CN115244729A - 用于形成具有高活性固体加载的半固体电极和包括其的电化学电池的装置和方法 - Google Patents

用于形成具有高活性固体加载的半固体电极和包括其的电化学电池的装置和方法 Download PDF

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Abstract

本文所述的实施例一般而言涉及用于通过移除过量电解质来形成具有高活性固体加载的半固体电极的装置和方法。在一些实施例中，半固体电极材料能够通过在液体电解质中混合活性材料和可选地导电材料以形成悬浮液来形成。在一些实施例中，能够将半固体电极材料部署到集电器上以形成中间电极。在一些实施例中，半固体电极材料能够具有第一组成，其中电解质与活性材料的比率在大约10:1和大约1:1之间。在一些实施例中，用于将半固体电极材料从第一组成转化为第二组成的方法包括从半固体电极材料中移除电解质的一部分。

Description

用于形成具有高活性固体加载的半固体电极和包括其的电化 学电池的装置和方法
相关申请的交叉引用
本申请要求标题为“APPARATUSES AND PROCESSES FOR FORMING A SEMI-SOLIDELECTRODE HAVING HIGH ACTIVE SOLIDS LOADING AND ELECTROCHEMICAL CELLSINCLUDING THE SAME”并于2020年1月21日提交的美国临时申请No.62/963,908的优先权和权益，其公开内容通过引用整体并入本文。
背景技术
半固体电极有时可以具有比常规电极更低的能量密度，常规电极的电极材料常常在施加到集电器后被压延。因此，与常规电极相比，可以具有更好导电性和电极材料内离子截留的更低风险的半固体电极常常做得更厚以实现相同的容量。
发明内容
本文描述的实施例一般而言涉及用于通过移除过量电解质来形成具有增加的活性固体加载的半固体电极的装置和方法。在一些实施例中，用于将半固体电极材料从第一组合物转化为第二组合物的方法包括从半固体电极材料中移除电解质的一部分。在一些实施例中，可以将半固体电极材料部署在集电器上，从而形成中间电极。在一些实施例中，该方法还包括机械地压缩中间电极以从半固体电极材料中移除电解质的部分。在一些实施例中，该方法可以包括将中间电极部署在压模和机械压力机的基座之间并且将压模朝着基座移动，直到向中间电极供应压缩力。在一些实施例中，可以将吸收性材料部署在机械压力机内，例如在压模和基座中的至少一个之间，以吸收从中间电极移除的电解质的部分。在一些实施例中，从中间电极移除电解质的部分形成具有比先前描述的半固体电极材料和由其组成的电极更高的活性固体加载的成品电极。
在一些实施例中，半固体电极材料可以通过在液体电解质中混合活性材料和可选地导电材料以形成包括固相和液相的混合物的电极材料来形成。在一些实施例中，可以将半固体电极材料部署在集电器上以形成中间电极。在一些实施例中，中间电极可以包括具有第一组成的半固体电极材料，其中电解质与活性材料的比率在大约10:1和大约1:1之间。在一些实施例中，中间电极可以被机械压缩以形成包括具有第二组成的半固体电极材料的成品电极，其中电解质与活性材料的比率在大约5:1和大约1:3之间。
附图说明
图1图示了根据实施例的制造半固体电极的方法。
图2A-2E图示了根据实施例的制造半固体电极的方法。
图3A-3E图示了根据实施例的制造半固体电极的方法。
图4A-4F图示了根据实施例的制造半固体电极的方法。
图5A和5B图示了根据实施例的半固体电极的附加使用的方法。
具体实施方式
本文描述的实施例一般而言涉及用于形成具有高活性固体加载含量的半固体电极材料的方法，以及用于形成包括该电极材料的电化学电池的方法。在一些实施例中，半固体电极可以通过在液体电解质中机械地压缩活性材料和导电材料的半固体电极材料来形成。在一些实施例中，活性材料可以包括活性材料的颗粒。在一些实施例中，活性颗粒可以基本上不含任何涂层。在一些实施例中，导电材料可以包括导电材料的颗粒。在一些实施例中，导电材料可以不含或基本上不含导电纤维。在一些实施例中，半固体电极材料可以包括第一体积的液体电解质，使得半固体电极材料在半固体电极的制造期间是可流动的。在一些实施例中，半固体电极材料可以被机械压缩以便提取液体电解质的一部分并形成具有小于液体电解质的第一体积的液体电解质的第二体积的半固体电极材料。在一些实施例中，机械压缩包括在压模和基板之间压缩半固体电极材料。在一些实施例中，半透膜可以部署在半固体电极材料与基座和压模中的至少一个之间，使得可以在不移除任何活性材料或导电材料的情况下提取液体电解质的一部分。在一些实施例中，从半固体电极材料中移除液体电解质的部分可以形成具有较高活性固体含量的半固体电极材料，例如，大于大约70wt％的活性材料。
常规的电极材料通常通过以下操作来制造：用电极浆料涂覆金属基板(例如，集电器)，电极浆料由溶解或分散在溶剂或水中的活性材料、导电添加剂和粘合剂组成；蒸发溶剂或水；以及将干燥的固体基质压延至指定的厚度。然后切割电极，与其它部件打包在一起，用电解质渗透，然后密封整个包装。此类方法一般而言涉及复杂且昂贵的制造步骤，诸如铸造电极。这些用于生产电极的方法导致电池容量更低、能量密度更低，以及非活性成分与活性材料的比率高。此外，已知电极配方中使用的键合剂会增加弯曲度并降低电极的离子电导率。在一些实施例中，本文所述的电极可以不含或基本上不含键合剂。
由于在压延常规电极材料之后灌注电解质，因此在形成电化学电池之后通常要求大量的努力来灌注电解质。用于利用液体电解质灌注压延的电极材料的常规方法包括使用高压力或长灌注时间以实现液体电解质到电极材料中的充分渗透。通常，常规电极因此被压延至仅大约20％的孔隙率以促进电解质到压延的电极材料中的灌注。因此，成品电极的能量密度与电极材料的致密程度之间存在折衷。换句话说，由于压延之后的常规电极材料通常更致密，因此可以更难用液体电解质渗透。因此，常规电极材料在灌注之后常常不会被电解质完全润湿，这意味着所实现的能量密度会大大低于理论能量密度。
半固体电极和由其形成的电池常常可以制造得更厚(具有更高的容量)，而不会经历更厚的常规电极的导电性问题。但是，半固体电极的能量密度可以低于常规电极，部分原因是常规电极通常经过压延，并且在干燥步骤期间移除了浆化溶剂。半固体电极通常不被干燥或压延，因为电极是由活性材料的浆料和可选地导电材料在液体电解质中形成的，在这种情况下，干燥或压延步骤将从电极中移除所有或基本上所有电解质。因此，一直需要具有更高活性固体加载的半固体电极和由其形成的电化学电池。
如本文所述，在一些实施例中，通过最初将活性材料、可选的导电材料和液体电解质浆化成半固体电极材料来制备半固体电极。由于半固体电极材料已经包含与活性材料接触的液体电解质，因此成品电极的实际能量密度可以与理论能量密度基本相似。
如在本说明书中使用的，单数形式的“一个”、“一种”和“该”包括复数指示物，除非上下文另外明确指出。因此，例如，术语“一个构件”旨在表示单个构件或构件的组合，“一种材料”旨在表示一种或多种材料或其组合。
当与“圆柱形”、“线性”和/或其它几何关系结合使用时，术语“基本上”旨在传达这样定义的结构名义上是圆柱形、线性等。作为一个示例，被描述为“基本上线性的”支撑构件的一部分旨在传达，虽然该部分的线性性是期望的，但在“基本上线性的”部分中可以发生某种非线性性。这种非线性性可以是由于制造公差或其它实际考虑因素(诸如例如施加到支撑构件的压力或力)引起的。因此，由术语“基本上”修饰的几何构造包括在所述几何构造的加或减5％的公差内的这样的几何性质。例如，“基本上线性的”部分是限定在线性的加或减5％之内的轴线或中心线的部分。
如本文所使用的，术语“集合”和“多个”可以指多个特征或具有多个部分的单个特征。例如，当提及电极的集合时，该电极的集合可以被认为是具有多个部分的一个电极，或者该电极的集合可以被认为是多个截然不同的电极。此外，例如，当提及多个电化学电池时，多个电化学电池可被认为是多个截然不同的电化学电池或具有多个部分的一个电化学电池。因此，部分的集合或多个部分可以包括彼此或者连续或者不连续的多个部分。多个颗粒或多种材料也可以由多个物品制成，这些物品被单独生产并随后联接在一起(例如，经由混合、粘合剂或任何合适的方法)。
如本文所使用的，术语“大约”和“近似”一般是指所述值的加或减10％，例如，大约250μm将包括225μm至275μm，大约1000μm将包括900μm至1100μm。
如本文所使用的，术语“半固体”是指液相和固相的混合物的材料，例如，诸如颗粒悬浮液、、浆料、胶体悬浮液、乳液、凝胶或胶束。如本文所使用的，术语“半固体电极材料”是指至少固体活性材料和液体电解质的混合物。
如本文所使用的，术语“激活的碳网络”和“联网的碳”涉及电极的一般定性状态。例如，具有激活的碳网络(或联网的碳)的电极使得电极内的碳颗粒相对于彼此呈现单独的颗粒形态和布置，这促进颗粒之间的电接触和导电性。相反，术语“未激活的碳网络”和“未联网的碳”涉及电极，其中碳颗粒以可能没有充分连接以提供通过电极的足够导电的或者单颗粒岛或者多颗粒附聚岛存在。
在一些实施例中，制造具有高活性固体加载的半固体电极的方法包括将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成半固体电极材料并将半固体电极材料部署在集电器上。该方法还可以包括将半透膜部署在半固体电极材料的暴露表面上并压缩半固体电极材料以提取液体电解质的一部分。在一些实施例中，可以使用机械压力机压缩半固体电极。在一些实施例中，半透膜可以被构造为吸收在压缩期间提取的液体电解质的部分。在一些实施例中，吸收性材料可以被用于在半固体电极的机械压制期间吸收提取出的液体电解质中的至少一些。在一些实施例中，机械压缩半固体电极材料包括在压模和基座之间压缩半固体材料。在一些实施例中，吸收性材料可以部署在半透膜的暴露表面上、压模的接触表面上、基座的接触表面上或其任何组合。在一些实施例中，压缩的半固体电极材料包括大于大约70wt％的活性材料。在一些实施例中，混合之后的半固体电极材料具有第一组成，其中液体电解质占半固体电极材料的大约50wt％至约80wt％，并且压缩之后的半固体电极材料具有第二组合，其中液体电解质占半固体电极材料的大约10wt％至大约45wt％。在一些实施例中，混合之后的半固体电极材料具有大约10:1和大约1:1之间的液体电解质与活性材料的第一比率，并且压缩之后的半固体电极材料具有大约5:1和大约1:3之间的液体电解质与活性材料的第二比率。在一些实施例中，混合之后的半固体电极材料具有大约5M和大约15M之间的第一活性材料摩尔浓度，并且压缩之后的半固体电极材料具有大约16M和大约24M之间的第二活性材料摩尔浓度。在一些实施例中，混合之后的半固体电极材料具有大约3mAh/g和大约5mAh/g之间的第一能量密度，并且压缩之后的半固体电极材料具有大约6mAh/g和大约14mAh/g之间的第二能量密度。
在一些实施例中，制造具有高活性固体加载的半固体电极的方法可以包括将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成具有第一厚度的半固体电极材料，将半固体电极材料插入集电器和半透膜之间，以及机械压缩半固体电极材料使得半固体电极材料具有小于第一厚度的第二厚度。在一些实施例中，第一厚度在大约100μm和大约2,000μm之间。在一些实施例中，第二厚度在大约5μm和大约50μm之间。在一些实施例中，机械压缩是通过在机械压力机(mechanical press)的基座和压模之间机械压缩半固体电极材料来实现的。
在一些实施例中，制造具有高活性固体加载的半固体电极的方法可以包括将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成具有第一体积的半固体电极材料，将半固体电极材料插入集电器和半透膜之间，以及机械压缩半固体电极材料使得半固体电极材料具有小于第一体积的第二体积。
在一些实施例中，制造具有高活性固体加载的半固体电极的方法可以包括将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成具有第一组成的半固体电极材料，该第一组成包括大约50wt％和大约80wt％的液体电解质，将半固体电极材料插入集电器和半透膜之间，并机械压缩半固体电极材料直到半固体电极材料具有第二组成，该第二组成包括大约10wt％和大约45wt％之间的液体电解质。
在一些实施例中，制造具有高活性固体加载的半固体电极的方法可以包括将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成具有第一密度的第一半固体电极材料，将第一半固体电极材料插入集电器和半透膜之间，并机械压缩第一半固体电极材料以形成具有大于第一密度的第二密度的第二半固体电极材料。在一些实施例中，第一密度可以小于大约2g/cm3、小于大约1.9g/cm3、小于大约1.8g/cm3、小于大约1.7g/cm3、小于大约1.6g/cm3、小于大约1.5g/cm3、小于大约1.4g/cm3、小于大约1.3g/cm3、小于大约1.2g/cm3、小于大约1.1g/cm3或小于大约1g/cm3，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，第二密度在大约2.1g/cm3和大约5g/cm3之间、大约2.2g/cm3和大约4.5g/cm3之间、大约2.3g/cm3和大约4g/cm3之间、大约2.4g/cm3和大约3.5g/cm3之间、大约2.5g/cm3和大约3g/cm3之间、大约2.5g/cm3和大约5g/cm3之间、大约3g/cm3和大约5g/cm3之间、大约3.5g/cm3之间大约5g/cm3、大约4g/cm3和大约5g/cm3之间、大约4.5g/cm3和大约5g/cm3之间、大约2.1g/cm3和大约4.5g/cm3之间、大约2.1g/cm3和大约4g/cm3之间、大约2.1g/cm3和大约3.5g/cm3之间、大约2.1g/cm3和大约3g/cm3之间、或大约2.1g/cm3和大约2.5g/cm3之间，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，第二密度大于大约2.1g/cm3、大于大约2.5g/cm3、大于大约3g/cm3、大于大约3.5g/cm3、大于大约4g/cm3、大于大约4.5g/cm3、大于大约5g/cm3、大于大约5.5g/cm3或大于大约6g/cm3，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，第二半固体电极材料的能量密度大于大约5mAh/g、大于大约6mAh/g、大于大约7mAh/g、大于大约8mAh/g、大于大约9mAh/g、大于大约10mAh/g、大于大约11mAh/g、大于大约12mAh/g、大于大约13mAh/g、大于大约14mAh/g或大于大约15mAh/g，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，制造具有高活性固体加载的半固体电极的方法可以包括使用回收的电化学电池材料。在一些实施例中，回收的电化学电池材料可以包括用过的电化学电池材料、部分用过的电化学电池材料、导电的电化学电池废料和/或可以被再利用的任何其它电化学电池材料。在一些实施例中，机械压缩回收的电化学电池材料可以提高回收的电化学电池材料的整体电导率和/或活性材料分数。在一些实施例中，制造具有高活性固体加载的半固体电极的方法可以包括使用至少大约5wt％、至少大约10wt％、至少大约15wt％、至少大约20wt％、至少大约25wt％、至少大约30wt％、至少大约35wt％、至少大约40wt％、至少大约45wt％、至少大约50wt％、至少大约55wt％、至少大约60wt％、至少大约65wt％、至少大约70wt％、至少大约75wt％、至少大约80wt％、至少大约85wt％、至少大约90wt％或至少大约95wt％回收的电化学电池材料。
图1图示了形成半固体电极的方法10，该电极包括比常规电极更高的活性固体加载，同时在电极制造期间保持可流动。方法10可以包括在11处将半固体电极材料分配到集电器上以形成中间电极。在一些实施例中，分配半固体电极材料可以包括将半固体电极材料滴铸到移动的集电器上以形成或基本上形成电极。在一些实施例中，分配半固体电极材料可以包括将半固体电极材料从移动的挤出喷嘴等挤出到固定的集电器上。在一些实施例中，半固体电极材料可以经由固定的分配机构分配到固定的集电器上，例如，在离散部分中，然后半固体电极材料的离散部分可以通过任何合适的方法散布在集电器的整个表面上以形成或基本上形成电极。在一些实施例中，集电器材料可以分摊到多个集电器中，使得多个集电器中的每一个与其它集电器分开。然后可以将半固体电极材料的离散部分部署到每个个体化集电器的表面上以形成或基本上形成电极。在一些实施例中，根据方法10的步骤11形成的电极包括中间电极材料，使得电极可以在电化学电池中可操作，但其具有比成品电极所期望的更低的活性固体加载。形成的电极可以是正电极、阳极、负电极、阴极或电化学电池的任何其它电极或部件。如本文所述，电极可以是在液体电解质中至少包括活性材料和/或导电材料的半固体电极。
在一些实施例中，半固体电极材料可以包括在液体电解质中的任何合适的活性材料和/或导电材料的组合物，诸如在美国专利No.8,993,159、9,178,200、9,184,464、9,203,092、9,362,583、9,385,392、9,401,501、9,437,864、9,484,569、9,812,674、9,825,280、9,831,518和9,831,522中进一步详细描述的那些组合物，这些专利的全部公开内容通过引用并入本文。在2018年7月9日提交的标题为“Continuous and Semi-Continuous Methods ofSemi-Solid Electrode and Battery Manufacturing”的美国临时专利申请No.62/695,483(下文中称为“'483申请”)中进一步详细描述了制造半固体电极和具有半固体电极的电化学电池的方法的示例，其全部公开内容通过引用并入本文。
在一些实施例中，为了形成可以更容易地部署在集电器上的半固体电极材料，半固体电极材料可以具有第一组成，其中电解质与活性材料的比率介于大约10:1和大约1:1之间、大约9:1和大约2:1之间、大约8:1和大约3:1之间、大约7:1和大约4:1之间、大约6:1和大约5:1之间，大约10:1和大约2:1之间、大约10:1和大约3:1之间、大约10:1和大约4:1之间、大约10:1和大约5:1之间、大约10:1和大约6:1之间，大约10:1和大约7:1之间、大约10:1和大约8:1之间、大约10:1和大约9:1之间、大约9:1和大约1:1之间、大约8:1和大约1:1之间，大约7:1和大约1:1之间、大约6:1和大约1:1之间、大约5:1和大约1:1之间、大约4:1和大约1:1之间、大约3:1和大约1:1之间或大约2:1和大约1:1之间，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，当半固体电极材料具有第一组成时，由于与成品电极中的半固体电极材料的期望粘度相比相对低的粘度，半固体电极材料可以被更容易地处置和分配到集电器上。
在一些实施例中，半固体电极材料的第一组成可以具有大约0.1mAh/g和大约10mAh/g之间，大约0.5mAh/g和大约9.5mAh/g之间、大约1mAh/g和大约9mAh/g之间、大约1.5mAh/g和大约8.5mAh/g之间、大约2mAh/g和大约8mAh/g之间、大约2.5mAh/g和大约7.5mAh/g之间、大约3mAh/g和大约7mAh/g之间、大约0.1mAh/g和大约9.5mAh/g之间、大约0.1mAh/g和大约9mAh/g之间、大约0.1mAh/g和大约8.5mAh/g之间、大约0.1mAh/g和大约8mAh/g之间、大约0.1mAh/g和大约7.5mAh/g之间、大约0.1mAh/g和大约7mAh/g之间、大约0.1mAh/g和大约6.5mAh/g之间、大约0.1mAh/g和大约6mAh/g之间、大约0.5mAh/g和大约10mAh/g之间、大约1mAh/g和大约10mAh/g之间、大约1.5mAh/g和大约10mAh/g之间、大约2mAh/g和大约10mAh/g之间、大约2.5mAh/g和大约10mAh/g之间、大约3mAh/g和大约10mAh/g之间、大约3.5mAh/g和大约10mAh/g之间、大约4mAh/g和大约10mAh/g之间、大约4.5mAh/g和大约10mAh/g之间、大约5mAh/g和大约10mAh/g之间、大约5.5mAh/g和大约10mAh/g之间、大约6mAh/g和大约10mAh/g之间、大约6.5mAh/g和大约10mAh/g之间或大约7mAh/g和大约10mAh/g之间的能量密度，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料的第一组成可以具有小于大约10mAh/g、大约9.5mAh/g、大约9mAh/g、大约8.5mAh/g、大约8mAh/g、大约7.5mAh/g、大约7mAh/g、大约6.5mAh/g、大约6mAh/g、大约5.5mAh/g、大约5mAh/g、大约4.5mAh/g、大约4mAh/g、大约3.5mAh/g、大约3mAh/g、大约2.5mAh/g、大约2mAh/g、大约1.5mAh/g、大约1mAh/g、大约0.5mAh/g或大约0.1mAh/g的能量密度，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，部署在集电器的表面上的半固体电极材料可以具有厚度，其中该厚度是半固体电极材料在垂直于集电器的表面的方向上的维度。在一些实施例中，半固体电极材料在被机械压缩之前可以具有大约51μm和大约3,000μm之间、大约75μm和大约2,500μm之间、大约100μm和大约2,000μm之间、大约150μm和大约1,500μm之间、大约200μm和大约1,000μm之间、大约250μm和大约750μm之间、大约51μm和大约2,500μm之间、大约51μm和大约2,000μm之间、大约51μm和大约1,500μm之间、大约51μm和大约1,000μm之间、大约100μm和大约3,000μm之间、大约200μm和大约3,000μm之间、大约300μm和大约3,000μm之间、大约400μm和大约3,000μm之间、大约500μm和大约3,000μm之间、大约750μm和大约3,000μm之间、大约1,000μm和大约3,000μm之间、大约1,500μm和大约3,000μm之间、大约2,000μm和大约3,000μm之间或大约2,500μm和大约3,000μm之间的厚度，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中、半固体电极材料在被机械压缩之前可以具有大于大约51μm、大约75μm、大约100μm、大约150μm、大约200μm、大约250μm、大约300μm、大约400μm、大约500μm、大约750μm、大约1,000μm、大约1,500μm、大约2,000μm、大约2,500μm或大约3,000μm的厚度，包括其间的所有值和范围。
方法10可以包括在12处机械压缩半固体电极材料以提取液体电解质的一部分。在一些实施例中，半固体电极材料在提取液体电解质的部分之后可以具有第二组成。在一些实施例中，半固体电极材料的机械压缩可以导致半固体电极材料的至少一部分的变形(例如，体积减小、厚度减小、长度减小、高度减小、其组合等)并且集电器没有或基本上没有变形。在一些实施例中，机械压缩中间电极材料可以导致从半固体电极材料中移除电解质的部分。
在一些实施例中，机械压缩可以包括将中间电极部署在机械压力机的压模和基座之间，并且将模具朝着基座移动直到压缩力施加到中间电极。在一些实施例中，压模和基座可以被构造为与中间电极相同或基本相同的形状和尺寸。在一些实施例中，机械压力机可以是冲压机，其包括被配置为向压模施加移动力的马达和活塞，压模的维度被设计为并被配置为向由底座保持就位的中间电极施加压缩力。在一些实施例中，中间电极可以定位在机械压力机中，使得集电器的暴露表面或暴露表面的一部分邻接基座，而半固体电极的暴露表面或暴露表面的一部分材料邻接压模。在一些实施例中，中间电极可以定位在机械压力机中，使得半固体电极材料的暴露表面或暴露表面的一部分邻接基板，同时集电器的暴露表面或暴露表面的一部分邻接压模。在一些实施例中，基座和/或压模可以具有接触表面。在一些实施例中，基座和/或压模可以在基座的接触表面和/或压模的接触表面与集电器和/或半固体电极材料之间具有界面区域。
在一些实施例中，压模的接触表面和/或基座的接触表面可以包括腔体，使得在中间电极的机械压缩期间，被移除的电解质或其一部分可以保持在内部或连通通过腔体。在一些实施例中，在中间电极的机械压缩期间，可以将被移除的电解质或其一部分从半固体电极材料中通过多孔集电器传送出来，并进入或通过腔体。在一些实施例中，可以将被移除的电解质或其一部分从半固体电极材料中、在集电器的端部或边缘周围以及从基座和压模之间传送出来。在一些实施例中，被移除的电解质或其一部分可以在与集电器相反的方向上从半固体电极材料中传送出来，并进入或穿过腔体。在一些实施例中，被移除的电解质或其一部分可以经由多于本文描述的通路之一从半固体电极材料中传送出来。在一些实施例中，腔体可以流体耦合到排放口，使得可以经由排放口从机械压力机中移除传送到或通过腔体的被移除的电解质。在一些实施例中，腔体可以流体耦合到储存器，使得可以经由储存器从机械压力机中移除传送到或通过腔体的被移除的电解质。在一些实施例中，保持在储存器中的被移除的电解质可以是可重复使用的和/或可回收的，以用于其它半固体电极或其它地方。
在一些实施例中，半透膜可以部署在半固体电极材料上或周围，使得在中间电极的机械压缩期间，半透膜允许电解质从半固体电极材料传送出来，同时不允许活性材料、导电材料等从半固体电极材料中传送出来。在一些实施例中，半透膜可以是片材或其它平面结构，其被构造为在将中间电极从机械压力机中移除之前或之后以及在将机械压缩的电极结合到电化学电池等中之前从半固体电极材料上或周围被移除。在一些实施例中，半透膜可以是常规的隔离器材料，该隔离器材料被构造为允许液体电解质的至少一些通量通过。在一些实施例中，半透膜可以是允许液体电解质的至少一些通量通过同时对于半固体电极材料和/或集电器的组成完全或基本上化学惰性的任何材料。在一些实施例中，半透膜可以吸收提取出的液体电解质的至少一部分，使得液体电解质不能、基本上不能或只能部分地被吸收回半固体电极材料中。
在一些实施例中，从中间电极移除电解质的部分形成具有比先前描述的半固体电极材料和由其组成的电极更高的活性固体加载的成品电极。不希望受任何特定理论的束缚，移除电解质的一部分(例如，液体电解质的过量部分)可以通过移除电解质和通过空隙和孔隙率的压缩移除来减少集电器上的半固体电极材料的体积，而不会相应降低半固体电极材料的电导率。在一些实施例中，孔隙率的降低可以包括孔隙率从大约20％和大约50％之间到大约5％和大约30％之间的降低，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，半固体电极材料的第二组成可以具有小于第一组成的电解质与活性材料的比率。在一些实施例中，半固体电极材料的第二组成可以具有大约5:1和大约1:3之间、大约4:1和大约1:2之间、大约3:1和大约1:1之间、大约5:1和大约1:2之间、大约5:1和大约1:1之间、大约5:1和大约2:1之间、大约5:1和大约3:1之间、大约5:1和大约4:1之间、大约4:1和大约1:3之间、大约3:1和大约1:3之间、大约2:1和大约1:3之间、大约1:1和大约1:3之间或大约1:2和大约1:3之间的电解质与活性材料的比率，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，半固体电极材料的第二组成可以具有大约5mAh/g和大约24mAh/g之间、大约6mAh/g和大约23mAh/g之间、大约7mAh/g和大约22mAh/g之间、大约8mAh/g和大约21mAh/g之间、大约9mAh/g和大约20mAh/g之间、大约10mAh/g和大约19mAh/g之间、大约11mAh/g和大约18mAh/g之间、大约12mAh/g和大约17mAh/g之间、大约13mAh/g和大约16mAh/g之间、大约14mAh/g和大约15mAh/g之间、大约5mAh/g和大约23mAh/g之间、大约5mAh/g和大约22mAh/g之间、大约5mAh/g和大约21mAh/g之间、大约5mAh/g和大约20mAh/g之间、大约5mAh/g和大约19mAh/g之间、大约5mAh/g和大约18mAh/g之间、大约5mAh/g和大约17mAh/g之间、大约5mAh/g和大约16mAh/g之间、大约5mAh/g和大约15mAh/g之间、大约5mAh/g和大约14mAh/g之间、大约5mAh/g和大约13mAh/g之间、大约5mAh/g和大约12mAh/g之间、大约5mAh/g和大约11mAh/g之间、大约5mAh/g和大约10mAh/g之间、大约5mAh/g和大约9mAh/g之间、大约5mAh/g和大约8mAh/g之间、大约5mAh/g和大约7mAh/g之间、大约5mAh/g和大约6mAh/g之间、大约6mAh/g和大约24mAh/g之间、大约7mAh/g和大约24mAh/g之间、大约8mAh/g和大约24mAh/g之间、大约9mAh/g和大约24mAh/g之间、大约10mAh/g和大约24mAh/g之间、大约11mAh/g和大约24mAh/g之间、大约12mAh/g和大约24mAh/g之间、大约13mAh/g和大约24mAh/g之间、大约14mAh/g和大约24mAh/g之间、大约15mAh/g和大约24mAh/g之间、大约16mAh/g和大约24mAh/g之间、大约17mAh/g和大约24mAh/g之间、大约18mAh/g和大约24mAh/g之间、大约19mAh/g和大约24mAh/g之间、大约20mAh/g和大约24mAh/g之间、大约21mAh/g和大约24mAh/g之间、大约22mAh/g和大约24mAh/g之间或大约23mAh/g和大约24mAh/g之间的能量密度，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料的第一组成可以具有大于大约5mAh/g、大约6mAh/g、大约7mAh/g、大约8mAh/g、大约9mAh/g、大约10mAh/g、大约11mAh/g、大约12mAh/g、大约13mAh/g、大约14mAh/g、大约15mAh/g、大约16mAh/g、大约17mAh/g、大约18mAh/g、大约19mAh/g、大约20mAh/g、大约21mAh/g、大约22mAh/g、大约23mAh/g或大约24mAh/g的能量密度，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，半固体电极材料在被机械压缩之后可以具有大约1μm和大约50μm之间、大约2μm和大约49μm之间、大约3μm和大约48μm之间、大约4μm和大约47μm之间、大约5μm和大约46μm之间、大约6μm和大约45μm之间、大约7μm和大约44μm之间、大约8μm和大约43μm之间、大约9μm和大约42μm之间、大约10μm和大约41μm之间、大约15μm和大约40μm之间、大约20μm和大约30μm之间、大约2μm和大约50μm之间、大约3μm和大约50μm之间、大约4μm和大约50μm之间、大约5μm和大约50μm之间、大约6μm和大约50μm之间、大约7μm和大约50μm之间、大约8μm和大约50μm之间、大约9μm和大约50μm之间、大约10μm和大约50μm之间、大约11μm和大约50μm之间、大约12μm和大约50μm之间、大约13μm和大约50μm之间、大约14μm和大约50μm之间、大约15μm和大约50μm之间、大约20μm和大约50μm之间、大约25μm和大约50μm之间、大约30μm和大约50μm之间、大约35μm和大约50μm之间、大约40μm和大约50μm之间或大约45μm和大约50μm之间的厚度，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料在被机械压缩之后可以具有小于大约50μm、大约49μm、大约48μm、大约47μm、大约46μm、大约45μm、大约44μm、大约43μm,大约42μm、大约41μm、大约40μm、大约39μm、大约38μm、大约37μm、大约36μm、大约35μm、大约34μm、大约33μm、大约32μm、大约31μm、大约30μm、大约29μm、大约28μm、大约27μm、大约26μm大约25μm、大约24μm、大约23μm、大约22μm、大约21μm、大约20μm、大约19μm、大约18μm、大约17μm、大约16μm、大约15μm、大约14μm、大约13μm大约12μm、大约11μm、大约10μm、大约9μm、大约8μm、大约7μm、大约6μm、大约5μm、大约4μm、大约3μm、大约2μm或大约1μm的厚度，包括其间的所有值和范围。
方法10可以可选地包括在13处使用吸收性材料吸收液体电解质的提取出的部分。在一些实施例中，吸收性材料可以部署在机械压力机内，例如在中间电极与压模和基座中的至少一个之间，以吸收从中间电极移除的电解质的至少一部分。在一些实施例中，吸收性材料可以是机械压力机的整体部分。在一些实施例中，吸收性材料可以耦合到机械压力机的压模，使得当压模将半固体电极材料压靠在定位在基座上的集电器上时，提取出的液体电解质被吸收性材料吸收。在一些实施例中，吸收性材料可以耦合到机械压力机的基座。在一些实施例中，集电器可以是至少部分多孔的，使得在压缩中间电极期间从半固体电极材料移除的液体电解质可以通过集电器传送并进入吸收性材料。在一些实施例中，吸收性材料可以是可重用的。在一些实施例中，第一中间电极可以被机械压缩并且被移除的液体电解质可以被吸收性材料吸收。在对中间电极进行机械压缩之后，可以将成品电极从机械压力机移除。然后可以将机械压力机操作到闭合位置，使得压模和/或基座被移动，使得在它们之间压缩吸收性材料，从而从液体电解质中移除提取出的液体电解质。在一些实施例中，在从吸收性材料中移除提取出的液体电解质之后，可以将机械压力机返回到打开位置，并且可以将第二中间电极部署在基座和压模之间以进行机械压缩。在一些实施例中，在机械压力机中压制中间电极之后，可以从吸收性材料中移除提取出的液体电解质，并且可以第二次压制相同的中间电极，直到移除足够量的液体电解质以实现成品电极的期望组成。
在一些实施例中，吸收性材料可以包括任何纤维材料、棉纤维、稻壳、超疏水锯末、纤维素基材料、超吸收聚合物、沸石材料、气凝胶、纳米纤维素气凝胶、水凝胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯和交联聚合物、纳米颗粒、碳纳米管、聚(二甲基硅氧烷)、海泡石、滑石、蒙脱石、以下三者的混合物：泥炭藓、木炭和锯末、它们的组合等。
在一些实施例中，除了具有腔体的基座和/或压模之外，还可以使用吸收性材料。在一些实施例中，可以使用吸收性材料代替具有腔体的基座和/或压模。在一些实施例中，腔体可以至少部分地填充有吸收性材料，使得当提取出的电解质被传送到腔体中时，吸收性材料可以捕获所有、基本上所有、大部分、一些或一部分提取出的电解质，以防至少该部分再吸收回半固体电极材料中。在一些实施例中，吸收性材料可以定位成使得当提取出的电解质或其一部分被传送通过腔体时，例如，通过腔体并进入流体耦合到其的储存器或排水管，吸收性材料可以捕获所有、基本上所有、大部分、一些或一部分提取出的电解质以防止至少该部分被传送回到腔体和/或至少该部分再吸收回半固体电极材料中。在一些实施例中，吸收性材料可以定位在基座、压模和/或中间电极的边缘周围，使得经由中间电极的边缘从半固体电极材料移除的电解质的任何部分都可以被吸收材料捕获、基本上捕获或至少部分地捕获。在一些实施例中，吸收性材料可以插入压模或基座与半透膜之间。在一些实施例中，吸收性材料可以插入在多孔集电器与基座或压模之间。在一些实施例中，吸收性材料可以定位在多于一种本文所述的配置中，例如，吸收性材料可以放置在基座和集电器之间、压模和定位在半固体电极材料的暴露表面上的半透膜之间、中间电极的边缘周围，使得所有或基本上所有被移除的过量电解质都可以被吸收性材料捕获。
在一些实施例中，一旦半固体电极材料的组成匹配或基本上匹配成品电极中的半固体电极材料的期望组成，就可以将电极从机械压力机中移除。在一些实施例中，电极可以在被机械压制之前称重，然后可以被机械压制第一时间段以移除电解质的第一部分，然后再次称重，第一重量与第二重量之间的差可操作以确定被移除的电解质的质量。如果被移除的电解质的质量与要被移除的电解质的期望体积或质量充分对应，那么电极可以被认为是成品电极，并准备好进一步处理或结合到电化学电池中。如果被移除的电解质的质量与要被移除的电解质的期望体积或质量不充分对应，那么可以将电极机械压制第二时间段以移除电解质的第二部分，然后第三次称重，第二重量与第三重量之间的差可以操作以确定在第二时间段内移除的电解质的质量。如果在第一时间段内移除的电解质的质量加上在第二时间段内移除的电解质的质量等于或基本等于从半固体电极材料中要移除的电解质的期望质量，那么该电极可以被认为是成品电极。中间电极的机械压缩可以以这种迭代方式继续，直到被移除的电解质的总体积或质量等于或基本上等于要被移除的电解质的期望体积或质量。在一些实施例中，在从电极移除了超过期望量的电解质的情况下，可以将电解质重新施加到半固体电极上。在一些实施例中，电解质的重新施加可以经由喷涂、滴落或任何其它合适的施加方法来完成。
在一些实施例中，成品电极可以包括电极接线片，其电连接到集电器并且被配置为将电子运输到电极中或从电极中运输出去。在一些实施例中，电极接线片可以延伸超出集电器和/或绝缘材料。在一些实施例中，可以在将半固体电极材料部署到集电器上之前将电极接线片电耦合到集电器。在一些实施例中，电池可以包括集成的电接线片，这可以消除对(i)分立的接线片部件(例如，电引线)，(ii)将专用接线片连接到集电器，和(iii)专用接线片密封操作的需要。代替地，在一些实施例中，可以提供电接头或引线作为与集电器一体的集电器的延伸部。在一些实施例中，接线片或引线可以通过从更大面积的集电器材料中移除材料来定义，从而定义集电器和接线片或引线。
方法10可选地包括在14处平滑和/或平整电极(例如，阴极)的表面，以防止成品电化学电池中电极与隔离器之间的空隙空间。电极和吸收材料之间的接触可以使电极的表面粗糙不平。使电极表面平滑和/或平整可以使电极表面与最终接触电极表面的表面(例如，隔离器表面、集电器表面、第二电极的表面)齐平。将这些表面配置为彼此齐平可以有助于防止由表面之间的空隙空间导致的过电位损失。在一些实施例中，可以用医生刮刀、抹刀或任何其它合适的平滑装置来平滑和/或平整电极表面。
方法10可选地包括在15处将成品电极(例如，阴极)与第二成品电极(例如，阳极)联接，插入有隔离器，以形成成品电化学电池。换句话说，一旦成品电极已经被单独化并且过量的电解质已经被移除，该成品电极就可以与表现出相反的氧化还原反应的第二成品电极组装到电化学电池中。换句话说，阴极和阳极可以联接在一起，其中隔离器部署在其间。
在一些实施例中，隔离器可以部署在阳极和阴极之间。在一些实施例中，隔离器可以用粘合剂联接到阳极和阴极中的至少一个。在一些实施例中，一个阳极、一个阴极和一个隔离器可以堆叠在一起以形成单元电池组件。每个单元电池组件还可以包括导电接线片(也称为引线)以将电极耦合到外部电路。然后将多个单元电池组件堆叠或排列在一起以形成蓄电池单元。在一些实施例中，蓄电池单元中的单元电池组件的数量可以取决于例如所得蓄电池单元的期望容量和/或厚度而变化。这些堆叠的单元电池组件是电并联的，并且每个单元电池组件中的相应接线片通常经由诸如电阻焊接、激光焊接和超声焊接、缝焊、电子束焊接等焊接工艺焊接在一起。
方法10可选地包括压制电化学电池或电化学电池的堆叠以确保整个电化学电池或电化学电池的堆叠的接触。向电化学电池或电化学电池的堆叠施加力可以有助于减少或基本上消除电化学电池或电化学电池的堆叠中的空隙空间。这些空隙空间可以处于电极和隔离器之间、电极和集电器之间、和/或电化学电池之间的界面处。
在一些实施例中，可以将制备的电化学电池真空密封在棱形的小袋中，该棱形的小袋可以提供电化学电池材料与环境的气密隔离。因此，小袋可以用来避免有害物质(诸如电解质溶剂和/或腐蚀性盐)泄漏到周围环境中，并且可以防止水和/或氧气渗透到电池中。小袋的其它功能可以包括例如内层的压缩包装、用于安全性和处理的电压隔离以及电池组件的机械保护。在一些实施例中，在真空小袋密封期间，可以将电解质注入堆叠的单元电池组件中，然后可以将单元电池组件和电解质密封到小袋中。在一些实施例中，如果半固体电极材料可以已经包含全部期望量的电解质，那么在小袋密封步骤期间不添加电解质。
在一些实施例中，然后可以使密封的电池单元经受形成过程，其中可以执行初始充电操作以产生可以钝化电极-电解质界面的稳定的固体-电解质-中间相(SEI)层并防止副反应。在一些实施例中，可以执行几个充电和放电循环以确保蓄电池的容量满足要求的规格。在一些实施例中，可以执行脱气步骤以释放在初始充电阶段或在电池形成步骤中的电化学反应期间引入或产生的气体。电极中夹带的气体的存在一般会降低电极的电导率和密度，并限制可以放置在蓄电池单元中的活性电化学材料的量，并且会造成可以腐蚀锂电池的电池性能的枝晶生长。在一些实施例中，枝晶形成会导致循环寿命的降低和整体安全性能的降低。在一些实施例中，在释放夹带的气体之后，可以采取重新密封步骤以再次密封蓄电池单元。
图2A-2E图示了形成具有更高活性材料浓度和更高能量密度的半固体电极材料230b的方法20，而不要求电解质灌注步骤和/或干燥步骤。方法20包括在21处通过首先将模版220a、220b(统称为“模版220”)部署到集电器210(例如，箔集电器)上来形成中间电极。集电器210可以是被配置为在电极材料与源或汇之间运输离子/电子的任何合适的导电材料。在一些实施例中，模版220可以包括半固体电极材料不能通过其运输的任何材料。在一些实施例中，模版220的维度被设计为并被配置为围绕或基本上围绕集电器210周向或围绕集电器210的外部维度延伸。在一些实施例中，模版220可以具有与集电器210相同或基本相同的维度。在一些实施例中，模版220可以包括掩蔽材料，诸如在'483申请中描述的那些。在一些实施例中，掩蔽材料可以是胶带或类似材料，其可以施加到集电器210上或在集电器210周围以在将半固体电极材料沉积到集电器210上期间、在电化学电池的后续制造步骤期间和/或在电化学电池的使用期间包含半固体电极材料。
在一些实施例中，代替掩蔽材料或除掩蔽材料之外，如上所述，在将半固体电极材料部署到集电器210上之前，可以将内框架结构部署到集电器210上。在一些实施例中，在半固体电极材料的沉积期间，内框架可以将集电器210保持在适当位置或基本保持在适当位置。在一些实施例中，内框架可以具有至少某个z方向厚度，使得内框架至少部分地定义内部区域，半固体电极材料可以部署在该内部区域中并且保持在集电器210的表面上。
在一些实施例中，内框架可以至少部分地定义成品电极的表面区域(例如，作为内框架的内部范围)。在一些实施例中，内框架可以基于内框架的z方向高度至少部分地定义集电器210上半固体电极材料的厚度。
在一些实施例中，模版220可以包括两个内框架，其中第一内框架220a直接部署到集电器210上或部署到集电器210上的掩蔽材料上，并且第二内框架220b可以部署到第一内框架220a上。
在22处，方法20还包括将半固体电极材料沉积到腔体中，并且可选地，将半固体电极材料均匀地散布在集电器箔上。在一些实施例中，将半固体电极材料沉积到集电器210上可以形成具有第一组成的半固体电极材料230a。在一些实施例中，分配半固体电极材料可以包括将材料滴注到移动的集电器上以形成或基本上形成中间电极。在一些实施例中，分配半固体电极材料可以包括将半固体电极材料从移动的挤出喷嘴等挤出到固定的集电器210上。在一些实施例中，半固体电极材料可以经由固定的分配机构分配到固定集电器210上，例如在离散部分中，然后半固体电极材料的离散部分可以通过任何合适的方法散布在集电器210的表面上以形成或基本上形成中间电极。在一些实施例中，集电器材料可以分摊到多个集电器210中，使得多个集电器210中的每一个与其它集电器分离。然后可以将半固体电极材料的离散部分部署到每个个体化的集电器210的表面上以形成或基本上形成中间电极。在一些实施例中，根据方法20的步骤22形成的中间电极包括中间电极材料，例如230a，使得中间电极可以在电化学电池中操作，但其具有低于成品电极的期望的活性固体加载。形成的中间电极可以是正电极、阳极、负电极、阴极或电化学电池的任何其它电极或部件。如本文所述，电极可以是在液体电解质中至少包括活性材料和/或导电材料的半固体电极。
在一些实施例中，半固体电极材料可以沿着集电器210的暴露部分的表面平滑或散布。在一些实施例中，刮刀(在本文中也称为“医生刮刀”)或其它直刃仪可以被用于散布半固体电极材料。在一些实施例中，刮刀和/或内框架可以可操作地耦合到振动源以在半固体电极材料沉积或平滑期间振动刮刀或内框架。在半固体电极材料沉积步骤期间或之后，振动可以促进半固体电极材料的分散。
方法20还包括在23处移除模版以定义电极并形成电极的边缘。在一些实施例中，步骤23可以包括移除内框架、掩蔽材料或两者。在一些实施例中，移除模版材料可以导致中间电极具有更清洁的边缘，具有更少、基本上没有或没有边缘碎裂。在一些实施例中，可以移除模版的一部分，例如模版的顶层或上半部分，并且底层或下半部分可以保留在集电器210上的适当位置。
在一些实施例中，一旦模版或其一部分已经被移除，中间电极就可以被称重和/或中间电极的厚度可以被测量。在一些实施例中，可以将中间电极的重量与中间电极所期望的预定重量进行比较。在一些实施例中，可以将中间电极的厚度(例如，在z方向上)与中间电极期望的预定厚度进行比较。在一些实施例中，预定重量和/或预定厚度可以是第一重量或第一厚度。
方法20还包括在24处将电极置于机械压力机中并施加压缩力以从半固体电极材料中提取电解质的一部分。在一些实施例中，机械压力机可以包括基座250a和压模250b，其中移动基座和/或压模向中间电极供应足以从半固体电极材料230a提取电解质的一部分的压缩力F。在一些实施例中，机械压力机可以包括压力机引导件260，诸如通道或多个壁，使得在机械压制期间可以控制基座250a和/或压模250b的移动。在一些实施例中，一旦通过中间电极的机械压缩移除了电解质的部分，该电极就可以包括具有第二组成的半固体电极材料230b，其中活性材料与电解质的比率高于当电极材料230a具有第一组成时。
在一些实施例中，基座250a和压模250b中的至少一个可以包括腔体，使得在中间电极的机械压缩期间，被移除的电解质或其一部分可以保持在腔体内或通过腔体传送。在一些实施例中，在中间电极的机械压缩期间，可以将被移除的电解质或其一部分从半固体电极材料通过多孔集电器传送出去，并进入或通过腔体。在一些实施例中，可以将被移除的电解质或其一部分从半固体电极材料中、在集电器的端部或边缘周围以及从基座和压模之间传送出去。在一些实施例中，被移除的电解质或其一部分可以在与集电器210相反的方向上从半固体电极材料传送出去，并进入或通过腔体。在一些实施例中，被移除的电解质或其一部分可以经由多于本文描述的通路之一从半固体电极材料230a传送出去。在一些实施例中，腔体可以流体耦合到排放口，从而可以经由排放口从机械压力机中移除传送到或通过腔体的被移除的电解质。在一些实施例中，腔体可以流体耦合到储存器，使得可以经由储存器从机械压力机中移除传送到腔体中或通过腔体的被移除的电解质。在一些实施例中，保持在储存器中的被移除的电解质可以是可重用的和/或可回收的，以用于其它半固体电极或其它地方。
在一些实施例中，半透膜(未示出)可以部署在半固体电极材料上或周围，使得在中间电极的机械压缩期间，半透膜允许电解质从半固体电极材料传送出去，同时不允许活性材料、导电材料等从半固体电极材料传送出去。在一些实施例中，半透膜可以是片材或其它平面结构，其被构造为在将中间电极从机械压力机中移除之前或之后以及在将机械压缩的电极结合到电化学电池等中时被移除。在一些实施例中，半透膜可以是被配置为允许至少一些液体电解质流过其中的常规隔离器材料。在一些实施例中，半透膜可以是允许液体电解质的至少一些通量流过其中，同时对于半固体电极材料230a和/或集电器210的组成完全或基本上化学惰性的任何材料。在一些实施例中，半透膜可以在电化学电池的整个机械压缩和构造过程中保持在半固体电极材料上或周围，使得半透膜包括在成品电化学电池中。
在一些实施例中，吸收性材料240可以在机械压制中间电极之前，例如在24处，部署在中间电极的一部分与机械压力机的部件之间。在一些实施例中，吸收性材料240可以部署在机械压力机内，例如在压模250b和基座250a中的至少一个与中间电极之间，以吸收从中间电极移除的电解质的至少一部分。在一些实施例中，吸收性材料240可以包括以下至少一种：纤维材料、棉纤维、稻壳、超疏水锯末、纤维素基材料、超吸收聚合物、沸石材料、气凝胶、纳米纤维素气凝胶、水凝胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯和交联聚合物、纳米颗粒、碳纳米管、聚二甲基硅氧烷、海泡石、滑石、蒙脱石、以下三者的混合物：泥炭藓、木炭和锯末、它们的组合等。
在一些实施例中，除了具有腔体的基座和/或压模之外，还可以使用吸收性材料240。在一些实施例中，可以使用吸收性材料240代替具有腔体的基座和/或压模。在一些实施例中，腔体可以至少部分地填充有吸收性材料，使得当提取出的电解质被传送到腔体中时，吸收性材料240可以捕获提取出的电解质的所有、基本上所有、大部分、一些或一部分以防止至少该部分再吸收回半固体电极材料230b中。在一些实施例中，吸收性材料240可以被定位成使得当提取出的电解质或其一部分被传送通过腔体时，例如，通过腔体并进入流体耦合到其上的储存器或排水管，吸收性材料240可以捕获提取出的电解质的所有、基本上所有、大部分、一些或一部分以防止至少该部分被传送回腔体和/或至少该部分再吸收回到半固体电极材料230b中。在一些实施例中，吸收性材料240可以围绕基座250a、压模250b和/或中间电极的边缘定位，使得经由中间电极的边缘从半固体电极材料230a移除的电解质的任何部分可以被吸收性材料240捕获、基本上捕获或至少部分捕。在一些实施例中，可以将吸收性材料240插入压模250b或基座250a与半透膜之间。在一些实施例中，吸收性材料240可以插入多孔集电器210与基座250a或压模250b之间。在一些实施例中，吸收性材料240可以定位在多于一种本文所述的配置中，例如，吸收性材料240可以放置在基板250a和集电器210之间、压模250b和定位在半固体电极材料230a的暴露表面上的半透膜之间，以及围绕中间电极的边缘，使得所有或基本上所有被移除的过量电解质都可以被吸收性材料240捕获。
方法20还包括拆卸机械压力机组件并移除吸收性材料240、半透膜和/或任何剩余的模版材料(例如，第一内框架220a)以形成具有更高的活性固体加载的成品半固体电极。在一些实施例中，从中间电极移除电解质的部分形成具有比先前描述的半固体电极材料和由其组成的电极更高的活性固体加载的成品电极。不希望受任何特定理论的束缚，移除电解质的一部分(例如，液体电解质的过量部分)可以通过移除电解质和通过空隙和孔隙率的压缩移除来减少集电器上的半固体电极材料的体积，而不会相应降低跨半固体电极材料的电导率。在一些实施例中，孔隙率的降低可以包括孔隙率从大约20％和大约50％之间至大约5％和大约30％之间的降低，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计大约20％至大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计大约40％至大约80％，或按体积计50％至大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计至少大约20％、至少大约25％、至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％、至少大约65％、至少大约70％或至少大约75％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计不超过大约80％、不超过大约75％、不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％、不超过大约35％、不超过大约30％或不超过大约25％的活性材料。半固体电极材料230a的第一组成中活性材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约20％体积且不超过大约80％体积或至少大约30％体积且不超过大约60％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一成分可以包括按体积计大约20％、大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约65％、大约70％、大约75％或大约80％的活性材料。
在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计大约0.5％至大约25％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计大约1.0％至大约6％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计至少大约0.5％、至少大约1％、至少大约1.5％、至少大约2％、至少大约2.5％、至少大约3％、至少大约3.5％、至少大约4％、至少大约4.5％、至少大约5％、至少大约5.5％、至少大约6％、至少大约6.5％、至少大约7％、至少大约7.5％、至少大约8％、至少大约8.5％、至少大约9％、至少大约9.5％、至少大约10％、至少大约15％或至少大约20％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计不超过大约25％、不超过大约20％、不超过大约15％、不超过大约10％、不超过大约9.5％、不超过大约9％、不超过大约8.5％、不超过大约8％、不超过大约7.5％、不超过大约7％、不超过大约6.5％、不超过大约6％、不超过大约5.5％、不超过大约5％、不超过大约4.5％、不超过大约4％、不超过大约3.5％、不超过大约3％、不超过大约2.5％、不超过大约2％、不超过大约1.5％或不超过大约1％的导电材料。半固体电极材料230a的第一组成中导电材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约0.5％体积且不超过大约25％体积或至少大约3％体积且不超过大约10％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计大约0.5％、大约1％、大约1.5％、大约2％、大约2.5％、大约3％、大约3.5％、大约4％、大约4.5％、大约5％、大约5.5％、大约6％、大约6.5％、大约7％、大约7.5％、大约8％、大约8.5％、大约9％、大约9.5％、大约10％、大约15％、大约20％或大约25％的导电材料。
在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计大约25％至大约70％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计大约30％至大约50％，或大约20％至大约40％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计至少大约25％、至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％或至少大约65％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以按体积计不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％、不超过大约35％或不超过大约30％的电解质。半固体电极材料230a的第一组成中电解质的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约25％且不超过大约70％或至少大约30％且不超过大于大约50％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料230a的第一组成可以包括按体积计大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约65％，或大约70％的电解质。
在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约30％至大约85％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约50％至大约85％，或按体积计60％至大约85％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％、至少大约65％、至少大约70％、至少大约75％或至少大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计不超过大约85％、不超过大约80％、不超过大约75％、不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％或不超过大约35％的活性材料。半固体电极材料230b的第二组成中活性材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约30％体积且不超过大约85％体积或至少大约40％体积且不超过大约70％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约65％、大约70％、大约75％、大约80％或大约85％的活性材料。
在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约0.5％至大约30％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约1.0％至大约6％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计至少大约0.5％、至少大约1％、至少大约1.5％、至少大约2％、至少大约2.5％、至少大约3％、至少大约3.5％、至少大约4％、至少大约4.5％、至少大约5％、至少大约5.5％、至少大约6％、至少大约6.5％、至少大约7％、至少大约7.5％、至少大约8％、至少大约8.5％、至少大约9％、至少大约9.5％、至少大约10％、至少大约15％、至少大约20％、或至少大约25％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计不超过大约30％、不超过大约25％、不超过大约20％、不超过大约15％、不超过大约10％、不超过大约9.5％、不超过大约9％、不超过大约8.5％、不超过大约8％、不超过大约7.5％、不超过大约7％、不超过大约6.5％、不超过大约6％、不超过大约5.5％、不超过大约5％、不超过大约4.5％、不超过大约4％、不超过大约3.5％、不超过大约3％、不超过大约2.5％、不超过大约2％、不超过大约1.5％或不超过大约1％的导电材料。半固体电极材料230b的第二组成中导电材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约0.5％体积且不超过大约30％体积或至少大约5％体积且不超过大约10％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约0.5％、大约1％、大约1.5％、大约2％、大约2.5％、大约3％、大约3.5％、大约4％、大约4.5％、大约5％、大约5.5％、大约6％、大约6.5％、大约7％、大约7.5％、大约8％、大约8.5％、大约9％、大约9.5％、大约10％、大约15％、大约20％、大约25％或大约30％的导电材料。
在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约15％至大约60％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约20％至大约40％，或大约10％至大约30％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计至少大约15％、至少大约20％、至少大约25％、至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％或至少大约55％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以按体积计不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％、不超过大约35％、不超过大约30％、不超过大约25％、或不超过大约20％的电解质。半固体电极材料230b的第二组成中电解质的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约15％且不超过大约60％或至少大约20％且不超过大于大约40％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以包括按体积计大约15％、大约20％、大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％或大约60％的电解质。
在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以具有小于半固体电极材料230a的第一组成的电解质与活性材料的比率。在一些实施例中，半固体电极材料230b的第二组成可以具有大约5:1和大约1:6之间、大约5:1和大约1:5之间、大约5:1和大约1:4之间、大约5:1和大约1:3之间、大约4:1和大约1:2之间、大约3:1和大约1:1之间、大约5:1和大约1:2之间、大约5:1大约1:1之间、大约5:1和大约2:1之间、大约5:1和大约3:1之间、大约5:1和大约4:1之间、大约4:1和大约1:3之间、大约3:1大约1:3之间、大约2:1和大约1:3之间、大约1:1和大约1:3之间、大约1:2和大约1:3之间、大约1:2和大约1:4之间、大约1:2大约1:5之间、大约1:2和大约1:6之间、大约1:3和大约1:6之间、大约1:4和大约1:6之间或大约1:5和大约1:6之间的电解质与活性材料的v/v比，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，半固体电极的重量和/或厚度可以在机械压制中间电极以形成成品电极的整个过程的各个点处测量。例如，在一些实施例中，成品电极的重量可以是第二重量并且可以与第一重量进行比较以确定在机械压制期间被移除的电解质的质量。在一些实施例中，成品电极的厚度可以是第二厚度并且可以与第一厚度进行比较以确定在机械压制期间被移除的电解质的体积。在一些实施例中，如果半固体电极材料230b的第一与第二重量或第一与第二厚度之间的差不足够，那么可以将吸收性材料240和/或半透膜设置回半固体电极材料上，并且中间电极能够被进一步机械压缩以从半固体电极材料230b移除电解质的第二部分。在一些实施例中，在机械压制期间被移除的电解质的体积或质量可以被用于确定半固体电极材料230b中的活性材料、导电材料和电解质的相对体积或质量百分比。
在一些实施例中，一旦半固体电极材料230b的组成匹配或基本上匹配成品电极中的半固体电极材料230b的期望组成，就可以从机械压力机中移除电极。在一些实施例中，电极可以在被机械压制之前称重，然后可以被机械压制第一时间段以移除电解质的第一部分，然后再次称重，第一重量与第二重量之间的差可以被用于确定被移除的电解质的质量。如果被移除的电解质的质量与要被移除的电解质的期望体积或质量充分对应，那么电极可以被认为是成品电极并且准备好进一步处理或结合到电化学电池(未示出)中。如果被移除的电解质的质量与要被移除的电解质的期望体积或质量不充分对应，那么可以将电极机械压制第二时间段以移除电解质的第二部分，然后第三次称重，第二重量与第三重量之间的差可以被用于确定在第二时间段内被移除的电解质的质量。如果在第一时间段内移除的电解质的质量加上在第二时间段内移除的电解质的质量等于或基本等于要从半固体电极材料移除的电解质的期望质量，那么该电极可以被认为是成品电极。中间电极的机械压缩可以以这种迭代方式继续，直到被移除的电解质的总体积或质量等于或基本上等于要被移除的电解质的期望体积或质量。
在一些实施例中，成品电极可以包括电极接线片，所述电极接线片电连接到集电器并且被配置为将电子运输到电极中或从电极中运输出去。在一些实施例中，电极接线片可以延伸超出集电器和/或绝缘材料。在一些实施例中，可以在将半固体电极材料部署到集电器上之前将电极接线片电耦合到集电器。在一些实施例中，电池可以包括集成的电接线片，这可以消除对(i)分立的接线片部件(例如，电引线)，(ii)将专用接线片连接到集电器，和(iii)专用接线片密封操作的需要。代替地，在一些实施例中，可以提供电接头或引线作为与集电器一体的集电器的延伸部。在一些实施例中，接线片或引线可以通过从更大面积的集电器材料中移除材料来定义，从而定义集电器和接线片或引线。
方法20可选地包括将成品电极(例如，阴极)与第二成品电极(例如，阳极)联接，插入有隔离器，以形成成品电化学电池。换句话说，一旦成品电极已经被单独化并且过量的电解质已经被移除，该成品电极就可以与表现出相反的氧化还原反应的第二成品电极组装到电化学电池中。换句话说，阴极和阳极可以联接在一起，其中隔离器部署在其间。
在一些实施例中，隔离器可以部署在阳极和阴极之间。在一些实施例中，隔离器可以用粘合剂联接到阳极和阴极中的至少一个。在一些实施例中，一个阳极、一个阴极和一个隔离器可以堆叠在一起以形成单元电池组件。每个单元电池组件还可以包括导电接线片(也称为引线)以将电极耦合到外部电路。然后将多个单元电池组件堆叠或排列在一起以形成蓄电池单元。在一些实施例中，蓄电池单元中的单元电池组件的数量可以取决于例如所得蓄电池单元的期望容量和/或厚度而变化。这些堆叠的单元电池组件是电并联的，并且每个单元电池组件中的相应接线片通常经由诸如电阻焊接、激光焊接和超声焊接、缝焊、电子束焊接等焊接工艺焊接在一起。
在一些实施例中，可以将制备的电化学电池真空密封在棱形的小袋中，该棱形的小袋中可以提供电化学电池材料与环境的气密隔离。因此，小袋可以用来避免有害物质(诸如电解质溶剂和/或腐蚀性盐)泄漏到周围环境中，并且可以防止水和/或氧气渗透到电池中。小袋的其它功能可以包括例如内层的压缩包装、用于安全性和处理的电压隔离以及电池组件的机械保护。在一些实施例中，在真空小袋密封期间，可以将电解质注入堆叠的单元电池组件中，然后可以将单元电池组件和电解质密封到小袋中。在一些实施例中，如果半固体电极材料可以已经包含全部期望量的电解质，那么在小袋密封步骤期间不添加电解质。
在一些实施例中，然后可以使密封的电池单元经受形成过程，其中可以执行初始充电操作以产生可以钝化电极-电解质界面的稳定的SEI层并防止副反应。在一些实施例中，可以执行几个充电和放电循环以确保蓄电池的容量满足要求的规格。在一些实施例中，可以执行脱气步骤以释放在初始充电阶段或在电池形成步骤中的电化学反应期间引入或产生的气体。电极中夹带的气体的存在一般会降低电极的电导率和密度，并限制可以放置在蓄电池单元中的活性电化学材料的量，并且会造成可以腐蚀锂电池的电池性能的枝晶生长。在一些实施例中，枝晶形成会导致循环寿命的降低和整体安全性能的降低。在一些实施例中在释放夹带的气体之后，可以采取重新密封步骤以再次密封蓄电池单元。
图3A-3E图示了形成具有更高活性材料浓度和更高能量密度的半固体电极材料的方法30，而不要求电解质灌注步骤和/或干燥步骤。方法30包括在31处通过首先将模版320a、320b(统称为“模版320”)部署到集电器310(例如，箔集电器)上来形成中间电极。集电器310可以是被配置为在电极材料与源或汇之间运输离子/电子的任何合适的导电材料。在一些实施例中，模版320可以包括半固体电极材料不能通过其中运输的任何材料。在一些实施例中，模版320的维度被设计为并被配置为围绕或基本上围绕集电器310周向延伸。在一些实施例中，模版320可以具有与集电器310相同或基本相同的维度。在一些实施例中，模版320可以包括掩蔽材料，诸如在'483申请中描述的那些。在一些实施例中，掩蔽材料可以是胶带或类似材料，其可以施加到集电器310上或在集电器310周围以在将半固体电极材料沉积到集电器310上期间包含半固体电极材料。
在一些实施例中，代替掩蔽材料或除了掩蔽材料之外，如上所述，在将半固体电极材料部署到集电器310上之前，可以将内框架结构部署到集电器310上。在一些实施例中，在半固体电极材料的沉积期间，内框架可以将集电器310保持在适当位置或基本保持在适当位置。在一些实施例中，内框架可以具有z方向上的一些厚度，使得内框架至少部分地定义内部区域，半固体电极材料可以部署在该内部区域中并且保持在集电器310的表面上。
在一些实施例中，内框架可以至少部分地定义成品电极的表面区域(例如，作为内框架的内部范围)。在一些实施例中，内框架可以基于内框架的z方向高度至少部分地定义集电器310上半固体电极材料的厚度。
在一些实施例中，模版320可以包括两个内框架，其中第一内框架320a直接部署到集电器310上或部署到集电器310上的掩蔽材料上，并且第二内框架320b可以部署到第一内框架320a上。
方法30还包括在32处将半固体电极材料沉积到腔体中，并且可选地，将半固体电极材料均匀地散布在集电器箔上。在一些实施例中，将半固体电极材料沉积到集电器310上可以形成具有第一组成的半固体电极材料330a。在一些实施例中，分配半固体电极材料可以包括将半固体电极材料滴铸到移动的集电器上以形成或基本上形成中间电极。在一些实施例中，分配半固体电极材料可以包括将半固体电极材料从移动的挤出喷嘴等挤出到固定的集电器310上。在一些实施例中，半固体电极材料可以经经由固定的分配机构分配到固定集电器310上，例如在离散部分中，然后半固体电极材料的离散部分可以通过任何合适的方法散布在集电器310的表面上以形成或基本上形成中间电极。在一些实施例中，集电器材料可以分摊到多个集电器310中，使得多个集电器310中的每一个与其它集电器分离。然后可以将半固体电极材料的离散部分部署到每个个体化的集电器310的表面上以形成或基本上形成中间电极。在一些实施例中，根据方法30的步骤32形成的中间电极包括中间电极材料，例如330a，使得中间电极可在电化学电池中操作，但其具有低于成品电极的期望的活性固体加载。形成的中间电极可以是正电极、阳极、负电极、阴极或电化学电池的任何其它电极或部件。如本文所述，电极可以是在液体电解质中至少包括活性材料和/或导电材料的半固体电极。
在一些实施例中，半固体电极材料可以沿着集电器310的暴露部分的表面平滑或散布。在一些实施例中，刮刀(在本文中也称为“医生刮刀”)或其它直刃设备可以被用于散布半固体电极材料。在一些实施例中，刮刀和/或内框架可以可操作地耦合到振动源以在半固体电极材料沉积或平滑期间振动刮刀或内框架。在半固体电极材料沉积步骤期间或之后，振动可以促进半固体电极材料的分散。
方法30还包括在33处移除模版以定义电极并形成电极的边缘。在一些实施例中，步骤33可以包括移除内框架、掩蔽材料或两者。在一些实施例中，移除模版材料可以导致中间电极具有更清洁的边缘，具有更少、基本上没有或没有边缘碎裂。在一些实施例中，可以移除模版的一部分，例如模版的顶层或上半部分，并且底层或下半部分可以保留在集电器310上的适当位置。
在一些实施例中，一旦模版或其一部分已经被移除，中间电极就可以被称重和/或中间电极的厚度可以被测量。在一些实施例中，可以将中间电极的重量与中间电极所期望的预定重量进行比较。在一些实施例中，可以将中间电极的厚度(例如，在z方向上)与中间电极期望的预定厚度进行比较。在一些实施例中，预定重量和/或预定厚度可以是第一重量或第一厚度。
方法30还包括在34处施加压缩力F以从半固体电极材料中提取电解质的一部分。在一些实施例中，压缩力可以经由滚轮等施加到半固体电极材料。如图所示，滚轮沿着方向R旋转。在一些实施例中，滚轮可以跨固定的中间电极的表面移动以施加压缩力F。在一些实施例中，中间电极可以定位在基座(未示出)上并且滚轮可以在固定的中间电极的表面上移动。在一些实施例中，中间电极可以被移动通过、经过或在滚轮下方，使得滚轮可以施加压缩力F。在一些实施例中，中间电极可以沿着滚轮下方的输送器被输送。在一些实施例中，中间电极可以被移动通过多个滚轮，使得滚轮施加压缩力F。在一些实施例中，一旦已经通过中间电极的机械压缩移除了电解质的一部分，电极就可以包括具有第二组成的半固体电极材料330b，其中活性材料与电解质的比率高于半固体电极材料330a具有第一组成时的比率。
在一些实施例中，基座、滚轮、多个滚轮之一和/或多个滚轮中的每一个可以包括腔体，使得在中间电极的机械压缩期间，被移除的电解质或其一部分可以保持在腔体内或被传送通过腔体。在一些实施例中，在中间电极的机械压缩期间，可以将被移除的电解质或其一部分从半固体电极材料中通过多孔集电器传送出去，并进入或通过腔体。在一些实施例中，可以将被移除的电解质或其一部分从半固体电极材料中、在集电器的端部或边缘周围、从基板和滚轮或多个滚轮之间传送出去。在一些实施例中，被移除的电解质或其一部分可以在与集电器310相反的方向上从半固体电极材料中传送出去，并进入或通过腔体。在一些实施例中，被移除的电解质或其一部分可以经由多于本文描述的通路之一从半固体电极材料330a中传送出去。在一些实施例中，腔体可以流体耦合到排放口，使得可以经由排放口从机械压力机中移除传送到腔体中或通过腔体的被移除的电解质。在一些实施例中，腔体可以流体耦合到储存器，使得可以经由储存器从机械压力机中移除传送到腔体中或通过腔体的被移除的电解质。在一些实施例中，保持在储存器中的被移除的电解质可以是可重用的和/或可回收的，以用于其它半固体电极或其它地方。
在一些实施例中，半透膜(未示出)可以部署在半固体电极材料上或周围，使得在中间电极的机械压缩期间，半透膜允许电解质从半固体电极材料传送出去，同时不允许活性材料、导电材料等从半固体电极材料传送出去。在一些实施例中，半透膜可以是片材或其它平面结构，其被构造为在将中间电极从机械压力机中移除之前或之后以及在将机械压缩的电极结合到电化学电池等中时被移除。在一些实施例中，半透膜可以是被配置为允许至少一些液体电解质流过其中的常规隔离器材料。在一些实施例中，半透膜可以是允许至少一些液体电解质流过其中，同时对于半固体电极材料和/或集电器310的组成完全或基本上化学惰性的任何材料。在一些实施例中，半透膜可以在电化学电池的整个机械压缩和构造过程中保持在半固体电极材料上或周围，使得半透膜包括在成品电化学电池中。
在一些实施例中，吸收性材料340可以在机械压制中间电极之前，例如在34处，部署在中间电极的一部分与基座、滚轮或多个滚轮中的至少一个之间。在一些实施例中，吸收性材料340可以部署在中间电极与滚轮之间以吸收从中间电极移除的电解质的至少一部分。在一些实施例中，吸收性材料340可以包括以下任何一种：纤维材料、棉纤维、稻壳、超疏水锯末、纤维素基材料、超吸收聚合物、沸石材料、气凝胶、纳米纤维素气凝胶、水凝胶、聚氨酯、聚丙烯、聚乙烯和交联聚合物、纳米颗粒、碳纳米管、聚二甲基硅氧烷、海泡石、滑石、蒙脱石、以下三者的混合物：泥炭藓、木炭和锯末、它们的组合等。
在一些实施例中，除了具有一个或多个腔体的基座、滚轮和/或多个滚轮之外，还可以使用吸收性材料340。在一些实施例中，可以使用吸收性材料340来代替具有一个或多个腔体的基座、滚轮和/或多个滚轮。在一些实施例中，吸收性材料340可以经由多个滚轮循环。换句话说，两个或更多个滚轮(或滚轮和枢轴点)可以保持吸收性材料340的平坦侧与半固体电极材料330a接触。在一些实施例中，吸收性材料340可以在连续或半连续操作中从半固体电极330a移除电解质。在一些实施例中，吸收性材料340可以循环并且可以在与半固体电极330a间隔开的位置处从吸收性材料340移除电解质。换句话说，吸收性材料340可以被“再生”并再循环回以接触半固体电极330a。在一些实施例中，腔体可以至少部分地填充有吸收性材料，使得当提取出的电解质被传送到腔体中时，吸收性材料340可以捕获提取出的电解质的所有、基本上所有、大部分、一些或一部分以防止至少该部分再吸收回半固体电极材料330b中。在一些实施例中，吸收性材料340可以被定位成使得当提取出的电解质或其一部分被传送通过腔体时，例如，通过腔体并进入流体耦合到其上的储存器或排水管，吸收性材料340可以捕获提取出的电解质的所有、基本上所有、大部分、一些或一部分以防止至少该部分被传送回到腔体和/或至少该部分再吸收回到半固体电极材料330b中。在一些实施例中，吸收性材料340可以围绕基座、滚轮或多个滚轮和/或中间电极的边缘定位，使得经由中间电极的边缘从半固体电极材料330a中移除的电解质的任何部分可以被吸收性材料340捕获、基本上捕获或至少部分捕获。在一些实施例中，吸收性材料340可以插入在滚轮或基座与半透膜之间。在一些实施例中，吸收性材料340可以插入在多孔集电器310与基座或滚轮之间。在一些实施例中，吸收性材料340可以定位在多于本文描述的配置之一中，例如，吸收性材料340可以放置在基座和集电器310之间，在滚轮或一个或多个滚轮与定位在半固体电极材料330a的暴露表面上的半渗透膜之间，并且围绕中间电极的边缘，使得所有或基本上所有被移除的过量电解质都可以被吸收性材料340捕获。
方法30还包括从滚轮组件移除滚轮或移除被压制的电极以及移除吸收性材料340、半透膜和/或任何剩余的模版材料(例如，第一内框架320a)以形成具有较高活性固体加载的成品半固体电极。在一些实施例中，从中间电极移除电解质的部分形成具有比先前描述的半固体电极材料和由其组成的电极更高的活性固体加载的成品电极。不希望受任何特定理论的束缚，移除电解质的一部分(例如，液体电解质的过量部分)可以通过移除电解质和通过空隙和孔隙率的压缩移除来减少集电器上的半固体电极材料的体积，而不会相应降低跨半固体电极材料的电导率。在一些实施例中，孔隙率的降低可以包括孔隙率从大约20％和大约50％之间至大约5％和大约30％之间的降低，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约20％至大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约40％至大约80％，或按体积计50％至大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计至少大约20％、至少大约25％、至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％、至少大约65％、至少大约70％或至少大约75％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计不超过大约80％、不超过大约75％、不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％、不超过大约35％、不超过大约30％或不超过大约25％的活性材料。半固体电极材料330a的第一组成中活性材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约20％体积且不超过大约80％体积或至少大约30％体积且不超过大约60％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约20％、大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约计60％、大约65％、大约70％、大约75％或大约80％的活性材料。
在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约0.5％至大约25％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约1.0％至大约6％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计至少大约0.5％、至少大约1％、至少大约1.5％、至少大约2％、至少大约2.5％、至少大约3％、至少大约3.5％、至少大约4％、至少大约4.5％、至少大约5％、至少大约5.5％、至少大约6％、至少大约6.5％、至少大约7％、至少大约7.5％、至少大约8％、至少大约8.5％、至少大约9％、至少大约9.5％、至少大约10％、至少大约15％或至少大约20％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计不超过大约25％、不超过大约20％、不超过大约15％、不超过大约10％、不超过大约9.5％、不超过大约9％、不超过大约8.5％、不超过大约8％、不超过大约7.5％、不超过大约7％、不超过大约6.5％、不超过大约6％、不超过大约5.5％、不超过大约5％、不超过大约4.5％、不超过大约4％、不超过大约3.5％、不超过大约3％、不超过大约2.5％、不超过大约2％、不超过大约1.5％或不超过大约1％的导电材料。半固体电极材料330a的第一组成中导电材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约0.5％体积且不超过大约25％体积或至少大约3％体积且不超过大约10％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约0.5％、大约1％、大约1.5％、大约2％、大约2.5％、大约3％、大约3.5％、大约4％、大约4.5％、大约5％、大约5.5％、大约6％、大约6.5％、大约7％、大约7.5％、大约8％、大约8.5％、大约9％、大约9.5％、大约10％、大约15％、大约20％或大约25％的导电材料。
在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约25％至大约70％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约30％至大约50％，或大约20％至大约40％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计至少大约25％、至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％或至少大约65％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以按体积计不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％、不超过大约35％、或不超过大约30％的电解质。半固体电极材料330a的第一组成中电解质的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约25％且不超过大约70％或至少大约30％且不超过大约50％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料330a的第一组成可以包括按体积计大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约65％，或大约70％的电解质。
在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约30％至大约85％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约50％至大约85％，或按体积计60％至大约85％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％、至少大约65％、至少大约70％、至少大约75％或至少大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计不超过大约85％、不超过大约80％、不超过大约75％、不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％或不超过大约35％的活性材料。半固体电极材料330b的第二组成中活性材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约30％体积且不超过大约85％体积或至少大约40％体积且不超过大约70％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约65％、大约70％、大约75％、大约80％或大约85％的活性材料。
在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约0.5％至大约30％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约1.0％至大约6％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计至少大约0.5％、至少大约1％、至少大约1.5％、至少大约2％、至少大约2.5％、至少大约3％、至少大约3.5％、至少大约4％、至少大约4.5％、至少大约5％、至少大约5.5％、至少大约6％、至少大约6.5％、至少大约7％、至少大约7.5％、至少大约8％、至少大约8.5％、至少大约9％、至少大约9.5％、至少大约10％、至少大约15％、至少大约20％或至少大约25％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计不超过大约30％、不超过大约25％、不超过大约20％、不超过大约15％、不超过大约10％、不超过大约9.5％、不超过大约9％、不超过大约8.5％、不超过大约8％、不超过大约7.5％、不超过大约7％、不超过大约6.5％、不超过大约6％、不超过大约5.5％、不超过大约5％、不超过大约4.5％、不超过大约4％、不超过大约3.5％、不超过大约3％、不超过大约2.5％、不超过大约2％、不超过大约1.5％或不超过大约1％的导电材料。半固体电极材料330b的第二组成中导电材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约0.5％体积且不超过大约30％体积或至少大约5％体积且不超过大约10％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约0.5％、大约1％、大约1.5％、大约2％、大约2.5％、大约3％、大约3.5％、大约4％、大约4.5％、大约5％、大约5.5％、大约6％、大约6.5％、大约7％、大约7.5％、大约8％、大约8.5％、大约9％、大约9.5％、大约10％、大约15％、大约20％、大约25％或大约30％的导电材料。
在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约15％至大约60％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约20％至大约40％，或大约10％至大约30％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计至少大约15％、至少大约20％、至少大约25％、至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％或至少大约55％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以按体积计不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％、不超过大约35％、不超过大约30％、不超过大约25％或不超过大约20％的电解质。半固体电极材料330b的第二组成中电解质的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约15％且不超过大约60％或至少大约20％且不超过大于大约40％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以包括按体积计大约15％、大约20％、大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％或大约60％的电解质。
在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以具有小于半固体电极材料330a的第一组成的电解质与活性材料的比率。在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以具有大约5:1和大约1:3之间、大约4:1和大约1:2之间、大约3:1和大约1:1之间、大约5:1和大约1:2之间、大约5:1和大约1:1之间、大约5:1和大约2:1之间、大约5:1和大约3:1之间、大约5:1和大约4:1之间、大约4:1和大约1:3之间、大约3:1和大约1:3之间、大约2:1和大约1:3之间、大约1:1和大约1:3之间、或大约1:2和大约1:3之间的电解质与活性材料的比率，包括其间的所有值和范围。
在一些实施例中，半固体电极的重量和/或厚度可以在机械压制中间电极以形成成品电极的整个过程的各个点处测量。例如，在一些实施例中，成品电极的重量可以是第二重量并且可以与第一重量进行比较以确定在机械压制期间被移除的电解质的质量。在一些实施例中，成品电极的厚度可以是第二厚度并且可以与第一厚度进行比较以确定在机械压制期间被移除的电解质的体积。在一些实施例中，如果半固体电极材料330b的第一与第二重量或第一和第二厚度之间的差不足够，那么可以将吸收性材料340和/或半透膜设置回半固体电极材料上，并且中间电极可以被进一步机械压缩以从半固体电极材料330b移除电解质的第二部分。在一些实施例中，在机械压制期间被移除的电解质的体积或质量可以被用于确定半固体电极材料330b中的活性材料、导电材料和电解质的相对体积或质量百分比。
在一些实施例中，一旦半固体电极材料330b的组成匹配或基本上匹配成品电极中的半固体电极材料330b的期望组成，就可以从机械压力机中移除电极。在一些实施例中，电极可以在被机械压制之前称重，然后可以被机械压制第一时间段以移除电解质的第一部分，然后再次称重，第一重量与第二重量之间的差可以被用于确定被移除的电解质的质量。如果被移除的电解质的质量与要被移除的电解质的期望体积或质量充分对应，那么电极可以被认为是成品电极并且准备好进一步处理或结合到电化学电池(未示出)中。如果被移除的电解质的质量与要被移除的电解质的期望体积或质量不充分对应，那么可以将电极机械压制第二时间段以移除电解质的第二部分，然后第三次称重，第二重量与第三重量之间的差可以被用于确定在第二时间段内被移除的电解质的质量。如果在第一时间段内移除的电解质的质量加上在第二时间段内移除的电解质的质量等于或基本等于要从半固体电极材料移除的电解质的期望质量，那么该电极可以被认为是成品电极。中间电极的机械压缩可以以这种迭代方式继续，直到被移除的电解质的总体积或质量等于或基本上等于要被移除的电解质的期望体积或质量。
在一些实施例中，成品电极可以包括电极接线片，所述电极接线片电连接到集电器并且被配置为将电子运输到电极中或从电极中运输出去。在一些实施例中，电极接线片可以延伸超出集电器和/或绝缘材料。在一些实施例中，可以在将半固体电极材料部署到集电器上之前将电极接线片电耦合到集电器。在一些实施例中，电池可以包括集成的电接线片，这可以消除对(i)分立的接线片部件(例如，电引线)，(ii)将专用接线片连接到集电器，和(iii)专用接线片密封操作的需要。代替地，在一些实施例中，可以提供电接头或引线作为与集电器一体的集电器的延伸部。在一些实施例中，接线片或引线可以通过从更大面积的集电器材料中移除材料来定义，从而定义集电器和接线片或引线。
方法30可选地包括将成品电极(例如，阴极)与第二成品电极(例如，阳极)联接，插入有隔离器，以形成成品电化学电池。换句话说，一旦成品电极已经被单独化并且过量的电解质已经被移除，该成品电极就可以与表现出相反的氧化还原反应的第二成品电极组装到电化学电池中。换句话说，阴极和阳极可以联接在一起，其中隔离器部署在其间。
在一些实施例中，隔离器可以部署在阳极和阴极之间。在一些实施例中，隔离器可以用粘合剂联接到阳极和阴极中的至少一个。在一些实施例中，一个阳极、一个阴极和一个隔离器可以堆叠在一起以形成单元电池组件。每个单元电池组件还可以包括导电接线片(也称为引线)以将电极耦合到外部电路。然后将多个单元电池组件堆叠或排列在一起以形成蓄电池单元。在一些实施例中，蓄电池单元中的单元电池组件的数量可以取决于例如所得蓄电池单元的期望容量和/或厚度而变化。这些堆叠的单元电池组件是电并联的，并且每个单元电池组件中的相应接线片通常经由诸如电阻焊接、激光焊接和超声焊接、缝焊、电子束焊接等焊接工艺焊接在一起。
在一些实施例中，可以将制备的电化学电池真空密封在棱形的小袋中，该棱形的小袋可以提供电化学电池材料与环境的气密隔离。因此，小袋可以用来避免有害物质(诸如电解质溶剂和/或腐蚀性盐)泄漏到周围环境中，并且可以防止水和/或氧气渗透到电池中。小袋的其它功能可以包括例如内层的压缩包装、用于安全性和处理的电压隔离以及电池组件的机械保护。在一些实施例中，在真空小袋密封期间，可以将电解质注入堆叠的单元电池组件中，然后可以将单元电池组件和电解质密封到小袋中。在一些实施例中，如果半固体电极材料可以已经包含全部期望量的电解质，那么在小袋密封步骤期间不添加电解质。
在一些实施例中，然后可以使密封的电池单元经受形成过程，其中可以执行初始充电操作以产生可以钝化电极-电解质界面的稳定的SEI层并防止副反应。在一些实施例中，可以执行几个充电和放电循环以确保蓄电池的容量满足要求的规格。在一些实施例中，可以执行脱气步骤以释放在初始充电阶段或在电池形成步骤中的电化学反应期间引入或产生的气体。电极中夹带的气体的存在一般会降低电极的电导率和密度，并限制可以放置在蓄电池单元中的活性电化学材料的量，并且会造成可以腐蚀锂电池的电池性能的枝晶生长。在一些实施例中，枝晶形成会导致循环寿命的降低和整体安全性能的降低。在一些实施例中在释放夹带的气体之后，可以采取重新密封步骤以再次密封蓄电池单元。
图4A-4E图示了形成具有更高活性材料浓度和更高能量密度的半固体电极材料的方法40，而不要求电解质灌注步骤和/或干燥步骤。方法40包括在41处将具有第一组成的半固体电极材料430a加载到压力机435中。在一些实施例中，压力机435可以包括基座436和框架438，其中基座436和框架438形成腔体439。在一些实施例中，基座436可以包括围绕其边缘的防水密封，使得基本上没有半固体电解质材料430a泄漏通过基座436和框架438之间的边界。在一些实施例中，参考图3A-3E，如上所述，半固体电极材料430a可以具有与半固体电极材料330a相同或基本相似的特性。
在一些实施例中，半透膜(未示出)可以部署在半固体电极材料上或周围，使得在中间电极的机械压缩期间，半透膜允许电解质从半固体电极材料传送出去，同时不允许活性材料、导电材料等从半固体电极材料传送出去。在一些实施例中，半透膜可以是片材或其它平面结构，其被构造为在将中间电极从机械压力机中移除之前或之后以及在将机械压缩的电极结合到电化学电池等中时被从半固体电极材料上或者周围移除。在一些实施例中，半透膜可以是被配置为允许至少一些液体电解质流过其中的常规隔离器材料。在一些实施例中，半透膜可以是允许至少一些液体电解质流过其中，同时对于半固体电极材料430a和/或集电器410的组成完全或基本上化学惰性的任何材料。在一些实施例中，半透膜可以在电化学电池的整个机械压缩和构造过程中保持在半固体电极材料上或周围，使得半透膜包括在成品电化学电池中。
在42处，半固体电极材料430a均匀地部署在压力机435的腔体439中，以变得与框架438的顶部边缘齐平或大致齐平。然后将吸收性材料440放置在框架438的顶部边缘上。在一些实施例中，吸收性材料440可以与吸收性材料340相同或基本相似，如上文参考图3A-3E所述。
在43处，将力F施加到基座436的下侧，以收缩腔体439并将电解质的一部分从半固体电极材料430a提取到吸收性材料440中。在44处，一旦已经通过半固体电极材料430a的机械压缩移除了电解质的该部分，半固体电极材料430a就可以变成具有第二组成的半固体电极晶片430b。半固体电极晶片430b具有比半固体电极材料430a更高的活性材料与电解质的比率。在一些实施例中，腔体439可以流体耦合到排放口(未示出)，使得传送到腔体中或通过腔体的被移除的电解质可以经由排放口从机械压力机中移除。在一些实施例中，腔体可以流体耦合到储存器(未示出)，使得可以经由储存器从机械压力机中移除传送到腔体中或通过腔体的被移除的电解质。在一些实施例中，保持在储存器中的被移除的电解质可以是可重用的和/或可回收的，以用于其它半固体电极或其它地方。
在45处，半固体电极晶片430b从压力机435中移除，在此它可以被用于构造电化学电池或被进一步加工。从压力机435移除半固体电极晶片430b还可以包括移除与半固体电极晶片430b接触的吸收性材料。半固体电极晶片430b是通用的、独立的材料，其可以应用于各种不同的应用。在一些实施例中，半固体电极晶片430b可以具有与上述半固体电极材料330b的组成特性相同或基本相似的组成特性，参考图3A-3E。在一些实施例中，方法40可以包括使用滚轮来使半固体电极材料430a致密，如上文参考图3A-3E所述。
在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计大约20％至大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计大约40％至大约80％，或按体积计50％至大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计至少大约20％、至少大约25％、至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％、至少大约65％、至少大约70％或至少大约75％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计不超过大约80％、不超过大约75％、不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％、不超过大约35％、不超过大约30％或不超过大约25％的活性材料。半固体电极材料430a的第一组成中活性材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约20％体积且不超过大约80％体积或至少大约30％体积且不超过大约60％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计大约20％、大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约65％、大约70％、大约75％或大约80％的活性材料。
在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计大约0.5％至大约25％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计大约1.0％至大约6％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计至少大约0.5％、至少大约1％、至少大约1.5％、至少大约2％、至少大约2.5％、至少大约3％、至少大约3.5％、至少大约4％、至少大约4.5％、至少大约5％、至少大约5.5％、至少大约6％、至少大约6.5％、至少大约7％、至少大约7.5％、至少大约8％、至少大约8.5％、至少大约9％、至少大约9.5％、至少大约10％、至少大约15％或至少大约20％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计不超过大约25％、不超过大约20％、不超过大约15％、不超过大约10％、不超过大约9.5％、不超过大约9％、不超过大约8.5％、不超过大约8％、不超过大约7.5％、不超过大约7％、不超过大约6.5％、不超过大约6％、不超过大约5.5％、不超过大约5％、不超过大约4.5％、不超过大约4％、不超过大约3.5％、不超过大约3％、不超过大约2.5％、不超过大约2％、不超过大约1.5％或不超过大约1％的导电材料。半固体电极材料430a的第一组成中导电材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约0.5％体积且不超过大约25％体积或至少大约3％体积且不超过大约10％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计大约0.5％、大约1％、大约1.5％、大约2％、大约2.5％、大约3％、大约3.5％、大约4％、大约4.5％、大约5％、大约5.5％、大约6％、大约6.5％、大约7％、大约7.5％、大约8％、大约8.5％、大约9％、大约9.5％、大约10％、大约15％、大约20％或大约25％的导电材料。
在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计大约25％至大约70％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料430a的第一组成可以包括按体积计大约30％至大约50％，或大约20％至大约40％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％、至少大约65％、至少大约70％、至少大约75％或至少大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计不超过大约85％、不超过大约80％、不超过大约75％、不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％或不超过大约35％的活性材料。半固体电极材料430b的第二组成中活性材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约30％体积且不超过大约85％体积或至少大约40％体积且不超过大约70％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约65％、大约70％、大约75％、大约80％或大约85％的活性材料。
在一些实施例中，半固体电极晶片430b的第二组成可以包括按体积计大约30％至大约85％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极晶片430b的第二组成可以包括按体积计大约50％至大约85％，或按体积计60％至大约85％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％、至少大约55％、至少大约60％、至少大约65％、至少大约70％、至少大约75％或至少大约80％的活性材料。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计不超过大约85％、不超过大约80％、不超过大约75％、不超过大约70％、不超过大约65％、不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％或不超过大约35％的活性材料。半固体电极材料430b的第二组成中活性材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约30％体积且不超过大约85％体积或至少大约40％体积且不超过大约70％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％、大约60％、大约65％、大约70％、大约75％、大约80％或大约85％的活性材料。
在一些实施例中，半固体电极晶片430b的第二组成可以包括按体积计大约0.5％至大约30％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极晶片430b的第二组成可以包括按体积计大约1.0％至大约6％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计至少大约0.5％、至少大约1％、至少大约1.5％、至少大约2％、至少大约2.5％、至少大约3％、至少大约3.5％、至少大约4％、至少大约4.5％、至少大约5％、至少大约5.5％、至少大约6％、至少大约6.5％、至少大约7％、至少大约7.5％、至少大约8％、至少大约8.5％、至少大约9％、至少大约9.5％、至少大约10％、至少大约15％、至少大约20％或至少大约25％的导电材料。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计不超过大约30％、不超过大约25％、不超过大约20％、不超过大约15％、不超过大约10％、不超过大约9.5％、不超过大约9％、不超过大约8.5％、不超过大约8％、不超过大约7.5％、不超过大约7％、不超过大约6.5％，不超过大约6％，不超过大约5.5％，不超过大约5％，不超过大约4.5％，不超过大约4％，不超过大约3.5％，不超过大约3％，不超过大约2.5％、不超过大约2％、不超过大约1.5％或不超过大约1％的导电材料。半固体电极材料430b的第二组成中导电材料的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约0.5％体积且不超过大约30％体积或至少大约5％体积且不超过大约10％体积)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计大约0.5％、大约1％、大约1.5％、大约2％、大约2.5％、大约3％、大约3.5％、大约4％、大约4.5％、大约5％、大约5.5％、大约6％、大约6.5％、大约7％、大约7.5％、大约8％、大约8.5％、大约9％、大约9.5％、大约10％、大约15％、大约20％、大约25％或大约30％的导电材料。
在一些实施例中，半固体电极晶片430b的第二组成可以包括按体积计大约15％至大约60％的电解质。在一些实施例中，半固体电极晶片430b的第二组成可以包括按体积计大约20％至大约40％，或者大约10％至大约30％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计至少大约15％、至少大约20％、至少大约25％、至少大约30％、至少大约35％、至少大约40％、至少大约45％、至少大约50％或至少大约55％的电解质。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以按体积计不超过大约60％、不超过大约55％、不超过大约50％、不超过大约45％、不超过大约40％、不超过大约35％、不超过大约30％、不超过大约25％、或不超过大约20％的电解质。半固体电极材料430b的第二组成中电解质的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约15％且不超过大约60％或至少大约20％且不超过大于大约40％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，半固体电极材料430b的第二组成可以包括按体积计大约15％、大约20％、大约25％、大约30％、大约35％、大约40％、大约45％、大约50％、大约55％，或大约60％的电解质。
在一些实施例中，半固体电极材料330b的第二组成可以具有小于半固体电极材料430a的第一组成的电解质与活性材料的比率。在一些实施例中，半固体电极晶片430b的第二组成可以具有大约5:1和大约1:3之间、大约4:1和大约1:2之间、大约3:1和大约1:1之间、大约5:1和大约1:2之间、大约5:1和大约1:1之间、大约5:1和大约2:1之间、大约5:1和大约3:1之间、大约5:1和大约4:1之间、大约4:1和大约1:3之间、大约3:1和大约1:3之间、大约2:1和大约1:3之间、大约1:1和大约1:3之间、或大约1:2和大约1:3之间的电解质与活性材料的比率，包括其间的所有值和范围。
图4F是半固体电极晶片430b的俯视图。如图所示，当从顶部看时，半固体电极晶片430b具有矩形形状。在一些实施例中，当从侧面看半固体电极晶片430b时，半固体电极晶片430b可以具有圆形形状、L形形状、方形形状或任何其它适合结合到电化学电池中的形状。因而，在一些实施例中，当从顶部看腔体439时，腔体439可以具有矩形形状、圆形形状、L形形状、正方形形状或用于生产电极的任何其它合适的形状。
在一些实施例中，半固体电极的重量和/或厚度可以在机械压制中间电极以形成成品电极的整个过程的各个点处测量。例如，在一些实施例中，成品电极的重量可以是第二重量并且可以与第一重量进行比较以确定在机械压制期间被移除的电解质的质量。在一些实施例中，成品电极的厚度可以是第二厚度并且可以与第一厚度进行比较以确定在机械压制期间被移除的电解质的体积。在一些实施例中，如果半固体电极晶片430b的第一与第二重量或第一和第二厚度之间的差不足够，那么可以将吸收性材料440和/或半透膜设置回半固体电极晶片上，并且中间电极可以被进一步机械压缩以从半固体电极晶片430b移除电解质的第二部分。在一些实施例中，在机械压制期间被移除的电解质的体积或质量可以被用于确定半固体电极晶片430b中的活性材料、导电材料和电解质的相对体积或质量百分比。
在一些实施例中，一旦半固体电极晶片430b的组成匹配或基本上匹配成品电极中的半固体电极晶片430b的期望组成，就可以从机械压力机中移除电极。在一些实施例中，电极可以在被机械压制之前称重，然后可以被机械压制第一时间段以移除电解质的第一部分，然后再次称重，第一重量与第二重量之间的差可以被用于确定被移除的电解质的质量。如果被移除的电解质的质量与要被移除的电解质的期望体积或质量充分对应，那么电极可以被认为是成品电极并且准备好进一步处理或结合到电化学电池(未示出)中。如果被移除的电解质的质量与要被移除的电解质的期望体积或质量不充分对应，那么可以将电极机械压制第二时间段以移除电解质的第二部分，然后第三次称重，第二重量与第三重量之间的差可以被用于确定在第二时间段内被移除的电解质的质量。如果在第一时间段内移除的电解质的质量加上在第二时间段内移除的电解质的质量等于或基本等于要从半固体电极材料移除的电解质的期望质量，那么该电极可以被认为是成品电极。中间电极的机械压缩可以以这种迭代方式继续，直到被移除的电解质的总体积或质量等于或基本上等于要被移除的电解质的期望体积或质量。
图5A和5B图示了根据实施例的上面提到的半固体电极晶片430b的附加使用的方法50。在一些实施例中，半固体电极晶片430b可以被用于形成电化学电池，该电化学电池包括第二电极470、集电器472和隔离器474。如51处中所示，第二电极470部署在集电器472上，并且隔离器474部署在第二电极470上。在一些实施例中，电解质液滴476可以放置在隔离器474上以润湿隔离器474的表面。在52处，半固体电极晶片430b部署在隔离器474上。润湿隔离器474的表面可以防止沿着半固体电极晶片430b和隔离器474之间的界面的空隙空间。空隙空间被电解质液滴476填充并且基本上没有在半固体电极晶片430b和隔离器474之间的界面处防止离子运动的区域。
在一些实施例中，半固体电极晶片430b可以被容易地运输。在一些实施例中，多个半固体电极晶片430b可以堆叠在一起。在一些实施例中，半固体电极晶片430b可以堆叠在其它电极上。在一些实施例中，可以将具有不同电池化学成分的多个半固体电极晶片430b堆叠在一起。换句话说，第一半固体电极晶片可以具有第一电池化学成分并且第二半固体电极晶片可以具有第二电池化学成分，其中第二电池化学成分不同于第一电池化学成分。在一些实施例中，附加的半固体电极晶片可以具有附加的化学成分。在一些实施例中，半固体电极晶片430b可以包括到双电池或具有多种电池化学成分的电化学电池系统中。
各种概念可以被实施为一种或多种方法，关于其已经提供了至少一个示例。作为该方法的一部分执行的动作可以以任何合适的方式排序。因而，可以构造其中以不同于图示的次序执行动作的实施例，这可以包括同时执行一些动作，即使在说明性实施例中被示为顺序动作。换句话说，应该理解的是，此类特征不一定限于特定的执行次序，而是可以以与本公开一致的方式串行、异步、并发、并行、同时、同步等执行的任何数量的线程、进程、服务、服务器等。照此，这些特征中的一些可以是相互矛盾的，因为它们不能同时存在于单个实施例中。类似地，一些特征适用于创新的一个方面，而不适用于其它方面。
此外，本公开可以包括目前未描述的其它创新。申请人保留此类创新的所有权利，包括实施此类创新、提交附加申请、继续、部分继续、分案等的权利。照此，应当理解的是，本公开的优点、实施例、示例、功能、特征、逻辑、操作、组织、结构、拓扑和/或其它方面不应被视为对实施例所定义的本公开的限制或对实施例的等同物的限制。根据个人和/或企业用户的特定期望和/或特点、数据库配置和/或关系模型、数据类型、数据传输和/或网络框架、句法结构等，本文公开的技术的各种实施例可以以使得能够实现如本文所述的大量灵活性和定制的方式来实现。
如本文所定义和使用的，所有定义都应当被理解为控制字典定义、通过引用并入的文件中的定义和/或所定义术语的普通含义。
如本文所使用的，在特定实施例中，术语“大约”或“近似”在数值之前时指示该值加或减10％的范围。在提供值的范围的情况下，应理解的是，除非上下文另有明确规定，否则每个中间值，到下限单位的十分之一，在该范围的上限和下限与任何其它规定或中间值之间所述范围，都涵盖在本公开内。这些较小范围的上限和下限可以独立地包括在较小范围内也涵盖在本公开内，但受所述范围内任何具体排除的限制的限制。在所述范围包括限制之一或两者的情况下，排除那些包括的限制之一或两者的范围也包括在本公开中。
除非明确相反地指出，否则如本文中在说明书和实施例中使用的，不定冠词“一”和“一个”应理解为表示“至少一个”。
如本文在说明书和实施例中使用的，短语“和/或”应当理解为表示如此结合的元素的“任一个或两者”，即，在一些情况下结合地存在并且在其它情况下分离地存在的元素。用“和/或”列出的多个元素应当以相同的方式解释，即，这样结合的“一个或多个”元素。除了由“和/或”子句具体识别的元素之外，可以可选地存在其它元素，无论是否与那些具体识别的元素相关或不相关。因此，作为非限制性示例，当与诸如“包括”之类的开放式语言结合使用时，对“A和/或B”的引用在一个实施例中可以仅指A(可选地包括除B以外的元素)；在另一个实施例中，仅指B(可选地包括除A以外的元素)；在又一个实施例中，指A和B两者(可选地包括其它元素)；等等。
如本文在说明书和实施例中使用的，“或”应当被理解为具有与如上定义的“和/或”相同的含义。例如，当分隔列表中的项时，“或”或“和/或”应被解释为具有包容性，即，包括至少一个，但也包括多于多个元素或元素的列表中的多于一个，以及(可选地)附加未列出的目。只有明确指示相反的术语(诸如“仅一个”或“恰好一个”，或者当在实施例中使用时，“由...组成”)将指包括多个元素或元素的列表中的确切一个元素。一般而言，如本文所使用的，当前面带有排他性术语(诸如“任一个”、“其中一个”、“只有一个”或“恰好一个”)时，术语“或”仅应被解释为表示排他性的替代方案(即，“一个或另一个但不是两者”)。“基本上由…组成”在实施例中使用时应具有专利法领域所使用的一般含义。
如本文在说明书和实施例中使用的，短语“至少一个”在提及一个或多个元素的列表时应当被理解为表示选自元素的列表中的元素的任何一个或多个的至少一个元素，但不一定包括元素的列表中具体列出的每个元素中的至少一个，并且不排除元素的列表中的元素的任何组合。这个定义还允许除了在短语“至少一个”所指的元素的列表内具体识别出的元素以外的元素可以可选地存在，无论是否与那些具体识别出的元素相关或不相关。因此，作为非限制性示例，“A和B中的至少一个”(或等效地，“A或B中的至少一个”，或等效地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指至少一个，可选地包括多于一个A，不存在B(并且可选地包括除B以外的元素)；在另一个实施例中，指至少一个，可选地包括多于一个B，不存在A(并且可选地包括除A以外的元素)；在又一个实施例中，指至少一个，可选地包括多于一个A，和至少一个，可选地包括多于一个B(并且可选地包括其它元素)；等等。
在实施例以及以上说明书中，所有过渡短语(诸如“包括”、“包括”、“携带”、“具有”、“包含”、“涉及”、“持有”、“组成”等)应被理解为是开放式的，即，意味着包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所阐述的，只有过渡短语“由……组成”和“基本上由…组成”应分别是封闭或半封闭过渡短语。
虽然上面已经概述了本公开的特定实施例，但是对于本领域技术人员来说，许多替代、修改和变化将是显而易见的。因而，本文所阐述的实施例旨在是说明性的，而非限制性的。在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种改变。在上述方法和步骤指示某些事件以某种次序发生的情况下，受益于本公开的本领域普通技术人员将认识到可以修改某些步骤的排序，并且这种修改是根据本发明的变化。此外，如果可能，某些步骤可以在并行过程中并发地执行，以及如上所述顺序执行。已经具体示出和描述了实施例，但是应该理解的是，可以对形式和细节进行各种改变。

Claims (30)

1.一种形成致密的半固体电极的方法，该方法包括：
将活性材料和导电材料与液体电解质混合，以形成半固体电极材料；
将半固体电极材料部署到集电器上；
将半透膜部署到半固体电极材料的暴露表面上；以及
压缩集电器和半透膜之间的半固体电极材料以提取液体电解质的一部分并形成致密的半固体电极，
其中致密的半固体电极包括按体积计大约60％和大约85％之间的活性材料。
2.如权利要求1所述的方法，其中半透膜被构造为吸收在压缩期间提取的液体电解质的所述部分。
3.如权利要求1所述的方法，还包括：
将吸收性材料部署到半透膜的暴露表面上，所述吸收性材料被构造为吸收在压缩期间提取出的液体电解质的所述部分。
4.如权利要求1所述的方法，其中机械压缩半固体电极材料包括在压模和基板之间压缩半固体材料。
5.如权利要求1所述的方法，其中经压缩的半固体电极材料包括大于大约70wt％的活性材料。
6.如权利要求1所述的方法，其中混合之后的半固体电极材料具有第一组成，在所述第一组成中液体电解质占半固体电极材料的大约50wt％和大约80wt％之间，以及
其中压缩之后的半固体电极材料具有第二组成，在所述第二组成中液体电解质占半固体电极材料的大约10wt％和大约45wt％之间。
7.如权利要求1所述的方法，其中混合之后的半固体电极材料具有大约10:1和大约1:1之间的液体电解质与活性材料的第一比率；以及
其中压缩之后的半固体电极材料具有大约5:1和大约1:3之间的液体电解质与活性材料的第二比率。
8.如权利要求1所述的方法，其中混合之后的半固体电极材料具有大约5M和大约15M之间的第一活性材料摩尔浓度；以及
其中压缩之后的半固体电极材料具有大约16M和大约24M之间的第二活性材料摩尔浓度。
9.如权利要求1所述的方法，其中混合之后的半固体电极材料具有大约3mAh/g和大约5mAh/g之间的第一能量密度；以及
其中压缩之后的半固体电极材料具有大约6mAh/g和大约14mAh/g之间的第二能量密度。
10.如权利要求1所述的方法，其中导电材料包括导电颗粒。
11.如权利要求1所述的方法，其中致密的半固体电极是第一电极并且集电器是第一集电器，所述方法还包括：
从第一电极移除半透膜；
将第二电极放置在第二集电器上；
将隔离器放置在第二电极上，使得隔离器的第一表面接触第二电极并且隔离器的第二表面暴露，第二表面与第一表面相对；
将电解液液滴放置在隔离器的第二表面上；以及
将第一电极放置在隔离器上以形成电化学电池。
12.一种方法，包括：
将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成具有第一体积的半固体电极材料；
将半固体电极材料插入集电器和半透膜之间；以及
经由滚轮向半固体电极材料施加压缩力，使得半固体电极材料具有小于第一体积的第二体积。
13.如权利要求12所述的方法，还包括：
将半固体电极材料暴露于吸收性材料，使得液体电解质的一部分从半固体电极材料迁移到吸收性材料。
14.如权利要求13所述的方法，其中吸收性材料由一个或多个滚轮输送。
15.如权利要求14所述的方法，其中吸收性材料的平坦部分与半固体电极材料接触。
16.如权利要求12所述的方法，其中第二体积介于第一体积的大约50％和大约95％之间。
17.如权利要求16所述的方法，其中第二体积介于第一体积的大约50％和大约80％之间。
18.如权利要求16所述的方法，其中第二体积介于第一体积的大约70％和大约95％之间。
19.一种方法，包括：
将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成具有第一厚度的半固体电极材料；
将半固体电极材料插入集电器和半透膜之间；以及
经由滚轮向半固体电极材料施加压缩力，使得半固体电极材料具有小于第一厚度的第二厚度。
20.如权利要求19所述的方法，其中第一厚度介于大约100μm和大约2,000μm之间。
21.如权利要求19所述的方法，其中第二厚度介于大约5μm和大约50μm之间。
22.如权利要求19所述的方法，其中机械压缩是通过在机械压力机的基座和压模之间机械压缩半固体电极材料来实现的。
23.一种方法，包括：
将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成第一半固体电极材料，该第一半固体电极材料具有包括大约50wt％和大约80wt％之间的液体电解质的第一组成；
将第一半固体电极材料插入集电器和半透膜之间；以及
机械压缩第一半固体电极材料以形成第二半固体电极材料，该第二半固体电极材料具有包括大约10wt％和大约45wt％之间的液体电解质的第二组成。
24.一种方法，包括：
将活性材料和导电材料与液体电解质混合以形成具有第一密度的第一半固体电极材料；
将第一半固体电极材料插入集电器和半透膜之间；以及
机械压缩第一半固体电极材料以形成具有大于第一密度的第二密度的第二半固体电极材料，第二半固体电极材料包括按体积计大约60％和大约85％之间的活性材料。
25.如权利要求24所述的方法，其中第一密度小于大约2g/cm3。
26.如权利要求25所述的方法，其中第二密度介于大约2.1g/cm3和大约4g/cm3之间。
27.如权利要求26所述的方法，其中第二半固体电极材料的能量密度大于大约7mAh/g。
28.如权利要求27所述的方法，其中第二半固体电极材料的能量密度大于大约8mAh/g。
29.如权利要求28所述的方法，其中第二半固体电极材料的能量密度大于大约9mAh/g。
30.如权利要求29所述的方法，其中第二半固体电极材料的能量密度大于大约10mAh/g。
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