CN113939950B - 具有集成陶瓷分隔体的电极 - Google Patents

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Abstract

一种用于电化学装置的包括集成分隔体的电极，该电极可包括一个或多个活性材料层和包含无机颗粒的分隔体层。互联区域可将分隔体层联接至相邻的活性材料层。在一些示例中，互联区域可包括通过活性材料层的活性材料颗粒与分隔体的陶瓷颗粒的互穿而形成的互联指状物。

Description

具有集成陶瓷分隔体的电极
交叉引用
根据35 U.S.C.§119(e)，本申请要求2019年4月5日提交的序列号为62/830, 301的美国临时专利申请的优先权权益，出于所有目的，其全部内容通过引用并入本文中。
技术领域
本公开涉及电化学电池。更具体地，所公开的实施方案涉及具有分隔体的电极。
背景技术
随着越来越不期望对化石燃料的依赖，环境友好的能源变得越来越重要。诸如太阳能、风能等的大多数非化石燃料能源都需要某种储能部件以最大限度地发挥作用。因此，电池技术已经成为未来能量生产和分配的重要方面。与本公开最相关的是，对二次（即，可充电）电池的需求已在增加。在这些类型的电池中使用了电极材料和电解质的各种组合，例如铅酸、镍镉（nickel cadmium，NiCad）、镍金属氢化物（nickel metal hydride，NiMH）、锂离子（Li-ion）和锂离子聚合物（Li-ion聚合物）。
发明内容
本公开提供了涉及具有集成陶瓷分隔体的电极的系统、设备和方法。
在一些实施方案中，具有集成分隔体层的电化学电池电极可包括：电化学电池电极，其包括集流体衬底和层叠至所述集流体衬底上的电极材料复合物；分隔体层，其包括多个无机颗粒并且设置为使得所述电极材料复合物位于所述分隔体层和所述集流体衬底之间；以及，互联区域，其将所述分隔体层黏附至所述电极材料复合物上，所述互联区域包括所述分隔体层和所述电极材料复合物的非平面互穿部，在所述互穿部中，所述电极材料复合物的第一指状物与所述分隔体层的第二指状物互联。
在一些实施方案中，具有集成分隔体层的电化学电池电极可包括：具有集流体衬底的电化学电池电极，所述集流体衬底联接至一个或多个活性材料层，每个所述活性材料层包括相应的多个活性材料颗粒；和分隔体层，其与所述一个或多个活性材料层中的相邻层直接接触，使得所述一个或多个活性材料层位于所述分隔体层和所述集流体衬底之间，所述集成分隔体层包括多个陶瓷颗粒；其中，互联区域将所述分隔体层固定至相邻活性材料层上，所述互联区域包括所述分隔体层和所述相邻活性材料层之间的非平面边界，使得所述相邻活性材料层和所述分隔体层互穿。
在一些实施方案中，制造用于电化学电池的电极的方法可包括：使集流体衬底和电极材料复合物分配器相对于彼此移动；和使用所述分配器向所述集流体衬底的至少一部分涂覆电极材料复合物和分隔体材料，以产生电化学电池电极，其中，涂覆包括：使用所述分配器的一个或多个相应的第一孔口，将一个或多个活性材料层分配至所述集流体衬底上，每个所述活性材料层包括活性材料复合物的浆料；和在所述活性材料复合物湿润时，使用所述分配器的一个或多个第二孔口将分隔体层分配至所述一个或多个活性材料层上，使得所述一个或多个活性材料层位于所述分隔体层和所述集流体衬底之间，所述分隔体层包含多个陶瓷颗粒；其中，在分隔体层和所述一个或多个活性材料层中的相邻活性材料层之间形成互穿边界。
各特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方案中独立地实现，或者可以在另一些实施方案中组合，其更多细节可以参考以下描述和附图来看到。
附图的说明
图1是说明性电化学电池的示意性截面图。
图2是包含集成陶瓷分隔体层的说明性电极的截面图。
图3是包括在图2的说明性电极内的互联区域的截面图。
图4是说明性集成陶瓷分隔体覆层与多层电极的截面图。
图5是描绘了根据本公开多个方面的用于制造电极的说明性方法的步骤的流程图。
图6描绘了冲裁（blank）前的衬底腹板上电极材料复合物的示例。
图7描绘了成行排列（in lanes）的衬底腹板上电极材料复合物的示例。
图8描绘了通过跳过涂覆（skip coating）制造过程实现的电极材料复合物的示例。
图9是根据本公开多个方面的经受压延过程的说明性电极的截面图。
图10是适于制造本公开的电极和电化学电池的说明性制造系统的示意图。
图11是根据本公开多个方面的说明性堆叠电池形式（stacked cell format）的示意图。
图12是根据本公开多个方面的具有突出的接线片（tab）的说明性堆叠电池形式的示意图。
图13是根据本公开多个方面的阴极层贴有胶带的说明性堆叠电池形式的示意图。
具体实施方式
包括集成陶瓷分隔体的电极的多个方面和示例以及相关系统和方法在下文中进行描述并在相关附图中示出。除非另有说明，否则根据本教导的电极和/或其多个部件可包含本文描述、示出和/或结合的结构、部件、功能和/或变型中的至少一个。此外，除非明确地排除，否则结合本教导而在本文中描述、示出和/或结合的工艺步骤、结构、部件、功能和/或变型可被包括在其他类似的装置和方法中，包括在所公开的实施方案之间可互换。以下多个示例的描述本质上仅是说明性的，绝不旨在限制本公开、其应用或用途。另外，以下描述的示例和实施方案提供的优点本质上是说明性的，并且并非所有示例和实施方案都提供相同的优点或相同程度的优点。
该具体实施方式包括紧接的以下章节：（1）定义；（2）概述；（3）示例、部件和替选方案；（4）优点、特征和益处；以及（5）结论。该示例、部件和替选方案部分进一步分为子章节A至子章节F，每个子章节均已相应标记。
定义
除非另外指出，否则以下定义在本文中适用。
“基本上”表示与该术语修饰的特定尺寸、范围、形状、概念或其它方面或多或少一致，但特征或组件不需要一致。例如，“基本上圆柱形的”物体意味着物体类似于圆柱体，但可能与真正的圆柱体有一个或多个偏差。
“包括”、“包含”和“具有”可互换使用，以表示包括但不必限于此，并且是开放式的术语，并不旨在排除其他未叙述的要素或方法步骤。
诸如“第一”、“第二”和“第三”之类的术语用于区分或识别组中的多个成员，并不旨在示出序列或序号限制。
“AKA”表示“也称为”，并且可以用于指示一个或多个给定要素的别称或对应术语。
“联接（coupled）”是指直接地或通过中间部件间接地、永久地或可释放地连接。
诸如“上”、“下”、“垂直”、“水平”等方向术语应当在所讨论的特定对象的上下文中理解。例如，物体可以围绕限定的X、Y和Z轴定向。在这些示例中，X-Y平面将定义水平，向上定义为正Z方向，向下定义为负Z方向。
在方法的上下文中，“提供”可以包括接收、获得、购买、制造、生成、处理、预处理和/或类似操作，以使得所提供的物体或材料处于可用于另一些待执行步骤的状态和配置。
概述
大体上，根据本教导的包含集成分隔体的电极可包括具有通过第一黏合剂黏附在一起的多个活性材料颗粒的电极层，以及具有通过第二黏合剂黏附在一起的多个陶瓷颗粒的分隔体层。电极还包括设置在电极层和分隔体层之间并将二者黏附在一起的互联区域（AKA中间相（interphase）区域），其中互联区域包括位于电极层和分隔体层之间的非平面边界。
电极层可包括具有多个第一活性材料颗粒的第一活性材料层。在一些实施方案中，电极层还包括具有多个第二活性材料颗粒的第二活性材料层，即，定义了多层结构。第一和第二活性材料层可具有不同的孔隙率、不同的材料化学性质、不同的活性材料粒度和/或任何替选的影响电极功能的材料特性。电极层可具有通过测量集流体上黏附电极的平面与相对的电极层表面（AKA上表面）之间的垂直距离得到的厚度。
分隔体层可包括多个第一无机颗粒。在一些实施方案中，无机颗粒可以为诸如氧化铝（即α-Al2O3）、刚玉（corundum）、煅烧的（calcined）、片状的（tabular）、合成勃姆石（synthetic boehmite）、硅氧化物（silicon oxide）或二氧化硅（silica）、氧化锆等的陶瓷。分隔体可具有合适的厚度范围（例如，1 µm至50 µm）。分隔体层可以被配置为使得分隔体将电极（例如，阳极或阴极）与电化学电池内的相邻电极绝缘，同时维持对包含锂离子的电解质等电荷载体的可渗透性。
互联区域可包括电极层和分隔体层的非平面互穿部，其中第一层的第一指状物或突出部与第二层的第二指状物或突出部互联（interlock）。电极层和分隔体层的互穿部所形成的互联层或界面区域可以减小界面电阻并且增加通过电极的离子迁移率。集成分隔体还可以防止在电极的活性材料表面上形成妨碍离子流动的结壳（crust）。
通常，制造包含集成分隔体的电极的方法可以包括在导电衬底上挤出复合物材料。可以在干燥的同时将集成分隔体层挤出至活性材料层上，在一些示例中，可以在干燥之后将集成分隔体层挤出至活性材料层上。在一些实施方案中，可以同时、几乎同时或者湿碰湿（wet-on-wet）地将集成分隔体挤出至活性材料层上，以通过边界处的湍流（turbulentflow）而在分隔体和活性材料层之间的边界处产生互穿的指状结构。该制造过程使得不需要制造或获取额外组件（例如，聚烯烃分隔体），并且可以降低总制造成本。
尽管在已知的方法中，电池分隔体的制造独立于电极的制造，但是本文所述的分隔体被制造为至少一个电极的组成部分（integral part）。因此，简化了制造具有分隔体层的电极的工艺。此外，分隔体与电极的活性材料之间的非平面界面提供了诸多优于已知示例的益处。
示例、部件和替选方案
以下各章节描述了具有集成陶瓷分隔体的示例性电极以及相关系统和/或方法的选定方面。这些章节中的示例旨在说明，而不应解释为限制本公开的范围。每个章节可以包括一个或多个不同的实施方案或示例，和/或上下文或相关的信息、功能和/或结构。
A.说明性电化学电池
本章节描述了包括本教导电极的电化学电池。该电化学电池可以是任何双极电化学装置，例如电池（例如，锂离子电池、二次电池）。
现在参考图1，示意性地以锂离子电池的形式示出了电化学电池100。电化学电池100包括正电极和负电极，即阴极102和阳极104。阴极和阳极夹在一对集流体106、108之间，该集流体可以包括金属箔或其他合适的衬底。集流体106电联接至阴极102，集流体108电联接至阳极104。集流体使电子流动，从而使电流流入和流出每个电极。遍及电极设置的电解质110使得离子能够在阴极102和阳极104之间传输。在本示例中，电解质110包括液体溶剂和溶解离子溶质。电解质110促进阴极102和阳极104之间的离子连接。
电解质110由分隔体112辅助，分隔体112物理地分隔开阴极102和阳极104之间的空间。分隔体112是液体可渗透的，并且能够使离子在电解质110内、并在两个电极之间移动（流动）。如下文进一步描述的，分隔体112可以集成在阴极102和阳极104中的一者或两者内。在一些实施方案中，例如，分隔体112包括施加至电极（即，阴极102或阳极104）的上表面上的陶瓷颗粒层，以使得分隔体112的陶瓷颗粒与阴极102或阳极104的活性材料颗粒互穿（interpenetrate）或互混（intermix）。在一些实施方案中，电解质110包括聚合物凝胶或固体离子导体，以增强或替代分隔体112（并执行分隔体112的功能）。
阴极102和阳极104是复合结构，其包括活性材料颗粒、黏合剂、导电添加剂和电解质110可渗入的孔（空隙空间）。电极的构成部分的布置被称为微结构，或更具体地，称为电极微结构。
在一些示例中，黏合剂是聚合物，例如聚偏二氟乙烯（polyvinylidenedifluoride，PVdF），并且导电添加剂通常包括纳米级碳，例如炭黑或石墨。在一些示例中，黏合剂是羧甲基纤维素（carboxyl-methyl cellulose，CMC）和丁苯橡胶（styrene-butadiene rubber，SBR）的混合物。在一些示例中，导电添加剂包括科琴黑（ketjenblack）、石墨碳、低维碳（例如碳纳米管）和/或碳纤维。
在一些示例中，活性材料颗粒的化学性质在阴极102和阳极104之间有所不同。例如，阳极104可以包括石墨（人造的或天然的）、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系（transition metals in general）、第14族中的元素（例如碳、硅、锡、锗等）、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和硫族化物（chalcogenide）。另一方面，阴极102可以包括过渡金属（例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁）及其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和硅酸盐。阴极还可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和硫族化物。在电化学装置中，活性材料与工作离子共同参与电化学反应或过程，以存储或释放能量。例如，在锂离子电池中，工作离子是锂离子。
电化学电池100可以包括包装（未示出）。例如，包装（例如，棱形罐、不锈钢管、聚合物袋等）可用于约束和定位阴极102、阳极104、集流体106和108、电解质110和分隔体112。
为了使电化学电池100适当地具备二次电池的功能，阴极102和阳极104中的活性材料颗粒必须能够通过称为锂化（lithiating）和脱锂（delithiating）的相应过程来存储和释放锂离子。一些活性材料（例如，层状氧化物材料或石墨碳）通过在晶体层之间嵌入锂离子以实现此功能。另一些活性材料可具有替选的锂化和脱锂机制（例如，合金化、转化）。
当电化学电池100被充电时，阳极104接受锂离子，而阴极102给予锂离子。当电池被放电时，阳极104给予锂离子，而阴极102接受锂离子。每个复合电极（即阴极102和阳极104）给予或接受锂离子的速率取决于电极的外在特性（例如，流经每个电极的电流、电解质110的电导率）以及电极的内在特性（例如，电极中活性材料颗粒的固态扩散常数、电极的微结构或曲折因子、锂离子从溶于电解质变为嵌入电极活性材料颗粒时的电荷转移速率等）。
在任何一种操作模式（充电或放电）期间，阳极104或阴极102都可以以限制速率（limiting rate）给予或接受锂离子，其中速率定义为单位时间、单位电流中的锂离子。例如，在充电期间，阳极104可以以第一速率接受锂，而阴极102可以以第二速率给予锂。当第二速率小于第一速率时，阴极的第二速率将是限制速率。在一些示例中，速率的差异可能非常巨大以至于限制了锂离子电池（例如，电池100）的整体性能。速率差异的原因可能取决于：单位质量的活性材料颗粒锂化或脱锂一定数量的锂离子所需的能量；活性材料颗粒中锂离子的固态扩散系数；和/或活性材料在复合电极内的粒度分布。在一些示例中，另外或替选的因素可有助于电极微结构并影响这些速率。
B. 具有集成分隔体的说明性电极
在苛刻条件下以电极极限能力运行储能装置需要适应电池电极充放电过程中体积膨胀（溶胀）和收缩所引起的应力。这可能带来结构和功能上的挑战，因为包括电极的电化学电池可能具有一层或多层，在电池充放电过程中，每层以不同的比率膨胀或收缩。更具体地，在电池使用过程中，电极的活性材料层可能膨胀和收缩，而惰性的分隔颗粒的尺寸可能保持不变。锂离子电池中常用的聚烯烃分隔体可能收缩，而相邻的电极膨胀，这提高了包括电极的电池在使用过程中发生短路的风险。
有必要确保电极-分隔体界面的连续结构完整性，以防止电池中包含的阴极和阳极之间发生短路，从而引入了一些设计注意事项。必须维持电化学电池的机械完整性或连贯性，以使得电极和相邻的分隔体保持机械稳定并相互黏附。另外，活性材料层和分隔体之间的界面不应阻塞或抑制通过电化学电池的离子流动。对于阳极来说，层间的界面不应形成致密化度（densification）增加的区域。这种致密化度增加的累积可导致在层间的界面处形成固体电解质中间相（solid electrolyte interphase，SEI），其随后会阻塞孔并引起锂电镀（plating）。这些问题是在生产具有分隔体的电化学电池的过程中必须要解决的挑战。
参考图2，示出了具有集成陶瓷分隔体的单层电极200。电极200是适于包含在电化学电池中的阳极或阴极的示例，类似于上述阴极102或阳极104。电极200包括集流体衬底260和层铺在集流体衬底上的电极材料复合物270。电极材料复合物270包括活性材料层202和集成分隔体层204，以及设置在活性材料层202和集成分隔体层204之间的互联区域210。互联区域210包括在活性材料层202和集成分隔体层204之间的非平面边界，其被配置为减小层间的界面电阻并减少电极层上的锂电镀。
活性材料层202设置在集流体衬底260上并与其直接接触。活性材料层202包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一活性材料颗粒240。活性材料层202还可包括与活性材料颗粒混合的导电添加剂。在一些示例中，黏合剂是聚合物，例如聚偏二氟乙烯（PVdF），并且导电添加剂通常包括纳米级碳，例如炭黑或石墨。在一些示例中，黏合剂是羧甲基纤维素（CMC）和丁苯橡胶（SBR）的混合物。在一些示例中，导电添加剂包括科琴黑、石墨碳、低维碳（例如，碳纳米管）和/或碳纤维。
在一些示例中，电极200是适于包含在电化学电池内的阳极。对于此种阳极，活性材料颗粒240可以包括石墨（人造的或天然的）、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系、第14族中的元素（例如碳、硅、锡、锗等）、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和硫族化物。
在一些示例中，电极200是适于包含在电化学电池内的阴极。对于此种阴极，活性材料颗粒240可以包括过渡金属（例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁）及其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和硅酸盐。阴极活性材料颗粒还可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和硫族化物。
如图2中所描绘的，集成分隔体层204可以层铺在活性材料层202上，并且可以包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个陶瓷颗粒250。尽管陶瓷颗粒250被称为陶瓷，然而颗粒250可以包括任何合适的一种或多种无机材料，包括例如氧化铝（即，α-Al2O3）、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等的陶瓷。陶瓷颗粒250可以是不导电的。
陶瓷颗粒250可以具有比活性材料颗粒240更高的硬度。因此，分隔体层204可以比活性材料层202具有更高的抗致密化性和更低的可压缩性。在一些示例中，第二黏合剂是聚合物，例如聚偏二氟乙烯（PVdF）。集成分隔体层204可以具有适于允许离子传导同时使电极电绝缘的任何厚度。在一些示例中，分隔体层204的厚度可以为1 μm至50 μm。
集成分隔体层204可以包括不同质量分数的无机颗粒（例如，陶瓷颗粒）以及不同质量分数的黏合剂和其他添加剂。在一些示例中，分隔体层具有50％至99％的无机材料。在其他示例中，分隔体层具有大于99％的无机材料和小于1％的黏合剂。在具有大于99％的无机材料的示例中，可以使用与具有较低百分比无机材料的分隔体层的电极相似的方式制造电极，可选地，在后处理过程中烧蚀（ablation）过量的黏合剂。
在另一些示例中，分隔体层按质量计具有小于50%的无机材料和大于50%的黏合剂。在这些情况下，黏合剂可包括共嵌段（coblocked）聚合物，例如聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃和/或任何合适的具有多孔结构的聚合物的组合。黏合剂可包括第一和第二聚丙烯层以及介于聚丙烯层中间的聚乙烯层。这种高黏合剂含量的配置可以实现电极的“关闭（shutdown）”机制。例如，聚乙烯层可在高温下（例如在火中）熔化或塌陷（collapse），从而停止离子和电极传导，从而提高装置安全性。另一方面，采用高黏合剂含量的实施方案可能降低在具有较高分数无机材料的分隔体层所具备的压延优点。
在一些示例中，可以在集成分隔体层的顶表面上添加另外的聚烯烃分隔体层。
互联区域210包括位于活性材料层202和分隔体层204之间的非平面边界。活性材料层202和分隔体层204具有将两个层互联在一起的各自的三维互穿指状物214和216，从而形成能够承受例如由电极膨胀和收缩以及分隔体缩小引起的应力的机械上坚固的界面。此外，由指状物214和指状物216限定的非平面表面代表了增加的界面边界总表面积，这可以提供降低的界面电阻并且可以增加通过电极的离子迁移率。指状物214和216可以可互换地称为指状件、突出部、延伸部和/或凸起部等。此外，指状物214和216之间的关系可以被描述为互联、互穿、互啮合（intermeshing）、交指（interdigitating）、相互连接（interconnecting）和/或相互连结（interlinking）等。
指状物214和指状物216是多个基本离散的互穿部，其中，指状物214通常由电极的活性材料颗粒240制成，指状物216通常由陶瓷分隔颗粒250制成。指状物是三维交指的，类似于乐高积木的凸起-管（stub-and-tube）构造的不规则形式。因此，指状物214和216通常不沿任何方向跨越电极，使得垂直于图2的指状物的横截面也显示出与图2中所示相似的非平面的起伏边界。互联区域210可替选地被称为活性材料层202和分隔体层204的非平面互穿部，包括与指状物216互联的指状物214。
如图3所示，尽管指状物214和216的大小或形状可能不均匀，但是指状物可以具有平均或典型的长度218。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入第一活性材料层或分隔体层（以较小者为准）的平均粒度的两倍至五倍的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入第一活性材料或分隔体层（以较小者为准）的平均粒度的六倍至十倍的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入第一活性材料层或分隔体层（以较小者为准）的平均粒度的十一倍至五十倍的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可大于第一活性材料层或分隔体层（以较小者为准）的平均粒度的五十倍。
在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入大约500nm至大约1000nm的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入大约1μm至大约5μm的范围内。在一些示例中，指状物214和216的长度218可落入大约6μm至大约10μm的范围内。在另一示例中，指状物214和216的长度218可落入大约11μm至大约50μm的范围内。在另一示例中，指状物214和216的长度218可以大于大约50μm。
在本示例中，互联区域210的总厚度224由两个电极材料层（第一活性材料层202和分隔体层204）之间的互穿水平限定。下界限226可以由分隔体层204（即，由指状物216）达到的最低点限定。上界限228可以由第一活性材料层202（即，由指状物214）达到的最高点限定。互联区域210的总厚度224可以限定为界限226和228之间的间隔或距离。在一些示例中，互联区域210的总厚度可落入多种相对范围中的一个或多个内，例如在第一活性材料层或分隔体层的平均粒度的大约200％（2x）至大约500％（5x）、大约500％（5x）至大约1000％（10x）、大约1000％（10x）至大约5000％（50x），和/或大于第一活性材料层或分隔体层（以较小者为准）的平均粒度的大约5000％（50x）。
在一些示例中，互联区域210的总厚度224可落入多种绝对范围的一个或多个之内，例如，在大约500nm至1000nm之间、在1μm至大约10μm之间、在大约10μm至大约50μm之间，和/或大于大约50μm。
在本示例中，第一活性材料层202中的第一活性材料颗粒240具有的体积分布的平均值大于分隔体层204中陶瓷颗粒250的平均体积，即，具有更大的平均尺寸。在一些示例中，第一活性材料颗粒240具有的总表面积小于陶瓷颗粒250的总表面积。
在本示例中，第一活性材料颗粒240和陶瓷颗粒250在颗粒形态中基本上是球形的。在其他示例中，第一活性材料层或分隔体层中的多个颗粒中的一者或两者可具有颗粒形态，所述颗粒形态为：类片状、板状、不规则、坑状、长方形、断裂、较小颗粒类型的团聚物、和/或上述的组合。
当电极部200的颗粒锂化或脱锂时，电极部200保持连贯，并且第一活性材料层和分隔体层保持被互联区域210连接。通常，指状物214和216的交指或互穿以及增加的中间相边界表面积的作用是将两个区黏附在一起。
在一个示例中，电极部200是包括在锂离子电池中的阴极的一部分。在该示例中，在锂离子电池充电期间，第一活性材料颗粒240脱锂。在此过程中，活性材料颗粒可收缩，导致活性材料层202收缩。相反，在电池放电期间，活性材料颗粒锂化并溶胀，导致活性材料层202溶胀。
在一可替选示例中，电极部200是包括在锂离子电池中的阳极的一部分。在该示例中，在锂离子电池充电期间，第一活性材料颗粒240锂化。在此过程中，活性材料颗粒可溶胀，导致活性材料层202溶胀。相反，在电池放电期间，第一活性材料颗粒240脱锂并收缩，导致活性材料层202收缩。
在任一上述示例中，在溶胀和收缩期间，电极部200可以保持连贯，并且活性材料层202和分隔体层204保持被互联区域210连接。活性材料层和分隔体层的这种连接可以减小层间的界面电阻并维持包括电极的电化学电池的机械完整性。
互联区域210可包括由活性材料颗粒、陶瓷颗粒、黏合剂、导电添加剂和/或其他层部件限定的流体通道网络。由于互联区域中包括非平面边界，因而由压延引起的颗粒的机械或形态状态变化不会阻碍这些流体通道。相反，基本为平面的边界通常与随后压延时的结壳（crust）层形成有关。这样的结壳层是不利的，因为它会显著阻碍通过互联区域进行的离子传导。此外，这样的结壳层还表示活性材料颗粒发生局部压实，这会明显导致电极内的孔体积减小。对于阳极而言，这可能是特别重要的问题，因为在活性材料颗粒上的固态电解质中间相（SEI）膜的累积将以更快的速率堵塞电极内包含的孔，导致锂电镀，降低电极的安全性和循环寿命。
与其他电极形式相比，根据本公开的具有集成陶瓷分隔体的阳极可具备额外的益处。由于阳极可包括平均粒度比其他电极（例如，阴极）相对更大的活性材料颗粒，因此阳极可通过与集成分隔体层同时压延而具有增加的可压缩性。由于陶瓷分隔颗粒的硬度可大于阳极活性材料颗粒的硬度，并因而在压延过程中具有更大的抗致密化性，陶瓷分隔体层可将压缩载荷传递至设置在陶瓷分隔体层下方的阳极层。
C.具有集成分隔体的说明性多层电极
图4是包括第一活性材料层302、第二活性材料层304以及分隔体层306的说明性多层电极300。第二活性材料层304可邻近集流体衬底320设置。第一活性材料层302可层铺在第二活性材料层304顶部。分隔体层306可层铺在第一活性材料层302顶部。第一活性材料层302可包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一活性材料颗粒。第二活性材料层304可包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个第二活性材料颗粒。第一和第二活性材料颗粒可以与上述活性材料颗粒240基本相似。分隔体层306可包括通过第三黏合剂黏附在一起的多个无机颗粒。无机颗粒可以与上述陶瓷颗粒250基本相似。
第一互联区域308形成于分隔体层306和第一活性材料层302之间。第二互联区域310形成于第一活性材料层302和第二活性材料层304。
第一互联区域308可包括位于第一活性材料层302和分隔体层306之间的非平面边界。第一活性材料层302可具有朝向分隔体层306延伸的多个第一指状物312。分隔体层306可具有多个第二指状物314。第一互联区域308可包括指状物312和指状物314的互穿部，其可将第一活性材料层和分隔体层结合在在一起。
第二互联区域310可包括位于第一活性材料层302和第二活性材料层304之间的非平面边界。第一活性材料层302可具有朝向集流体衬底320延伸的多个第三指状物316。第二活性材料层304可具有多个第四指状物318。第二互联区域310可包括指状物316和318的互穿部，其可将第一和第二活性材料层结合在在一起。第一互联区域308和第二互联区域310中指状物的配置与上述图2的互联区域210中指状物的配置基本相似。
包含集成陶瓷分隔体的电极的附加方面和特征在下文作为一系列相互关联的段落呈现，但不限于此。
A0. 一种具有集成分隔体层的电化学电池电极，包括：
电化学电池电极，其包括集流体衬底和层叠至集流体衬底上的电极材料复合物；
分隔体层，其包括多个无机颗粒，并且被配置为使得电极材料复合物位于分隔体层和集流体衬底之间；以及
互联区域，其将分隔体层黏附至电极材料复合物，互联区域包括分隔体层和电极材料复合物的非平面互穿部，在该互穿部中电极材料复合物的第一指状物与分隔体层的第二指状物互联。
A1. 根据A0所述的电极，其中电极材料复合物包括第一层和第二层，第一层包括多个第一活性材料颗粒，第二层包括多个第二活性材料颗粒。
A2. 根据A0或A1所述的电极，其中分隔体层中无机颗粒的质量分数大于50％。
A3. 根据A2所述的电极，其中分隔体层中无机颗粒的质量分数大于99％。
A4. 根据A0或A1所述的电极，其中分隔体层还包含与所述无机颗粒混合的聚合物，使得分隔体层中无机颗粒的质量分数小于50％，并且聚合物的质量分数大于50％。
A5. 根据段落A0至A4中任一项所述的电极，还包括设置在分隔体层上的聚烯烃层，使得分隔体层位于聚烯烃层和电极材料复合物之间。
A6. 根据段落A0至A5中任一项所述的电极，其中，多个无机颗粒包括陶瓷材料。
B0. 一种具有集成分隔体层的电化学电池电极，包括：
电化学电池电极，其具有集流体衬底，集流体衬底联接至一个或多个活性材料层，每个活性材料层包括相应的多个活性材料颗粒；以及
分隔体层，其与一个或多个活性材料层中的相邻层直接接触，使得一个或多个活性材料层位于分隔体层和集流体衬底之间，集成分隔体层包括多个陶瓷颗粒；
其中，互联区域将分隔体层固定至相邻活性材料层，互联区域包括分隔体层和相邻活性材料层之间的非平面边界，使得相邻活性材料层和分隔体层互穿。
B1. 根据B0所述的电极，其中，非平面边界包括活性材料颗粒的多个基本离散的第一指状物，和与第一指状物互联的陶瓷颗粒的多个基本离散的第二指状物。
B2. 根据B0或B1所述的电极，其仅包括单个活性材料层，单个活性材料层从集流体衬底延伸至分隔体层。
B3. 根据段落B0至B2中任一项所述的电极，其中，分隔体层中陶瓷颗粒的质量分数大于50％。
B4. 根据B3所述的电极，其中分隔体层中陶瓷颗粒的质量分数大于99％。
B5. 根据段落B0至B2中任一项所述的电极，其中分隔体层还包含与陶瓷颗粒混合的聚合物，使得分隔体层中陶瓷颗粒的质量分数小于50％，并且聚合物的质量分数大于50％。
B6. 根据段落B0至B5中任一项所述的电极，还包括设置在分隔体层上的聚烯烃层，使得分隔体层位于所述聚烯烃层和一个或多个活性材料层之间。
B7. 根据段落B0至B6中任一项所述的电极，其中多个陶瓷颗粒由氧化铝组成。
C0. 一种电极，包括:
电化学电池电极，其包括集流体衬底和层叠至集流体衬底上的电极材料复合物，其中电极材料复合物包括层叠至集流体衬底上的活性材料层，活性材料层包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一活性材料颗粒；
集成分隔体层，其层叠至活性材料层上，使得活性材料层位于分隔体层和集流体衬底之间，集成分隔体层包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个陶瓷颗粒；以及
互联区域，其设置为将活性材料层固定至集成分隔体层，互联区域包括活性材料层和集成分隔体层之间的非平面边界，使得活性材料层和集成分隔体层互穿；
其中，非平面边界包括第一活性材料颗粒的多个基本离散的第一指状物，和与第一指状物互联的陶瓷颗粒的多个基本离散的第二指状物。
D0. 一种电极，包括:
电化学电池电极，其包括集流体衬底和层叠至集流体衬底上的电极材料复合物，其中电极材料复合物包括第一层，第一层包括多个第一活性材料颗粒；
第二层，其包括多个陶瓷分隔体颗粒，使得第一层位于第二层和集流体衬底之间；以及
互联区域，其将第一层黏附至第二层，互联区域包括第一层和第二层的非平面互穿部，在该互穿部中，第一层的第一指状物与第二层的第二指状物互联。
D.说明性电极制造方法
下文描述了用于形成包括多个层的电极的说明性方法400的步骤，见图5至图9。
本文描述的电极和制造装置的各方面可以在以下描述的方法步骤中利用。在合适的情况下，可以参考在执行每个步骤时可以使用的部件和系统。这些参考仅用于说明，而不旨在限制实施该方法的任何特定步骤的可能方式。
图5是示出了在说明性方法中执行的步骤的流程图，并且可能未列举该方法的完整过程或所有步骤。尽管在下文描述并在图5中描绘了方法400的多个步骤，但是这些步骤不必须全部执行，并且在某些情况下可以同时执行，或者以与所示顺序不同的顺序执行。
方法400的步骤402包括提供衬底，其中衬底包括被配置为用作本文所述类型的二次电池中的导体的任何合适的结构和材料。在一些示例中，衬底包括集流体。在一些示例中，衬底包括金属箔。此处的术语“提供”可以包括接收、获得、购买、制造、生成、处理、预处理和/或类似操作，使得衬底处于可用于以下待执行步骤的状态和配置。
方法400接下来包括多个步骤，其中衬底的至少一部分涂覆有电极材料复合物。这可以通过使集流体衬底和电极材料复合物分配器相对彼此移动，并通过使衬底移动经过如下所述对衬底进行涂覆的电极材料复合物分配器（反之亦然）来完成。可以选择每个电极材料复合物层中的材料颗粒的组成以获得本文所述的益处、特征和结果。电极材料复合物可包括具有多个活性材料颗粒的一个或多个电极层，以及各自包括多个无机材料颗粒的一个或多个分隔体层。
图6至图8描绘了多种说明性配置的衬底上形成的电极层和分隔体层，描绘了如何通过集流体衬底和电极材料复合物分配器之间的相对运动将制成的电极布置在腹板上。
图6描绘了衬底腹板602，其具有直接施加至衬底腹板上的电极层604和设置在电极层顶部的分隔体层606。电极层可包括一个活性材料层或者两个或更多个活性材料层。这种将层设置在衬底上的方式促进了电极冲裁，其中可以一体地（in one piece）将导电衬底、电极层和分隔体层从腹板上切割下来。本制造方法实施方案切割的电极可具有形状608，包括电极主体610和接线片612。如此可以允许实现更简化的制造过程并进一步降低制造电极的成本。
图7是如何利用相似的概念同时涂覆多个行的示例。多行配置可用于冲裁用于袋式电池以及卷绕电池的电极，其中箔区域无切缝以用于形成接线片。这种配置可适于高功率应用。在本实施方案中，衬底腹板702可具有直接施加至衬底腹板上的电极层704和设置在电极层顶部的分隔体层706。电极层可包括一个活性材料层或者两个或更多个活性材料层。在本实施方案中，电极主体710可具有形状708，其由分隔体层706的边缘712限定。
图8还描绘了可如何实现“跳过涂覆”制造方法。在本实施方案中，电极层804可以施加至衬底腹板802上，以使得电极层804具有第一形状808。分隔体层806可以施加在电极层804的上表面上，以使得分隔体层806具有第二形状810。电极层804的第一形状808可具有第一宽度和第一长度。分隔体层806的第二形状810可具有大于第一宽度的第二宽度和大于第一长度的第二长度。在制造过程中，可以通过与活性电极层的涂覆相比更晚停止分隔体层的涂覆以及更早开始分隔体层的涂覆来实现。由此保证了在电极冲裁前活性材料层的外缘被分隔体层完全覆盖。
方法400的步骤404包括在衬底的第一侧上涂覆复合电极的第一层。在一些示例中，第一层可以包括通过第一黏合剂黏附在一起的多个第一颗粒，第一颗粒具有第一平均粒度（或其他第一颗粒分布）。在一些示例中，多个第一颗粒可以包括多个第一活性材料颗粒。在一些示例中，复合电极是适于包含在电化学电池内的阳极。在这种情况下，第一颗粒可以包括石墨（人造的或天然的）、硬碳、钛酸盐、二氧化钛、过渡金属系、第14族中的元素（例如碳、硅、锡、锗等）、氧化物、硫化物、过渡金属、卤化物和硫族化物。在一些示例中，复合电极是适于包含在电化学电池内的阴极。在这种情况下，第一颗粒可以包括过渡金属（例如，镍、钴、锰、铜、锌、钒、铬、铁）和其氧化物、磷酸盐、亚磷酸盐和硅酸盐。阴极活性材料颗粒还可包括碱金属及碱土金属、铝、氧化铝和磷酸铝、卤化物和硫族化物。
步骤404的涂覆过程可以包括任何合适的涂覆方法，诸如槽压模（slot die）、刮刀涂覆（blade coating）、基于喷涂的涂覆（spray-based coating）、静电喷射涂覆（electrostatic jet coating）等。在一些示例中，第一层被涂覆以湿溶剂浆料，例如水或NMP（N-甲基-2-吡咯烷酮）、黏合剂、导电添加剂和活性材料。在一些示例中，第一层被干涂以活性材料及黏合剂和/或导电添加剂。步骤404可以可选地包括对复合电极的第一层进行干燥。
方法400的步骤406包括将第二层涂覆至第一层上，形成多层（例如，分层的）结构。第二层可包括通过第二黏合剂黏附在一起的多个第二颗粒，第二颗粒具有第二平均粒度（或其他第二颗粒分布）。在本示例中，第二层包括配置为具有电极分隔体功能的颗粒。例如，第二层可包括陶瓷颗粒，例如氧化铝（即α-Al2O3）、刚玉、煅烧的、片状的、合成勃姆石、硅氧化物或二氧化硅、氧化锆等。
在一些示例中，步骤404和406可以基本同时执行。例如，两种浆料可以同时通过其各自的孔口挤出。这形成了两层的浆料珠并在移动的衬底上进行涂覆。在一些示例中，可以对在第一活性材料浆料和第二分隔体浆料之间的黏度差异、表面张力差异、密度差异、固体含量差异和/或使用的不同溶剂进行定制，以使在两个复合物层之间的边界处产生互穿指状结构。在一些实施方案中，黏度、表面张力、密度、固体含量和/或溶剂可以基本相似。如果需要，可以通过在第一活性材料浆料和第二分隔体浆料之间的湿界面处的湍流以促进互穿结构的产生，从而产生两种浆料的部分互混。
为了促进干燥过程中的适当固化，第一层（最接近集流体）可以被配置为（在某些示例中）先于第二层（离集流体较远）干燥溶剂，以避免在所得的干燥涂层中产生成膜（skin-over）效应和起泡。
在一些示例中，可以重复任何所描述的步骤以形成三层或更多层。例如，一个或多个附加层可以包括活性材料，以在添加分隔体层之前形成多层电极结构。任何本文所述的在第一活性材料层和分隔体涂层之间产生结构的方法都可以用于在制造过程中所沉积的任何附加层之间形成相似的结构。
方法400可以进一步包括在步骤408中干燥复合电极，和/或压延复合电极。第一层和第二层可以作为组合结构均经历干燥过程和压延过程。在一些示例中，步骤408可以与压延相结合（例如，在热轧过程中）。在一些示例中，干燥步骤408包括加热形式和接近和离开电极的能量传输形式（例如，对流、传导、辐射），以加快干燥过程。在一些示例中，压延被另一压缩、压制或压实过程代替。在一些示例中，可以通过将组合的第一层和第二层压制在衬底上以压延电极，使得电极密度以不均匀的方式提高，其中第一层具有第一孔隙率，第二层具有较低的第二孔隙率。
图9示出了经受压延过程的电极，其中第二层906（AKA分隔体层）中的颗粒可以与第一层904（AKA活性材料层）一起压延。这可以防止在电极上，特别是在活性材料层上形成“结壳”。辊910可以向完全组装的电极900施加压力。电极900可以包括施加至衬底腹板902上的第一层904和第二层906。压延之前，第一层904可以具有第一未压缩厚度912，第二层906可以具有第二未压缩厚度914。在电极被压延之后，第一层904可以具有第一压缩厚度916，第二层906可以具有第二压缩厚度918。在一些实施方案中，第二层906可以比第一层904具有更大的抗致密化性和更低的可压缩性。在一定程度的致密化之后，分隔体层对体积压缩具有更高的耐受性，这会使载荷转移至下方的更易压缩的电极层。这一过程可以有效地使阳极变得致密而不使分隔体层过度致密化。
E.说明性制造系统
转到图10，现在将描述与方法400一起使用的说明性制造系统1400。在一些示例中，可使用具有至少两个流体槽、流体腔、流体管线和流体泵的槽压模涂覆头来制造以活性材料层和集成分隔体层（AKA分隔体涂层）为特征的电池电极。在一些示例中，可以使用另外的腔来产生另外的活性材料层。
在系统1400中，箔衬底1402由旋转的背衬辊1404传输通过固定的分配器装置1406。分配器装置1406可以包括被配置为将一层或多层浆料均匀地涂覆至衬底上的任何合适的分配器。在一些示例中，当分配器头移动时，衬底可以保持静止。在一些示例中，两者都可以移动。分配器装置1406可以包括例如双室槽压模涂覆装置，其具有带有两个孔口1410和1412的涂覆头1408。浆料输送系统可以在压力下将两种不同的浆料供应至涂覆头。由于背衬辊1404的旋转特性，离开下部孔口或槽1410的材料将在离开上孔口或槽1412的材料之前接触衬底1402。因此，第一层1414将被施加至衬底，并且第二层1416将被施加至第一层的顶部。在本公开中，第一层1414可以是电极的活性材料层，而第二层可以是分隔体层。
如上所述，可以使用双槽构造执行制造方法400，以同时挤出电极材料层和分隔体层，或者使用具有三个或更多分配孔口的多槽构造同时挤出具有集成分隔体层的多层电极。在一些实施方案中，制造系统1400可以包括三槽构造，使得第一活性材料层、第二活性材料层和分隔体层可以全部同时被挤出。在另一实施方案中，可以在电极（单层的或多层的）先干燥之后再施加分隔体层。
制造具有集成陶瓷分隔体的电极的系统和方法的附加方面和特征在下文作为一系列相互关联的段落呈现，但不限于此。
E0. 一种制造用于电化学电池的电极的方法，包括：
使集流体衬底和电极材料复合物分配器相对于彼此移动；和
使用分配器向集流体衬底的至少一部分涂覆电极材料复合物和分隔体材料，以产生电化学电池电极，其中，涂覆包括：
使用分配器的一个或多个相应的第一孔口，将一个或多个活性材料层分配至集流体衬底上，每个活性材料层包括活性材料复合物的浆料；和
在活性材料复合物湿润时，使用分配器的一个或多个第二孔口将分隔体层分配至一个或多个活性材料层上，使得一个或多个活性材料层位于分隔体层和集流体衬底之间，分隔体层包含多个陶瓷颗粒；
其中，在分隔体层和该一个或多个活性材料层中的相邻活性材料层之间形成互穿边界。
E1. 根据E0所述的方法，其中电极材料复合物分配器包括具有多个分配槽的槽压模涂覆头分配器。
E2. 根据E0或E1所述的方法，其中互穿边界由互联区域形成，互联区域将分隔体层联接至一个或多个活性材料层中的相邻活性材料层，互联区域包括分隔体层的第一指状物与活性材料复合物的第二指状物互联的互穿部。
E3. 根据段落E0至E2中任一项所述的方法，其中一个或多个活性材料层包括具有多个第一活性材料颗粒的第一层和具有多个第二活性材料颗粒的第二层。
E4. 根据段落E0至E3中任一项所述的方法，还包括在一个或多个活性材料层和分隔体层干燥之后压延电极。
F0. 一种制造用于电化学电池的电极的方法，包括：
使集流体衬底和电极材料复合物分配器相对于彼此移动；和
使用分配器向集流体衬底的至少一部分涂覆电极材料复合物，以产生电化学电池电极，其中，涂覆包括：
使用分配器的第一孔口将第一层施加至集流体衬底，第一活性材料层包括具有多个第一活性材料颗粒和第一黏合剂的第一活性材料复合物浆料；
使用分配器的第二孔口，在第一活性材料层湿润的同时将第二层施加至第一活性材料层，第二层包括具有多个陶瓷颗粒和第二黏合剂的分隔体材料；以及
形成将第一层黏附至第二层的互联区域，互联区域包括第一层和第二层的互穿部，在该互穿部中，第一层的第一指状物与第二层的第二指状物互联。
G0. 一种制造用于电化学电池的电极的方法，包括：
使用槽压模涂覆头分配器的第一流体槽将第一活性材料复合物浆料的第一层施加至箔衬底，其中第一活性材料复合物浆料包含多个第一活性材料颗粒和第一黏合剂；以及
在第一层湿润时使用槽压模涂覆头分配器的第二槽将分隔体材料浆料的第二层施加至第一层，其中分隔体材料浆料包含多个无机颗粒和第二黏合剂；
其中，在第一层和第二层之间形成互穿边界层。
H0. 一种制造用于电化学电池的电极的方法，包括：
引起分隔体材料分配器和集流体衬底之间的相对运动，在集流体衬底上设置有活性材料复合物的第一层，其中第一层包括多个第一活性材料颗粒和第一黏合剂；以及
使用分配器的孔口将分隔体材料的第二层施加至第一层，第二层包括具有多个陶瓷颗粒和第二黏合剂的分隔体材料浆料；
其中，分隔体材料浆料的第二层的施加形成了将第一层黏附至第二层的互联区域，互联区域包括第一层和第二层的互穿部，在该互穿部中，第一层的第一指状物与第二层的第二指状物互联。
I0. 一种制造用于电化学电池的电极的方法，包括：
使集流体衬底和电极材料复合物分配器相对于彼此移动，其中集流体衬底至少部分地涂覆有未压延的活性材料复合物层；和
使用分配器的孔口向未压延层的至少一部分涂覆分隔体材料，形成包含多个无机（例如，陶瓷）颗粒的分隔体层；以及
形成将分隔体层黏附至活性材料复合物层的互联区域，互联区域包括无机颗粒与活性材料复合物之间的互穿边界层。
J0. 一种制造用于电化学电池的电极的方法，包括：
将第一活性材料复合物浆料的第一层施加至箔衬底，其中第一活性材料复合物浆料包含多个第一活性材料颗粒和第一黏合剂；以及
在压延之前使用槽压模涂覆头分配器的槽将分隔体材料浆料的第二层施加至第一层，其中分隔体材料浆料包含多个陶瓷颗粒和第二黏合剂；
其中，在第一层和第二层之间形成互穿边界层。
F. 具有集成分隔体的说明性电化学双层电池
图11、12及13描绘了包括具有集成分隔体的电极的电化学双层电池的示例。本文描述的电极和制造装置的多个方面可以用作以下描述的电化学双层电池的部件。
图11描绘了堆叠电池配置1100的示例。双层电池1110可以由两个电极（例如，阳极1102和阴极1104）形成。阳极1102和阴极1104中的一者或两者可以为多层的，与图4中的电极300相似。视应用而定，多个双层电池可以配置为形成堆叠电池。在一些实施方案中，包括n个电极的电池中的第一个和最后一个电极可以为阳极1102。在堆叠电池配置1100中，阳极1102可以配置为比阴极1104的长度长出距离1106。距离1106可以使阳极1102的远端延伸得比阴极1104的远端更远。阳极所超出的长度可以有助于防止两个电极之间短路。在本示例中，阳极1102可包括集成分隔体层1108。卷绕电池可以采用相似配置。对于卷绕电池来说，利用本文所述的任何方法形成单个双层电池，之后对该双层电池进行卷绕或卷轧。
图12示出了具有分别自双层电池1220中的阳极1202和阴极1204突出的接线片1210和1212的堆叠电池配置1200。阳极1202和阴极1204中的一者或两者可以为多层的，与图4中的电极300相似。在本示例中，接线片1210可自阳极1202突出，穿过电极层1205和分隔体层1206。在接线片突出的电极远端的较厚分隔体层1206可以防止阳极1202和阴极1204之间短路。
图13示出了具有分别自双层电池1320中的阳极1302和阴极1304突出的接线片1310和1312的堆叠电池配置1300。阳极1302和阴极1304中的一者或两者可以为多层的，与图4中的电极300相似。在本示例中，接线片1310可自阳极1302突出，穿过电极层1305和分隔体层1306。在接线片突出的电极远端的较厚分隔体层1306可以防止阳极1302和阴极1304之间短路。可以在阴极1304和电极远端的接线片1312上贴附胶带1314，进一步增强绝缘并防止阳极1302和阴极1304之间短路。
优点、特征和益处
本文所述的包括集成陶瓷分隔体的电极的不同实施方案和示例提供了优于已知用于制造包含分隔体的电化学电池的方案的诸多优点。例如，本文描述的说明性实施方案和示例允许同时制造电极的分隔体和其它复合物层。在已知的制造方法中，需要独立于电极来制造分隔体，而本公开中描述的方法和系统通过促进同时制造而简化了制造过程。
另外，除了其他益处之外，本文描述的说明性实施方案和示例允许分隔体层和分隔体置于其上的活性材料层之间存在更稳固的界面。可以将两层之间的非平面界面制造为具有将这些层互联在一起的多个指状物。这可以为电极提供更高的稳定性，并且可以减小界面电阻，同时增加通过电极的离子迁移率。此外，在达到高温时（例如，在热失控事件中），为分隔体层提供了更高的抗收缩性。
没有已知的系统或装置可以提供如本文所述的集成分隔体层的益处。制造工艺的简化以及上述功能优点提供了优于已知电极制造方法的实质性改进。因此，本文所述的说明性实施方案和示例对于用于电化学电池的电极的制造特别有用。然而，并非本文描述的所有实施例和示例都提供相同的优点或相同程度的优点。
结论
上文阐述的公开内容可涵盖具有独立效用的多个不同的示例。尽管已经以其优选形式公开了每一个示例，但是本文公开和示出的其特定实施方案不应被认为是限制性的，因为可以进行多种变型。在本公开内使用的章节标题方面，此类标题仅用于组织目的。本公开的主题包括本文公开的多种要素、特征、功能和/或特性的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。以下权利要求特别指出了被认为是新颖且非显而易见的某些组合和子组合。各特征、功能、要素和/或特性的其他组合和子组合可在要求本申请或相关申请优先权的申请中要求保护。这样的权利要求，无论在范围上与原始权利要求相比更宽、更窄、相同或不同，都被认为包括在本公开的主题内。

Claims (18)

1.一种具有集成分隔体层的电化学电池电极，所述电极包括：
电化学电池电极，其包括集流体衬底和电极材料复合物，所述电极材料复合物包括层叠至所述集流体衬底上的多个第一活性材料颗粒，所述第一活性材料颗粒具有第一平均粒度；
分隔体层，其包括多个无机颗粒，其设置为使得所述电极材料复合物位于所述分隔体层和所述集流体衬底之间，所述无机颗粒具有第二平均粒度；以及
互联区域，其将所述分隔体层黏附至所述电极材料复合物，所述互联区域包括所述分隔体层和所述电极材料复合物的非平面互穿部，在所述非平面互穿部中，所述电极材料复合物的第一指状物与所述分隔体层的第二指状物互联；
其中，所述第一指状物的长度大于所述第一平均粒度的两倍和所述第二平均粒度的两倍中的较小者；并且，所述无机颗粒的硬度大于所述第一活性材料颗粒的硬度。
2.根据权利要求1所述的电极，其中，所述电极材料复合物包括第一层和第二层，所述第一层包括所述多个第一活性材料颗粒，所述第二层包括多个第二活性材料颗粒。
3.根据权利要求1所述的电极，其中，所述分隔体层中所述无机颗粒的质量百分比大于50％。
4.根据权利要求3所述的电极，其中，所述分隔体层中所述无机颗粒的质量百分比大于99％。
5.根据权利要求1所述的电极，其中，所述分隔体层还包括与所述无机颗粒混合的聚合物，使得所述分隔体层中所述无机颗粒的质量分数小于50％，并且所述聚合物的质量分数大于50％。
6.根据权利要求1所述的电极，还包括设置在所述分隔体层上的聚烯烃层，使得所述分隔体层位于所述聚烯烃层和所述电极材料复合物之间。
7.根据权利要求1所述的电极，其中，所述多个无机颗粒包括陶瓷材料。
8.一种具有集成分隔体层的电化学电池电极，所述电极包括：
具有集流体衬底的电化学电池电极，所述集流体衬底联接至一个或多个活性材料层，每个所述活性材料层包括相应的多个活性材料颗粒，所述活性材料颗粒具有第一平均粒度；和
分隔体层，其与所述一个或多个活性材料层中的相邻活性材料层直接接触，使得所述一个或多个活性材料层位于所述分隔体层和所述集流体衬底之间，所述集成分隔体层包括多个陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒具有第二平均粒度；
其中，互联区域将所述分隔体层固定至所述相邻活性材料层，所述互联区域包括所述分隔体层和所述相邻活性材料层之间的非平面边界，使得所述相邻活性材料层和所述分隔体层互穿；
其中，所述非平面边界包括所述活性材料颗粒的多个基本离散的第一指状物和与所述第一指状物互联的所述陶瓷颗粒的多个基本离散的第二指状物；并且
其中，所述第一指状物的长度大于所述第一平均粒度的两倍和所述第二平均粒度的两倍中的较小者；并且，所述陶瓷颗粒的硬度大于所述活性材料颗粒的硬度。
9.根据权利要求8所述的电极，其仅包括单个活性材料层，所述单个活性材料层从所述集流体衬底延伸至所述分隔体层。
10.根据权利要求8所述的电极，其中，所述分隔体层中所述陶瓷颗粒的质量百分比大于50％。
11.根据权利要求10所述的电极，其中，所述分隔体层中所述陶瓷颗粒的质量百分比大于99％。
12.根据权利要求8所述的电极，其中，所述分隔体层还包括与所述陶瓷颗粒混合的聚合物，使得所述分隔体层中所述陶瓷颗粒的质量分数小于50％，并且所述聚合物的质量分数大于50％。
13.根据权利要求8所述的电极，还包括设置在所述分隔体层上的聚烯烃层，使得所述分隔体层位于所述聚烯烃层和所述一个或多个活性材料层之间。
14.根据权利要求8所述的电极，其中，所述多个陶瓷颗粒由氧化铝组成。
15.一种制造电化学电池电极的方法，所述方法包括：
使集流体衬底和电极材料复合物分配器相对于彼此移动；和
使用所述分配器向所述集流体衬底的至少一部分涂覆电极材料复合物和分隔体材料，以产生电化学电池电极，其中，所述涂覆包括：
使用所述分配器的一个或多个相应的第一孔口，将包括一个或多个活性材料层的电极材料复合物分配至所述集流体衬底上，每个所述活性材料层包括活性材料复合物的浆料,所述活性材料层包括多个活性材料颗粒；和
在所述活性材料复合物湿润时，使用所述分配器的一个或多个第二孔口将分隔体层分配至所述一个或多个活性材料层上，使得所述一个或多个活性材料层位于所述分隔体层和所述集流体衬底之间，所述分隔体层包含多个陶瓷颗粒，所述陶瓷颗粒的硬度大于所述活性材料颗粒的硬度；以及
形成互联区域，所述互联区域将所述电极材料复合物黏附至所述分隔体层，所述互联区域包括所述电极材料复合物和所述分隔体层的互穿部，在所述互穿部中，所述电极材料复合物的第一指状物与所述分隔体层的第二指状物互联。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述电极材料复合物分配器包括具有多个分配槽的槽压模涂覆头分配器。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述一个或多个活性材料层包括具有多个第一活性材料颗粒的第一层和具有多个第二活性材料颗粒的第二层。
18.根据权利要求15所述的方法，还包括在所述一个或多个活性材料层和所述分隔体层干燥之后压延所述电极。
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