CN115885418A - 具有含碳涂层的电化学电池和电极及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本文描述的实施例一般而言涉及具有含碳涂层的电化学电池和电极。在一些实施例中，电化学电池能够包括部署在阳极集电器上的阳极、部署在阴极集电器上的阴极以及部署在阳极和阴极之间的隔板。隔板具有与阴极相邻的第一侧和与阳极相邻的第二侧。电化学电池还包括部署在隔板上的涂层。涂层减少电化学电池中的枝晶形成。在一些实施例中，涂层能够包括硬碳。在一些实施例中，涂层能够具有介于大约100nm和大约20μm之间的厚度。在一些实施例中，涂层能够部署在隔板的第一侧上。

Description

具有含碳涂层的电化学电池和电极及其制造方法
相关应用
本申请要求标题为“Electrochemical Cells with Multi-Layered Electrodesand Coated Separators and Methods of Making the Same”并于2020年6月24日提交的美国临时申请No.63/043,231；标题为“Electrochemical Cells with Multi-LayeredElectrodes and Coated Separators and Methods of Making the Same”并于2020年11月2日提交的美国临时申请No.63/108,560；标题为“Electrochemical Cells with Multi-Layered Electrodes and Coated Separators and Methods of Making the Same”并于2020年11月18日提交的美国临时申请No.63/115,387；以及标题为“ElectrochemicalCells with Multi-Layered Electrodes and Coated Separators and Methods ofMaking the Same”并于2021年3月8日提交的美国临时申请No.63/158,002，题为“具有多层电极和涂层隔板的电化学电池及其制造方法”的优先权和权益；其中每一个的公开内容都通过引用整体并入本文。
技术领域
本文描述的实施例一般而言涉及具有含碳涂层的电化学电池和电极。
背景技术
本文描述的实施例涉及包括具有碳的涂层的电极和电化学电池。电活性物质可以在电极表面附近成核，以在电化学电池中形成枝晶。类似的现象导致在电极上或电极附近形成镀层或板。在某一情况下，枝晶由迁移到成核位点的锂离子形成。当附加的锂离子迁移到成核位点并与成核位点键合时，枝晶就会生长。电化学电池的快速充电和放电会加剧枝晶生长和电镀，因为更快的充电和放电导致更高的离子移动密度。枝晶形成在电化学电池中有几个缺点。形成枝晶的电活性材料变得无法使用，并且可以从电活性材料中获得的能量在未来的循环中损失。这阻碍了容量保持。枝晶也会造成电化学电池中的短路。短路会在电化学电池中形成热点，最终导致火灾。通过指引电化学电池中电活性物质的移动，可以防止枝晶形成。
发明内容
本文描述的实施例一般而言涉及具有含碳涂层的电化学电池和电极。在一些实施例中，电化学电池可以包括部署在阳极集电器上的阳极、部署在阴极集电器上的阴极以及部署在阳极和阴极之间的隔板。隔板具有与阴极相邻的第一侧和与阳极相邻的第二侧。电化学电池还包括部署在隔板上的涂层。涂层减少了电化学电池中的枝晶形成。在一些实施例中，涂层可以包括硬碳。在一些实施例中，涂层可以具有介于大约100nm和大约20μm之间的厚度。在一些实施例中，涂层可以部署在隔板的第一侧上。在一些实施例中，该涂层可以是第一涂层，并且电化学电池还可以包括第二涂层，第二涂层部署在隔板的第二侧上。在一些实施例中，第二涂层可以包括Al2O3。
附图说明
图l是根据实施例的具有一个或多个涂层的电化学电池的框图。
图2是根据实施例的具有涂层的电化学电池的示意图。
图3是根据实施例的具有涂层的电化学电池的示意图。
图4是根据实施例的具有多个涂层的电化学电池的示意图。
图5A-5B是根据实施例的具有涂层的电化学电池的图示。
图6是根据实施例的形成具有涂层的电极的方法的框图。
图7是不同电化学电池配置中初始容量损失的图形表示。
图8是不同电化学电池配置中容量保持相对于循环次数的图形表示。
图9是不同电化学电池配置中容量保持相对于循环次数和C速率的图形表示。
图10是不同电化学电池配置中容量保持相对于循环次数和C速率的图形表示。
图11A-11B是不同电化学电池配置中容量保持相对于循环次数的图形表示。
图12是不同电化学电池配置中容量保持相对于循环次数和C速率的图形表示。
图13是不同电化学电池配置之间的dQ/dV和电压剖面比较的图形表示。
图14A-14B示出了放电和快速充电期间的电位相对于距离的图。
图15示出了在没有粘结剂和有粘结剂的情况下硬碳涂层在隔板上的照片比较。
具体实施方式
本文描述的实施例一般而言涉及具有含碳涂层的电化学电池和电极。含碳涂层可以帮助指引电活性物质的流动，使得防止或基本上防止枝晶形成。不希望受任何特定理论的束缚，含碳层具有高离子电导率并且能够容易地运输电活性材料，从而防止电活性材料变得静止并为更多离子创建成核位点。在一些实施例中，含碳涂层可以被涂覆在阴极上。在一些实施例中，含碳涂层可以被涂覆在阳极上。在一些实施例中，含碳涂层可以被涂覆在与阴极相邻的隔板上。在一些实施例中，含碳涂层可以被涂覆在与阳极相邻的隔板上。通过减少电化学电池中枝晶的形成，可以改善容量保持。
在一些实施例中，本文描述的电极可以是半固体电极。与常规电极相比，半固体电极可以(i)由于半固体电极的曲折度降低和电子电导率更高，制成更厚(例如，大于约250μm-高达约2,000μm或甚至更大)，(ii)具有更高的活性材料负载，(iii)使用更少装备的简化的制造过程，以及(iv)可以在广泛的C速率之间操作，同时维持其理论充电容量的很大一部分。这些相对厚的半固体电极减少了非活性成分相对于活性成分的体积、质量和成本贡献，从而提高了用半固体电极制成的电池的商业吸引力。在一些实施例中，本文描述的半固体电极是无粘结剂的和/或不使用常规电池制造中使用的粘结剂。代替地，常规电极中通常由粘结剂占据的电极体积现在被以下各项占据：1)电解质，其具有减小曲折度和增加可用于离子扩散的总盐的作用，从而抵消在高速率下使用时典型厚常规电极的盐耗尽效应，2)活性材料，其具有增加电池的充电容量的作用，或3)导电添加剂，其具有增加电极的电子电导率的作用，从而对抗高厚常规电极的内部阻抗。本文描述的半固体电极的减小的曲折度和更高的电子电导率导致由半固体电极形成的电化学电池具有优异的速率能力和充电容量。
由于本文描述的半固体电极可以制成比常规电极厚得多，因此，相对于由包括常规电极的电化学电池堆形成的类似电池而言，在由包括半固体电极的电化学电池堆形成的电池中活性材料(即，半固体阴极和/或阳极)与非活性材料(即，集电器和隔板)的比率可以高得多。这大大增加了包括本文描述的半固体电极的电池的总充电容量和能量密度。使用半固体、无粘结剂电极也有利于结合过充电保护机制，因为生成的气体可以迁移到电极/集电器界面，而粘结剂颗粒不会抑制气体在电极内的移动。
在一些实施例中，本文描述的电极材料可以是可流动的半固体或浓缩液体组合物。可流动的半固体电极可以包括在非水性液体电解质中的电化学活性材料(阳极或阴极颗粒或微粒)和可选地电子导电材料(例如，碳)。换句话说，活性电极颗粒和导电颗粒共悬浮在液体电解质中以产生半固体电极。于2013年4月29日提交的标题为“Semi-solidElectrodes Having High Rate Capability”的美国专利No.8,993,159(“'159专利”)中描述了包括半固态和/或无粘结剂电极材料的电化学电池的示例，其公开内容通过引用整体并入本文。
在一些实施例中，本文描述的电极可以具有沿着电极厚度的浓度梯度(即，在“z方向”)。在2019年5月24日提交的标题为“High Energy-Density Composition GradientElectrodes and Methods of Making the Same”的美国专利公布No.US 2019/0363351('351公布)中可以找到具有多层和/或组成梯度的电极的示例，其全部公开内容通过引用并入本文。
虽然在阳极和/或阴极中具有多层或组成梯度的电化学电池可以提供高容量和高C速率，但以高C速率充电会导致循环问题。由于离子移动量大，因此在高C速率下充电或放电会使得锂离子或其它电活性物质在阴极边缘周围电镀，这比在低C速率下更严重。此外，出于同样的原因，在高C速率下充电或放电会加剧枝晶生长。在许多循环中，枝晶会消耗电化学电池中的电活性材料和电解质，从而造成不可逆的容量损失。当枝晶长得足够大时，它们可以穿透隔板，造成电化学电池中的部分短路或完全短路。短路会是安全隐患，因为它们会导致电化学电池被点燃和着火。
隔板上的涂层可以经由几种机制减少电镀和枝晶生长。隔板孔隙率常常是具有相对窄的可工作范围的参数，具体取决于电化学电池的化学性质。在隔板孔附近会发生离子堵塞。如果使用高孔隙率和/或高表面积材料来涂覆隔板，那么涂层可以增加离子从一个电极迁移到另一个电极时可以遵循的可能流动路径的数量。这可以显著减少隔板孔附近的离子拥塞，因为离子可以通过孔的分支网络而不是单行(single file)迁移。这种离子拥塞的减少可以有助于防止枝晶堆积，从而提高电化学电池在多个循环中的容量保持。
如本文所使用的，“组合物”可以是各向异性的并且可以指物理、化学或电化学组合物或其组合。例如，在一些实施例中，与集电器的表面直接相邻的电极材料可以比远离集电器的表面的电极材料孔隙率低。不希望受任何特定理论的束缚，例如，孔隙率梯度的使用可以导致可以制造更厚的电极而不会经历降低的离子电导率。在一些实施例中，与集电器的表面相邻的电极材料的组成在化学上可以与远离集电器的表面的电极材料不同。
如本文所使用的，术语“大约”和“近似”一般指所陈述值的加或减10％，例如，大约250μm将包括225μm至275μm，大约1,000μm将包括900μm至1,100μm。
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、胶体悬浮液、乳液、凝胶或胶束。
如本文所使用的，术语“活化的碳网络”和“联网的碳”涉及电极的一般定性状态。例如，具有活化的炭网络(或联网的碳)的电极使得电极内的碳颗粒呈现出单独的颗粒形态和相对于彼此的布置，这促进颗粒之间以及穿过电极的厚度和长度的电气接触和电导率。相反，术语“未活化的碳网络”和“未联网的碳”是指这样的电极，其中碳颗粒或者作为单独的颗粒岛或者多颗粒团块岛存在，它们可能没有充分连接以通过电极提供足够的电传导。
如本文所用，术语“能量密度”和“体积能量密度”是指为了电化学电池操作所包括的每单位体积(例如，L)的材料(诸如电极、隔板、电解质和集电器)存储在电化学电池中的能量的量(例如，MJ)。具体而言，用于包装电化学电池的材料被排除在体积能量密度的计算之外。
如本文所使用的，术语“高容量材料”或“高容量阳极材料”是指具有大于300mAh/g的不可逆容量的材料，其可以结合到电极中以促进电活性物质的摄取。示例包括锡、锡合金(诸如Sn-Fe)、一氧化锡、硅、硅合金(诸如Si-Co)、一氧化硅、铝、铝合金、单氧化物金属(CoO、FeO等)或氧化钛。
如本文所使用的，术语“复合高容量电极层”是指具有高容量材料和传统负极材料的电极层，例如，硅-石墨层。
如本文所使用的，术语“固体高容量电极层”是指具有单一固相高容量材料的电极层，例如，溅射的硅、锡、锡合金(诸如Sn-Fe)、一氧化锡、硅、硅合金(诸如Si-Co)、一氧化硅、铝、铝合金、单氧化物金属(CoO、FeO等)或氧化钛。
图1是电化学电池100的示意图，其包括部署在阳极集电器120上的阳极材料110、部署在阴极集电器140上的阴极材料130，以及部署在它们之间的隔板150。电化学电池100包括部署在隔板150的一侧或两侧上的涂层160。在一些实施例中，涂层160可以部署在与隔板150相邻的阳极材料110上。在一些实施例中，涂层160可以与隔板150相邻地部署在阴极材料130上。在一些实施例中，涂层160可以与阳极材料110相邻地部署在隔板150上。在一些实施例中，涂层160可以与阴极材料130相邻地部署在隔板上150。
在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以具有多层或浓度梯度，如'351公开中所述。在一些实施例中，阳极材料110可以包括具有第一孔隙率的第一层和具有第二孔隙率的第二层，第二孔隙率与第一孔隙率不同。在一些实施例中，阳极材料110可以包括具有第一能量密度的第一层和具有第二能量密度的第二层，第二能量层与第一能量密度不同。在一些实施例中，阳极材料110可以包括具有第一表面积的第一层和具有第二表面积的第二层，第二表面积与第一表面积不同。在一些实施例中，阴极材料130可以包括具有第一孔隙率的第一层和具有第二孔隙率的第二层，第二孔隙率与第一孔隙率不同。在一些实施例中，阴极材料130可以包括具有第一能量密度的第一层和具有第二能量密度的第二层，第二能量层与第一能量密度不同。在一些实施例中，阴极材料130可以包括具有第一表面积的第一层和具有第二表面积的第二层，第二表面积与第一表面积不同。在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以是半固体电极，与'159专利中描述的那些相同或基本相似。在一些实施例中，阳极集电器120和/或阴极集电器140可以与'159专利中描述的集电器相同或基本相似。
在一些实施例中，阳极集电器120和/或阴极集电器140可以包括呈基板、片或箔形式的导电材料，或任何其它形状因子。在一些实施例中，阳极集电器120和/或阴极集电器140可以包括金属，诸如铝、铜、锂、镍、不锈钢、钽、钛、钨、钒或其混合物、组合或合金。在一些实施例中，阳极集电器120和/或阴极集电器140可以包括非金属材料，诸如碳、碳纳米管或金属氧化物(例如，TiN、TiB2、MoSi2、n-BaTiO3、Ti2O3、ReO3、RuO2、IrO2等)。在一些实施例中，阳极集电器120和/或阴极集电器140可以包括部署在任何上面提到的金属和非金属材料上的导电涂层。在一些实施例中，导电涂层可以包括基于碳的材料、导电金属和/或非金属材料，包括复合材料或层状材料。
在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以包括活性材料、导电材料、电解质、添加剂、粘结剂和/或其组合。在一些实施例中，活性材料可以是离子储存材料和/或能够进行法拉第或非法拉第反应以便存储能量的任何其它化合物或离子络合物。活性材料也可以是多相材料，包括与非氧化还原活性相混合的氧化还原活性固体，包括固-液悬浮液，或液-液多相混合物，包括具有与支持液相紧密混合的液体离子存储材料的胶束或乳液。利用各种工作离子的系统可以包括含水系统，其中Li+、Na+或其它碱性离子是工作离子，甚至是碱土金属工作离子，诸如Ca2+、Mg2+或Al3+。在一些实施例中，负电极存储材料和正电极存储材料可以电化学耦合以形成电化学电池，负电极以比正电极低的绝对电位存储感兴趣的工作离子。电池电压可由两种离子存储电极材料的离子存储电位差近似确定。
在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130的厚度可以是至少大约30μm。在一些实施例中，阳极材料110和/或阴极材料130可以包括厚度为至少大约100μm、至少大约150μm、至少大约200μm、至少大约250μm、至少大约250μm、至少大约300μm、至少大约350μm、至少大约400μm、至少大约450μm、至少大约500μm、至少大约600μm、至少大约700μm、至少大约800μm、至少大约900μm、至少大约1,000μm、至少大约1,500μm和最多大约2,000μm的半固体电极，包括其间的所有厚度值。
在一些实施例中，阳极材料110可以包括多层电极材料。在一些实施例中，阳极材料110可以包括半固体电极材料。在一些实施例中，阳极材料110可以包括常规电极材料。在一些实施例中，阳极材料110可以包括固体电极材料。在一些实施例中，阳极材料110可以包括石墨。在一些实施例中，阳极材料110可以包括半固体石墨电极材料。
在一些实施例中，阴极材料130可以包括与'159专利中描述的那些相同或基本相似的半固体电极材料。在一些实施例中，阴极材料130可以包括常规阴极材料(例如，固体阴极)。在一些实施例中，阴极材料130可以包括基于橄榄石的电极。在一些实施例中，阳极材料110可以具有接近100％充电状态(SOC)的平坦或基本平坦的电压剖面。在一些实施例中，阴极材料130可以具有接近100％SOC的平坦或基本平坦的电压剖面。在一些实施例中，在锂镍锰钴氧化物(NMC)材料顶部使用平坦电压层可以降低NMC材料的超电位。
在一些实施例中，阴极材料130可以具有小于大约3％或小于大约5％的孔隙率。在一些实施例中，阴极材料130可以具有介于大约20％和大约25％之间、介于大约25％和大约30％之间、介于大约30％和大约35％之间、介于大约35％和大约40％之间、介于大约40％和大约45％之间、介于大约45％和大约50％之间、介于大约50％和大约55％之间或介于大约55％和大约60％之间的孔隙率。
在一些实施例中，阴极130可以是NMC阴极。在一些实施例中，阴极130可以是NMC半固体阴极。在一些实施例中，阴极130可以包括磷酸锂锰铁(LMFP)电极。在一些实施例中，阴极材料130可以是单层电极材料。在一些实施例中，阴极材料130可以包括半固体电极材料。在一些实施例中，阴极材料130可以包括常规电极材料。在一些实施例中，阴极材料130可以包括固体电极材料。在一些实施例中，阴极材料130可以包括NMC 811。
在一些实施例中，隔板150可以包括聚丙烯、聚乙烯、纤维素材料、任何其它合适的聚合材料或其组合。在一些实施例中，隔板150可以是离子可渗透膜隔板，与于2019年1月8日提交的标题为“Electrochemical Cells Including Selectively PermeableMembranes，Systems and Methods of Manufacturing Same”的美国专利10,734,672(“'672专利”)中描述的相同或基本相似，其公开内容通过引用整体并入本文。在一些实施例中，隔板150可以是常规隔板。
在一些实施例中，涂层160可以部署在阴极材料130上。在一些实施例中，涂层160可以部署在阳极材料110上。在一些实施例中，涂层160可以部署在隔板150的与阳极材料110相邻的一侧(即，阳极侧)。在一些实施例中，涂层160可以部署在隔板150的与阴极材料130相邻的一侧(即，阴极侧)。在一些实施例中，涂层160可以部署在隔板150的阳极侧和阴极侧两者上。换句话说，第一涂层可以部署在隔板150的阳极侧并且第二涂层可以部署在隔板150的阴极侧。在一些实施例中，第一涂层可以包括硬碳，而第二涂层包括Al2O3。在一些实施例中，涂层160可以包括硬碳、软碳、无定形碳、石墨硬碳混合物或其任何组合。在一些实施例中，当锂离子嵌入硬碳结构中时，硬碳的膨胀可以小于石墨。在一些实施例中，硬碳结构可以包括结晶和无定形部分，使得离子(例如，Li+离子)可以嵌入硬碳结构的一些部分(即，C6-Li结构)并被吸收到硬碳结构的其它部分(即，C2-Li结构)中。在一些实施例中，涂层160可以包括溶胀聚合物。在一些实施例中，涂层160可以包括表面活性剂。在一些实施例中，涂层160可以包括良好分散有表面活性剂添加剂的硬碳。在一些实施例中，表面活性剂可以包括基于有机硅的表面活性剂、基于烃的表面活性剂、海藻酸锂、海藻酸钠或其任何组合。在一些实施例中，包含表面活性剂添加剂的溶液可以经由喷墨被连续印刷。在一些实施例中，包含表面活性剂添加剂的溶液还可以包含硬碳。在一些实施例中，包含表面活性剂添加剂和硬碳的溶液可以经由喷墨被连续印刷。在一些实施例中，喷墨印刷可以在生产线上进行，使得喷墨头不会堵塞超过相对短的时间段(例如，不超过5小时、不超过4小时、不超过3小时、不超过2小时、不超过1小时等)。在一些实施例中，涂层160可以包括电解质溶剂。
在一些情况下，涂层160中的硬碳涂层可以弱键合到隔板150，使得轻敲可以造成硬碳涂层脱落。在一些情况下，硬碳的小颗粒可以涂覆到隔板150，而硬碳的大颗粒从隔板150脱落。将粘结剂结合到具有硬碳涂层的涂层160中可以解决这个问题。在一些实施例中，涂层160可以包括粘结剂。在一些实施例中，涂层160可以包括硬碳涂层和粘结剂。在一些实施例中，粘结剂可以包括淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、二乙酰纤维素、羟丙基纤维素、乙二醇、聚丙烯酸酯、聚(丙烯酸)、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚环氧乙烷、聚(偏二氟乙烯)、橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、亲水性粘结剂、聚偏二氟乙烯(PVDF)、苯乙烯丁二烯共聚物、聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT：PSS)、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、马来酸酐磨碎的聚偏二氟乙烯(MPVDF)、丁苯橡胶(SBR)、SBR和羧甲基纤维素钠的混合物(SBR+CMC)、聚丙烯腈、氟化聚酰亚胺、聚(3-己基噻吩)-b-聚(环氧乙烷)、聚(1-芘甲基丙烯酸甲酯)(PPy)、聚(1-芘甲基丙烯酸甲酯-共-甲基丙烯酸)(PPy-MAA)、聚(1-芘甲基丙烯酸甲酯-共-三甘醇甲酯)醚)(PPyE)、聚丙烯酸和该锂盐(PAA)、聚丙烯酸钠、氟化聚丙烯酸酯、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)、被配置为为电极材料提供充分机械支撑的其它合适的聚合物材料，及其组合。
在一些实施例中，隔板150中较大的孔可以有助于防止枝晶形成。在一些实施例中，隔板150可以包括孔尺寸为至少大约50nm、至少大约100nm、至少大约200nm、至少大约300nm、至少大约400nm、至少大约500nm、至少大约600nm，至少大约700nm，至少大约800nm，至少大约900nm，至少大约1μm，至少大约1.1μm，至少大约1.2μm、至少大约1.3μm、至少大约1.4μm、至少大约1.5μm、至少大约1.6μm、至少大约1.7μm、至少大约1.8μm或至少大约1.9μm的孔。在一些实施例中，隔板150可以包括孔尺寸不超过大约2μm、不超过大约1.9μm、不超过大约1.8μm、不超过大约1.7μm、不超过大约1.6μm、不超过下午1.5点、不超过大约1.4μm、不超过大约1.3μm、不超过大约1.2μm、不超过大约1.1μm、不超过大约1μm、不超过大约900nm、不超过大约800nm、不超过大约700nm、不超过大约600nm、不超过大约500nm、不超过大约400nm、不超过大约300nm、不超过大约200nm、或不超过大约100nm的孔。隔板150中上述孔尺寸的组合也是可能的(例如，至少大约50nm且不超过大约2μm或至少大约1μm且不超过大约1.5μm)。在一些实施例中，隔板150可以包括孔尺寸为大约50nm、大约100nm、大约200nm、大约300nm、大约400nm、大约500nm、大约600nm、大约700nm、大约800nm、大约900nm、大约1μm、大约1.1μm、大约1.2μm、大约1.3μm、大约1.4μm、大约1.5μm、大约1.6μm、大约1.7μm、大约1.8μm、大约1.9μm或大约2μm的孔。
在一些实施例中，硬碳可以包括不能经由热处理转化为石墨的固体形式的碳。在一些实施例中，硬碳可以包括炭。在一些实施例中，硬碳可以包括木炭。在一些实施例中，硬碳可以通过在不存在氧气的情况下加热含碳前体来生产。在一些实施例中，前体可以包括聚偏二氯乙烯(PVDC)、木质素和/或蔗糖。
在一些实施例中，涂层160可以包括至少大约0.1％、至少大约0.2％、至少大约0.3％、至少大约0.4％、至少大约0.5％、至少大约0.6％、至少大约0.7％、至少大约0.8％、至少大约0.9％、至少大约1％、至少大约2％、至少大约3％、至少大约4％、至少大约5％、至少大约6％、至少大约7％、至少大约8％、至少大约9％、至少大约10％、至少大约20％、至少大约30％、至少大约40％、至少大约50％、至少大约60％、至少大约70％、至少大约80％、至少大约90％、至少大约91％、至少大约92％、至少大约93％、至少大约94％、在至少大约95％、至少大约96％、至少大约97％、至少大约98％或至少大约99％体积的硬碳。在一些实施例中，涂层160可以包括不超过大约100％、不超过大约99％、不超过大约98％、不超过大约97％、不超过大约96％、不超过大约95％％，不超过大约94％、不超过大约93％、不超过大约92％、不超过大约91％、不超过大约90％、不超过大约80％、不超过大约70％、不超过大约60％、不超过大约50％、不超过大约40％、不超过大约30％、不超过大约20％、不超过大约10％、不超过大约9％、不超过大约8％、不超过大约7％、不超过大约6％、不超过大约5％、不超过大约4％、不超过大约3％、不超过大约2％、不超过大约1％、不超过大约0.9％、不超过大约0.8％、不超过大约0.7％、不超过大约0.6％、不超过大约0.5％、不超过大约0.4％、不超过大约0.3％或不超过大约0.2％体积的硬碳。
涂层160中硬碳的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约0.1％且不超过大约99％或至少大约40％且不超过大约80％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，涂层160可以包括大约0.1％、大约0.2％、大约0.3％、大约0.4％、大约0.5％、大约0.6％、大约0.7％、大约0.8％、大约0.9％、大约1％、大约2％、大约3％、大约4％、大约5％、大约6％、大约7％、大约8％、大约9％、大约10％、大约20％、大约30％、大约40％、大约50％％、大约60％、大约70％、大约80％、大约90％、大约91％、大约92％、大约93％、大约94％、大约95％、大约96％、大约97％、大约98％或大约99％体积的硬碳。
在一些实施例中，涂层160可以将隔板150和阴极材料130之间的界面处的超电位损失降低至少大约1％、至少大约2％、至少大约3％、至少大约4％、至少大约5％、至少大约6％、至少大约7％、至少大约8％、至少大约9％、至少大约10％、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％、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％、至少大约80％、至少大约85％、或至少大约90％。在一些实施例中，涂层160可以将隔板150和阳极材料110之间的界面处的超电位损失降低至少大约1％、至少大约2％、至少大约3％、至少大约4％、至少大约5％、至少大约6％、至少大约7％、至少大约8％、至少大约9％、至少大约10％、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％、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％、至少大约80％、至少大约85％或至少大约90％。
在一些实施例中，将涂层160施加到隔板150可以包括将硬碳与粘结剂和/或涂层溶剂混合。在一些实施例中，在涂层溶剂干燥之后，硬碳可以很好地涂覆到隔板150。在一些实施例中，涂层溶剂可以包括电解质溶剂。在一些实施例中，粘结剂可以包括碳酸亚乙酯(EC)。在一些实施例中，涂层溶剂可以包括碳酸二甲酯(DMC)、碳酸甲乙酯(EMC)或其任何组合。在一些实施例中，硬碳可以首先与EC混合，然后在施加到隔板160之前与DMC/EMC混合物混合。在一些实施例中，EC可以在电化学电池100组装之后被溶解。
在一些实施例中，当施加到隔板150时，涂层160可以包括至少大约0.1％、至少大约0.2％、至少大约0.3％、至少大约0.4％、至少大约0.5％、至少大约0.6％、至少大约0.7％、至少大约0.8％、至少大约0.9％、至少大约1.0％、至少大约1.1％、至少大约1.2％、至少大约1.3％、至少大约1.4％、至少大约1.5％，至少大约1.6％，至少大约1.7％、至少大约1.8％或至少大约1.9％体积的粘结剂。在一些实施例中，当施加到隔板150时，涂层160可以包括不超过大约2％、不超过大约1.9％、不超过大约1.8％、不超过大约1.7％、不超过大约1.6％、不超过大约1.5％、不超过大约1.4％、不超过大约1.3％、不超过大约1.2％、不超过大约1.1％、不超过大约1.0％、不超过大约0.9％、不超过大约0.8％、不超过大约0.7％、不超过大约0.6％、不超过大约0.5％、不超过大约0.4％、不超过大约0.3％、不超过大约0.2％、不超过大约0.1％体积的粘结剂。当施加到隔板150时，粘结剂在涂层160中的上述体积百分比的组合也是可能的(例如，至少大约0.1％且不超过大约2％或至少大约0.5％且不超过大约1％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，当施加到隔板150时，涂层160可以包括大约0.1％、大约0.2％、大约0.3％、大约0.4％、大约0.5％、大约0.6％、大约0.7％、大约0.8％、大约0.9％、大约1.0％、大约1.1％、大约1.2％、大约1.3％、大约1.4％、大约1.5％、大约1.6％、大约1.7％、大约1.8％、大约1.9％或大约2％体积的粘结剂。
在一些实施例中，涂层160可以包括活性材料。在一些实施例中，涂层160可以包括NMC。在一些实施例中，涂层160可以包括磷酸锂锰铁(LMFP)。在一些实施例中，涂层160可以包括磷酸铁锂(LFP)。在一些实施例中，涂层160可以包括锂锰氧化物(LMO)。在一些实施例中，涂层160可以包括掺杂有锰的二氧化锂镍(LNO)。在一些实施例中，在涂层160中包括LMFP可以让位于(give way)与涂层160相邻的NMC电极的表面上的高电压并且可以防止NMC材料中的超电位损失。在一些实施例中，涂层160可以充当电活性物质移动的物理屏障。在一些实施例中，涂层160可以与电活性物质发生化学反应。在一些实施例中，涂层160可以充当电化学存储介质。在一些实施例中，与使用与涂层160相邻的常规电极材料相比，使用与涂层160相邻的半固体电极材料可以减少超电位损失。常规电极材料常常与粘结剂混合，干燥并压光。粘结剂可以聚集在阳极材料110和涂层160之间的界面处和/或阴极材料130和涂层160之间的界面处。这会造成阳极材料110和涂层160之间和/或阴极材料130和涂层160之间的离子转移效率低下。
在一些实施例中，涂层160可以包括比与涂层材料160相邻的电极更高电压的材料，使得可以防止枝晶形成。例如，如果涂层160与阳极材料110相邻地部署并且阳极材料110包括石墨，那么涂层160可以包括比石墨更高电压的材料。在涂层160中包括更高电压的材料可以将离子拉向涂层160以防止它们形成树枝状晶体并可能造成短路事件。在阳极材料110和/或阴极材料130中使用半固体电极材料(例如，'159专利中描述的半固体电极材料)可以防止粘结剂材料在阳极材料110和涂层160之间的界面处或在阴极材料130和涂层160之间的界面处积聚。这种减少的积聚可以减少电化学电池100中的超电位损失。
在一些实施例中，当部署在隔板150的阳极侧时，涂层160可以具有至少大约100nm、至少大约200nm、至少大约300nm、至少大约400nm、至少大约500nm、至少大约600nm、至少大约700nm、至少大约800nm、至少大约900nm、至少大约1μm、至少大约2μm、至少大约3μm、至少大约4μm、至少大约5μm、至少大约6μm、至少大约7μm、至少大约8μm、至少大约9μm、至少大约10μm、至少大约11μm、至少大约中午12μm、至少大约13μm、至少大约14μm、至少大约15μm、至少大约16μm、至少大约17μm、至少大约18μm或至少大约19μm的厚度。在一些实施例中，当部署在隔板150的阳极侧时，涂层160可以具有不超过大约20μm、不超过大约19μm、不超过大约18μm、不超过大约17μm、不超过大约16μm、不超过大约15μm、不超过大约14μm、不超过大约13μm、不超过大约12μm下午、不超过大约11μm下午、不超过大约10μm、不超过大约9μm、不超过大约8μm、不超过大约7μm、不超过大约6μm、不超过大约5μm、不超过大约4μm、不超过大约3μm、不超过大约2μm、不超过大约1μm、不超过大约900nm、不超过大约800nm、不超过大约700nm、不超过大约600nm、不超过大约500nm、不超过大约400nm、不超过大约300nm或不超过大约200nm的厚度。涂层160的上述厚度的组合也是可能的(例如，至少大约100nm且不超过大约20μm，或至少大约1μm且不超过大约5μm)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，当部署在隔板150的阳极侧时，涂层160可以具有大约100nm、大约200nm、大约300nm、大约400nm、大约500nm、大约600nm、大约700nm、大约800nm、大约900nm、大约1μm、大约2μm、大约3μm、大约4μm、大约5μm、大约6μm、大约7μm、大约8μm、大约9μm、大约10μm、大约晚上11μm、大约12μm、大约13μm、大约14μm、大约15μm、大约16μm、大约17μm、大约18μm、大约19μm或大约20μm的厚度。
在一些实施例中，当部署在隔板150的阴极侧时，涂层160可以具有至少大约10nm、至少大约20nm、至少大约30nm、至少大约40nm、至少大约50nm、至少大约60nm、至少大约70nm、至少大约80nm、至少大约90nm、至少大约100nm、至少大约200nm、至少大约300nm、至少大约400nm、至少大约500nm、至少大约600nm、至少大约700nm、至少大约800nm、至少大约900nm、至少大约1μm、至少大约1.1μm、至少大约1.2μm、至少大约1.3μm、至少大约1.4μm、至少大约1.5μh、至少大约1.6μh、至少大约1.7μh、至少大约1.8μh、或至少大约1.9μh的厚度。在一些实施例中，当部署在隔板150的阴极侧时，涂层160可以具有不超过大约2μm、不超过大约1.9μm、不超过大约1.8μm、不超过大约1.7μm、不超过大约1.6μm、不超过大约1.5μm、不超过大约1.4μm、不超过大约1.3μm、不超过大约1.2μm、不超过大约1.1μm、不超过大约1μm、不超过大约900nm、不超过大约800nm、不超过大约700nm、不超过大约600nm、不超过大约500nm、不超过大约400nm、不超过大约300nm、不超过大约200nm、不超过大约100nm、不超过大约90nm、不超过大约80nm、不超过大约70nm、不超过大约60nm、不超过大约50nm、不超过大约40nm、不超过大约30nm或不超过大约20nm的厚度。涂层160的上述厚度的组合也是可能的(例如，至少大约10nm且不超过大约2μm，或至少大约200nm且不超过大约1.5μm)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，当部署在隔板150的阴极侧时，涂层160可以具有大约10nm、大约20nm、大约30nm、大约40nm、大约50nm、大约60nm、大约70nm、大约80nm、大约90nm、大约100nm、大约200nm、大约300nm、大约400nm、大约500nm、大约600nm、大约700nm、大约800nm、大约900nm、大约1μm、大约1.1μm、大约1.2μm、大约1.3μm、大约1.4μm、大约1.5μm、大约1.6μm、大约1.7μm、大约1.8μm、大约1.9μm或大约2μm的厚度。
在一些实施例中，涂层160可以具有至少大约1.2g/cc、至少大约1.3g/cc、至少大约1.4g/cc、至少大约1.5g/cc、至少大约1.6g/cc、至少大约1.7g/cc、至少大约1.8g/cc、或至少大约1.9g/cc的厚度。在一些实施例中、涂层160可以具有不超过大约2g/cc、不超过大约1.9g/cc、不超过大约1.8g/cc、不超过大约1.7g/cc、不超过大约1.6g/cc、不超过大约1.5g/cc、不超过大约1.4g/cc或不超过大约1.3g/cc的密度。涂层160的上述密度的组合也是可能的(例如，至少大约1.2g/cc且不超过大约2g/cc，或至少大约1.3g/cc且不超过大约2g/cc)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，涂层160可以具有大约1.2g/cc、大约1.3g/cc、大约1.4g/cc、大约1.5g/cc、大约1.6g/cc、大约1.7g/cc、大约1.8g/cc，大约1.9g/cc或大约2g/cc的密度。
在一些实施例中，涂层160可以包括具有至少大约10nm、至少大约20nm、至少大约30nm、至少大约40nm、至少大约50nm、至少大约60nm、至少大约70nm、至少大约80nm、至少大约90nm、至少大约100nm、至少大约200nm、至少大约300nm、至少大约400nm、至少大约500nm、至少大约600nm、至少大约700nm、至少大约800nm、至少大约900nm、至少大约1μm、至少大约2μm、至少大约3μm、至少大约4μm、至少大约5μm、至少大约6μm、至少大约7μm、至少大约8μm、至少大约9μm、至少大约10μm、至少大约11μm、在至少大约12μm、至少大约13μm、至少大约14μm、至少大约15μm、至少大约16μm、至少大约17μm、至少大约18μm或至少大约19μm的平均颗粒尺寸(即，D50)的颗粒。在一些实施例中，涂层160可以包括具有不超过大约20μm、不超过大约19μm、不超过大约18μm、不超过大约17μm、不超过大约16μm、不超过大约15μm、不超过大约14μm、不超过大约13μm、不超过大约12μm、不超过大约11μm、不超过大约10μm、不超过大约9μm、不超过大约8μm、不超过大约7μm、不超过大约6μm、不超过大约5μm、不超过大约4μm、不超过大约3μm、不超过大约2μm、不超过大约1μm、不超过大约900nm、不超过大约800nm、不超过大约700nm、不超过大约600nm、不超过大约500nm、不超过大约400nm，不超过大约300nm，不超过大约200nm，不超过大约100nm、不超过大约90nm、不超过大约80nm、不超过大约70nm、不超过大约60nm、不超过大约50nm、不超过大约40nm、不超过大约30nm、或不超过大约20nm的平均颗粒尺寸的颗粒。
上述颗粒尺寸的组合也是可能的(例如，至少大约10nm且不超过大约20μm或至少大约1μm且不超过大约5μm)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，涂层160可以包括具有大约10nm、大约20nm、大约30nm、大约40nm、大约50nm、大约60nm、大约70nm、大约80nm、大约90nm、大约100nm、大约200nm、大约300nm、大约400nm、大约500nm、大约600nm、大约700nm、大约800nm、大约900nm、大约1μm、大约2μm、大约3μm、大约4μm、大约5μm、大约6μm、大约7μm、大约8μm、大约9μm、大约10μm、大约11μm、大约12μm、大约13μm、大约14μm、大约15μm、大约16μm、大约17μm、大约18μm、大约19μm或大约20μm的平均颗粒尺寸的颗粒。
在一些实施例中，涂层160可以具有至少大约20vol％、至少大约25vol％、至少大约30vol％、至少大约35vol％、至少大约40vol％、至少大约45vol％、至少大约50vol％、至少大约55vol％、至少大约60vol％、至少大约65vol％、至少大约70vol％、至少大约75vol％、至少大约80vol％、或至少大约85vol％的颗粒加载密度。在一些实施例中，涂层160可以具有不超过大约90vol％、不超过大约85vol％、不超过大约80vol％、不超过大约75vol％、不超过大约70vol％、不超过大约65vol％、不超过大约60vol％、不超过大约55vol％、不超过大约50vol％、不超过大约45vol％、不超过大约40vol％、不超过大约35vol％、不超过大约30vol％或不超过大约25vol％的颗粒加载密度。上述颗粒负载密度的组合也是可能的(例如，至少大约20vol％且不超过大约90vol％或至少大约30vol％且不超过大约60vol％)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，涂层160可以具有大约20vol％、大约25vol％、大约30vol％、大约35vol％、大约40vol％、大约45vol％、大约50vol％、大约55vol％、大约60vol％、大约65vol％、大约70vol％、大约75vol％、大约80vol％、大约85vol％或大约90vol％的颗粒装载密度。
在一些实施例中，涂层160可以经由气相沉积工艺、化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、金属-有机化学气相沉积、氮等离子体辅助沉积、溅射沉积、反应溅射沉积、溅射、熔体淬火、机械研磨、喷涂、冷喷涂工艺、等离子沉积工艺、电化学沉积、溶胶-凝胶工艺或其任何组合来施加到隔板150。在一些实施例中，涂层160可以经由液体涂层工艺、具有或不具有热/冷压工艺的挤压工艺施加到隔板150。在一些实施例中，涂层160可以经由流延、压延、滴涂、压制、辊压、流延或其任何组合施加到隔板。在一些实施例中，涂层160可以经由'351公开和/或'672专利中描述的任何方法施加到隔板150。
图2是根据实施例的电化学电池200的示意图。如图所示，电化学电池200包括部署在阳极集电器220上的阳极材料210、部署在阴极集电器240上的阴极材料230以及部署在阳极材料210和阴极材料230之间的隔板250。如图所示，涂层260部署在阴极材料230与隔板250之间。
在一些实施例中，阳极材料210、阳极集电器220、阴极材料230、阴极集电器240、隔板250和涂层260可以与阳极110、阳极集电器120、阴极材料130、阴极集电器140、隔板150和涂层160相同或基本相似。因此，阳极材料210、阳极集电器220、阴极材料230、阴极集电器240、隔板250和涂层260的某些方面在本文不再详细描述。
在一些实施例中，涂层260可以包括一种或多种抑制阴极材料230中枝晶的形成和/或生长的材料。在一些实施例中，涂层260可以包括硬碳、软碳、无定形碳，石墨硬碳混合物，或其任何组合。在一些实施例中，可以选择涂层260以抑制树枝状晶体在半固体阴极上的形成和/或生长。在一些实施例中，涂层260可以部署在隔板250上。在一些实施例中，涂层260可以部署在阳极材料230上。
在一些实施例中，阴极材料230可以具有第一厚度并且涂层260可以具有第二厚度。在一些实施例中，阴极材料230与涂层260的厚度之比可以是至少大约1:1、至少大约2:1、至少大约3:1、至少大约4:1、至少大约5:1、至少大约6:1、至少大约7:1、至少大约8:1、至少大约9:1、至少大约10:1、至少大约20:1、至少大约30:1、至少大约40:1、至少大约50:1、至少大约60:1、至少大约70:1、至少大约80:1、至少大约90:1、至少大约100:1、至少大约200:1、至少大约300:1、至少大约400:1、至少大约500:1、至少大约600:1、至少大约700:1、至少大约800:1或至少大约900:1。在一些实施例中，阴极材料230与涂层260的厚度之比可以不超过大约1,000:1、不超过大约900:1、不超过大约800:1、不超过大约700:1、不超过大约600:1、不超过大约500:1、不超过大约400:1、不超过大约300:1、不超过大约200:1、不超过大约100:1、不超过大约90:1、不超过大约80:1、不超过大约70:1、不超过大约60:1、不超过大约50:1、不超过大约40:1、不超过大约30:1、不超过大约20:1、不超过大约10:1、不超过大约9:1、不超过大约8:1、不超过大约7:1、不超过大约6:1、不超过大约5:1、不超过大约4:1、不超过大约3:1或不超过大约2:1。
阴极材料230与涂层260的上述厚度比的组合也是可能的(例如，至少大约1:1且不超过大约1,000:1或至少大约10:1且不超过大约100:1)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，阴极材料230与涂层260的厚度之比可以是大约1:1、大约2:1、大约3:1、大约4:1、大约5:1、大约6:1、大约7:1、大约8:1、大约9:1、大约10:1、大约20:1、大约30:1、大约40:1、大约50:1、大约60:1、大约70:1、大约80:1、大约90:1、大约100:1、大约200:1、大约300:1、大约400:1、大约500:1、大约600:1、大约700:1、大约800:1、大约900:1或大约1,000:1。
图3是根据实施例的电化学电池300的示意图。如图所示，电化学电池300包括部署在阳极集电器320上的阳极材料310、部署在阴极集电器340上的阴极材料330以及部署在阳极材料310和阴极材料330之间的隔板350。如图所示，涂层360部署在阳极材料310与隔板350之间。
在一些实施例中，阳极材料310、阳极集电器320、阴极材料330、阴极集电器340、隔板350和涂层360可以与阳极110、阳极集电器120、阴极材料130、阴极集电器140、隔板150和涂层160相同或基本相似。因此，阳极材料310、阳极集电器320、阴极材料330、阴极集电器340、隔板350和涂层360的某些方面在本文不作更详细的描述。
在一些实施例中，涂层360可以包括一种或多种抑制阳极材料310中枝晶的形成和/或生长的材料。在一些实施例中，涂层360可以包括Al2O3。在一些实施例中，涂层360可以包括勃姆石(boehmite)。在一些实施例中，涂层360可以包括硬碳。在一些实施例中，可以选择涂层360以抑制半固体阳极上枝晶的形成和/或生长。在一些实施例中，涂层360可以部署在隔板350上。在一些实施例中，涂层360可以部署在阳极材料310上。在一些实施例中，涂层360可以包括合金阳极材料。在一些实施例中，涂层360可以包括硅、铟、锡或其任何组合。在一些实施例中，涂层360可以包括复写纸。在一些实施例中，涂层360可以包括混合有电解质的导电碳(例如，混合有电解质的Ketjen碳)作为供锂生长的缓冲区区域。换句话说，涂层360可以充当锂宿主。
在一些实施例中，阳极材料310可以具有第一厚度并且涂层360可以具有第二厚度。在一些实施例中，阳极材料310与涂层360的厚度之比可以是至少大约1:1、至少大约2:1、至少大约3:1、至少大约4:1、至少大约5:1、至少大约6:1、至少大约7:1、至少大约8:1、至少大约9:1、至少大约10:1、至少大约20:1、至少大约30:1、至少大约40:1、至少大约50:1、至少大约60:1、至少大约70:1、至少大约80:1、至少大约90:1、至少大约100:1、至少大约200:1、至少大约300:1、至少大约400:1、至少大约500:1、至少大约600:1、至少大约700:1、至少大约800:1或至少大约900:1。在一些实施例中，阳极材料310与涂层360的厚度之比可以不超过大约1,000:1、不超过大约900:1、不超过大约800:1、不超过大约700:1、不超过大约600:1、不超过大约500:1、不超过大约400:1、不超过大约300:1、不超过大约200:1、不超过大约100:1、不超过大约90:1、不超过大约80:1、不超过大约70:1、不超过大约60:1、不超过大约50:1、不超过大约40:1、不超过大约30:1、不超过大约20:1、不超过大约10:1、不超过大约9:1、不超过大约8:1、不超过大约7:1、不超过大约6:1、不超过大约5:1、不超过大约4:1、不超过大约3:1或不超过大约2:1。
阳极材料310与涂层360的上述厚度比的组合也是可能的(例如，至少大约1:1且不超过大约1,000:1或至少大约10:1且不超过大约100:1)，包括其间的所有值和范围。在一些实施例中，阳极材料310与涂层360的厚度之比可以是大约1:1、大约2:1、大约3:1、大约4:1、大约5:1、大约6:1、大约7:1、大约8:1、大约9:1、大约10:1、大约20:1、大约30:1、大约40:1、大约50:1、大约60:1、大约70:1、大约80:1、大约90:1、大约100:1、大约200:1、大约300:1、大约400:1、大约500:1、大约600:1、大约700:1、大约800:1、大约900:1或大约1,000:1。
图4是根据实施例的电化学电池400的示意图。如图所示，电化学电池400包括部署在阳极集电器420上的阳极材料410、部署在阴极集电器440上的阴极材料430以及部署在阳极材料410和阴极材料430之间的隔板450。如图所示，第一涂层460a部署在阴极材料430和隔板450之间，而第二涂层460b部署在阳极材料410和隔板450之间。
在一些实施例中，阳极材料410、阳极集电器420、阴极材料430、阴极集电器440和隔板450可以具有与阳极材料110、阳极集电器120、阴极材料130、阴极集电器140和隔板150相同或基本相似的特性，如上面参考图1所描述的。在一些实施例中，第一涂层460a可以具有与涂层260相同或基本相似的特性，如上面参考图2所描述的。在一些实施例中，第二涂层460b可以具有与涂层360相同或基本相似的特性，如上面参考图3所描述的。因此，阳极材料410、阳极集电器420、阴极材料430、阴极集电器440、隔板450、第一涂层460a和第二涂层460b在本文将不更详细地描述。
在电化学电池400的阳极侧结合第一涂层460a并在电化学电池400的阴极侧结合第二涂层460b可以有助于防止在阳极材料410和阴极材料430上形成和生长枝晶。在一些实施例中，第一涂层460a和第二涂层460b的材料可以基于它们与电化学电池400的化学兼容性来选择。在一些实施例中，第一涂层460a可以由与第二涂层460b相同或基本相似的材料组成。在一些实施例中，第一涂层460a可以由第一材料组成并且第二涂层460b可以由第二材料组成，第二材料与第一材料不同。在一些实施例中，第一涂层460a可以包括硬碳并且第二涂层460b可以包括Al2O3。
在一些实施例中，第一涂层460a和第二涂层460b可以具有相同或基本相似的厚度。在一些实施例中，第一涂层460a可以具有第一厚度并且第二涂层460b可以具有第二厚度，第二厚度与第一厚度不同。在一些实施例中，第一涂层460a可以以比第二涂层460b厚。在一些实施例中，第二涂层460b可以比第一涂层460a厚。在一些实施例中，第一涂层460a的厚度与第二涂层460b的厚度之比可以是至少大约1:50、至少大约1:40、至少大约1:30、至少大约1:20、至少大约1:10、至少大约1:5、至少大约1:4、至少大约1:3、至少大约1:2、至少大约1:1.9、至少大约1:1.8、至少大约1:1.7、至少大约1:1.6、至少大约1:1.5、至少大约1:1.4、至少大约1:1.3、至少大约1:1.2、至少大约1:1.1、至少大约1:1、至少大约1.1:1、至少大约1.2:1、至少大约1.3:1、至少大约1.4:1、至少大约1.5:1、至少大约1.6:1、至少大约1.7:1、至少大约1.8:1、至少大约1.9:1、至少大约2:1、至少大约3:1、至少大约4:1、至少大约5:1、至少大约6:1、至少大约7:1、至少大约8:1、至少大约9:1、至少大约10:1、至少大约20:1、至少大约30:1、在至少大约40:1、至少大约50:1、至少大约60:1、至少大约70:1、至少大约80:1或至少大约90:1。在一些实施例中，第一涂层460a的厚度与第二涂层460b的厚度之比可以不超过大约100:1、不超过大约90:1、不超过大约80:1、不超过大约70:1、不超过大约60:1、不超过大约50:1、不超过大约40:1、不超过大约30:1、不超过大约20:1、不超过大约10:1、不超过大约9:1、不超过大约8:1、不超过大约7:1、不超过大约6:1、不超过大约5:1、不超过大约4:1、不超过大约3:1、不超过大约2:1、不超过大约1.9:1、不超过大约1.8:1、不超过大约1.7:1、不超过大约1.6:1、不超过大约1.5:1、不超过大约1.4:1、不超过大约1.3:1、不超过大约1.2:1、不超过大约1.1:1、不超过大约1:1、不超过大约1:1.1、不超过大约1:1.2、不超过大约1:1.3、不超过大约1:1.4、不超过大约1:1.5、不超过大约1:1.6、不超过大约1:1.7、不超过大约1:1.8、不超过大约1:1.9、不超过大约1:2、不超过大约1:3、不超过大约1:4、不超过大约1:5、不超过大约1:6、不超过大约1:7、不超过大约1:8、不超过大约1:9、不超过大约1:10、不超过大约1:20、不超过大约1:30或不超过大约1:40。
第一涂层460a的厚度与第二涂层460b的厚度的上述比率的组合也是可能的(例如，至少大约1:50且不超过大约100:1或至少大约1:1且不超过大约10:1，包括其间的所有值和范围)。在一些实施例中，第一涂层460a的厚度与第二涂层460b的厚度之比可以是大约1:50、大约1:40、大约1:30、大约1:20、大约1:10、大约1:5、大约1:4、大约1:3、大约1:2、大约1:1.9、大约1:1.8、大约1:1.7、大约1:1.6、大约1:1.5、大约1:1.4、大约1:1.3、大约1:1.2、大约1:1.1、大约1:1、大约1.1:1、大约1.2:1、大约1.3:1、大约1.4:1、大约1.5:1、大约1.6:1、大约1.7:1、大约1.8:1、大约1.9:1、大约2:1、大约3:1、大约4:1、大约5:1、大约6:1、大约7:1、大约8:1、大约9:1、大约10:1、大约20:1、大约30:1、大约40:1、大约50:1、大约60:1、大约70:1、大约80:1、大约90:1或大约100:1。
图5A-5B是根据实施例的电化学电池500的示意图。图5A包括电化学电池500的横截面视图，而图5B包括电化学电池500的顶视图。电化学电池500包括部署在阳极集电器520上的阳极材料510、部署在阴极集电器540上的阴极材料530，以及部署在阳极材料510和阴极材料530之间的隔板550。涂层560部署在阴极材料530和隔板550之间。阳极材料510、阳极集电器520、阴极材料530、阴极集电器540、隔板550和涂层560部署在袋570中。阳极集电器520包括阳极接线片525。阴极集电器540包括阴极接线片545。
在一些实施方式中，阳极材料510、阳极集电器520、阴极材料530、阴极集电器540、隔板550和涂层560可以与阳极110、阳极集电器120、阴极130、阴极集电器140、隔板150和涂层160相同或基本相似。因此，阳极材料510、阳极集电器520、阴极材料530、阴极集电器540、隔板550和涂层560的某些方面在本文没有更详细地描述。
在一些实施例中，隔板550可以延伸超过阳极材料510和阴极材料530的边缘。在一些实施例中，涂层560可以部署在隔板550的延伸超过阳极材料510和阴极材料530的边缘的部分上。在一些实施例中，隔板550的延伸超过阳极材料510和阴极材料530的部分可以密封到袋570的部分。将隔板550的部分密封到袋570的部分可以帮助防止涂层560与阴极材料530或与来自相邻电化学电池的阴极接触。在一些实施例中，如果涂层560部署在隔板550的阴极侧，那么将隔板550的部分密封到袋570的部分可以帮助防止涂层560与阳极材料510或与来自相邻电化学电池的阳极接触。这种隔离和接触防止可以帮助防止短路事件。当电化学电池被卷起并放入罐中时，隔离和接触防止可以特别有用，因为涂层560与罐壁之间的接触会导致短路事件。标题为“Electrochemical Cells and Methods of ManufacturingSame”的美国专利No.9,178,200('200专利)进一步描述了电化学电池的其它示例，其中隔板的边缘被密封到袋，该专利的公开内容通过引用整体并入本文。在标题为“Single PouchBattery Cells and Methods of Manufacture”的美国专利No.10,181,587('587专利)中进一步描述部署在袋中的单个电化学电池的另外的示例，其公开内容通过引用整体并入本文。
为了进一步限制或防止涂层560与来自其它电化学电池的电活性材料之间的接触，绝缘体526在阳极接线片525和袋570之间示出。绝缘体526进一步隔离涂层560与电活性物质接触，进一步防止短路事件。在一些实施例中，绝缘体526可以围绕阳极接线片525的周边部署，从而在阳极接线片525和袋570之间形成密封。在一些实施例中，绝缘体526可以包括粘结剂、密封件、热密封件，或任何其它合适的绝缘手段。在一些实施例中，阴极接线片545和袋570之间可以存在绝缘体。在一些实施例中，阳极接线片525和袋570之间可以存在第一绝缘体，并且阴极接线片545和袋570之间可以存在第二绝缘体。
在一些实施例中，阳极材料510可以包括半固体电极材料。在一些实施例中，阳极510可以包括常规电极材料。在一些实施例中，阳极材料510可以是固体电极。在一些实施例中，阳极材料510可以包括石墨电极材料。在一些实施例中，阳极材料510可以包括半固体石墨电极材料。
在一些实施例中，阴极材料530可以包括半固体电极材料。在一些实施例中，阴极材料530可以包括常规电极材料。在一些实施例中，阴极材料530可以包括固体电极材料。在一些实施例中，阴极材料530可以包括NMC811。
图6是根据实施例的形成具有涂层的电极的方法10的框图。如图所示，方法10包括在步骤11处将电极材料部署到集电器上。方法10可选地包括在步骤12处制备涂料混合物。方法10还包括在步骤13处向隔板和/或电极材料施加涂层。方法10可选地包括在步骤14处干燥涂层混合物以形成涂层。方法10然后包括在步骤15处将隔板部署到电极材料上以形成电极。
在步骤11处，将电极材料部署到集电器上。在一些实施例中，电极材料可以是阳极材料。在一些实施例中，电极材料可以是阴极材料。在一些实施例中，电极材料可以包括半固体电极材料。在一些实施例中，电极材料可以包括常规电极材料。在一些实施例中，电极材料可以包括固体电极材料。在一些实施例中，电极材料可以被挤出到集电器上。在一些实施例中，电极材料可以使用于2019年7月9日提交的标题为“Continuous and Semi-Continuous Methods of Semi-Solid Electrode and Battery Manufacturing”的美国专利公开No.2020/0014025(“'025出版物”)中描述的任何方法，其公开内容通过引用整体并入本文。
可选步骤12包括制备涂层混合物。在一些实施例中，步骤12包括将涂层材料(例如，如上面参考图1所述的涂层材料160中的任何材料)与溶剂混合。在一些实施例中，溶剂可以包括电解质溶剂。在一些实施例中，溶剂可以包括碳酸亚乙酯(EC)、碳酸亚丙酯(PC)、碳酸甲乙酯(EMC)、碳酸二甲酯(DMC)、碳酸二乙酯(DEC)、γ-丁内酯(GBL)或其任何组合。在一些实施例中，包括电解质溶剂可以改善结果所得的电极或电化学电池的热稳定性。在一些实施例中，在涂层中包括电解质溶剂可以促进涂层对隔板和/或相邻电极的润湿，从而降低内部电池电阻。在一些实施例中，在涂层中包括电解质溶剂可以防止电解质盐积聚并经由所述电解质盐(例如，LiPFr6)腐蚀电极。在一些实施例中，在涂层中包括电解质溶剂可以防止涂层下方的电极的干燥(例如，由于电解质蒸发)。
在一些实施例中，涂层混合物可以包括粘结剂。在一些实施例中，粘结剂可以包括在一些实施例中，粘结剂可以包括淀粉、羧甲基纤维素(CMC)、二乙酰纤维素、羟丙基纤维素、乙二醇、聚丙烯酸酯、聚(丙烯酸)、聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚环氧乙烷、聚(偏氟乙烯)、橡胶、乙烯-丙烯-二烯单体(EPDM)、亲水性粘结剂、聚偏氟乙烯(PVDF)、苯乙烯丁二烯共聚物、聚(3,4-亚乙基二氧噻吩)：聚(苯乙烯磺酸盐)(PEDOT:PSS)、聚(偏氟乙烯-共-六氟丙烯)(PVDF-HFP)、马来酸酐磨碎的聚偏氟乙烯(MPVDF)、苯乙烯丁二烯橡胶(SBR)、SBR和羧甲基纤维素钠(SBR+CMC)的混合物、聚丙烯腈、氟化聚酰亚胺、聚(3-己基噻吩)-b-聚(环氧乙烷)、聚(1-芘甲基丙烯酸甲酯)(PPy)、聚(1-芘甲基丙烯酸酯-共-甲基丙烯酸)(PPy-MAA)、聚(1-芘甲基丙烯酸甲酯-三乙二醇甲醚共聚物)(PPy E)、聚丙烯酸及其锂盐(PAA)、聚丙烯酸钠、氟化聚丙烯酸酯、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺酰亚胺(PAI)、聚醚酰亚胺(PEI)，和/或其任何组合。在一些实施例中，粘结剂可以溶解在粘结剂溶剂中。在一些实施例中，粘结剂溶剂可以包括DMC、EMC或其任何组合。在一些实施例中，涂层材料可以包括电解质溶剂和粘结剂溶剂。
在一些实施例中，涂层混合物的制备可以包括混合过程。在一些实施例中，混合过程可以包括高剪切混合过程。在一些实施例中，混合过程可以包括双螺杆挤出。在一些实施例中，混合过程可以包括分批混合。在一些实施例中，混合过程可以包括行星式混合、离心行星式混合、sigma混合和/或辊式混合。在一些实施例中，涂层混合物的制备可以包括连续喷墨印刷。在一些实施例中，具有表面活性剂添加剂的溶液可以经由喷墨被连续印刷(例如，在生产线上)。在一些实施例中，喷墨器在生产线上的实施方式可以防止喷墨器堵塞超过相对短的时间段(例如，不超过5小时、不超过4小时、不超过3小时、不超过2小时、不超过1小时等)。在一些实施例中，具有表面活性剂添加剂的溶液可以与硬碳混合以形成涂层混合物。
在一些实施例中，具有表面活性剂添加剂的溶液可以在印刷之前与硬碳混合。换句话说，包括表面活性剂添加剂和硬碳的混合物可以被稳定并作为喷墨溶液馈送到喷墨器中。通过喷墨器，喷墨溶液可以直接印刷到隔板和/或电极材料上。表面活性剂可以促进涂层的润湿能力。表面活性剂还可以降低涂层的可燃性。表面活性剂还可以促进涂层混合物粘附到隔板和/或电极材料上。
在一些实施例中，涂层混合物可以包括EC、PC、表面活性剂和硬碳。在一些实施例中，涂层混合物可以包括含大约5％、大约10％、大约15％、大约20％、大约25％、大约30％、大约35％或大约40％的硬碳，包括其间的所有值和范围。
步骤13包括将涂层施加到隔板和/或电极材料上。在一些实施例中，涂层可以施加到隔板。在一些实施例中，涂层可以施加到阴极材料。在一些实施例中，涂层可以施加到阳极材料。在一些实施例中，涂层可以是涂层混合物(例如，如在步骤12中制备的)。在一些实施例中，涂层可以是单一材料(例如，硬碳、无定形碳、软碳)。在一些实施例中，涂层可以施加到隔板。在一些实施例中，涂层可以施加到电极材料。在一些实施例中，涂层可以施加到隔板和电极材料。在一些实施例中，可以经由气相沉积工艺、化学气相沉积、物理气相沉积、原子层沉积、金属-有机化学气相沉积、氮-等离子体辅助沉积、溅射沉积、反应溅射沉积、溅射、熔体淬火、机械研磨、喷涂、冷喷涂工艺、等离子沉积工艺、电化学沉积、溶胶-凝胶工艺、流延、压延、滴涂、压制、辊压、流延、液体涂布工艺、有或没有热压/冷压工艺的挤出工艺或其任何组合来施加涂层混合物。在一些实施例中，在将涂层施加到隔板和/或电极材料之后，可以将电解质溶剂(例如，上面参考步骤12描述的电解质溶剂)添加到涂层。在一些实施例中，可以将电解质溶剂喷涂到涂层上。在一些实施例中，可以从喷墨打印机施加或印刷涂层。
可选步骤14包括干燥涂层混合物以形成涂层。如果在步骤13处施加到隔板和/或电极材料的涂层包括液体(例如，液体电解质)，那么涂层可以在步骤14处被干燥。在一些实施例中，在步骤14处的干燥可以包括热干燥过程。在一些实施例中，干燥可以包括吸收和/或吸附过程以将液体从涂层吸走。在一些实施例中，干燥可以包括真空干燥。在一些实施例中，干燥可以引起涂层的化学改变。在一些实施例中，涂层可以在干燥过程期间固化。
步骤15包括将隔板部署到电极材料上以形成电极。在一些实施例中，隔板可以具有部署在其上的涂层。在一些实施例中，电极材料可以具有部署在其上的涂层。在一些实施例中，电极可以是第一电极，并且第二电极可以部署在第一电极上以形成电化学电池。
示例
图7是不同电化学电池配置中初始容量损失的图形表示。在这种情况下被评估的电池包括具有NMC811的阴极和半固体石墨阳极。与没有涂层的常规隔板的基线情况相比，包括在阳极侧喷涂硬碳厚涂层(即，大约10μm)和薄涂层(即，小于5μm)的聚乙烯隔板的电池具有大约0.5％至大约0.7％的增加的初始容量损失，具体取决于厚度。这是由于区域的体积和表面积较大，其中正在形成固体电解质界面(SEI)层。阳极的预锂化会潜在地减少或减轻这种初始容量损失。
图8是不同电化学电池配置中容量保持相对于循环次数的图形表示。与图7相似，与具有NMC811阴极、半固体石墨阳极和在阳极侧涂有硬碳的薄涂层(即，小于5μm)和厚涂层(即，大约10μm)的电化学电池相比，图8包括具有NMC811阴极、半固体石墨阳极和常规聚乙烯隔板的电化学电池。上图示出了基线情况，在前几个循环内容量最初下降，然后在容量快速衰减之前恢复。具有硬碳涂层的聚乙烯隔板最初有轻微的容量损失，然后恢复，通过26个循环维持大约98％-99％的容量。底部图示出了基线情况的库仑效率最初下降，并在第12个循环左右恢复。底部图还示出在隔板上涂有硬碳涂层的电池始终维持高库仑效率。
图9是在不同的电化学电池配置中容量保持相对于循环次数和C速率的图形表示。每个电池包括NMC811阴极、Li金属阳极和聚乙烯隔板。基线案例包括隔板上没有涂层，而其它案例包括喷涂或者流延到隔板上的硬碳。在较早的循环期间，C速率低，并且C速率在整个18个循环内都在增加。具有喷涂有硬碳的隔板的电池在1C下具有大约99％的库仑效率，而基线案例已降至大约75％的库仑效率。喷涂的硬碳的案例在4C下的三个循环之后仍然存在，而基线案例在4C下的第一个循环中失败。
图10是在不同的电化学电池配置中容量保持相对于循环次数和C速率的图形表示。每个电池包括NMC811阴极、石墨阳极和聚乙烯隔板。基线电池在隔板上不包括涂层，而其它电池在阳极侧包括喷涂了薄硬碳涂层(即，<5μm)和厚硬碳涂层(即，大约10μm)的隔板。在1.4C充电速率下，基线案例的库仑效率下降到大约90％，然后恢复，而硬碳涂覆的案例稳定在99±5％-99.9％左右。基线案例的容量比具有硬碳涂层的电池的容量衰减得更快。
图11A-11B是不同电化学电池中容量保持相对于循环次数的图形表示。图11A中的顶部图示出了每个循环的绝对容量，而图11B中的顶部图示出了相对于第一循环的容量保持百分比。与具有NMC811阴极、半固体石墨阳极和阳极侧涂覆有硬碳的薄涂层(即，小于5μm)和厚涂层(即，大约10μm)的聚乙烯隔板的电化学电池相比，图1A-1IB包括具有NMC811阴极、半固体石墨阳极和常规聚乙烯隔板的电化学电池。基线案例在前几个循环期间容量最初下降，然后略有恢复，然后衰减到其初始容量的大约85％。具有硬碳涂层的聚乙烯隔板在80次循环后维持其初始容量的大约98％-99％。图11A和图11B中的底部图都示出了基线案例的库仑效率的初始下降和第12个循环附近的恢复。底部图还示出了在隔板上涂有硬碳涂层的电池始终维持高库仑效率。
图12是在不同电化学电池配置中容量保持相对于循环次数和C速率的图形表示。与具有NMC 811阴极、半固体石墨阳极和阳极侧涂有碳厚的薄涂层(即，小于5μm)和硬涂层(即大约10μm)的电化学电池相比，图12包括具有NMC 811阴极、半固体石墨阳极和常规聚乙烯隔板的电化学电池。在较早的循环期间，C速率低，而C速率在整个16个循环中都在增加。具有喷涂有硬碳的薄涂层(即，小于5μm)隔板的电池在1C下具有大约99％的库仑效率，而基线案例下的库仑效率已降至大约75％。
图13是不同电化学电池配置之间dQ/dV和电压剖面比较的图示。左上方的图示出了针对未涂覆的聚乙烯隔板的基线案例的差分容量与电压的关系。左下方的图示出了针对基线案例的充电和放电的电压与容量图。右上方的图示出了具有涂有硬碳的聚乙烯隔板的电池的差分容量与电压的关系。右下方的图示出了具有涂有硬碳的聚乙烯隔板的电池充电和放电的电压与容量图。左下方的图的区段1301示出了充电期间电压增加的滞后。这是由于锂电镀和不可逆的容量损失。右下方的图没有这个异常并且充电效率更高。
图14A-14B是在放电和快速充电期间具有半固体阴极的电化学电池的电位相对于距离的定性图。图14A示出了放电期间电位相对于距离的定性图。图14B示出了快速充电期间电位相对于距离的定性图，特别是在高充电状态下。如图14B中所示，在快速充电期间，特别是在高充电状态下，在半固体阴极和隔板之间的界面处形成高电位区域1401。在快速充电期间，特别是在高充电状态下，在阳极和隔板之间的界面处形成低电位区域1402。高电位区1401和低电位区1402可以导致在半固体阴极和隔板之间的界面或阳极和隔板之间的界面处形成枝晶。半固体阴极比常规(固体)阴极具有更高的扩散率。这导致半固体阴极和隔板之间的界面处的表面超电位较高。在一些实施例中，半固体阴极可以比常规阴极更厚。半固体阴极的厚度会在与隔板相邻的半固体阴极表面阻碍半固体阴极的电子传导性。这个问题可以通过使用在高电压下稳定的半固体阴极材料来解决。在高电压下稳定的半固体阴极材料可以降低半固体阴极和隔板之间的界面处的表面超电位。这些超电位损失也可以通过在半固体阴极和隔板之间的界面处用高导电材料涂覆半固体阴极或隔板来减少。这些减少超电位损失的机制的示例在上文参考图1的电化学电池100中进行了描述。
在一些实施例中，低电位区域1402可以通过在阳极和隔板之间的界面处涂覆隔板和/或阳极来减轻。在一些实施例中，涂层可以包括硬碳。这些涂层的示例在上文参考图1、图2、图3、图4和图5A-5B在电化学电池100、200、300、400和500中进行了描述。
图15示出了在没有粘结剂和有粘结剂的情况下硬碳涂层在隔板上的照片比较。如左边的图像所示，在没有任何粘结剂处理的情况下，硬碳涂层从隔板上脱落。在右边的图中，硬碳在施加到隔板之前已经用溶解在DMC中的EC进行了处理。在干燥之后，硬碳比没有粘结剂时更稳定地粘附在隔板上。
各种概念可以被实施为一种或多种方法，其至少一个示例已经被提供。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，可以构造实施例，其中以与所示出的次序不同的次序执行动作，即使在说明性实施例中被示为顺序动作，其也可以包括同时执行一些动作。换句话说，应该理解的是，这样的特征可能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以串行、异步、并发、并行、同时、同步等执行任意数量的线程、进程、服务、服务器等，等。照此，这些特征中的一些可能是相互矛盾的，因为它们不能在单个实施例中同时存在。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。申请人保留对此类创新的所有权利，包括实施此类创新、提交附加申请、延续、部分延续、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由实施例所限定的本公开的限制或对实施例的等同物的限制。取决于个人和/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、语法结构等，本文公开的技术的各种实施例可以如本文所描述的那样以使得能够实现很大的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词典定义、通过引用并入的文档中的定义和/或所定义术语的普通含义。
如本文所使用，在特定实施例中，当在数值之前时，术语“大约”或“近似”指示该值的加或减10％的范围。在提供值的范围的情况下，应理解为，除非上下文另有明确规定，否则每个中间值，到下限的单位的十分之一、在那个范围的上限和下限之间以及在那个所述范围中的任何其它所述或中间值都涵盖在本公开内。这些更小范围的上限和下限可以独立地包括在更小范围内，这也涵盖在本公开内容之内，但要遵守所述范围内的任何明确排除的限值。在所述范围包括一个或两个限值的情况下，排除那些所包括的限值中的一个或两个的范围也包括在本公开中。
如本文中在说明书和实施例中使用的短语“和/或”应被理解为表示如此结合的元素中的“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来理解，即，如此连接的元素中的“一个或多个”。除了由“和/或”子句具体识别的元素之外，还可以可选地存在其它元素，无论与那些具体识别出的元素相关还是无关。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(可选地包括其它元素)；等等。
如在说明书和实施例中在本文使用的，“或”应当被理解为具有与如上定义的“和/或”相同的含义。例如，当将列表中的项目分开时，“或”或“和/或”应解释为包含性的，即，包括多个元素或元素列表中的至少一个，但也包括多于一个，以及(可选)附加未列出的项目。仅明确相反地指示的术语，诸如“仅一个”或“恰好一个”，或当在实施例中使用时，“由...组成”，将指仅包括多个元素或元素列表中的一个元素。一般而言，如本文所使用的术语“或”仅当签名有排他性术语(诸如“任一个”、“其中一个”、“仅其中一个”或“恰好其中一个”)时才应为解释为指示排他性替代(即，“两个中的一个或另一个，但不是两者”)。当在实施例中使用时，“基本上由...组成”应具有在专利法领域中使用的普通含义。
如在本文的说明书和实施例中所使用的，短语“至少一个”是指一个或多个元素的列表，应当被理解为是指选自元素列表中的一个或多个元素中的至少一个元素，但不一定包括元素列表中具体列出的每个元素中的至少一个，并且不排除元素列表中元素的任何组合。这个定义还允许除了短语“至少一个”所指代的元件列表中特别识别出的元素以外的元素可以可选地存在，无论与那些具体识别出的元件有关还是无关。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”)可以在一个实施例中指至少一个，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，以及至少一个，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”、“保持”、“由……组成”等应被理解为开放式的，即，表示包括但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节中所述，仅过渡短语“由...组成”和“基本上由...组成”才应分别是封闭的或半封闭的过渡短语。
虽然以上已经概述了本公开的具体实施例，但是许多替代方案、修改和变化对于本领域技术人员而言将是显而易见的。因而，本文阐述的实施例旨在是说明性的，而不是限制性的。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以一定次序发生的某些事件的情况下，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次序，并且这种修改是根据本发明的变化。此外，某些步骤可以在可能的时候在并行过程中并发地执行，以及如上所述顺序地执行。已经特别示出并描述了实施例，但是应该理解的是，可以进行形式和细节上的各种改变。

Claims (36)

1.一种电化学电池，包括：
阳极，部署在阳极集电器上；
阴极，部署在阴极集电器上；
隔板，部署在阳极和阴极之间，所述隔板具有与阴极相邻的第一侧和与阳极相邻的第二侧；以及
涂层，部署在隔板上，所述涂层被配置为减少电化学电池中的枝晶形成。
2.如权利要求1所述的电化学电池，其中涂层包括硬碳。
3.如权利要求1或权利要求2所述的电化学电池，其中涂层具有介于大约100nm和大约20μm之间的厚度。
4.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中涂层部署在隔板的第一侧上。
5.如权利要求4所述的电化学电池，其中所述涂层是第一涂层，该电化学电池还包括第二涂层，第二涂层部署在隔板的第二侧上。
6.如权利要求5所述的电化学电池，其中第二涂层包括Al2O3。
7.如权利要求5或权利要求6所述的电化学电池，其中第二涂层具有介于大约10nm和大约2μm之间的厚度。
8.如前述权利要求中的任一项所述的电化学电池，其中阳极和/或阴极包括半固体电极材料，所述半固体电极材料包括液体电解质中的活性材料和导电材料。
9.如权利要求1或权利要求2所述的电化学电池，其中涂层包括活性材料。
10.如权利要求9所述的电化学电池，其中活性材料包括磷酸锰铁锂、磷酸铁锂、氧化锰锂或掺杂锰的二氧化镍锂中的至少一种。
11.一种电极，包括：
集电器；
半固体电极材料，部署在集电器上；
隔板；以及
涂层，部署在隔板的第一侧上，所述涂层包括硬碳，
其中半固体电极材料部署在隔板的第一侧上，以及
其中所述涂层包括硬碳，硬碳的量足以将隔板和半固体电极材料之间的界面处的超电位损失降低至少大约10％。
12.如权利要求11所述的电极，其中涂层具有介于大约100nm和大约20μm之间的厚度。
13.如权利要求11或权利要求12所述的电极，其中电极材料包括半固体电极材料，所述半固体电极材料包括液体电解质中的活性材料和导电材料。
14.如权利要求11-13中的任一项所述的电极，其中涂层材料还包括粘结剂，所述粘结剂被配置为防止涂层材料从隔板分离。
15.如权利要求14所述的电极，其中粘结剂包括碳酸亚乙酯。
16.一种电化学电池，包括：
阳极，部署在阳极集电器上；
半固体阴极，部署在阴极集电器上；
隔板，部署在阳极和阴极之间，所述隔板具有与阳极相邻的第一侧和与阴极相邻的第二侧；以及
涂层，部署在隔板和半固体阴极之间的界面处，所述涂层具有足以将隔板和半固体阴极之间的界面处的超电位降低至少大约10％的电导率。
17.如权利要求16所述的电化学电池，其中涂层包括硬碳。
18.如权利要求16或权利要求17所述的电化学电池，其中涂层包括按质量计的至少大约90％的硬碳。
19.如权利要求16-18中的任一项所述的电化学电池，其中涂层具有介于大约100nm和大约20μm之间的厚度。
20.如权利要求16-19中的任一项所述的电化学电池，其中所述涂层是第一涂层，所述电化学电池还包括：
第二涂层，部署在隔板和阳极之间的界面处。
21.如权利要求20所述的电化学电池，其中第二涂层包括Al2O3。
22.如权利要求16-21中的任一项所述的电化学电池，其中涂层具有足以将隔板和半固体阴极之间的界面处的超电位降低至少大约20％的电导率。
23.一种电化学电池，包括：
阳极，部署在阳极集电器上；
半固体阴极，部署在阴极集电器上；以及
隔板，部署在阳极和阴极之间，所述隔板具有与阳极相邻的第一侧和与阴极相邻的第二侧，
其中半固体阴极在足以将隔板和半固体阴极之间的界面处的超电位降低至少大约10％的电压处是稳定的。
24.如权利要求23所述的电化学电池，其中半固体阴极包括在隔板和半固体阴极之间的界面处的导电材料层。
25.如权利要求24所述的电化学电池，其中导电材料包括硬碳。
26.如权利要求24或权利要求25所述的电化学电池，其中导电材料层具有介于大约100nm和大约20μm之间的厚度。
27.一种方法，包括：
将电极材料部署到集电器上；
将硬碳涂层与溶剂混合以形成涂层混合物；
将涂层混合物施加到隔板的第一侧；
将涂层混合物干燥以形成涂层；以及
将电极材料部署到隔板的第一侧上以形成电极。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述电极是第一电极，该方法还包括：
将第二电极部署到隔板的第二侧上以形成电化学电池，隔板的第二侧与隔板的第一侧相对。
29.如权利要求28所述的方法，还包括：
用涂层材料涂覆隔板的第二侧。
30.如权利要求29所述的方法，其中涂层材料包括Al2O3。
31.如权利要求27-30中的任一项所述的方法，其中干燥基本上蒸发所有的粘结剂。
32.如权利要求27-31中的任一项所述的方法，其中粘结剂包括碳酸亚乙酯。
33.如权利要求27-32中的任一项所述的方法，其中溶剂包括碳酸甲乙酯或碳酸二甲酯中的至少一种。
34.如权利要求27-33中的任一项所述的方法，其中施加是经由喷墨执行的。
35.如权利要求27-34中的任一项所述的方法，其中涂层混合物还包括粘结剂。
36.如权利要求27-35中的任一项所述的方法，其中涂层混合物还包括表面活性剂。
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