本公開(kāi)涉及使用成組的大氣等離子噴嘴來(lái)制造鋰二次電池電池單元的電極構(gòu)件的方法。用于鋰離子電池單元電極構(gòu)件的活性材料顆粒例如在高效制造步驟中通過(guò)使用兩個(gè)或更多個(gè)大氣等離子槍與較小的金屬元素顆粒共同沉積作為電極構(gòu)件層，以便形成電池電池單元的陽(yáng)極、陰極和隔離體構(gòu)件的組合。使用多個(gè)等離子噴嘴（其以選定的不同等離子能量水平操作）以共同沉積各種電極材料和金屬粘結(jié)劑/導(dǎo)電材料使得能夠制造更薄、更小重量且更具有電化學(xué)效率的鋰離子和鋰硫電池單元構(gòu)件。

背景技術(shù)：

發(fā)現(xiàn)鋰離子電池電池單元組件在機(jī)動(dòng)車(chē)輛中提供原動(dòng)力中的應(yīng)用增加。鋰硫電池單元也是這種應(yīng)用的候選。電池的每個(gè)鋰離子電池單元均能夠基于電池單元中的電極材料的成分和質(zhì)量提供大約3-4伏特的電勢(shì)和直流電。電池單元能夠在多個(gè)循環(huán)中被放電和再充電。通過(guò)以電并聯(lián)和串聯(lián)連接的組合方式結(jié)合適當(dāng)數(shù)量的單個(gè)電池單元來(lái)組裝電池以便滿足特定電動(dòng)馬達(dá)的電壓和電流需求。在用于電動(dòng)車(chē)輛的鋰離子電池應(yīng)用中，組裝的電池可以例如包括高達(dá)三百個(gè)單獨(dú)封裝的電池單元，其被電氣互連以便提供四十到四百伏特和足夠的電功率至電力牽引馬達(dá)以便驅(qū)動(dòng)車(chē)輛。由電池提供的直流可以被轉(zhuǎn)換成交流用于更有效率的馬達(dá)操作。

在這些機(jī)動(dòng)車(chē)輛應(yīng)用中，每個(gè)鋰離子電池單元通常包括負(fù)電極層（在電池單元放電期間是陽(yáng)極）、正電極層（在電池單元放電期間是陰極）、面對(duì)面接觸地插在平行面對(duì)的電極層之間的薄多孔隔離體層以及液態(tài)含鋰電解質(zhì)溶液，該電解質(zhì)溶液填充隔離體的孔并且接觸電極層的面對(duì)的表面以便在反復(fù)的電池單元放電和再充電循環(huán)期間運(yùn)輸鋰離子。每個(gè)電極被制備成包含電極材料層，其通常作為濕混合物被沉積在薄的金屬集流體層上。

例如，已經(jīng)通過(guò)將薄石墨顆粒（其通?；旌嫌袑?dǎo)電碳黑）層和適當(dāng)聚合物粘結(jié)劑沉積到用作負(fù)電極的集流體的薄銅箔的一側(cè)或兩側(cè)上來(lái)形成負(fù)電極材料。正電極也包括結(jié)合到用作正電極的集流體的薄鋁箔的樹(shù)脂結(jié)合的多孔顆粒的鋰-金屬-氧化物成分薄層。因此，通過(guò)使得相應(yīng)粘結(jié)劑和活性顆粒材料的混合物分散到適當(dāng)液體中、將濕混合物作為受控厚度的層沉積到集流體箔的表面上并且將樹(shù)脂結(jié)合的電極顆粒干燥、壓制并固定到其相應(yīng)集流體表面上來(lái)制造相應(yīng)電極。正和負(fù)電極可以被形成在具有適當(dāng)面積和形狀的導(dǎo)電金屬集流體板上并且（如果需要的話）被切割、折疊、卷繞或以其他方式成形以便組裝到具有適當(dāng)?shù)亩嗫赘綦x體和液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子電池單元容器中。不過(guò)這樣加工電極材料的濕混合物需要較長(zhǎng)的制造時(shí)間周期。并且相應(yīng)活性材料層的厚度（其限制了電池單元的電容量）被限制以最小化電極材料干燥期間的殘余應(yīng)力。

電極材料的濕混合物在集流體箔上的制備和沉積現(xiàn)今被看作是耗時(shí)的、電池單元容量受限的并且是昂貴的。已經(jīng)認(rèn)識(shí)到需要一種制造用于鋰離子電池電池單元的電極材料層的更簡(jiǎn)單且更有效的實(shí)踐。

在2013年10月16日提交的名稱為“Making Lithium Secondary Battery Electrodes Using an Atmospheric Plasma（使用大氣等離子制造鋰二次電池電極）”的相關(guān)的共同所有的專利申請(qǐng)PCT（CN 2013）085330中，公開(kāi)了使用大氣等離子以便將電極材料顆粒沉積到電極結(jié)構(gòu)的選定基體表面上并使得沉積的顆粒結(jié)合到電極結(jié)構(gòu)的基體表面的制造鋰二次電池電極結(jié)構(gòu)的方法。當(dāng)電極材料是被用于形成電極的集流體膜的例如鋁或者銅的導(dǎo)電金屬時(shí)，導(dǎo)電金屬的顆粒使用所公開(kāi)的大氣等離子過(guò)程被沉積在選定基體上。并且當(dāng)電極材料是用于活性電極材料的非金屬（例如硅、石墨或者鈦酸鋰）顆粒時(shí)，在使用大氣等離子沉積在電池單元構(gòu)件基體上之前，非金屬材料顆粒優(yōu)選地被涂覆金屬或者與金屬顆?；旌?。

仍存在對(duì)于在制造用于鋰電池的電極構(gòu)件時(shí)使用大氣等離子技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展的需要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

在本發(fā)明的實(shí)踐中，用于鋰二次電池電池單元的電極成分的顆粒和金屬粘結(jié)劑/導(dǎo)電材料的顆粒使用單獨(dú)的（兩個(gè)或更多個(gè)）大氣等離子施加噴嘴或槍被共同沉積在電池單元基體構(gòu)件上。被用于形成且引導(dǎo)選定活性電極材料的固體顆粒的氣體載流的第一大氣等離子噴嘴被操作以加熱和激活顆粒電極材料以便沉積在基體表面上?；w表面可以是例如薄的多孔隔離體層的平坦側(cè)面或面或者金屬集流體箔的表面。單獨(dú)的大氣等離子噴嘴被操作以加熱和激活選定金屬粘結(jié)劑/導(dǎo)電材料的顆粒的氣體載流以便與活性電極材料顆粒流合并共同沉積。在大氣等離子激活的粘結(jié)劑/導(dǎo)電顆粒的情況下，等離子能量被用于形成部分熔化的金屬顆粒流，其可以包括半固態(tài)-半液態(tài)的一些原始金屬顆粒和被轉(zhuǎn)化成液態(tài)液滴的一些原始顆粒。以此方式，部分熔化的金屬顆粒能夠粘附到電極材料顆粒，并且一旦金屬顆粒再次固化，則使得電極材料顆粒結(jié)合到彼此以及結(jié)合到基體的表面。在兩個(gè)（或更多個(gè)）流動(dòng)流中的材料的性質(zhì)被控制并引導(dǎo)以致相應(yīng)顆粒被混合或合并且以預(yù)定厚度的多孔的大體均勻厚度的顆粒層共同沉積成在選定電池單元基體構(gòu)件的預(yù)期表面上。

大氣等離子噴嘴被可動(dòng)地安裝在可動(dòng)工作站處以用于共同形成混合顆粒的電極層。兩個(gè)或更多個(gè)噴嘴的位置和取向可以被控制和改變以將每個(gè)等離子激活的顆粒的流動(dòng)流瞄準(zhǔn)到相同涂覆區(qū)域以便隨著它們單獨(dú)的等離子激活的流被共同沉積在選定基體上而實(shí)現(xiàn)顆?；旌?。形成混合顆粒電極層的規(guī)劃和均勻性（非均勻性）能夠通過(guò)相應(yīng)大氣等離子噴嘴的粉末流動(dòng)速率來(lái)控制。

實(shí)現(xiàn)來(lái)自兩個(gè)或更多個(gè)等離子流的材料的沉積，以致適當(dāng)比例的粘結(jié)劑/導(dǎo)電顆粒被瞬間部分熔化以用于使得多孔層內(nèi)的電極材料彼此結(jié)合并且將多孔電極材料層結(jié)合到基體層的表面。因此結(jié)合的電極材料顆粒的被施加涂層優(yōu)選地特征在于三個(gè)或更多個(gè)活性材料顆粒層，以致累積的電極材料顆粒層形成通過(guò)涂覆層的曲折非筆直的多孔路徑。并且粘結(jié)劑/導(dǎo)電材料也用于提供在多孔電極層內(nèi)和通過(guò)多孔電極層的適當(dāng)導(dǎo)電性。電極層的成分及其多孔性可以在被沉積材料的整個(gè)厚度上是變化的。電極層的多孔性被提供且控制成用于被組裝的電池單元結(jié)構(gòu)中的非水性液態(tài)含鋰離子電解質(zhì)的隨后滲透。

使用單獨(dú)的但被共同引導(dǎo)的大氣等離子流來(lái)沉積鋰電池單元電極材料使得能夠由極其寬泛范圍的適當(dāng)成分形成陽(yáng)極層和陰極層，所述成分能夠接收（嵌入）來(lái)自液態(tài)電解質(zhì)的鋰離子并且將鋰離子釋放（脫嵌）到電解質(zhì)中。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐，活性電極材料的顆粒被制備以具有適當(dāng)?shù)念w粒大小范圍以用于形成包括多個(gè)顆粒層的電極層。例如，電極材料顆?？梢跃哂性趲装偌{米至幾十微米范圍內(nèi)的顆粒大小，且特征顆粒大小優(yōu)選地是在大約一微米至大約五十微米的范圍內(nèi)。并且電極材料的總厚度達(dá)顆粒額定直徑的三倍或更多倍，通常高達(dá)大約二百微米。

用于鋰離子電池單元的陽(yáng)極（或負(fù)電極）的適當(dāng)電極材料的幾個(gè)示例是石墨、硅、具有鋰或錫的硅合金、硅氧化物（SiOx）和鈦酸鋰。陰極（或正電極）材料的示例包括鋰錳氧化物、鋰鎳氧化物、鋰鈷氧化物和其他鋰-金屬-氧化物。這些材料中的一種或多種可以被用于電極層中。適當(dāng)?shù)年?yáng)極材料和陰極材料的更完整列表被呈現(xiàn)在本說(shuō)明書(shū)的下面段落中。

通常，元素金屬以亞微米大小顆粒的形式被應(yīng)用以等離子沉積到活性電極材料的顆粒的表面上。雖然這種元素粘結(jié)劑/導(dǎo)電金屬的顆?？梢砸云渌绞奖煌扛驳诫姌O材料的顆粒上或者與其機(jī)械地混合，不過(guò)在本發(fā)明的實(shí)踐中，優(yōu)選的是電極顆粒和粘結(jié)劑顆粒的單獨(dú)的大氣等離子流被共同引導(dǎo)到電池單元基體表面以便隨著固態(tài)電極材料顆粒和部分液態(tài)金屬顆粒到達(dá)基體表面而使得它們混合。

金屬粘結(jié)劑/導(dǎo)體的成分被選擇以與鋰二次電池的陰極或者陽(yáng)極的電化學(xué)工作電位相容。大體而言，適于作為鋰離子陽(yáng)極電極中的粘結(jié)劑/導(dǎo)體的金屬包括：銅、銀和金（周期表中的IB族）、鎳、鈀和鉑（VIII族）和錫（IV A族）。導(dǎo)電金屬的成分被選擇成且以一定量被使用以便在大氣等離子中部分熔化，并且當(dāng)它們接合電極材料顆粒時(shí)使得其作為多孔層結(jié)合到鋰二次電池單元的集流體箔或者電池單元的多孔隔離體層。一旦被再次固化，則導(dǎo)電金屬提供使得電極材料顆粒在多孔層中彼此結(jié)合并結(jié)合到下層集流體或隔離體基體的結(jié)合部位。導(dǎo)電金屬組分以一定量被使用以便將活性電極材料顆粒牢固地結(jié)合到電池單元構(gòu)件基體作為多孔層，其能夠被在組裝的鋰離子電池單元中使用的液態(tài)電解質(zhì)滲透。進(jìn)一步，導(dǎo)電金屬也為沉積的電極材料層提供導(dǎo)電性。通常，導(dǎo)電金屬顆粒可以以從金屬和活性材料組分的復(fù)合物的總重量中的大約百分之五的重量百分比至大約百分之六十的重量百分比的量被應(yīng)用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐，導(dǎo)電金屬/活性電極材料顆粒成分僅由用于電極的這種在金屬顆粒部位結(jié)合的活性材料構(gòu)成，而沒(méi)有任何液體媒介或有機(jī)粘結(jié)劑材料。

類(lèi)似地，且單獨(dú)地，正電極材料（例如鋰-錳-氧化物、鋰-鎳-氧化物和/或鋰-鈷-氧化物）的顆粒與大氣等離子流中的金屬顆粒接合并混合。適于作為鋰離子陰極電極中的顆粒部位粘結(jié)劑/導(dǎo)體的金屬包括：鋁、銦和鉈（IIIA族）、鈦、鋯和鉿（IVB族）、鎳、鈀和鉑（VIII族）以及銀和金（IB族）。優(yōu)選地，選定金屬的亞微米大小的顆粒與活性正電極材料的顆粒共同被沉積。

在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)踐中，載帶電極材料顆粒的大氣等離子流和包含粘結(jié)劑/導(dǎo)電材料的部分液態(tài)部分固態(tài)顆粒的大氣等離子流被共同引導(dǎo)成對(duì)著以適當(dāng)速度和適當(dāng)方向被控制的運(yùn)動(dòng)基體表面，以便將活性電極材料沉積為粘附于其他未加熱基體的粘結(jié)劑/導(dǎo)電金屬結(jié)合的顆粒的多孔層。在等離子流和鋰電池單元基體構(gòu)件中的任一者或二者可以在沉積活性電極材料和粘結(jié)劑材料期間處于運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，通常優(yōu)選的是固定等離子流的取向并使得（多個(gè)）基體構(gòu)件在等離子流的路徑中運(yùn)動(dòng)。在過(guò)程的許多應(yīng)用中，電極材料層將以一個(gè)或更多個(gè)涂覆步驟被沉積，涂層包括具有高達(dá)大約200微米的總均勻涂層厚度的若干“層”顆粒?；钚噪姌O材料的沉積物的厚度通常取決于被形成的電池單元的預(yù)期發(fā)電能力。

使用在公共聚集區(qū)內(nèi)相交的被共同引導(dǎo)的配合的大氣等離子流將電極材料沉積在電池單元基體構(gòu)件的表面上將增強(qiáng)并簡(jiǎn)化鋰離子電池和鋰硫電池的制造。不同的電池單元化學(xué)物和設(shè)計(jì)能夠并排構(gòu)建，所有均處于一個(gè)工作站內(nèi)而不需要投資新生產(chǎn)線，從而使得改變?nèi)菀浊页杀镜土?。能夠提出用于涂覆和堆疊的幾種替代方案。

例如，多孔顆粒陰極材料涂層可以被沉積在鋁集流體箔上，且之后多孔隔離體層能夠被置于陰極材料涂層上，之后將顆粒陽(yáng)極材料直接涂覆到隔離體的相反表面上。薄的銅集流體層之后可以被沉積在多孔陽(yáng)極材料層上。因此，以等離子沉積的選定序列和機(jī)械放置隔離體層來(lái)制備單個(gè)電池單元。不過(guò)，等離子沉積因此可以被用于節(jié)省重量和成本。陽(yáng)極和陰極的形成的逆向順序也可以被進(jìn)行。使用大氣等離子將集流體沉積在之前沉積的電極層上減少了Al和Cu箔的使用，并且減少了集流體層的重量和成本。低成本、較薄的隔離體現(xiàn)在能夠被用于重量和成本降低，從而進(jìn)一步改進(jìn)能量和功率密度。因此，提出的基于等離子的涂覆和堆疊操作能夠被編程以自動(dòng)化；電池單元制造能夠真正基于使得產(chǎn)品組合的成本更低的需要。

當(dāng)電極材料由電解質(zhì)適當(dāng)接觸時(shí)多孔大氣等離子沉積的電極起作用并且在電池單元循環(huán)期間將鋰轉(zhuǎn)移到每個(gè)電極中和自每個(gè)電極轉(zhuǎn)移。

大體而言，本發(fā)明的大氣等離子沉積實(shí)踐可以在環(huán)境條件下進(jìn)行而不需預(yù)先加熱基體層或被仔細(xì)地供應(yīng)到其相應(yīng)的大氣等離子發(fā)生器的固體顆粒。雖然活性材料顆粒和粘結(jié)劑顆粒二者在高溫大氣等離子中被瞬間加熱，不過(guò)它們通常被沉積到基體材料上而不將基體從環(huán)境溫度加熱到150攝氏度高的溫度。在一些實(shí)踐中，施加的涂層可以通過(guò)冷空氣流或類(lèi)似物被冷卻，以便加強(qiáng)金屬粘結(jié)劑的再次固化或者以其他方式加速加工。

本發(fā)明的其他目標(biāo)和優(yōu)點(diǎn)從本說(shuō)明書(shū)之后部分中的本發(fā)明實(shí)踐的進(jìn)一步描述將變得顯而易見(jiàn)。

附圖說(shuō)明

圖1是鋰離子電池單元的陽(yáng)極、隔離體和陰極元件的放大示意圖，描繪了陽(yáng)極和陰極，每個(gè)均包括載帶根據(jù)本發(fā)明的大氣等離子體沉積過(guò)程形成的被沉積的導(dǎo)電金屬/活性電極材料的多孔層的金屬集流體。

圖2A是示意圖，描繪了逐步且同時(shí)地將定尺寸的活性電極材料粉末和較小金屬粘結(jié)劑顆粒施加到預(yù)定形狀的一系列集流體基體的方法，所述集流體基體以有組織的多行方式被載帶在移動(dòng)式平坦輸送帶工作表面上。第一大氣等離子噴嘴（或者槍）被供應(yīng)有活性電極材料粉末并且將在適當(dāng)?shù)母吣艿入x子流中被激活的粉末的氣體流引導(dǎo)到輸送帶上的選定集流體基體的表面。第二大氣等離子噴嘴被供應(yīng)有粘結(jié)劑金屬粉末并且將適當(dāng)充能的大氣等離子流引導(dǎo)到集流體的表面上的相同位置。兩個(gè)大氣等離子流被充能、引導(dǎo)并聚集，以使得較小的金屬顆粒至少部分熔化并且接合并涂覆活性電極材料的顆粒以便將活性電極材料的顆粒結(jié)合到在集流體膜的上表面上的均勻電極層內(nèi)。

圖2B是使用選定粘結(jié)劑金屬的較小的部分熔化的顆粒借助于圖2A所示的過(guò)程涂覆的電極材料的單個(gè)顆粒的理想化示意圖。

圖2C是通過(guò)圖2A的過(guò)程沉積在金屬集流體膜的表面上的金屬顆粒涂覆的活性電極材料顆粒層（三個(gè)顆粒厚）的理想化示意圖。

類(lèi)似的實(shí)踐可以用于將一層或多層粘結(jié)劑金屬/活性電極材料施加到多孔隔離體層。

圖3是用于使用多個(gè)大氣等離子噴嘴將陽(yáng)極材料沉積到第一輸送帶上的銅集流體層上且將陰極材料沉積到第二輸送帶上的鋁集流體層上的制造設(shè)置的示意圖。這兩個(gè)電極制備輸送器被放置在一起以用于在制造鋰離子電池單元構(gòu)件時(shí)在多孔隔離體的相反側(cè)上組裝陽(yáng)極和陰極。從工作區(qū)域移除位于第三輸送器上的組裝的電池單元構(gòu)件。這個(gè)圖示出了在制造代表性的鋰離子電池單元結(jié)構(gòu)時(shí)使用若干對(duì)大氣等離子槍的方法。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的實(shí)踐利用成組的大氣等離子噴嘴或槍將用于鋰離子電池單元（或用于鋰硫電池單元）的活性材料的顆粒沉積到電池單元構(gòu)件基體上，例如被制備的集流體箔，或者之前被等離子沉積的集流體層，以及隔離體。優(yōu)選地，活性電池單元材料的顆粒通過(guò)使用大氣等離子槍被沉積，該槍被操作以隨著電池單元材料被載帶在空氣、氮?dú)饣蚱渌m當(dāng)氣體流中而適當(dāng)?shù)丶訜峄蚣せ铍姵貑卧牧?。并且氣體流載帶的粘結(jié)劑/導(dǎo)電金屬顆粒使用單獨(dú)的大氣等離子槍與電極材料共同沉積，該槍被操作成加熱并部分熔化金屬顆粒。大氣等離子設(shè)備不包括真空室或者被加壓到高于大氣壓力的室。兩個(gè)等離子槍的流率和操作被管理以獲得在金屬顆粒和活性材料顆粒之間的適當(dāng)粘附以及金屬顆粒和活性材料顆粒的沉積層與基體表面的適當(dāng)粘附。金屬組分也用于提供電極層內(nèi)的導(dǎo)電性。這在不導(dǎo)致對(duì)活性材料的熱損壞的情況下被實(shí)現(xiàn)，以便在電極操作中維持鋰的預(yù)期容量。因此，等離子流被管理以獲得在電極的顆粒之間的所需結(jié)合和粘附并且獲得預(yù)期的電極性能。

在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，有用的是通過(guò)使用大氣等離子槍來(lái)加熱并沉淀例如鋁或銅的薄層形成在結(jié)合的活性材料層上的集流體層（通常恰好是薄金屬層）。

活性鋰離子電池單元材料是在電池單元放電和再充電循環(huán)中接受或嵌入鋰離子或者釋放或放棄鋰離子的元素或化合物。

在用于制造鋰離子電池電極的分層陽(yáng)極結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，在利用選定粘結(jié)劑金屬顆粒的大氣等離子沉積過(guò)程中使用的活性材料顆粒可以例如包括以下項(xiàng)：

包括Si、Sn、Sb、Ge和Pb的金屬；

金屬合金和/或金屬間化合物，包括Co_xCu_6-xSn₅（0≤x≤2）、FeSn₂、Co₃Sn₂、CoSn、CoSn₂、Ni₃Sn₂、Ni₃Sn₄、Mg₂Sn、SnM_x（M=Sb、Cd、Ni、Mo、Fe）、MSi₂（M=Fe、Co、Ca、Ni）、Cu₂Sb、CoSb₂、FeSb₂、Zn₄Sb₃、CoSb₃、CoFe₃Sb₁₂、InSb；

金屬氧化物，包括SnO_x、SiO_x、PbO_x、GeO_x、CoO_x、NiO_x、CuO_x、FeO_x、PdO_x、CrO_x、MO_x、WO_x和NbO_x，以及另外地包括CaSnO₃和Al₂（MoO₄）₃；

鋰-金屬氧化物，包括LiTi₅O₁₂、LiTi₂O₄和LiTi₂（PO₄）₃；

金屬硫化物，包括TiS₂和MoS₂；

金屬氮化物，包括Sn₃N₄、Ge₃N₄、Zn₃N₂、M₃N（M=Fe、Co、Cu、Ni）、CrN、VN、Cr_xFe_1-xN、Li₃FeN₂、Li_3-xM_xN（M=Co、Ni、Fe、Cu）和Li₇MnN₄）；

金屬磷化物，包括（VP₂、ZnP₂、CoP₃、MnP₄、CrP、Sn₄P₃、Ni₂P，

碳，包括石墨、中間相碳微球石墨（MCMB）、硬碳、軟碳、活性碳、無(wú)定形碳；以及

導(dǎo)電聚合物，包括聚吡咯和聚苯胺。

在用于制造分層陰極結(jié)構(gòu)的應(yīng)用中，在利用選定粘結(jié)劑金屬顆粒的大氣等離子沉積過(guò)程中使用的活性材料顆?？梢园ㄒ韵马?xiàng)：

金屬氧化物，包括VO_x、MoO_x、TiNb（PO₄）₃；

鋰金屬氧化物，包括Li_xMO₂（M=Co、Ni、Mn、Cr、V）、Li_xM₂O₄（M=Co、Ni、Mn、Cr、V）、LiCo_1-xNi_xO₂、LiMn_2-xM_xO₄（M=Co、Ni、Fe、Cu、Cr、V）、LiNiVO₄、LiCo_xMn_yNi_1-x-yO₂、LiFePO₄、Li₃V₂（PO₄）₃、Li₃FeV（PO₄）₃、LiFeNb（PO₄）₃、Li₂FeNb（PO₄）₃；以及

金屬硫化物，包括NiS、Ag₄Hf₃S₈、CuS、FeS和FeS₂。

將描述示意性鋰離子電池單元，其中電極構(gòu)件能夠使用本發(fā)明的實(shí)踐被制備。

圖1是鋰離子電化學(xué)電池單元的三個(gè)固體構(gòu)件的間隔開(kāi)的組件10的放大示意圖。這三個(gè)固體構(gòu)件在這個(gè)圖示中間隔開(kāi)以便更好地示出其結(jié)構(gòu)。圖示不包括電解質(zhì)溶液，將在本說(shuō)明書(shū)中的下文中更具體地描述電解質(zhì)溶液的成分和功能。本發(fā)明的實(shí)踐通常被用于制造鋰離子電池單元的電極構(gòu)件（當(dāng)其以相對(duì)薄的分層結(jié)構(gòu)的形式被使用時(shí)）。

在圖1中，負(fù)電極包括相對(duì)薄的導(dǎo)電金屬箔集流體12。在許多鋰離子電池單元中，負(fù)電極集流體12適當(dāng)?shù)赜杀〉你~或不銹鋼層形成。金屬箔集流體的厚度適當(dāng)?shù)靥幱诖蠹s五至二十五微米范圍內(nèi)。集流體12具有所需二維平面圖形狀以用于與電池單元的其他固體構(gòu)件組裝。集流體12被示為在其主要表面上是矩形的，并且進(jìn)一步提供連接片12'以用于與成組鋰離子電池單元中的其他電極連接以便提供所需電勢(shì)或電流量。

在負(fù)電極集流體12上沉積負(fù)電極材料14的薄的多孔層。如圖1所示，負(fù)電極材料14的層通常在形狀和面積上與其集流體12的主要表面是同延的。電極材料具有足夠的孔隙度以便被液態(tài)含鋰離子電解質(zhì)滲透。矩形的負(fù)電極材料層的厚度可以高達(dá)大約二百微米以便為負(fù)電極提供所需電流和功率容量。如將進(jìn)一步描述的，負(fù)電極材料可以被逐層施加，使得負(fù)電極材料14的最終塊層的一個(gè)大的面被粘結(jié)到集流體12的主要面并且負(fù)電極材料層14的另一個(gè)大的面從其集流體12面向外。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐，負(fù)電極材料（或者在電池單元放電期間的陽(yáng)極）通過(guò)使用大氣等離子沉積方法、通過(guò)使用兩個(gè)或更多個(gè)等離子槍將單獨(dú)的等離子流中的陽(yáng)極材料的被激活顆粒和被激活金屬顆粒作為混合顆粒沉積在金屬集流體箔基體上而被形成。在本說(shuō)明書(shū)下文中提出了用于制備金屬顆粒和陽(yáng)極材料層的方法。

示出正電極，其包括（通常由鋁或不銹鋼形成的）正集流體箔16和正電極材料18的同延的疊覆的多孔沉積物。正集流體箔16也具有連接片16'以用于與可以在鋰離子電池組裝時(shí)被封裝在一起的其他電池單元中的其他電極電連接。正集流體箔16及其多孔正電極材料18的涂層通常以與相關(guān)聯(lián)的負(fù)電極的尺寸互補(bǔ)的大小和形狀被形成。在圖1的圖示中，兩個(gè)電極在其形狀上是類(lèi)似的（但是它們不必要是相同的）并且負(fù)電極材料14的主要外表面面向正電極材料18的主要外表面地組裝在鋰離子電池單元中。在生產(chǎn)鋰離子電池單元的預(yù)期電化學(xué)容量時(shí)，矩形正集流體箔16和矩形的正電極材料18的層的厚度通常被確定為補(bǔ)充負(fù)電極材料14。集流體箔的厚度通常處于大約5至25微米的范圍內(nèi)。并且由這種干燥大氣等離子過(guò)程形成的電極材料的厚度高達(dá)大約200微米。同樣，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)踐，正電極材料（或者在電池單元放電期間的陰極）通過(guò)大氣等離子沉積方法、使用兩個(gè)或更多個(gè)等離子槍將單獨(dú)的等離子流中的陰極材料的被激活顆粒和被激活金屬顆粒作為混合顆粒沉積在金屬集流體箔基體上而形成。在本說(shuō)明書(shū)下文中提出了用于制備金屬顆粒和陰極材料層的方法。

薄的多孔隔離體層20被插在負(fù)電極材料層14的主要外面和正電極材料層18的主要外面之間。在許多電池構(gòu)造中，隔離體材料是聚烯烴（例如聚乙烯或者聚丙烯）的多孔層。通常，熱塑性材料包括PE或者PP的相互粘結(jié)的隨機(jī)取向的纖維。隔離體的纖維表面可以被涂覆有氧化鋁顆?；蛘咂渌^緣材料，以便增強(qiáng)隔離體的電阻，同時(shí)保持隔離體層的孔隙度以便被液態(tài)電解質(zhì)滲透并在電池單元電極之間傳輸鋰離子。隔離體層20被用于防止負(fù)和正電極材料層14、18之間的直接電接觸，并且形狀和大小被形成為用于這個(gè)功能。在電池單元組裝時(shí)，電極材料層14、18的對(duì)置主要外面被壓抵于隔離體膜20的主要面積的面。液態(tài)電解質(zhì)被注入到隔離體膜20和電極材料層14、18的孔中。

用于鋰離子電池單元的電解質(zhì)通常是溶解在一種或多種有機(jī)液態(tài)溶劑中的鋰鹽。鹽的示例包括六氟磷酸鋰（LiPF₆）、四氟硼酸鋰（LiBF₄）、高氯酸鋰（LiClO₄）、六氟砷酸鋰（LiAsF₆）和三氟乙烷磺酰亞胺鋰。可用于溶解電解質(zhì)鹽的溶劑的一些示例包括碳酸亞乙酯、碳酸二甲酯、碳酸甲乙酯、碳酸亞丙酯。還有其它可使用的鋰鹽以及其它溶劑。不過(guò)選擇鋰鹽和液態(tài)溶劑的組合來(lái)在電池單元的操作中提供適當(dāng)?shù)匿囯x子的流動(dòng)性和傳輸。電解質(zhì)被小心地分散到電極元件的緊密間隔的層和隔離體層中和其間。電解質(zhì)在圖形中沒(méi)有被示出，因?yàn)殡y以在緊密壓緊的電極層之間示出。

圖2A是示意圖，其描繪了逐步且同時(shí)地將定尺寸的活性電極材料粉末和較小金屬粘結(jié)劑顆粒施加到許多之前形成的預(yù)定形狀的集流體箔基體34的設(shè)備30和方法，所述集流體箔基體34被載帶在輸送器框架33內(nèi)的移動(dòng)式平坦輸送帶32工作表面（其在圖中從左向右運(yùn)動(dòng)）。在圖2A的示例中，集流體基體34是相似的并且可以例如由大約十微米厚的銅箔構(gòu)成以用作陽(yáng)極集流體。每個(gè)銅箔陽(yáng)極集流體34具有一體式片34'以用于與成組電池單元中的其他電極電連接。每個(gè)均具有暴露表面的銅箔集流體基體34以有組織的圖案被置于輸送帶32上，以便使用第一大氣等離子噴嘴36將陽(yáng)極材料顆粒和使用第二大氣等離子噴嘴56將元素粘結(jié)劑/導(dǎo)電金屬的顆粒涂覆在該表面上。

第一大氣等離子噴嘴（或者槍）36包括上游繞流室38（以部分剖切圖示被示出）以用于引入并引導(dǎo)適當(dāng)工作氣體的流動(dòng)流，工作氣體例如是空氣、氮?dú)饣蛘咧T如氦氣或氬氣的惰性氣體。在該實(shí)施例中，這個(gè)示出的初始流室38向內(nèi)漸縮成較小的繞流室40。電極材料42的顆粒通過(guò)供應(yīng)管44、46被傳輸（管44被示為部分剖切以便示出電極顆粒42的輸送）并且被適當(dāng)?shù)匾氲绞?0內(nèi)的工作氣流中并且之后被載入等離子噴嘴48中，在該噴嘴48中空氣（或其他工作氣體）被轉(zhuǎn)換成在大氣壓力下的等離子流50。隨著顆粒42進(jìn)入室40內(nèi)的氣流，它們分散并混合于其中并且由其載帶。隨著流流動(dòng)通過(guò)下游等離子發(fā)生器噴嘴48，活性陽(yáng)極材料顆粒42被形成的等離子加熱成處于沉積溫度的等離子流50。對(duì)活性陽(yáng)極材料顆粒的瞬間熱沖擊可以是高達(dá)大約3500°C的溫度?；钚噪姌O材料粉末的顆粒42因此在適當(dāng)?shù)母吣艿入x子流中被激活并且被引導(dǎo)到輸送帶32上的選定集流體基體34的上表面。

第二大氣等離子噴嘴56被供應(yīng)有粘結(jié)劑金屬的小顆粒并且將適當(dāng)充能的大氣等離子流引導(dǎo)到集流體34的表面上的相同部位。第二大氣等離子噴嘴56包括上游繞流室58（以部分剖切圖示被示出）以用于引入并引導(dǎo)適當(dāng)工作氣體的流動(dòng)流，工作氣體例如是空氣、氮?dú)饣蛘咧T如氦氣或氬氣的惰性氣體。同樣，這個(gè)示出的初始流室58向內(nèi)漸縮成較小的繞流室60。粘結(jié)劑/導(dǎo)電金屬62的顆粒通過(guò)供應(yīng)管65、66被傳輸并且被適當(dāng)?shù)匾胧?0內(nèi)的工作氣流中并且之后被載入等離子噴嘴68中，在該噴嘴68中空氣（或其他工作氣體）被轉(zhuǎn)換成在大氣壓力下的等離子流69。隨著金屬顆粒62進(jìn)入氣流，它們分散并混合于其中并且由其載帶。隨著流流動(dòng)通過(guò)下游等離子發(fā)生器噴嘴68，金屬顆粒62被形成的等離子加熱成等離子流69達(dá)到沉積溫度。金屬顆粒62因此在適當(dāng)?shù)母吣艿入x子流69中被激活并且也被引導(dǎo)到輸送帶32上的選定集流體基體34的相同上表面。在金屬顆粒62的等離子流69中充能或激活金屬顆粒62可以不同于（有時(shí)是更低的激活水平）在其單獨(dú)的等離子流中激活陽(yáng)極顆粒（或者其他非金屬電極顆粒）。

這兩個(gè)大氣等離子流被充能、引導(dǎo)并聚集到聚集區(qū)域中，以致較小的金屬顆粒62至少部分熔化并且接合、混合于并涂覆活性陽(yáng)極材料42的顆粒以便將活性陽(yáng)極材料42的顆粒均勻電極層結(jié)合到集流體膜的上表面上。這兩個(gè)大氣等離子流的聚集區(qū)域被圈出、示為且指示為區(qū)2B，由該區(qū)2B得到了圖2B的復(fù)合顆粒64的圖示。

圖2B是使用選定粘結(jié)劑金屬的較小的瞬間部分熔化的顆粒62涂覆的陽(yáng)極材料（或其他電極材料）的單個(gè)顆粒42的復(fù)合物64的理想化示意圖。在本發(fā)明的實(shí)施例中，陽(yáng)極顆粒42和金屬顆粒62的復(fù)合物64是被形成在基體表面上的共同沉積的電極材料的代表性示意圖，該基體表面例如是集流體表面或隔離體表面。

圖2C是在金屬集流體膜34的表面上的金屬顆粒涂覆的活性電極材料顆粒的復(fù)合物64的層70（三個(gè)顆粒厚）的理想化示意圖。圖2C是被特征化為理想化的，因?yàn)榛钚噪姌O材料42的顆粒在等離子沉積過(guò)程中在顆粒層中是更加隨機(jī)地分布。大體而言，集流體34而不是連接片34'的主要表面區(qū)域被涂覆有電極顆粒42和金屬顆粒62的復(fù)合物64。

在圖2A中描繪的等離子噴嘴36、56被支持并且被定位且成角度以逐步且順序地將其相應(yīng)顆粒材料沉積在被置于移動(dòng)式輸送器32上的若干個(gè)集流體箔34上。等離子設(shè)備的噴嘴的大小可以被制成提供預(yù)定等離子噴涂面積或者圖案。并且一個(gè)以上的噴嘴可以被用于要被沉積的顆粒的所需等離子噴涂圖案。等離子噴嘴36、56 可以被載帶在機(jī)器人臂或其他支撐機(jī)構(gòu)上并且相應(yīng)等離子生成的控制和機(jī)器人臂的運(yùn)動(dòng)在編程的計(jì)算機(jī)的控制下進(jìn)行管理。在許多實(shí)施例中，優(yōu)選的是確定并固定等離子噴涂噴嘴的位置并且相對(duì)于噴嘴移動(dòng)要被涂覆的基體。

用于這種應(yīng)用的這些等離子噴嘴在商業(yè)上可獲得并且可以被載帶在且使用于在多向計(jì)算機(jī)控制下的機(jī)器人臂上，以涂覆用于鋰離子電池單元模塊的每個(gè)平面基體的表面。會(huì)需要多個(gè)噴嘴并將其以每單位時(shí)間涂覆面積方面實(shí)現(xiàn)高涂覆速度的方式設(shè)置。

等離子噴嘴通常具有金屬管狀外殼，其提供適當(dāng)長(zhǎng)度的流動(dòng)路徑以便接收工作氣體和電極材料（或金屬粘結(jié)劑/導(dǎo)電顆粒）的分散顆粒的流動(dòng)并且用于使得能夠在管狀外殼的流動(dòng)路徑內(nèi)建立的電磁場(chǎng)內(nèi)形成等離子流。管狀外殼終止于圓錐形漸縮的出口，其被成形為將成形的等離子流引向要被涂覆的預(yù)期基體。電絕緣陶瓷管通常被插入到管狀外殼的入口處，使得其沿流動(dòng)通路的一部分延伸。例如空氣的工作氣體和載帶分散的涂覆金屬顆粒的電極材料的顆粒的流被引入到噴嘴入口內(nèi)?？諝?顆?；旌衔锪鲃?dòng)可以通過(guò)使用具有流動(dòng)開(kāi)口的渦流件（其也被插在噴嘴的入口端附近）而在其流動(dòng)路徑內(nèi)產(chǎn)生紊亂渦旋。線形（針狀）電極在流動(dòng)管的上游端處沿噴嘴的流動(dòng)軸線被置于陶瓷管部位處。在等離子體生成期間，電極被合適的發(fā)電機(jī)以0.1赫茲至千兆赫茲的范圍內(nèi)的頻率供電且達(dá)幾千伏特的適當(dāng)電位。例如電暈放電、無(wú)線電波和微波源等的等離子生成技術(shù)可以被使用。等離子噴嘴金屬外殼被接地。因此，能夠在軸向針電極和外殼之間產(chǎn)生放電。不使用真空室。

當(dāng)發(fā)電機(jī)電壓被施加時(shí)，施加電壓的頻率和陶瓷管的介電性能在流入口和電極處產(chǎn)生電暈放電。由于電暈放電，形成從電極尖端到外殼的電弧放電。該電弧放電由空氣/顆粒電極材料流的湍流載帶到噴嘴的出口。在相對(duì)低溫下形成空氣和電極材料混合物的反應(yīng)等離子。在等離子容器的出口處的銅噴嘴被成形為在適當(dāng)限制的路徑中將等離子流引導(dǎo)到鋰離子電池單元元件的基體的表面上。等離子的能量可以針對(duì)要被施加的材料被確定和管理。在本發(fā)明的許多實(shí)施例中，被用于供應(yīng)和引導(dǎo)電極材料顆粒的大氣等離子的能量將高于用于供應(yīng)和引導(dǎo)被用于沉積集流體層的金屬粘結(jié)劑/導(dǎo)電顆?；蚪饘兕w粒的大氣等離子。

在圖2A-2C示出的示例中，使用一對(duì)大氣等離子噴嘴或槍36、56，結(jié)合金屬顆粒的顆粒電極材料的復(fù)合物64被沉積在之前形成的集流體34上。使用多個(gè)等離子發(fā)生器的許多其他的實(shí)踐可以被用于形成鋰離子電池單元構(gòu)件。

圖3是制造設(shè)置80的示意圖，制造設(shè)置80用于使用單獨(dú)的輸送線用于（i）在銅或不銹鋼集流體上單獨(dú)地制備陽(yáng)極材料層，（ii）在鋁或不銹鋼集流體上的陰極材料層，以及（iii）在多孔隔離體構(gòu)件的相反側(cè)上組裝陽(yáng)極和陰極。

在該示例中，參考圖3的制造設(shè)置80，輸送系統(tǒng)82（在圖中從左向右運(yùn)動(dòng)）載帶成組的被相同預(yù)成形的銅集流體箔84，其以均勻間隔開(kāi)的橫向行被設(shè)置在輸送帶86上。多對(duì)大氣等離子噴嘴88被可移動(dòng)地支撐在豎直結(jié)構(gòu)90的橫桿89上，并且被（圖3中未示出的裝置）控制和供電以便在銅集流體箔84上共同沉積復(fù)合陽(yáng)極材料92。為了簡(jiǎn)化圖3的圖示，由等離子噴嘴88的每個(gè)圖像代表一對(duì)大氣等離子噴嘴，一個(gè)用于沉積活性陽(yáng)極材料的顆粒以及一個(gè)用于沉積粘結(jié)劑顆粒/導(dǎo)電金屬顆粒。因此，在此示例中，八對(duì)大氣等離子噴嘴88被用于將作為復(fù)合陽(yáng)極材料92的陽(yáng)極材料顆粒的等離子流和粘結(jié)劑金屬顆粒的單獨(dú)流同時(shí)地施加到每行四個(gè)銅箔84的兩行。成對(duì)大氣等離子噴嘴88在豎直支撐結(jié)構(gòu)90的橫桿89上橫向可動(dòng)，從而與帶86的受控前進(jìn)速率互補(bǔ)。相應(yīng)的等離子噴嘴的能量水平被（計(jì)算機(jī)控制器，未示出）控制并且噴嘴的運(yùn)動(dòng)被控制成在銅集流體箔84上施加復(fù)合陽(yáng)極材料92的相同的均勻涂層。

類(lèi)似的具有輸送帶95（在圖3中從右向左運(yùn)動(dòng)）的輸送系統(tǒng)94被用于將復(fù)合陰極材料98沉積在鋁集流體箔96上。輸送系統(tǒng)94載帶一組相同的預(yù)成形鋁集流體箔96，其以均勻間隔開(kāi)的橫向行被設(shè)置在輸送系統(tǒng)94的輸送帶95上。多對(duì)大氣等離子噴嘴100被可移動(dòng)地支撐在豎直支撐結(jié)構(gòu)102上，并且被（圖3中未示出的裝置）控制和供電以便在鋁集流體箔96上共同沉積復(fù)合陰極材料98。同樣，在此示例中，八對(duì)大氣等離子噴嘴100被用于將作為復(fù)合陰極材料98的陰極材料顆粒的等離子流和粘結(jié)劑金屬顆粒的單獨(dú)流同時(shí)地施加到每行四個(gè)鋁箔96的兩行。成對(duì)大氣等離子噴嘴100在豎直支撐結(jié)構(gòu)102上橫向可動(dòng)（相對(duì)于帶系統(tǒng)94的受控前進(jìn)速率）。同樣，相應(yīng)的等離子噴嘴100的能量水平被（計(jì)算機(jī)控制器，未示出）控制并且噴嘴的運(yùn)動(dòng)被控制成在鋁集流體箔96上施加復(fù)合陰極材料98的相同的均勻涂層。

在其相應(yīng)輸送系統(tǒng)82、94上的陽(yáng)極材料84、92（現(xiàn)在是陽(yáng)極104）和陰極材料96、98（現(xiàn)在是陰極106）的流動(dòng)被帶到一起以便在制造鋰離子電池單元構(gòu)件時(shí)將成組的陽(yáng)極104（在這個(gè)圖示中是八個(gè)）和成組的陰極106（在這個(gè)圖示中是八個(gè)）組裝在多孔隔離體108的相反側(cè)上。

具有輸送帶112的輸送系統(tǒng)110被用于支撐和移除在隔離體108的相反側(cè)上的陽(yáng)極104和陰極106的組件以便形成鋰離子電池單元120（成組的電池單元120以四個(gè)構(gòu)成的行被設(shè)置在從輸送系統(tǒng)110的后部向前部運(yùn)動(dòng)的輸送帶112上）。

載帶八爪提升機(jī)構(gòu)115的計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人114從帶86提起八個(gè)陽(yáng)極104并將它們以每行四個(gè)陽(yáng)極的兩行放置在帶112的后向端處（如圖3所示）。載帶八爪提升機(jī)構(gòu)117的計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人116從隔離體堆提起八個(gè)隔離體108并將隔離體108放置在剛被置于帶112上的八個(gè)陽(yáng)極104的頂部上。并且，之后，載帶八爪提升機(jī)構(gòu)119的計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器人118從帶97提起八個(gè)陰極106并將陰極放置在帶112上的八個(gè)隔離體的上面上。陽(yáng)極104、隔離體108和陰極106的每個(gè)堆疊構(gòu)成電池單元的干元件的鋰電池單元120組件。會(huì)需要合適的夾持或保持構(gòu)件或裝置（圖形中未示出）以將電池單元構(gòu)件的每個(gè)組件暫時(shí)保持在一起直到它們準(zhǔn)備放置在袋或其他電池單元容器內(nèi)。隨著這種制造和組裝方法進(jìn)展，成行的被組裝的電池單元在輸送帶112上移動(dòng)到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)110的前端以移走重新定位從而用于進(jìn)一步的電池單元組裝。例如，一組預(yù)定數(shù)量的這種電池單元可以在集流體構(gòu)件的適當(dāng)連接的情況下被放在一起且被置于袋或其他容器內(nèi)以被液態(tài)電解質(zhì)滲透。

因此，在用于組裝成鋰離子電池單元和鋰硫電池單元的薄電極構(gòu)件的高效且低成本的制造中，成組的適當(dāng)支撐、充能且定向的大氣等離子裝置可以與適當(dāng)?shù)墓ぜ?、保持和移?dòng)設(shè)備相結(jié)合使用。等離子裝置可以被用于將電極和金屬粘結(jié)劑材料沉積到隔離體表面上或預(yù)成形集流體基體的表面上。集流體基體可以使用等離子裝置被形成。除了向單個(gè)的預(yù)制大小的電池單元基體構(gòu)件施加電極材料之外，成組等離子噴嘴還可以被用于在卷對(duì)卷操作中高吞吐量地涂覆電極材料，之后將卷切割或切開(kāi)成單個(gè)的定尺寸的電極以組裝成電池單元。

下文是對(duì)使用多個(gè)大氣等離子噴嘴制造鋰離子電池單元的另一制造實(shí)踐的描述。在此實(shí)施例中，制造操作開(kāi)始于被設(shè)置在適當(dāng)支撐表面（例如輸送帶）上的成組的薄的多孔隔離體，其具有兩個(gè)主要側(cè)面。隔離體被放置成使得它們一主要側(cè)面平放且另一側(cè)面向上。并且它們被設(shè)置成且必要的話被移動(dòng)以便被一系列大氣等離子沉積設(shè)備接近。

在第一系列涂覆步驟中，薄的多孔隔離體層的上表面通過(guò)使用成對(duì)的大氣等離子設(shè)備利用陽(yáng)極材料和粘結(jié)劑金屬顆粒的組合均勻且基本同延地涂覆?？赡鼙匾氖窍鄬?duì)于等離子沉積設(shè)備移動(dòng)隔離體表面以便獲得在隔離體表面的區(qū)域上的均勻涂層。大氣等離子涂層沉積不會(huì)達(dá)到過(guò)熱以致?lián)p壞聚合物隔離體（如果其是選定的隔離體材料的話），不過(guò)施加的復(fù)合陽(yáng)極材料粘附于隔離體的表面。涂覆有陽(yáng)極材料的隔離體之后可以被移動(dòng)到另一大氣等離子噴嘴以便在之前沉積的陽(yáng)極材料的表面上沉積適當(dāng)集流體金屬的薄層，例如銅膜。

被復(fù)合的陽(yáng)極材料和集流體層涂覆的隔離體如果必要的話被翻轉(zhuǎn)并且之后被移動(dòng)到另一組等離子噴嘴。隔離體的未涂覆側(cè)面用陰極材料和粘結(jié)劑金屬顆粒涂覆。隔離體可以被再次移動(dòng)并且鋁集流體層被大氣等離子沉積在結(jié)合有金屬顆粒的陰極材料層的暴露表面上。因此被制備的電池單元部件準(zhǔn)備用于堆疊，在鋰離子電池模塊中陽(yáng)極面對(duì)著陽(yáng)極面且陰極面對(duì)著陰極面。

在另一實(shí)施例中，制造操作開(kāi)始于被適當(dāng)定位且對(duì)齊的成組的薄的多孔隔離體。例如，隔離體可以被豎直對(duì)齊且間隔開(kāi)以便被成組的等離子槍或噴嘴接近。復(fù)合的陽(yáng)極材料和復(fù)合的陰極材料使用被適當(dāng)設(shè)計(jì)的等離子設(shè)備被同時(shí)施加到隔離體的相反側(cè)面。在將金屬顆粒-電極材料復(fù)合物同時(shí)沉積到相反的隔離體表面這一節(jié)省時(shí)間的步驟之后，可以同時(shí)施加相應(yīng)的集流體層。涂覆有電極-材料的隔離體之后可以被移動(dòng)到另一組大氣等離子噴嘴，以致銅集流體層和鋁集流體層能夠被大氣等離子分別沉積到結(jié)合金屬顆粒的陽(yáng)極和陰極材料層的相反暴露表面上。

因此，已經(jīng)提供了使用成組大氣等離子施加噴嘴或裝置的方法來(lái)形成鋰離子電池單元中用于工作電極和參考電極的分層的電極材料和集流體。等離子方法使得能夠形成高達(dá)大約200微米厚度的工作材料層以便增加電極容量。并且，該過(guò)程避免使用無(wú)關(guān)的聚合物粘結(jié)劑并且不需要將電極材料濕過(guò)程施加到其集流體基體。

意識(shí)到使用大氣等離子也可以用于形成鋰化硅硫二次電池的陽(yáng)極材料。鋰化硅硫電池單元通常包括鋰化硅基陽(yáng)極、鋰聚硫電解質(zhì)、多孔隔離體層和硫基陰極。在形成陽(yáng)極層時(shí)，高達(dá)大約200微米厚的金屬粘結(jié)劑顆粒和硅基材料（例如包括硅、硅合金和硅-石墨復(fù)合材料）的復(fù)合層被沉積在金屬集流體上。大氣等離子沉積過(guò)程（例如針對(duì)制備鋰離子電池單元的分層電極構(gòu)件時(shí)所述的那些）可以被用于制造鋰化硅硫電池單元的類(lèi)似電極結(jié)構(gòu)。

已經(jīng)被提供用于示出本發(fā)明實(shí)踐的示例不試圖作為這些實(shí)踐的范圍的限制。