的平均振動(dòng)后的粘結(jié)強(qiáng)度值/振動(dòng)前對(duì)比例2的平均粘結(jié)強(qiáng)度值)×100(％)測(cè)定通過振動(dòng)的平均減少率加速接收器大致置于實(shí)施例2-11和對(duì)比例2所制造的各個(gè)電池中心。當(dāng)利用沖擊蜂鳴器打擊時(shí)，測(cè)定加速接收器的振動(dòng)光譜。該布置方法與JIS B0908(1991 Ed.)一致(振動(dòng)和沖擊接收校正方法基本概念)。利用FFT分析器分析所獲得的振動(dòng)光譜，并且將其轉(zhuǎn)化成頻率和加速度量度。將通過轉(zhuǎn)化所獲得的頻率進(jìn)行平均并衰減，以獲得振動(dòng)透射光譜圖。將各實(shí)施例2-11的振動(dòng)透射光譜圖的第一峰面積與設(shè)定為100％的對(duì)比例2的振動(dòng)透射光譜圖的第一峰面積進(jìn)行比較獲得比值，該比值定義為平均減少率并且相應(yīng)進(jìn)行計(jì)算?？梢岳斫獾氖侨粼撝翟叫?，則抗振性越高。計(jì)算結(jié)果示于表2中。此外，作為參考，實(shí)施例和對(duì)比例2所獲得的振動(dòng)透射光譜圖示于圖11。
表2

從表2中可以清楚地看出，實(shí)施例2-11中獲得的電極所顯示的粘結(jié)強(qiáng)度比值和振動(dòng)后粘結(jié)強(qiáng)度比值高于對(duì)比例2的電極。此外，實(shí)施例2-11所制得的電池均顯示了低于對(duì)比例2的平均減少率。此外，在振動(dòng)前和振動(dòng)后，實(shí)施例2-11所制得的電極顯示粘結(jié)強(qiáng)度的少許降低。
這些結(jié)果表明根據(jù)本發(fā)明所公開的備用具體方式制備的電極顯示了在活性材料層中改良的結(jié)合性能并且展示了優(yōu)良的抗振動(dòng)性，該電極中的表面活性劑包含在活性材料層中。因此，在電池中采用所公開的電極改善了抗振動(dòng)性，所以可以提供具有優(yōu)良耐用性的電池。
權(quán)利要求
1.一種電極催化劑層的制造方法，該方法包括下列步驟將第一電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的噴嘴中噴出至基底材料上，該第一電極油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種電極活性材料；將第二電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的噴嘴中噴出至基底材料上，該第二電極油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種粘合劑材料。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，該第一電極油墨組合物進(jìn)一步包含至少一種導(dǎo)電材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，該基底材料是集電器或電解質(zhì)膜中的至少之一。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，該第一電極油墨組合物進(jìn)一步包含至少一種表面活性劑材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，該表面活性劑材料是羧酸系表面活性劑和醚類非離子表面活性劑中的至少之一。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中，該醚類非離子表面活性劑是聚氧乙烯醚類非離子表面活性劑。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，該表面活性劑材料的HLB值介于5和30之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，該表面活性劑材料以這樣的量存在于該第一電極油墨組合物中，即，相對(duì)于所得層中的電極活性材料的總量，在所得涂覆層中足以提供0.05-10wt％的表面活性劑材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，將該第一電極油墨組合物用于制備正電極，并且在該第一電極油墨組合物中的電極活性材料是Li-Mn復(fù)合氧化物或Li-Ni復(fù)合氧化物中的至少一種。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，將該第一電極油墨組合物用于制備負(fù)電極，并且該電極活性材料是結(jié)晶碳材料和非結(jié)晶碳材料中的至少一種。
11.一種電極，其包括具有至少一個(gè)表面的基底材料；覆蓋在該基底材料的該表面的至少一部分上的催化劑層，其中，該催化劑通過包括下列步驟的過程制備將第一電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的噴嘴中噴出至基底材料上，該第一油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種單獨(dú)的或與至少一種導(dǎo)電材料相組合的電極活性材料；將第二電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的噴嘴中噴出至基底材料上，該第二油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種粘合劑材料。
12.一種電池，其包括相互以層壓關(guān)系依次設(shè)置的至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)電解質(zhì)層和至少一個(gè)負(fù)電極，其中，正電極或負(fù)電極中的至少之一通過包括下列步驟的過程制備將第一電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的噴嘴中噴出至基底材料上，該第一電極油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種單獨(dú)的或與至少一種導(dǎo)電材料相組合的電極活性材料；將第二電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的噴嘴中噴出至基底材料上，該第二電極油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種粘合劑材料。
13.一種包括至少一個(gè)電池的電池組，該電池具有至少一個(gè)通過包括下列步驟的過程制備的電極將第一電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的規(guī)定噴嘴中噴出至基底材料上，該第一電極油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種單獨(dú)的或與至少一種導(dǎo)電材料相組合的電極活性材料；將第二電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的規(guī)定噴嘴中噴出至基底材料上，該第二電極油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種粘合劑材料。
14.一種包括電源的車輛，其中，該電源包括至少一個(gè)電池，該電池包括以相互層壓關(guān)系依次設(shè)置的至少一個(gè)正電極、至少一個(gè)電解質(zhì)層和至少一個(gè)負(fù)電極，該正電極或該負(fù)電極中的至少之一通過包括下列步驟的過程制備將第一電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的規(guī)定噴嘴中噴出至基底材料上，該第一電極油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種單獨(dú)的或與至少一種導(dǎo)電材料相組合的電極活性材料；將第二電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置的規(guī)定噴嘴中噴出至基底材料上，該第二電極油墨組合物在溶劑基質(zhì)中包含至少一種粘合劑材料。
15.一種電極油墨組合物，其包含至少一種顆粒狀電極活性材料；至少一種表面活性劑化合物；和溶劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極油墨組合物，其中，該顆粒狀電極活性材料的平均粒徑介于0.01μm和1.0μm之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極油墨組合物，其中，以總的電極油墨組合物為基準(zhǔn)，電極油墨組合物具有介于5wt％和30wt％之間的總固體含量。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電極油墨組合物，其中，以總的電極油墨組合物為基準(zhǔn)，表面活性劑化合物以介于0.1wt％和5.0wt％之間的量存在。
全文摘要
一種電極以及該電極的制造方法，其中將第一電極油墨組合物的液滴和第二電極油墨組合物的液滴從噴墨裝置中噴出至基底材料上，并且該第一電極油墨組合物包含至少一種電極活性材料，該第二電極油墨組合物包含至少一種粘合劑材料。所得的電極適用于電池。
文檔編號(hào)B01J21/18GK1947292SQ200580000919
公開日2007年4月11日 申請(qǐng)日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月14日
發(fā)明者齋藤崇實(shí), 木下拓哉, 堀江英明, 渡邊恭一, 島村修 申請(qǐng)人:日產(chǎn)自動(dòng)車株式會(huì)社