CN112074975A - 用于形成电池电极的可印刷锂组合物 - Google Patents

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M·雅科夫列娃
K·B·菲奇
W·A·小格里特尔
J·夏
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FMC Lithium USA Corp
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Abstract

本申请提供在基材上沉积锂以形成电极的方法。所述方法包括在基材上施加可印刷锂组合物，其包含锂金属粉末、与所述锂金属粉末相容的聚合物粘合剂、与所述锂金属粉末相容的流变改性剂以及与所述锂金属粉末且与所述聚合物粘合剂相容的溶剂。

Description

用于形成电池电极的可印刷锂组合物
相关应用
以下申请要求2019年3月20日提交的美国非临时性No.16/359,707、2019年3月20日提交的美国非临时性No.16/359,725、2019年3月20日提交的美国非临时性No.16/359,733、2018年3月22日提交的美国临时62/646,521和2018年6月29日提交的美国临时62/691,819的优先权，其公开内容在此整体并入作为参考。
技术领域
本发明涉及一种适于形成电极的可印刷锂组合物，其中所述电极适用于包括电池和电容器在内的多种能量存储装置。
背景技术
锂和锂离子二次电池或可再充电电池已用于某些应用中，例如在手机、便携式摄像机和笔记本电脑中，甚至在最近的更大功率应用中，例如在电动汽车和混合电动汽车中。在这些应用中，优选的是，二次电池具有尽可能高的比容量，但仍提供安全的操作条件和良好的可循环性，从而在随后的充电和放电循环中保持高的比容量。
尽管二次电池有多种构造，但是每种构造包括正极(或阴极)、负极(或阳极)、将正极和负极分开的隔膜、与正极和负极以电化学连通的电解质。对于二次锂电池，当二次电池放电时，即用于其具体应用时，锂离子通过电解质从负极转移到正极。在放电过程中，电子从负极收集并通过外部电路传递到正极。当二次电池充电或再充电时，锂离子通过电解质从正极转移到负极。
历史上，二次锂电池使用具有高比容量的非锂化的化合物作为正极活性物质生产，其中所述非锂化的化合物例如TiS2、MoS2、MnO2和V2O5。这些正极活性材料与锂金属负极耦合。当二次电池放电时，锂离子通过电解质从锂金属负极转移到正极。不幸的是，在循环时，锂金属会形成树晶，最终导致电池中的不安全状况。结果，在1990年代初停止了这类二次电池的生产，转为锂离子电池。
锂离子电池通常使用锂金属氧化物，例如LiCoO2和LiNiO2作为正极活性材料，并与活性负极材料，例如碳基材料耦合。认识到基于氧化硅、硅颗粒等的其他负极类型。在使用基于碳的负极系统的电池中，基本上避免了在负极上形成锂枝晶，从而使电池更安全。然而，其量决定电池容量的锂完全由正极供应。这限制了正极活性材料的选择，这是因为所述活性材料必须包含可去除的锂。另外，在充电和过充电期间形成的与LixCoO2、LixNiO2相对应的脱锂产品并不稳定。具体而言，这些脱锂产物倾向与电解质反应并产生热量，这会引起安全隐患。
新的锂离子电池或电池最初处于放电状态。在锂离子电池的第一次充电期间，锂从正极材料移动到负极活性材料。从正极移动到负极的锂与石墨负极表面的电解质材料发生反应，从而在负极上形成钝化膜。在石墨负极上形成的钝化膜是固体电解质界面(SEI)。在随后的放电中，通过形成SEI而消耗的锂不会返回到正极。与初始充电容量相比，这导致锂离子电池具有较小的容量，这是因为一些锂已经通过SEI的形成而消耗。在第一循环中部分消耗的可用的锂会降低锂离子电池的容量。这种现象称为不可逆容量，并且已知会消耗锂离子电池约10％至大于20％的容量。因此，在锂离子电池初次充电后，锂离子电池会损失约10％至超过20％的容量。
一种解决方案是使用稳定化的锂金属粉末以使负极进行预锂化。例如，可以通过用二氧化碳钝化金属粉末表面而使锂粉末稳定，例如在美国专利5,567,474、5,776,369和5,976,403中所述，这些文献的公开内容在此整体引用作为参考。CO2钝化的锂金属粉末在锂金属含量下降以前，只能在低水分含量的空气中使用有限的时间，这是因为锂金属与空气的反应。另一种解决方案例如是第7,588,623、8,021,496、8,377,236号美国专利和美国专利公开2017/0149052中描述的向锂金属粉末施加诸如氟、蜡、磷或聚合物的涂层。
然而，仍然需要用于将锂金属粉末施加到多种基材上以提供锂离子电池和其他锂金属电池的电极的方法和组合物。
发明内容
为此，本发明提供可印刷锂组合物，其可用于形成或制造电极，特别是用于负极的形成或制造。包含所述可印刷锂组合物的负极具有提高的效率。该组合物具有改善的稳定性，例如该组合物具有至少六个月的足够的保存期限，并且对于特别是在升高温度下的金属锂含量的损失是稳定的。
本发明的可印刷锂组合物包含锂金属粉末、聚合物粘合剂、以及与所述锂粉末和所述聚合物粘合剂相容的流变改性剂，其中所述聚合物粘合剂与所述锂粉末相容。所述可印刷锂组合物中可包含溶剂，其中该溶剂与锂粉末相容且与聚合物粘合剂相容(例如能够形成悬浮液或溶解于其中)。所述溶剂可以在所述可印刷锂组合物的初始制备期间作为组分包括在内，或者在制备所述可印刷锂组合物之后加入。
本发明还提供通过将所述可印刷锂组合物结合、沉积或施加到负极活性物质上而形成的负极以及包括所述负极的电池。
本发明还提供通过在负极或基材上沉积或施加所述可印刷锂组合物而预锂化的负极，以及包括所述负极的电池。
附图说明
图1是用于SLMP/苯乙烯丁二烯/甲苯可印刷锂组合物的反应性测试的温度和压力曲线；及
图2是显示具有可印刷锂衍生的薄锂膜作为负极与商购薄锂箔的袋式电池的循环性能的曲线图。
具体实施方式
现在将相对于本文提供的说明书和方法更详细地描述本发明的前述和其他方面。应理解的是，本发明可以以不同的形式实施，并且不应解释为限于在此阐述的实施方案。而且，提供这些实施方案以使本公开将是透彻和完整的，并将向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
在此，在本发明的描述中使用的术语仅出于描述特定实施方案的目的，无意于限制本发明。如在本发明的实施方案所附权利要求书中的描述所使用，单数形式“一”、“一个”和“该”也意欲包括复数形式，除非另外明确指出。而且，如本文所用，“和/或”是指且涵盖一个或多个相关联的所列项目的任何和所有可能的组合。
如本文所用，术语“约”在指可测量值(例如化合物的量，剂量，时间，温度等)时，是指包括指定量的20％、10％、5％、1％、0.5％或甚至0.1％的变化，其中所述可测量值例如化合物、剂量、时间、温度等。除非另有定义，否则所有术语，包括说明书中使用的技术和科学术语，具有与本发明所属领域的普通技术人员之一通常所理解的相同含义。
如本文中所用，术语“包含”、“包含”、“包含”、“包括”、“包括”和“包括”指定存在所陈述的特征、整数、步骤、操作、元素和/或组分，但不并排除存在或增加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组分和/或其组。
如本文所用的术语“基本上由……组成”(及其语法变体)，用于本发明的组合物和方法时，是指所述组合物/方法可以含有其他组分，只要所述其他组分不会实质改变该组合物/方法。应用于组合物/方法的术语“实质上改变”是指组合物/方法的有效性增加或降低至少约20％或更多。
本文中引用的所有专利、专利申请和出版物均在此整体并入作为参考。在术语冲突的情况下，以本说明书为准。
根据本发明，提供用于形成电极的可印刷锂组合物。在一个实施方案中，所述可印刷锂组合物是电化学活性的，并且可以通过将所述可印刷锂组合物施加或沉积在负极导电或载体材料(例如铜或聚合物或陶瓷膜)上用于形成负极。
在另一个实施方案中，可以将所述可印刷锂组合物进行施加或沉积以使负极或正极预锂化。可以将预锂化的负极或正极引入诸如电容器或电池的储能装置中。所述电池可以由液体电解质组成。在另一个实施方案中，所述电池可以由固体电解质组成以形成固态电池。在另一个实施方案中，所述可印刷锂组合物可用于施加或沉积以形成用于固态电池的一体式锂金属负极。
在另一个实施方案中，可以将所述可印刷锂组合物进行施加或沉积以形成用于固态电池的固体电解质，并且包括将所述可印刷锂组合物与聚合物或陶瓷材料组合以形成固体电解质。
所述可印刷锂组合物包含锂金属粉末、一种或多种聚合物粘合剂、一种或多种流变改性剂，且可进一步包括溶剂或助溶剂。所述聚合物粘合剂可以与锂金属粉末相容。所述流变改性剂可以与锂金属粉末和聚合物粘合剂相容。所述溶剂可以与锂金属粉末和聚合物粘合剂相容。
锂金属粉末可以呈细分粉末的形式。所述锂金属粉末的平均粒度通常小于约80微米，通常小于约40微米，有时小于约20微米。锂金属粉末可以是可由FMC Lithium Corp.商购的低自燃性稳定化的锂金属粉末(
Figure BDA0002758200400000051
)。所述锂金属粉末还可以包括氟、蜡、磷或聚合物或其组合物的基本连续的层或涂层(如美国专利5,567,474、5,776,369、和5,976,403中所公开)。所述锂金属粉末与湿气和空气具有显著下降的反应性。
所述锂金属粉末也可以与金属合金化。例如，锂金属粉末可以与I-VIII族的元素合金化。来自IB族的合适元素可以例如包括铜、银或金。来自IIB族的合适元素可以例如包括锌、镉或汞。来自元素周期表第IIA族的合适元素可以包括铍、镁、钙、锶、钡和镭。可用于本发明中的来自IIIA族的元素可以例如例如硼、铝、镓、铟或铊。可以用于本发明中的来自IVA族的元素可以例如包括碳、硅、锗、锡或铅。可用于本发明的来自VA族的元素可以例如包括氮、磷或铋。来自VIIIB族的合适元素可以例如包括镍、钯或铂。
聚合物粘合剂的选择应使其与锂金属粉末相容。“与……相容”或“相容性”旨在表示所述聚合物粘合剂不会与锂金属粉末剧烈反应，从而导致安全隐患。锂金属粉末和聚合物粘合剂可能反应以形成锂-聚合物配合物，然而，所述配合物在多种温度下应稳定。公认的是锂和聚合物粘合剂的量(浓度)有助于稳定性和反应性。聚合物粘合剂可以具有约1,000至约8,000,000的分子量，并且通常具有2,000,000至5,000,000的分子量。合适的聚合物粘合剂可以包括聚环氧乙烷、聚苯乙烯、聚异丁烯、天然橡胶、丁二烯橡胶、苯乙烯-丁二烯橡胶、聚异戊二烯橡胶、丁基橡胶、氢化丁腈橡胶、环氧氯丙烷橡胶、丙烯酸酯橡胶、硅橡胶、丁腈橡胶、聚丙烯酸、聚偏氯乙烯、聚乙酸乙烯酯、乙烯-丙烯二烯三聚体、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、乙烯-丙烯共聚物，乙烯-丙烯三元共聚物、聚丁烯中的一种或多种。所述粘合剂也可以是蜡。
流变改性剂的选择应使其与锂金属粉末和聚合物粘合剂相容。所述流变改性剂在剪切条件下提供流变特性，例如粘度和流动性。根据流变改性剂的选择，所述流变改性剂还可以提供导电性、改善的容量和/或改善的稳定性/安全性。为此，流变改性剂可以是两种或更多种化合物的组合物，以提供不同的性质或提供添加剂性质。示例性的流变改性剂可以包括炭黑、碳纳米管、石墨烯、硅纳米管、石墨、硬碳及其混合物、气相二氧化硅、二氧化钛、二氧化锆和其他IIA、IIIA、IVB、VB和VIA族的元素/化合物和其混合物或共混物中的一种或多种。可以使用的旨在增加锂离子导电性的其他添加剂例如为电化学装置的电解质盐，例如高氯酸锂(LiClO4)、六氟磷酸锂(LiPF6)、硝酸锂(LiNO3)、双草酸硼酸锂(LiBOB)和三氟甲烷磺酰亚胺锂(LiTFSI)。
与锂相容的溶剂可以包括无环烃、环状烃、芳族烃、对称醚、不对称醚、环状醚、烷烃、砜、矿物油及其混合物、共混物或共溶剂。合适的无环和环状烃的实例包括正己烷、正庚烷、环己烷等。合适的芳族烃的实例包括甲苯、乙苯、二甲苯、异丙苯(枯烯)等。合适的对称、不对称和环状醚的实例包括二正丁基醚、甲基叔丁基醚、四氢呋喃、乙二醇二甲醚等。商购的具有指定沸点范围的异石蜡合成烃溶剂，例如Shell
Figure BDA0002758200400000071
(Shell Chemicals)或
Figure BDA0002758200400000072
(Exxon)也是合适的。
聚合物粘合剂和溶剂的选择，应使其彼此相容并且与锂金属粉末相容。通常，所述粘合剂或溶剂应与锂金属粉末不发生反应，或以一定量反应以使任何反应保持在最低程度，并避免剧烈反应。所述粘合剂和溶剂应在所述可印刷锂组合物的制造和应用的温度下彼此相容。优选，溶剂(或助溶剂)具有足够的挥发性以易于从所述可印刷锂组合物(例如，以浆料形式)中蒸发，以在施加后干燥所述可印刷锂组合物(浆料)。
所述可印刷锂组合物的组分可以作为浆料或糊剂混合在一起以具有高浓度的固体。因此，浆料/糊剂可以呈浓缩物的形式，在沉积或施用之前，不必添加所有溶剂。在一个实施方案中，锂金属粉末应均匀地悬浮在溶剂中，以使在施用或沉积时，基本上均匀分布的锂金属粉末得以沉积或施用。可以例如通过剧烈搅拌或搅拌以施加高剪切力而使干燥的锂粉末分散。
在另一个实施方案中，可以形成聚合物粘合剂、流变改性剂、涂覆试剂和用于锂金属粉末的其他潜在添加剂的混合物，并在分散过程中，在高于锂熔点的温度下，或者例如在美国专利7,588,623中所述，在锂分散体已经冷却之后的较低温度下将其加入以接触锂液滴，该专利的公开内容整体并入作为参考。如此改性的锂金属可以以结晶形式或以在所选溶剂中的溶液形式加入。应理解的是，可以将不同工艺参数的组合用于实现特定应用的特定涂层和锂粉末特性。
常规的预锂化表面处理需要具有非常低的粘合剂含量和非常高的锂的组合物；例如参见美国专利9,649,688，其公开内容整体并入作为参考。然而，本发明的可印刷锂组合物的实施方案可以适应更高的粘合剂比率，包括以干基计为多达20％。所述可印刷锂组合物的多种性质，例如粘度和流动性，可以通过增加粘合剂和改性剂的含量高至干基的50％来改变，而不会损失锂的电化学活性。粘合剂含量的增加有利于印刷期间所述可印刷锂组合物的负载和流动。例如，在一个实施方案中，所述可印刷锂组合物包含约70％锂金属粉末和约30％聚合物粘合剂和流变改性剂。在另一个实施方案中，所述可印刷锂组合物可包含约85％锂金属粉末和约15％聚合物粘合剂和流变改性剂。
所述可印刷锂组合物的重要方面是悬浮液的流变稳定性。由于锂金属具有0.534g/cc的低密度，因此很难防止锂粉末从溶剂悬浮液中分离出来。通过选择锂金属粉末的负载量、聚合物粘合剂和常规改性剂的类型和数量，可以调整粘度和流变性以产生本发明的稳定悬浮液。一个优选的实施方案显示大于90天都没有分离。这可以通过设计具有1×104cps至1×107cps的非常高的零剪切粘度的组合物来实现。然而，对于本应用方法非常重要的是，当组合物在受到剪切作用时表现出所要求范围内的粘度特性。
所得的可印刷锂组合物优选在10s-1剪切下的粘度为约20至约20,000cps，并且通常为约100至约10,000cps。在该粘度下，所述可印刷锂组合物是可流动的悬浮液或凝胶。所述可印刷锂组合物优选在室温下具有延长的保存期限，并且在高至60℃，经常高至120℃，有时高至180℃的温度下对金属锂的损失稳定。所述可印刷锂组合物会随着时间有些分离，但是可以通过温和搅拌和/或加热将其放回至悬浮液中。
在一个实施方案中，所述可印刷锂组合物包含基于溶液为约5至50％锂金属粉末，约0.1至20％聚合物粘合剂，约0.1至30％流变改性剂和约50至95％溶剂。在一个实施方案中，所述可印刷锂组合物包含基于溶液为约15至25％锂金属粉末，约0.3至0.6％分子量为4,700,000的聚合物粘合剂，约0.5至0.9％流变改性剂和约75至85％溶剂。通常而言，在压制之前，将所述可印刷锂组合物施用或沉积至约10微米至200微米的厚度。在压制之后，该厚度可以减小到约1至50微米。压制技术的例子例如在美国专利3,721,113和6,232,014中所描述，在此将其整体并入作为参考。
在一个实施方案中，将所述可印刷锂组合物沉积或施加到集电器上的活性负极材料上，即形成预锂化的负极。合适的活性负极材料包括石墨和其他碳基的材料、合金，例如锡/钴、锡/钴/碳、硅-碳、多种硅酮/锡基的复合化合物、锗基的复合材料、钛基的复合材料、元素硅和锗。所述负极材料可以是箔、网或泡沫。可以经由喷射、挤出、涂布、印刷、涂刷、浸渍和喷射进行施用，并且在共同待决的美国专利____________(代理人事宜073396.1183)中进行描述，本申请与之同时提交，并且在此整体并入作为参考。
可以将使用所述可印刷锂组合物预锂化的负极加入到多种类型的电池中。例如，可以将所述预锂化的负极加入到电池中，如美国专利7,851,083、8,088,509、8,133,612、8,276,695和9,941,505中所公开，在此将其整体并入作为参考。如美国专利7,906,233中公开，在负极材料上的印刷所述可印刷锂组合物可以是涂抹锂的替代方法，该专利在此整体并入作为参考。
在一个实施方案中，将活性负极材料和所述可印刷锂组合物一起提供并挤出到集电器(例如，铜、镍等)上。例如，可以将活性负极材料和所述可印刷锂组合物混合且共挤出在一起。所述活性负极材料的实例包括石墨、石墨-SiO、石墨-SnO、SiO、硬碳和其他锂离子电池及锂离子电容器负极材料。在另一个实施方案中，将活性负极材料和所述可印刷锂组合物共挤出以在集电器上形成可印刷锂组合物层。包括上述挤出技术的可印刷锂组合物的沉积可以包括沉积为不种图案(例如，点、条纹)、厚度、宽度等。例如，所述可印刷锂组合物和活性负极材料可以作为一系列条纹沉积，例如在美国公开2014/0186519中所描述，在此将其整体并入作为参考。所述条纹将形成3D结构，是在锂化期间活性负极材料膨胀的原因。例如，在锂化过程中，硅可能会膨胀300％至400％。该膨胀对负极及其性能具有潜在的不利影响。通过将可印刷锂作为薄带沉积在Y平面中，作为硅负极条纹之间的交替图案，所述硅负极材料可以在X平面中膨胀，从而减轻了电化学研磨和颗粒电接触的损失。因此，该打印方法可以提供膨胀的缓冲器。在另一个实例中，在将可印刷锂配制剂用于形成负极下，可以将其与正极和隔膜一起以层状共挤出，从而得到固态电池。
在一个实施方案中，所述可印刷锂组合物可通过使用辊涂覆基材从而施涂到基材或预形成的负极上。一个实例是凹版涂布装置，例如在美国专利4,948,635中描述的一种，在此将其整体并入作为参考。在该实施例中，当基材向凹版滚筒前进时，一对隔开的滚筒支撑所述基材。利用喷嘴或浴将涂料施加到凹版滚筒上，同时利用刮刀从凹版滚筒上去除多余的涂料。当基材前进通过凹版滚筒时，凹版滚筒接触基材以施加所述可印刷锂组合物。可以设计所述凹版滚筒，以在基材表面上印刷多种图案；例如，线或点。
在另一个实施方案中，可以通过将所述可印刷锂组合物从挤出机中挤出到基材上来将所述可印刷锂组合物施加到基材上。挤出机的一个实例在美国专利5,318,600中有所描述，该专利在此整体并入作为参考。在该实施方案中，高压会迫使所述可印刷锂组合物通过挤出喷嘴来将基材的暴露表面区域涂覆。
在另一个实施方案中，可以通过将所述可印刷锂组合物印刷到基材上来将所述可印刷锂组合物施加到基材上。狭缝模口印刷头可用于将所述可印刷锂组合物的单一、条状或其他图案印刷到基板上。在美国专利5,494,518中描述了利用狭缝模口打印头的兼容打印机的一个实例，该专利在此整体并入作为参考。
在另一个实施方案中，可以通过将所述可印刷锂组合物沉积在碳负极上使常规的碳负极进行预锂化。这将消除与碳负极相关的问题，其中，在电池初次充电时，当锂插入到碳中时，由于某些锂和电池电解质得以消耗而导致初始容量损失，因此具有某些不可逆性。
在一个实施方案中，所述可印刷锂组合物可用于使负极进行预负极化，如第9,837,659号美国专利所述，该专利在此整体并入作为参考。例如，该方法包括在预制/预形成的负极的表面附近设置可印刷锂组合物层。所述预制电极包括电活性材料。在某些变型方案中，可以通过沉积方法将所述可印刷锂组合物施加到载体/基材上。可以在其上设置可印刷锂组合物层的载体基材可以选自：聚合物膜(例如聚苯乙烯、聚乙烯、聚环氧乙烷、聚酯、聚丙烯、聚四氟乙烯)、陶瓷膜、铜箔、镍箔，或金属泡沫作为非限制性实例。然后可以将热量施加到基材或预制负极上的可印刷锂组合物层上。在施加的压力下，可以将所述基材或预制负极上的可印刷锂组合物层进一步压制在一起。加热和任选的施加压力有助于将锂转移到所述基材或负极的表面上。在转移到预制负极的情况下，压力和热量可以会导致机械锂化，特别是在该预制负极包含石墨的情况下。以此方式，锂转移到电极，并且由于有利的热力学结合到所述活性材料中。
在一个实施方案中，如美国公开2018/0269471中所述，所述可印刷锂组合物可以掺入负极中，该文献在此整体并入作为参考。例如，负极可以包含活性负极组合物和所述可印刷锂组合物，以及任何导电粉末，若存在的话。在其他或替代的实施方案中，所述可印刷锂组合物沿着电极的表面排列。例如，所述负极可包含具有活性负极组合物的活性层和在活性层表面上的可印刷锂组合物来源层。在替代方案中，所述可印刷锂组合物来源层位于活性层和集电器之间。而且，在某些实施方案中，所述负极可在活性层的两个表面上均包含可印刷锂组合物来源层。
在一个实施方案中，可以将所述可印刷锂组合物加入三维电极结构中，如美国公开2018/0013126中所述，该专利在此整体并入作为参考。例如，可以将所述可印刷锂组合物加入三维多孔负极、多孔集电器或多孔聚合物或陶瓷膜中，其中可以将所述可印刷锂组合物沉积在其中。
在某些实施方案中，使用所述可印刷锂组合物进行预锂化的电极可以组装成电池，其中电极要预加载有锂。可以在分别电极之间放置隔膜。在电极之间可以允许电流流动。例如，使用本发明的可印刷锂组合物进行预锂化的负极可以形成二次电池，例如在美国专利16,706,447中所描述，其在此整体并入作为参考。
正极由通常与含碳材料和粘合剂聚合物结合的活性材料形成。正极中使用的活性材料优选是可以进行锂化的材料。优选，非锂化材料，例如MnO2、V2O5、MoS2、金属氟化物或其混合物、硫和硫复合物可以用作活性材料。然而，也可以使用可以进一步锂化的锂化材料，例如LiMn2O4和LiMO2、其中M是Ni、Co或Mn。优选非锂化的活性材料，这是因为在这种构造中，它们通常具有更高的比容量、更低的成本和正极材料的更广泛选择，与包括锂化活性材料的常规二次电池相比，它们可以提供改善的能量和功率。
在一个实施方案中，所述可印刷锂组合物可用于电容器的预锂化，例如锂离子电容器中的负极，如在此并入作为参考的美国公开2017/0301485中所述。例如，负极可以使用硬碳、软碳或石墨构造。然后，在将可印刷锂组合物层涂覆在负极的上表面上以前或期间，可以将负极连接至集电器。所述可印刷锂组合物也可以用于对诸如锂离子电容器的储能装置进行预锂化，如美国专利9,711,297中所述，其在此整体并入作为参考。
在一个实施方案中，所述可印刷锂组合物可用于混合电池/电容器的预锂化，如美国公开2018/0241079中所述，其在此整体并入作为参考。术语“混合电极”是指既包括电池电极材料又包括电容器电极材料的电极。在一个实施方案中，混合正极可以包括诸如电池正极材料的高能量材料和诸如电容器正极材料的高功率材料的共混物。例如，锂离子电池正极材料可以与超级电容器或超电容器正极材料结合。为了完成混合锂离子电池组件，可以将混合正极靠在负极上，在电极之间具有聚烯烃隔膜，并放置在密闭包装中，例如储能装置容器，诸如壳。所述电极组件填充有且与合适的电解质接触，例如包含锂离子电解质盐且任选包括电解质添加剂的溶剂。所述储能装置包装可以密封。
与混合正极组合使用的负极可包含元素金属，例如元素锂。预锂化的方法是将所述可印刷锂组合物直接添加到电极配制剂中。然后，所述均匀整合到电极配制剂中的可印刷锂组合物在干燥过程中，可用于形成电极膜，然后将其层压到集电器，例如金属箔上，以形成电极，例如负极。在和干燥电极进行层压之前，所述可印刷锂组合物也可以施加到集电器上。本文的实施方案可以允许将均质的，并且在某些实施方案中将干燥和/或颗粒的材料用作负极和杂化正极中的原料。本文的某些实施方案可以避免在每个电极上需要两个分开的层(例如“电池材料”层和“电容器材料”层)，这可以避免制造复杂性和增加的生产成本的需要。在其他的实施方案中，预掺杂电极为混合正极。应理解的是，本文关于具有锂的能量存储装置描述的元素金属和相关概念可以与其他能量存储装置以及其他金属一起实施。
在另一个实施方案中，可以将所述可印刷锂组合物施加或沉积以使固态电池的负极或正极进行预锂化。例如，所述可印刷锂组合物可用于形成用于固态电池的整体式锂金属负极，其包括如美国专利8,252,438和9,893,379中所述的固态电池，该专利在此整体并入作为参考。
在另一个实施方案中，所述可印刷锂组合物可用于形成固态电池中使用的固态电解质或与固态电解质结合使用。例如，可以将所述可印刷锂组合物沉积在不同固态电解质上，如美国专利7,914,930中所述，该专利在此整体并入作为参考。固态二次电池的一个实例可以包括能够电化学地吸收和解吸锂的正极；和能够电化学地吸收和解吸锂的负极，所述负极包括包含活性物质的活性物质层和非水电解质，所述活性物质层负载于在集电器上。方法包括以下步骤：通过使可所述可印刷锂组合物与负极的活性物质层的表面进行接触而使锂与负极的活性物质反应；然后将所述负极与正极组合以形成电极组件。
以下实施例对本发明仅为示范性的，而不是对本发明的限制。
实施例
实施例1
通过在21℃下搅拌12小时将10克溶液丁苯橡胶(S-SBR Europrene Sol R 72613)溶于90克甲苯(99％无水，Sigma Aldrich)中。将在甲苯(溶剂)中的6克10重量％的SBR(聚合物粘合剂)与0.1克炭黑(Timcal Super P)(流变改性剂)和16克甲苯混合，并在ThinkyARE 250行星式混合器中以2000rpm分散6分钟。将9.3克具有20至200μm的聚合物涂层且d50为20μm的稳定化的锂金属粉末(
Figure BDA0002758200400000141
FMC Lithium Corp.)添加到该悬浮液中，并在Thinky混合器中以1000rpm分散3分钟。然后，将可印刷锂通过180μm的开口不锈钢网进行过滤。然后，将可印刷的锂悬浮液以2mil(～50μm)的湿厚度刮涂到铜集流体上。图2是显示具有可印刷的锂衍生的薄锂膜作为负极与商购薄锂箔的袋式电池的循环性能图。
实施例2
通过在21℃下搅拌12小时将10克分子量为135,000的乙烯丙烯二烯三元共聚物(EPDM)(Dow Nordel IP 4725P)溶于90克对二甲苯(99％无水，Sigma Aldrich)中。将在对二甲苯(溶剂)中的6克10重量％的EPDM(聚合物粘合剂)与0.1克TiO2(Evonik Industries)(流变改性剂)和16克甲苯混合，并在Thinky ARE 250行星式混合器中以2000rpm分散6分钟。将9.3克具有20至200μm的聚合物涂层且d50为20μm的稳定化的锂金属粉末(
Figure BDA0002758200400000151
FMC Lithium Corp.)添加到该悬浮液中，并在Thinky混合器中以1000rpm分散3分钟。然后，将可打印的锂通过180μm的开口不锈钢网进行过滤。然后，将所述可印刷锂组合物以2mil(～50μm)的湿厚度刮涂到铜集电器上。
保质期稳定性
必须选择可印刷的锂组分，以确保在室温下在较长的保质期具有化学稳定性，并在升高温度下具有较短持续时间的稳定性，例如在运输或干燥过程中。所述可印刷锂组合物的稳定性使用量热法进行测定。将1.5克SLMP加入10ml体积的Hastelloy ARC钢瓶(bomb)样品容器中。将2.4克4％的SBR粘合剂溶液加入该容器中。该容器配有24欧姆电阻加热器和热电偶，以监视和控制样品的温度。将钢瓶样品装置连同绝缘材料一起装入350ml的密闭容器中。使用Fauske Industries的Advance Reactive Screening Systems Tool量热仪来评估在以恒定速率升温至190℃期间的可印刷锂溶液的相容性。升温速率为2℃/min，样品温度保持在190℃60分钟。该测试在200psi氩气压力下进行以防止溶剂沸腾。图1显示了用于SLMP/苯乙烯丁二烯/甲苯可印刷锂组合物的反应性测试的温度和压力曲线。
印刷性能
所述可印刷锂组合物关于可印刷性的质量通过几个因素进行衡量，例如，直接影响其控制在基材或电极表面上的锂负载的能力的流量的一致性。一种测量流量的有效方法是流导率，其是每平方厘米负载相对于控制负载的因素的表述，其中所述因素是挤出过程中的压力和打印头的速度。可以简单地将其视为流阻的倒数。
该表述用于比较变化的压力和速度的打印件，流导率的变化可以警告人们流量与压力的非线性关系。这些对于根据负极或正极的需要而向上或向下变化可印刷锂的负载是重要的。理想的可印刷锂组合物以线性方式表现出挤出压力的变化。
为了测试可印刷性，将所述可印刷锂组合物通过180μm开口不锈钢网进行过滤，然后装入Nordson EFD 10ml注射器中。将该注射器装入Nordson EFD HP4x注射器分配器中，并连接到狭缝模头打印头。该狭缝模头打印头配有100μm–300μm厚的垫片，其通道开口设计为提供所需的可印刷锂组合物负载量。将该狭缝模头安装在Loctite 300系列机器人上。根据垫片和通道设计，将打印头速度设定为200mm/s，打印压力为20至200psi氩气。打印长度为14厘米。在一个示例性印刷试验中，所述可印刷锂组合物从单个注射器以80psi至200psi的分配器设置印刷30次。对于该印刷试验，流导率平均值为
Figure BDA0002758200400000161
标准偏差为0.02。尽管该可印刷组合物没有以完美线性的方式表现，但是响应分配器中压力变化的组合物流量是可预测的，从而允许本领域技术人员将锂负载微调至所需水平。因此，在固定的分配器压力条件下，锂负载可以非常一致地加以控制。例如，对于
Figure BDA0002758200400000162
的锂金属的打印，CV约为5％。
电化学测试
所述可印刷锂组合物的预锂化效果可通过将所需量的可印刷锂印刷在预制电极的表面上来进行评估。通过以半电池形式测试负极材料，并计算补偿由于形成SEI或其他副反应导致的第一循环损耗所需的锂，来确定预锂化的锂的量。为了计算所需量的可印刷锂，必须知道该组合物作为锂金属的容量，并且对于用作实施例的组合物约为3600mAh/g干锂基重。
使用石墨-SiO/NCA袋式电池对预锂化效果进行测试。石墨-SiO负极片具有以下配方：人造石墨(90.06％)+SiO(4.74％)+炭黑(1.4％)+SBR/CMC(3.8％)。所述电极的容量负载为3.59mAh/cm2，第一循环CE(库伦效率)为87％。将可印刷锂以0.15mg/cm2的锂金属施加到石墨-SiO负极上。将该电极在80℃下干燥100分钟，然后在约75％电极厚度的辊隙处进行层压。由用可印刷锂处理过的负极片冲压出7cm×7cm的电极。正极具有如下配方：NCA(96％)+炭黑(2％)+PVdF(2％)。该正极为6.8cm×6.8cm，容量负载为3.37mAh/cm2。NCA正极具有90％的第一循环CE。负极与正极的容量比为1.06，且全电池第一循环CE的基线为77％。组装单层袋式电池，并将1M LiPF6/EC+DEC(1:1)用作电解质。将该电池在21℃下预处理12小时，然后在40℃下进行化成循环。化成条件为：0.1C充电至4.2V，恒定电压至0.01C，0.1C放电至2.8V。在所述测试中，第一循环CE为89％。
尽管在此已经参考优选实施方案及其具体实施例而对本方法进行了阐述和描述，但是对于本领域的普通技术人员而言显而易见的是，其他实施方案和实施例可以执行类似的功能和/或实现类似的结果。所有这些等效的实施方案和实施例均在本方法的精神和范围内。

Claims (34)

1.可印刷锂组合物，其包含：
a)锂金属粉末；
b)聚合物粘合剂，其中所述聚合物粘合剂与所述锂金属粉末相容；
c)流变改性剂，其中所述流变改性剂与所述锂金属粉末和所述聚合物粘合剂相容；及
d)溶剂，其中所述溶剂与所述锂金属粉末和所述聚合物粘合剂相容。
2.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述锂金属粉末为稳定化的锂金属粉末。
3.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述锂金属粉末与选自铝、硼、锗、硅、铟和镁的金属合金化。
4.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述可印刷锂组合物在10s-1剪切下的粘度为约20至约20,000cps。
5.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述可印刷锂组合物在室温下多达六个月是化学稳定的，并且在高至约60℃的温度下对金属锂损失具有稳定性。
6.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述流变改性剂为导电材料。
7.根据权利要求6所述的可印刷锂组合物，其中所述导电材料选自炭黑、碳纳米管和石墨烯。
8.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述流变改性剂提供改善的容量并且是电化学活性的。
9.根据权利要求8所述的可印刷锂组合物，其中提供改善容量的流变改性剂选自硅纳米管、石墨、硬碳和石墨烯。
10.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述流变改性剂提供改善的稳定性。
11.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述流变改性剂选自含碳材料、含硅材料、含锡材料、IIA族氧化物、IIIA族氧化物、IVB族氧化物、VB族氧化物和VIA族氧化物。
12.根据权利要求11所述的可印刷锂组合物，其中所述含碳材料选自炭黑、碳纳米管、石墨、硬碳和石墨烯。
13.根据权利要求11所述的可印刷锂组合物，其中所述含硅材料选自硅纳米管和火成二氧化硅。
14.根据权利要求11所述的可印刷锂组合物，其中所述IVB族氧化物选自二氧化钛和二氧化锆。
15.根据权利要求11所述的可印刷锂组合物，其中所述IIIA族氧化物是氧化铝。
16.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述聚合物粘合剂的分子量为1,000至8,000,000，并且选自不饱和弹性体、饱和弹性体、热塑性塑料、聚丙烯酸、聚偏二氯乙烯和聚乙酸乙烯酯。
17.根据权利要求16所述的固态电池，其中所述不饱和弹性体选自丁二烯橡胶、异丁烯和苯乙烯丁二烯橡胶。
18.根据权利要求16所述的固态电池，其中所述饱和弹性体选自乙烯丙烯二烯单体橡胶和乙烯-乙酸乙烯酯。
19.根据权利要求16所述的固态电池，其中所述热塑性塑料选自聚苯乙烯、聚乙烯以及环氧乙烷的聚合物。
20.根据权利要求19所述的固态电池，其中环氧乙烷的聚合物选自聚乙二醇和聚环氧乙烷。
21.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其中所述溶剂选自烷烃、甲苯、乙苯、枯烯、二甲苯、砜类、矿物油、乙二醇二甲醚和异石蜡合成烃溶剂。
22.包含根据权利要求1所述的可印刷锂组合物的负极。
23.用于固态电池的一体式负极，其包含根据权利要求1所述的可印刷锂组合物。
24.根据权利要求1所述的可印刷锂组合物，其基于溶液包含：
a)5至50％锂金属粉末；
b)0.1至20％聚合物粘合剂；
c)0.1至30％流变改性剂；及
d)50至95％溶剂。
25.包含正极、隔膜、电解质和负极的电池，其中所述负极包含根据权利要求1所述的可印刷锂组合物。
26.包含正极、隔膜、电解质和负极的电池，其中所述正极包含根据权利要求1所述的可印刷锂组合物。
27.包含正极、负极和固体电解质的固态电池，其中所述固体电解质包含根据权利要求1所述的可印刷锂组合物。
28.包含正极、负极和固体电解质的固态电池，其中所述负极包含根据权利要求1所述的可印刷锂组合物。
29.可印刷锂，其包含：
a)锂金属粉末；
b)聚合物粘合剂，其中所述聚合物粘合剂与所述锂金属粉末相容；及
c)流变改性剂，其中所述流变改性剂与所述锂金属粉末和所述聚合物粘合剂相容。
30.可印刷锂组合物，其基于溶液包含：
a)5至50％锂金属粉末；
b)0.1至20％聚合物粘合剂；
c)0.1至30％流变改性剂；及
d)50至95％溶剂。
31.施加可印刷锂组合物的方法，其中所述可印刷锂组合物包含：
提供可印刷锂组合物，其包含锂金属粉末、与所述锂金属粉末相容的聚合物粘合剂以及与所述锂金属粉末和所述聚合物粘合剂相容的流变改性剂；及
将所述可印刷锂组合物沉积在基材上。
32.根据权利要求31所述的方法，其中将所述可印刷锂组合物沉积在负极、正极、固体电解质、集电器或载体材料上。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述可印刷锂组合物以约10微米至约200微米的厚度进行沉积。
34.根据权利要求31所述的方法，其中所述可印刷锂组合物通过选自喷射、挤出、涂覆、印刷、涂刷、浸渍和喷射的方法进行沉积。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102063583B1 (ko) * 2017-05-08 2020-01-09 주식회사 엘지화학 이차전지, 그의 제조장치 및 방법
CN115943059A (zh) * 2018-10-25 2023-04-07 惠普发展公司，有限责任合伙企业 三维打印
JP2023529515A (ja) * 2020-02-19 2023-07-11 リベント ユーエスエー コーポレイション 急速充電プレリチウム化シリコンアノード
CN111477842B (zh) * 2020-04-07 2021-07-02 山西大学 一种垂直结构电极的制备装置和制备方法
KR20220050300A (ko) * 2020-10-15 2022-04-25 삼성에스디아이 주식회사 전고체 이차전지용 음극층, 이를 포함하는 전고체 이차전지 및 그 제조방법
CN112490399B (zh) * 2021-01-27 2022-07-15 郑州中科新兴产业技术研究院 一种锂离子电池负极预锂的方法
CN113410521B (zh) * 2021-06-17 2023-02-21 深圳吉阳智能科技有限公司 一种预锂化装置及其使用方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004349164A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Nec Corp リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池
US20080274408A1 (en) * 2004-06-24 2008-11-06 Christine Ruth Jarvis Anode for Lithium Ion Cell
JP2010160984A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Nissan Motor Co Ltd リチウムイオン二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池
CN105246998A (zh) * 2013-05-23 2016-01-13 赫尔克里士公司 用于电极的粘合剂组合物和其生产方法
CN107083547A (zh) * 2009-12-03 2017-08-22 Fmc 公司 精细沉积的锂金属粉末

Family Cites Families (84)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3721113A (en) 1971-08-23 1973-03-20 Du Pont Rolling of lithium
US4502903A (en) 1982-01-20 1985-03-05 Polaroid Corporation Method of making lithium batteries with laminar anodes
JPH027663Y2 (zh) 1985-09-06 1990-02-23
DE3838329A1 (de) * 1987-11-11 1989-05-24 Ricoh Kk Negative elektrode fuer sekundaerbatterie
AU6128994A (en) 1993-02-18 1994-09-14 Fmc Corporation Alkali metal dispersions
US5776369A (en) 1993-02-18 1998-07-07 Fmc Corporation Alkali metal dispersions
US5318600A (en) 1993-07-23 1994-06-07 Battery Engineering, Inc. Method for making a lithium anode for an electrochemical cell
US5494518A (en) 1994-05-31 1996-02-27 Nordson Corporation Slot coating die head support structure
US5616152A (en) * 1996-04-10 1997-04-01 Valence Technology, Inc. Method of preparing electrodes
US20040188880A1 (en) 1997-03-27 2004-09-30 Stephan Bauer Production of molded articles for lithium ion batteries
EP0954042B1 (en) 1997-11-19 2007-09-05 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Lithium ion secondary battery and manufacture thereof
US6555268B1 (en) 1998-06-09 2003-04-29 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Negative electrode for secondary cell, negative plate for secondary cell, and secondary cell comprising the same
US6706447B2 (en) 2000-12-22 2004-03-16 Fmc Corporation, Lithium Division Lithium metal dispersion in secondary battery anodes
US8980477B2 (en) * 2000-12-22 2015-03-17 Fmc Corporation Lithium metal dispersion in secondary battery anodes
US20080057386A1 (en) 2002-10-15 2008-03-06 Polyplus Battery Company Ionically conductive membranes for protection of active metal anodes and battery cells
US8133612B2 (en) 2003-05-16 2012-03-13 Byd Company Limited Negative electrodes for rechargeable batteries
US20050130043A1 (en) 2003-07-29 2005-06-16 Yuan Gao Lithium metal dispersion in electrodes
GB0318942D0 (en) 2003-08-13 2003-09-17 Aea Technology Battery Systems Process for producing an electrode
CN1321477C (zh) 2003-10-28 2007-06-13 比亚迪股份有限公司 锂离子二次电池
KR100855595B1 (ko) 2004-01-05 2008-09-01 쇼와 덴코 가부시키가이샤 리튬전지용 음극재 형성용 조성물의 제조방법, 리튬전지용 음극재 형성용 조성물 및 리튬전지용 음극재 시트
US9368775B2 (en) 2004-02-06 2016-06-14 Polyplus Battery Company Protected lithium electrodes having porous ceramic separators, including an integrated structure of porous and dense Li ion conducting garnet solid electrolyte layers
US7968233B2 (en) * 2004-02-18 2011-06-28 Solicore, Inc. Lithium inks and electrodes and batteries made therefrom
GB2412484B (en) 2004-07-27 2006-03-22 Intellikraft Ltd Improvements relating to electrode structures in batteries
CN2772044Y (zh) 2004-11-18 2006-04-12 比亚迪股份有限公司 一种锂离子二次电池
US7588623B2 (en) * 2005-07-05 2009-09-15 Fmc Corporation Lithium Division Stabilized lithium metal powder for li-ion application, composition and process
CN100470916C (zh) 2005-11-08 2009-03-18 比亚迪股份有限公司 锂离子二次电池
US7765949B2 (en) 2005-11-17 2010-08-03 Palo Alto Research Center Incorporated Extrusion/dispensing systems and methods
US7914930B2 (en) 2006-01-10 2011-03-29 Panasonic Corporation Method for producing non-aqueous electrolyte secondary battery
US20070190422A1 (en) 2006-02-15 2007-08-16 Fmc Corporation Carbon nanotube lithium metal powder battery
US20090035663A1 (en) * 2006-10-13 2009-02-05 Fmc Corporation, Lithium Division Stabilized lithium metal powder for li-ion application, composition and process
US7922471B2 (en) 2006-11-01 2011-04-12 Palo Alto Research Center Incorporated Extruded structure with equilibrium shape
US7780812B2 (en) 2006-11-01 2010-08-24 Palo Alto Research Center Incorporated Extrusion head with planarized edge surface
US8021496B2 (en) 2007-05-16 2011-09-20 Fmc Corporation Stabilized lithium metal powder for Li-ion application, composition and process
US20090061321A1 (en) 2007-08-31 2009-03-05 Fmc Corporation, Lithium Division Stabilized lithium metal powder for li-ion application, composition and process
US8276695B2 (en) 2007-12-25 2012-10-02 Byd Co. Ltd. Battery electrode sheet
US8158282B2 (en) 2008-11-13 2012-04-17 Nanotek Instruments, Inc. Method of producing prelithiated anodes for secondary lithium ion batteries
US8241793B2 (en) 2009-01-02 2012-08-14 Nanotek Instruments, Inc. Secondary lithium ion battery containing a prelithiated anode
JP2010160982A (ja) 2009-01-08 2010-07-22 Nissan Motor Co Ltd リチウムイオン二次電池用負極およびリチウムイオン二次電池
CN201682023U (zh) 2009-06-26 2010-12-22 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池
WO2011008744A1 (en) 2009-07-14 2011-01-20 Rogers Corporation Lithium based inks and electrodes, batteries made therefrom, and methods of manufacture thereof
KR20120128125A (ko) 2009-11-03 2012-11-26 엔비아 시스템즈 인코포레이티드 리튬 이온 전지용 고용량 아노드 물질
US9843041B2 (en) 2009-11-11 2017-12-12 Zenlabs Energy, Inc. Coated positive electrode materials for lithium ion batteries
US9166222B2 (en) 2010-11-02 2015-10-20 Envia Systems, Inc. Lithium ion batteries with supplemental lithium
US9589692B2 (en) 2010-12-17 2017-03-07 Palo Alto Research Center Incorporated Interdigitated electrode device
US9004001B2 (en) 2010-12-17 2015-04-14 Palo Alto Research Center Incorporated Interdigitated finger coextrusion device
US9385397B2 (en) 2011-08-19 2016-07-05 Nanotek Instruments, Inc. Prelithiated current collector and secondary lithium cells containing same
JP5753042B2 (ja) 2011-09-20 2015-07-22 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 電池用電極の製造方法および電池の製造方法
CN103918108B (zh) 2011-10-05 2017-05-10 加州大学校务委员会 用于锂离子可充电化学的锂金属掺杂电极
KR20130067914A (ko) 2011-12-14 2013-06-25 한국전자통신연구원 리튬 이차 전지용 리튬 금속­탄소 분말 복합체 음극 및 이를 함유하는 리튬 금속 이차전지
WO2013105623A1 (ja) 2012-01-11 2013-07-18 三菱レイヨン株式会社 二次電池電極用バインダ樹脂組成物、二次電池電極用スラリー、二次電池用電極、リチウムイオン二次電池
US9437370B2 (en) 2012-02-27 2016-09-06 Nanotek Instruments, Inc. Lithium-ion cell having a high-capacity anode and a high-capacity cathode
EP2826095A2 (en) 2012-03-13 2015-01-21 Maxwell Technologies, Inc. Capacitor and battery combination
US9780358B2 (en) 2012-05-04 2017-10-03 Zenlabs Energy, Inc. Battery designs with high capacity anode materials and cathode materials
JP2013243088A (ja) 2012-05-22 2013-12-05 Jtekt Corp 電極製造システム
JP2014120264A (ja) 2012-12-14 2014-06-30 Toho Titanium Co Ltd 全固体リチウム電池
KR20150096773A (ko) 2012-12-19 2015-08-25 록우드 리튬 게엠베하 리튬 분말 애노드
US9941505B2 (en) 2012-12-25 2018-04-10 Byd Company Limited Battery
US9337471B2 (en) 2012-12-27 2016-05-10 Palo Alto Research Center Incorporated Co-extrusion print head for multi-layer battery structures
JP6442134B2 (ja) 2013-03-06 2018-12-19 日本特殊陶業株式会社 全固体電池、及び、全固体電池の製造方法
JP6181855B2 (ja) 2013-04-23 2017-08-16 マックスウェル テクノロジーズ インコーポレイテッド リチウムイオンキャパシタの固体電解質相間形成及び陽極プリリチウム化方法
US9882238B2 (en) 2013-05-16 2018-01-30 Nanotek Instruments, Inc. Lithium-sulfur secondary battery containing gradient electrolyte
US9368831B2 (en) * 2013-06-10 2016-06-14 Nanotek Instruments, Inc. Lithium secondary batteries containing non-flammable quasi-solid electrolyte
KR20140147052A (ko) 2013-06-18 2014-12-29 주식회사 엘지화학 애노드용 바인더 용액, 그를 포함하는 애노드용 활물질 슬러리, 그 활물질 슬러리를 이용한 애노드 및 이를 포함하는 전기화학소자
CN203536529U (zh) 2013-09-23 2014-04-09 宁德新能源科技有限公司 一种锂离子电池
DE102015202611A1 (de) 2014-02-13 2015-08-13 Rockwood Lithium GmbH Galvanische Zellen und (teil)lithiierte Lithiumbatterieanoden mit erhöhter Kapazität und Verfahren zur Herstellung von Synthesegraphit-Interkalationsverbindungen
CN104953175A (zh) 2014-03-28 2015-09-30 比亚迪股份有限公司 一种锂离子电池固体电解质及其制备方法和锂离子电池
WO2016014654A1 (en) 2014-07-22 2016-01-28 Xerion Advanced Battery Corp. Monolithic porous open-cell structures
CN104332657B (zh) 2014-08-20 2016-06-22 东莞新能源科技有限公司 锂离子电池富锂工艺及使用该工艺制备的锂离子电池
DE102014226168B4 (de) 2014-12-17 2018-04-19 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Spannungsregler mit Senke/Quelle-Ausgangsstufe mit Betriebspunkt-Stromsteuerschaltung für schnelle transiente Lasten und entsprechendes Verfahren
US9837659B2 (en) 2014-12-22 2017-12-05 GM Global Technology Operations LLC Process for lithiating negative electrodes for lithium ion electrochemical cells
GB201501507D0 (en) 2015-01-29 2015-03-18 Sigma Lithium Ltd Composite materials
CN104882612B (zh) 2015-04-07 2018-02-13 宁德新能源科技有限公司 一种粘结剂及应用该粘结剂的锂离子电池
US9755241B2 (en) 2015-04-08 2017-09-05 Nanotek Instruments, Inc. Alkali metal secondary battery containing a dendrite-intercepting layer
CN107743645B (zh) 2015-04-23 2020-10-20 威廉马歇莱思大学 作为电极的垂直对齐的碳纳米管阵列
US20170040605A1 (en) 2015-08-03 2017-02-09 Google Inc. Micro-Porous Battery Substrate
JP7061569B2 (ja) 2016-01-13 2022-04-28 アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド ケイ素と安定化リチウム金属粉末用の結合剤付きのアノード構造体
JP6945833B2 (ja) 2016-03-22 2021-10-06 国立大学法人豊橋技術科学大学 電極及びその製造方法並びに全固体型リチウムイオン電池
US10755867B2 (en) 2016-04-18 2020-08-25 Florida State University Research Foundation, Inc Method of negative electrode pre-lithiation for lithium-ion capacitors
US10879527B2 (en) 2016-05-20 2020-12-29 Sion Power Corporation Protective layers for electrodes and electrochemical cells
CN109328413A (zh) 2016-06-21 2019-02-12 应用材料公司 用于改良的锂金属循环的界面层
EP3494244B1 (en) 2016-08-03 2023-10-11 Sigma Lithium Limited Method of forming a metallic lithium coating
CN106129315B (zh) * 2016-08-19 2019-06-25 洛阳力容新能源科技有限公司 一种锂离子电池复合隔膜及其制备方法、锂离子电池
CN110537269B (zh) 2017-02-21 2023-07-07 特斯拉公司 预锂化储能装置
US10593945B2 (en) 2017-03-20 2020-03-17 Bing R. Hsieh Printed planar lithium-ion batteries

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004349164A (ja) * 2003-05-23 2004-12-09 Nec Corp リチウムイオン二次電池用負極活物質、リチウムイオン二次電池用負極、およびリチウムイオン二次電池
US20080274408A1 (en) * 2004-06-24 2008-11-06 Christine Ruth Jarvis Anode for Lithium Ion Cell
JP2010160984A (ja) * 2009-01-08 2010-07-22 Nissan Motor Co Ltd リチウムイオン二次電池用負極およびこれを用いたリチウムイオン二次電池
CN107083547A (zh) * 2009-12-03 2017-08-22 Fmc 公司 精细沉积的锂金属粉末
CN105246998A (zh) * 2013-05-23 2016-01-13 赫尔克里士公司 用于电极的粘合剂组合物和其生产方法

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