CN116600883A - 电池材料粉末上的膜沉积 - Google Patents
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Abstract
本文公开了用于将膜涂层液相沉积到电池材料粉末表面上的方法、系统和组合物。将电池材料粉末引入要在其内进行涂覆的反应容器中；将溶剂引入反应容器中以使电池材料粉末流化，从而得到由溶剂和粉末组成的浆料。然后将第一试剂加入反应容器中以与浆料反应以产生包括第一试剂的吸附部分层的电池材料粉末。将第二试剂加入到反应容器中，以与包括第一试剂的吸附单层的电池材料粉末反应，从而产生包括至少一个单层膜的经涂覆的电池材料粉末。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求于2020年8月29日提交的美国临时申请号63/072,149的权益，出于所有目的通过引用以其整体将其并入本文。
背景技术
随着时间的推移，电池如锂离子电池(LIB)的容量损失通常是寄生反应的结果，寄生反应源于超出循环过程中液体电解质稳定窗口范围的操作电位。为了避免此类反应，LIB制造商通常限制关键设备属性，例如可用容量、电压和倍率。
在一些现有的LIB组合物中，液体电解质已被固体无机或固体陶瓷电解质取代，以提高电池性能和循环寿命。固态电解质显著降低(或消除)的可燃性也大大提高了所得电池相对于包含液体电解质的电池的安全性。与液相电解质相比，固态电解质通常表现出更高的电化学稳定性，从而使用固态电解质制造的电池能够在更宽的电压范围内操作。
然而，固态电解质在与标准可再充电电池电极结合使用时仍然存在许多界面问题。例如，当与锂离子电池电极配对时，固体电解质和相邻电极之间的界面通常增加离子阻抗，从而降低电池功率密度。这些界面还会抑制电极和电解质之间的充分润湿，并且还会由于热力学不稳定性导致形成不合意的第二相。
最近的文献侧重于在电池电极和电解质之间设计改进的界面层，以取代电化学生长层并防止形成不合意的第二相。这些文章描述了通过原子层沉积(ALD)在电极或电解质表面生长各种薄膜材料，并展示了电解质分解减少和循环稳定性提高的LIB。更具体而言，薄膜材料在将它们配制成功能齐全的电池电极或电解质之前在电池材料粉末上生长。例如，氧化物如Al2O3、TiO2和ZrO2在将它们配制成功能电极之前在LiNixMnyCozO2、LiCoO2和LiMn2O4阴极粉末上生长时可提高电池循环寿命。在另一个实例中，对于具有式LiwLaxMyO12(其中M是Nb、Ta或Zr)的一类固态电解质，氧化物可以在将它们与相应的阳极和阴极组装之前沉积在电解质粉末上以形成功能电池。在这种情况下，氧化物层防止电极和固体电解质之间不合意的元素相互扩散以及不合意的第二相的形成。
在U.S.PGPUB 2016/0351973中，Albano等人公开了气相ALD和衍生沉积技术以通过使用各种封装涂层直接涂覆电池电极组成粉末来减少有害的副反应。在该技术中，首先在反应室内使用适当的载气使粉末流化，以确保涂层的均匀性。然后以交替、连续的方式引入气化的前体，以使膜在每次沉积循环产生一个原子单层的速率下生长。虽然该技术能够以埃级精度在粉末上形成均匀、保形的涂层，但将流化床反应器(FBR)ALD扩展到涂层粉末的大批量工业生产还面临许多挑战。首先，通常用于通过FBR-ALD生长含金属化合物的膜的金属有机前体是自燃的；因此，需要大量的安全基础设施以便大量处理此类材料。对于FBR-ALD中的高质量负载，必须将前体的高分压输送到反应区，以便在合理的时间内使所有可用表面饱和。高蒸气压转而仅适用于高挥发性前体。因此，为了使试剂与FBR-ALD相容，它们必须符合严格的标准。这样的试剂具有足够低的蒸气压以在合理温度下在真空下蒸发，同时在这些温度下也是热稳定的。这极大地限制了可应用于气相过程的试剂数量。
例如，对于类似于ALD的聚合物涂层，即分子层沉积(MLD)，理论上聚合物可以单层接单层(monolayer-by-monolayer)的方式生长，但它们相关的前体不能蒸发到足够的量。此外，为了同时防止ALD和MLD过程中的前体冷凝，蒸气输送区和反应区都需要加热，从而增加了系统成本。最后，在高质量负载下，需要高载气速度以适当地流化粉末并防止团聚以及确保在必须在升高的温度下进行反应的情况下充分的热传递。这使得FBR-ALD工艺在尝试以大批量规模将涂层施加于粉末时变得不切实际，因为流化一批粉末所需的载气的数量和速度与批量规模成比例。此外，在FBR-ALD工艺中回收载气通常是不切实际的，因为它在FBR-ALD工艺期间被前体污染；因此，批量规模越大，浪费的载气数量就越大。最后，FBR-ALD工艺通常在反应容器内在低于大气压的压力下进行；这是为了将前体保持在气相中，并促进前体从高压源向低压反应区的传输。对FBR-ALD中的反应器容器进行排空的需求阻碍了其可扩展性和成本效益。
FBR-ALD工艺中粉末的适当流化通常发生在载气速度的窄范围内。在低于“临界流化速度”的速度下，前体和载气通过粉末之间的空隙空间而没有充分搅拌粉末以产生流化床(通常被称为“固定床”工况)。在这种不充分的流化下，粉末表面在涂覆过程中不会全部暴露在反应中，从而产生保形性差和不完全覆盖的涂层。在过高的载气速度下，当载气速度超过粉末的终端速度时，粉末可能从床中喷出(也被称为“夹带”)。为了避免由于粉末排出而导致的活性材料损失，FBR-ALD涂覆工艺通常使用多于一个的容器进行，其中主容器用于执行涂覆工艺，而辅助容器用于回收任何排出的材料。FBR-ALD中对多个容器的需求也影响了工艺的可扩展性和成本效益
FBR-ALD工艺的另一个限制是床内的粉末易于形成团聚物。特别是，细粉末，例如D50＜25μm的粉末，由于增强的粒子间范德华力和静电力而表现出强烈的团聚。在这些情况下，团聚物往往表现为流化床内的单个大粒子。在最坏的情况下，大量团聚的粉末在床内被提升为大塞段(plug)(“节涌”行为)。在这样的条件下，流化是困难的，并且在某些情况下是不可能的。为了抵消FBR-ALD内的团聚，除了流化气体之外，通常还会对流化床施加机械振动力。振动可用于将团聚物分解成它们的组成粒子。然而，将振动能应用于流化床意味着附加的成本和技术复杂性，这进一步限制了FBR-ALD工艺的可扩展性。
电池材料粉末，无论是电极活性材料粉末还是固体电解质粉末，其粒径主要是D50＜25μm。因此，电池材料粉末可归类为难以在气固反应器(例如FBR-ALD中使用的反应器)中流化的材料，因为它们倾向于形成团聚物。这使得通过FBR-ALD均匀涂覆电池材料粉末成为对于扩展特别具有挑战的工艺。此外，电池材料粉末通常具有其它物理特性，例如非球面几何形状和非正态粒度分布(例如双峰尺寸分布)，这进一步阻碍流化或导致FBR-ALD期间的不均匀涂覆。
气相沉积技术如FBR-ALD可用于沉积电绝缘涂层，例如Al2O3。例如，Albano等人利用Al2O3的绝缘特性来抑制在超过4V的电压下操作的锂离子电池中阴极-电解质界面处的有害副反应。这样的电池通常使用含镍阴极材料例如LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2或含钴阴极材料例如LiCoO2。FBR-ALD工艺的一个不合意的副作用是，绝缘涂层阻碍电池操作过程中阴极活性材料粒子之间的电子转移，从而导致粒子间电阻以及电池功率容量降低。
然而，在其中电池采用在小于4V的电压下操作的阴极材料(例如橄榄石阴极材料LiFePO4)的情况下，在阴极-电解质界面处几乎不会发生降解，因为通常用于此类电池的电解质在这样的电压下是电化学稳定的。在这种情况下，在LiFePO4粉末上添加电绝缘涂层例如Al2O3只会增加粒子间的电阻，从而降低所得电池的功率容量。
现有文献中描述了FBR-ALD提供的用于将薄膜涂层施加于电池材料的单层接单层涂覆方法的一些替代方法。例如，在U.S.PGPUB 2018/0375089 A1中，Gonser等人描述了一种用于阳极和电解质粒子的粒子功能化的活性聚合方法。Gonser等人描述了添加基于冠醚的单体以改善锂传输，添加氟化单体以提高稳定性，以及添加氢键合单体以改善对电极/电解质粒子的附着力。为了进行活性聚合，必须首先用各种硅烷对粒子进行预官能化，以提供功能性处理。尽管活性聚合方法的多分散性窄，但对涂层厚度和组成的控制远不如单层接单层方法中对涂层施加的控制。单层接单层方法的自限制性质有助于获得更均匀的涂层，这与聚合相反，聚合容易产生阻止进一步生长的自终止缺陷。此外，单层接单层生长不需要活性聚合所必需的引发剂、催化剂和缓冲剂，这些物质可能保留在聚合物基质中并对电池性能有害。最后，聚合物被具体设计为吸附聚合物基质内的电解质。Gonser等人声称，这种电解质将分解以形成具有改进的机械稳定性的活性材料/电解质界面层。然而，随着单层接单层生长，可以产生可排除电解质的固有交联层，从而大大降低不合意的寄生电解质击穿反应的倾向。当用于电极粒子上的涂层时，这可具有第一次循环损失减少的益处，因为可以防止锂被捕获在活性材料/电解质界面涂层基质中。
文献中定义了许多本体合成技术，其中一种材料的粉末通过低成本、可扩展的技术嵌入另一种材料的基质中。一些这样的技术涉及溶液处理，例如溶胶-凝胶或聚合技术。然而，在将薄膜施加于电池电极活性材料粉末的背景下，相对于气相MLD或ALD产生的单层接单层生长，此类技术处于关键劣势。通过使用本体合成技术来形成其中嵌入活性材料粉末的包含基质，粉末必须彼此远离分散，大量基质材料存在于其间。在这种情况下，通常是电绝缘的基质材料在活性材料之间引入了相当大的阻抗，从而损害了由这种材料制成的所得电池的功率容量。相反，如果基质材料被选择为导电的，则基质不再起到抵御有害副反应的屏障(barrier)的作用，因为屏障不能使电解质和电极之间的电子转移最小化。
例如，在U.S.PGPUB 2016/0020449中，Hamers等人公开了一种通过围绕活性材料粉末的基质进行电聚合(从而产生“功能化”活性材料)，将涂层施加于硅基和碳基电池电极活性材料的技术。然而，Hamers等人的方法虽然在活性材料表面提供涂层，但缺乏以单层接单层方式沉积涂层所需的精度。这种对膜生长的控制对于精确调节涂层膜厚度是必要的，以便提供抵御有害副反应的屏障，同时最小化相邻活性材料粒子之间的阻抗。这种膜厚度的精度只能通过单层接单层生长技术如ALD和MLD来实现。
此外，为了确保该沉积的膜厚度均匀并且也没有缺陷如针孔，必须精确控制由单层接单层涂覆工艺所提供的膜生长。先前在文献中描述的单层接单层涂覆工艺的一些替代技术包括将电池材料粉末引入含有过量一种或多种涂层试剂的溶液中，然后漂洗和干燥粉末，然后进行后处理工艺，例如热处理。这种技术固有地导致不均匀、不精确的厚涂层，因为它们不提供完全非均相反应以在粉末表面上生成膜的试剂。相反，试剂也均相反应以产生不合意的副产物，例如纳米粒子。在纳米粒子作为工艺副产物形成的情况下，此类纳米粒子可粘附到粉末表面，进一步加剧膜粗糙度和膜厚度的不均匀性。此外，根据试剂对均相反应与非均相反应的敏感性，添加过量试剂通常导致作为表面涂层的反应产物相比不合意副产物的量不受控制。这导致膜厚度的不精确控制以及膜组成的不精确控制。即使在其中顺序引入涂层试剂而不是一次全部引入的情况下，如果提供的试剂超过产生单一单层所需的量，这样的过程将可能导致累积过量的一种或多种试剂，从而导致不受控制的膜生长和脱靶的膜组成。
概述
在一个或多个方面，本公开提供了一种用于将薄膜涂覆到电池材料粉末上的液相沉积方法，所述方法包括：(a)将待涂覆的电池材料粉末引入要在其内进行涂覆的反应容器中；(b)将液体溶剂引入反应容器中以使电池材料粉末流化，从而得到由溶剂和粉末组成的浆料；(c)将包含至少第一反应性物质的第一试剂溶液加入反应容器中以与浆料反应，从而产生包括第一试剂的吸附部分层的电池材料粉末；以及(d)将包含至少第二反应性物质的第二试剂溶液加入到反应容器中，以与包括第一试剂的吸附单层的电池材料粉末反应，从而产生包括薄膜单层的经涂覆的电池材料粉末。薄膜涂层在电池材料粉末上的液相沉积与现有技术如FBR-ALD、溶胶-凝胶和活性聚合相比具有许多性能和可扩展性优点。
在至少一些实施方式中，重复步骤(c)和(d)以产生由沉积在浆料内的多个电池材料粉末上的多个堆叠单层组成的薄膜涂层。在一个或多个实施方式中，第一试剂溶液包含多于一种反应性物质。在一个或多个附加的实施方式中，第二试剂溶液包含多于一种反应性物质。在各种实例中，用于形成堆叠单层的不同的各个单层的反应性物质可以不同。结果，包括在堆叠的单层组中的至少一些单层可以具有不同的组成。
在一个或多个实例中，描述了一种包括用于在电池材料粉末上产生单层膜的液相沉积过程的方法。所述方法包括向反应容器提供电池材料粉末。电池材料粉末包括多个电池材料粒子。另外，向反应容器提供溶剂以产生由溶剂和多个电池材料粒子组成的第一浆料。此外，向反应容器提供第一试剂。第一试剂包含至少一种第一物质，其与第一浆料反应以产生具有吸附部分层的中间体电池材料粒子。吸附部分层包括吸附在多个电池材料粒子表面的第一物质。此外，向反应容器提供第二试剂。第二试剂包含至少一种第二物质，其与吸附部分层反应以产生第二浆料。第二浆料包括涂覆有单层膜的多个电池材料粒子。
此外，描述了执行用于在电池材料粉末上产生单层膜的液相沉积过程的系统的一个或多个实施方式。所述系统包括反应容器和设置在反应容器内的搅拌装置。搅拌装置可以是设置在反应容器的内容物内的机械旋转搅拌装置。此外，所述系统包括第一入口管以向反应容器提供电池材料粉末。电池材料粉末包括多个电池材料粒子。所述系统还包括第二入口管以向反应容器提供溶剂。溶剂在反应容器中与电池材料粉末组合以产生第一浆料。此外，所述系统包括第三入口管以向反应容器提供第一试剂。第一试剂包括至少第一物质，其与第一浆料反应以产生具有吸附部分层的中间体电池材料粒子。吸附部分层包括吸附在多个电池材料粒子表面的第一物质。系统中包括第四入口管以向反应容器提供第二试剂。第二试剂包括至少第二物质，其与吸附部分层反应以产生第二浆料。第二浆料包括涂覆有单层膜的多个电池材料粒子。
描述了电池的一个或多个实施方式。所述电池包括包含一个或多个阳极活性材料层的阳极。所述电池还包括包含一个或多个阴极活性材料层的阴极。一个或多个阴极活性材料层中的各个阴极活性材料层包含多个涂覆有单层膜的阴极活性材料粒子。另外，所述电池包括设置在一个或多个阳极活性材料层和一个或多个阴极活性材料层之间的一个或多个固体电解质层。在一个或多个实施方式中，电池被配置为在不大于约4伏特的电压下操作。在一个或多个实施方式中，固体电解质被与液体电解质耦合的塑料膜隔离件代替。
附图简述
图1图示根据一个或多个示例性实施方式使用溶液相沉积在电池材料粉末上形成膜的示例性系统。
图2图示根据一个或多个示例性实施方式的使用溶液相沉积在电池材料粉末上形成膜的示例性方法。
详细描述
本文提供用于将材料以薄膜涂层的形式液相沉积在粉末表面上的系统和方法。可以使用该技术涂覆的粉末材料的一个具体实例是电池材料粉末。与FBR-ALD或其它昂贵的气相沉积过程相比，此类技术在大规模锂离子电池(LIB)制造中的实施在商业和技术上更具可行性。如本文所用，“电池材料粉末”是指具有1nm至100微米的平均直径(在整个给定的粒度分布上，也被称为“D50”)的细颗粒状电池电极或电解质组成粒子。
本公开的方法和系统通过允许试剂(例如，前体)吸附并遍及粉末表面移动来促进对所需膜的厚度和保形性的精确控制，尽管是通过液相输送而不是气相。在本公开中，试剂的液相输送利用溶剂化的能量来移动试剂而不是依赖于高温热蒸发。
此外，所用溶剂具有高比热容，且因此可用作热传递和前体传递介质，从而更快、更有效地加热粉末。与现有工艺中使用的它们的纯类似物相比，溶解在溶液中的前体在空气环境暴露方面也更稳定，从而提高了安全性和更容易处理。此外，不是使用复杂的载气流动系统来流化粒子，在溶液中，这种分散可以通过搅拌而由搅拌(agitation)来完成。搅拌的使用极大地简化了该方法所需的设备。
在最先进的电池制造中，电池电极通常是通过一种方法制造的，该方法包括将由电池电极组成材料组成的浆料流延到箔集流体上。具体而言，这些浆料通常由电池电极活性材料(即充当电荷储存介质的材料)、电池电极非活性材料(例如不参与电荷储存但提供其它功能的材料，例如胶粘粘合剂)和用于分散所述活性和非活性材料的适当选择的溶剂组成。因此，容器通常存在于电极制造过程之前，这些浆料组分在其中混合(“浆料混合器”)。因此，在至少一些实施方式中，本文所述的涂覆技术的实例可以结合到浆料混合器中，从而提供一种浆料混合器，其中薄膜涂覆过程和浆料混合都可以在同一容器内进行。在一个或多个实例中，如本文所用，浆料可包含一种或多种液体与一种或多种固体的混合物。
在一个或多个实施方式中，该方法进一步包括将溶剂与电池材料粉末混合或搅拌以流化多个电池材料粉末。混合或搅拌可以通过顶置搅拌器进行。在一个或多个实施方式中，混合或搅拌也可以使用超声探针进行。对于D50＜25μm的粉末粒度分布，例如典型的电池材料粒度分布，溶剂辅助流化比FBR-ALD工艺中使用的气体流化具有显著的优点。这是因为适当选择的溶剂可以在所有粒子表面上形成化学吸附表面单层(也被称为“溶剂壳”)，这可以阻断通常在FBR-ALD工艺中导致粒径分布为D50＜25μm的粉末团聚的范德华力和粒子间静电力。
该方法还可以包括加热浆料的步骤。浆料的加热可以通过例如加热夹套或浸入式加热器进行。在将薄膜溶液相沉积在电池材料粉末上的过程中加热浆料可以提高膜厚度的均匀性、保形性，并获得所需的膜组成。浆料中的溶剂在涂覆过程中起到流化粒子的作用，也可以用作传热介质。因此，相对于在FBR-ALD中通过载气向粒子传热而言，产生了显著优势。与FBR-ALD工艺中在低于大气压的压力下使用的较低热容、较低密度的载气所提供的相比，溶剂的较高比热容结合其高得多的密度产生有效得多的热传递。
在一个或多个实例中，在溶液相涂覆过程结束时，可以通过用于将电池材料粉末与溶剂分离的过滤机构从反应容器中回收溶剂。相对于FBR-ALD工艺中使用的流化载气的有限回收率，这里也产生了显著优势。由于难以从载气中分离前体蒸气，因此从FBR-ALD工艺中回收载气是不切实际的，但通过将加入溶液相涂覆过程中的前体量限制为仅形成薄膜涂层所需的前体量，溶液相涂覆过程中的溶剂可以保持相对不含过量的前体。此外，从溶液相涂覆工艺中收集残留溶剂比在FBR-ALD中回收载气更可行，在需要载气回收的情况下，载气必须连续返回到压力容器中。
在至少一些实施方式中，溶液相涂覆工艺发生在单个反应器容器内，不需要辅助容器来捕获排出的粉末，因为在溶液相涂覆工艺过程中没有发生粉末排出，这与FBR-ALD工艺不同，其中通常需要辅助容器来捕获夹带的粒子。
在各种实施方式中，使用在室温下具有有限蒸气压或在加热时化学分解的前体进行溶液相涂覆过程。此类前体与FBR-ALD工艺不相容，因为它们不会在反应区中提供足够的蒸气压来使所有可用的粉末表面饱和。然而，这种前体通常可溶于适当选择的溶剂，从而允许它们用于溶液相涂覆过程。
FBR-ALD工艺的一个显著缺点是需要使用自燃金属有机前体，特别是在施加由含金属化合物组成的薄膜涂层时。自燃前体的使用需要大量的安全基础设施，以确保其安全处理并防止意外暴露于环境空气或湿气中。相比之下，在溶液相涂覆过程中，简单通过将前体溶解在适当的溶剂中，然后将溶液稀释至低于自燃极限的浓度，就可以使许多在其纯态下自燃的金属有机前体安全且不自燃。
在至少一些实施方式中，溶液相涂覆反应容器内的环境压力保持在大气压下。这提供了明显优于FBR-ALD工艺的优势，在FBR-ALD工艺中，需要反应容器内低于大气压的压力来促进从前体源到反应区的传质。相比之下，在溶液相涂覆过程中，前体溶液可以通过各种溶液输送技术输送到反应容器，例如通过正排量泵、蠕动泵、计量泵、离心泵、齿轮泵、旋片泵、隔膜泵、压力传输等。
此外，在FBR-ALD中，通常监测的副产物限于蒸气副产物，通常是通过质谱法进行的残留气体分析。相比之下，在溶液相涂覆过程中，可以通过原位光谱如红外光谱检测和监测在反应溶剂中具有一定溶解度的非挥发性副产物。对于在溶液相涂覆过程中在反应溶剂中不溶或溶解度有限的挥发性副产物，仍然可以通过对来自反应溶液正上方的顶部空间的气体取样来结合残留气体分析技术，例如质谱法。
此外，在一个或多个实例中，电极活性材料粉末，例如阴极活性材料粉末，在电池操作过程中将锂离子和电子两者传输进和传输出它们的晶体基质。相比之下，固态电解质粉末在操作过程中仅交换锂离子。因此，施加于固态电解质的电绝缘涂层不会对相关电池的功率容量产生负面影响，只要它具有足够高的锂离子电导率。此外，某些固体电解质极易因环境湿度而转化为不合意的第二相；在这种情况下，薄膜涂层，如本文所述的那些，可以提供对湿气的物理屏障，从而使电解质对环境湿度不敏感。
与固体电解质类似，许多阴极活性材料也已知在环境湿度的存在下降解。在其中阴极活性材料粉末使用薄膜涂层涂覆的情况下，例如本文所述的那些，薄膜涂层提供湿气扩散屏障，允许活性材料粉末更容易在空气中处理而不会降解。通过减少电池制造设施中材料处理区域的环境控制所需的投资，这带来了显著的成本效益。
锂离子电池中的阴极活性材料，当在充电过程中完全或部分脱锂时，也同时具有降低的从其晶体基质中失去氧的活化能。这对锂离子电池的操作构成了重大的安全风险。例如，在其中电池被加热到超过典型有机电解质的闪点的情况下，即使在其它厌氧条件下，从阴极失去的氧也可以维持燃烧(也被称为“热失控”情况)。在这方面，具有低氧扩散率的薄膜涂层，例如本文所述的那些，在施加于阴极活性材料时可以阻止从阴极失去氧，从而产生可以在更宽的环境温度范围内安全操作的电池。
与液体电解质一样，由于热力学和电化学不稳定性，固态电解质也经常在电极-电解质界面处形成高阻抗的第二相。通过在固态电解质粒子上施加热力学和电化学稳定的界面涂层，如本文的一个或多个实施方式中所述，可以避免此类第二相的形成。
图1图示了根据一个或多个示例性实施方式的使用溶液相沉积在电池材料粉末上形成膜的示例性系统100的实施方式。系统100可以包括反应容器102。可以将多种材料加入到反应容器102中以使膜形成在电池材料的粒子上。反应容器102可具有约50毫升(mL)至约10，000升(L)的容量。在一个或多个实例中，反应容器102可具有约1000L至约5000L或约5000L至约10,000L的容量。在一个或多个附加的实例中，反应容器102可具有约50mL至约500mL或约1L至约10L的容量。在一个或多个进一步的实例中，反应容器102可具有约50L至约500L或约250L至约750L的容量。
反应容器102可以包括第一入口管104。第一入口管104可耦合到第一材料储存容器106。第一材料储存容器106可储存电池材料粉末108。电池材料粉末108可以包括多个电池材料粒子110。电池材料粉末108可以包括一种或多种阴极材料粉末。此外，电池材料粉末108可包括一种或多种阳极材料粉末。此外，电池材料粉末108可包括一种或多种电解质材料粉末。在一个或多个说明性实例中，电池材料粉末108可包括一种或多种固体电解质粉末。
A在一个或多个实施方式中，电池材料粉末108可以包括以下中的一种或多种：石墨、Si、Sn、Ge、Al、P、Zn、Ga、As、Cd、In、Sb、Pb、Bi、SiO、SnO2、Si、Sn、锂金属、Li4Ti5O12、LiNb3O8、LiNixMnyCozO2、LiNixCoyAlzO2、LiMnxNiyOz、LiMnO2、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiV2O5、硫或LiCoO2，其中x、y和z是化学计量系数。这些表示标称组成，并且本领域技术人员将认识到可以包含少量例如小于0.05当量的其它材料作为掺杂剂以改善材料特性同时仍然与标称公式处于同一材料类别中。
在一个或多个附加的实施方式中，电池材料粉末108可以包括固体电解质粉末，该固体电解质粉末包括以下中的一种或多种：LiPON、LiwLaxMyO12(其中M是Nb、Ta或Zr)、LixMPySz(其中M为Ge或Sn)、LiwAlxMy(PO4)3(其中M为Ge或Ti)、LixTiyMz(PO4)3(其中M为Al、Cr、Ga、Fe、Sc、In、Lu、Y或La)或NaxZr2SiyPO12、GeS2、LixPySz、LixZnyGeO4，其中在所有情况下，x、y和z代表化学计量系数。
反应容器102还可以包括第二入口管112。第二入口管112可耦合到第二材料储存容器114。第二材料储存容器114可储存溶剂116。溶剂116可与电池材料粉末108在反应容器102中形成第一浆料。在一个或多个实施方式中，溶剂116可包括一种或多种有机溶剂。例如，溶剂116可以包括一种或多种醇。在一个或多个说明性实例中，溶剂116可以包括异丙醇或乙醇中的至少一者。在各种实例中，溶剂116可以包括一种或多种醇衍生物。为了说明，溶剂116可以包括2-甲氧基乙醇。在一个或多个附加实例中，溶剂116可以包括极性较小的非质子溶剂。例如，溶剂116可以包括吡啶或四氢呋喃(THF)。在一个或多个进一步的实例中，溶剂116可以包括一种或多种非极性有机溶剂。为了说明，溶剂116可以包括己烷或甲苯中的至少一者。在再其它实例中，溶剂116可以包括一种或多种醚。在各种实例中，溶剂116可以包括二噁烷或乙醚。
另外，反应容器102可包括第三入口管118。第三入口管118可耦合到第三材料容器120。第三材料容器120可储存第一试剂122。在一个或多个实例中，第一试剂122可包括一种或多种溶剂和一种或多种反应性物质。第一试剂122可以与由电池材料粉末108和溶剂116组成的第一浆料组合以形成中间体浆料。在各种实例中，第一试剂122可以与由电池材料粉末108和溶剂116组成的第一浆料组合以在电池材料粒子110上形成吸附部分层。吸附部分层可以包括第一试剂120中的吸附到电池材料粒子110表面的至少一种物质。吸附部分层不包括完全成形的单层膜。此外，反应容器102可包括第四入口管124。第四入口管124可以耦合到第四材料容器126。第四材料容器126可储存第二试剂128。在一个或多个附加实例中，第二试剂128可以包括一种或多种溶剂和一种或多种反应性物质。在至少一些实施方式中，第二试剂128的一种或多种溶剂或一种或多种反应性物质中的至少一者可以不同于第一试剂122的一种或多种溶剂或一种或多种反应性物质中的至少一者。第二试剂128可以与电池材料粒子110上的吸附部分层组合以形成包括涂覆有单层膜132的电池材料粒子110的浆料130。在各种实例中，浆料130可经由出口134从反应容器102中移除并储存在第五材料容器136中。
在一个或多个说明性实例中，单层膜132形成在至少约95％的被加入到反应容器102的电池材料粉末110上，至少约97％的被加入到反应容器102的电池材料粉末110上，至少约99％的被加入到反应容器的电池材料粉末110上，至少约99.5％的被加入到反应容器的电池材料粉末110上，或者至少约99.9％的被加入到反应容器102的电池材料粉末110上。在一个或多个附加的说明性实例中，单层膜132可以形成在100％的被加入到反应容器102的电池材料粉末110上。
系统100还可以包括材料输送系统138。材料输送系统138可以向反应容器102提供一种或多种材料。在一个或多个附加实例中，材料输送系统138可以使一种或多种材料从反应容器102中移除。材料输送系统138可以实施一种或多种材料输送技术以将材料运输通过系统100。在各种实例中，材料输送系统138可以实施一种或多种重力技术以将一种或多种材料运输通过系统100。在一个或多个附加实例中，材料输送系统138可以实施一种或多种机械技术以将一种或多种材料输送通过系统100。在一个或多个说明性实例中，材料输送系统138可包括一个或多个正排量泵、一个或多个蠕动泵、一个或多个计量泵、一个或多个离心泵、一个或多个齿轮泵、一个或多个旋片泵、一个或多个隔膜泵、一个或多个压力传递装置、它们的一种或多种组合，等等。
在一个或多个实施方式中，选择第二试剂122以能够与吸附的第一试剂反应以产生完整的单层膜132，其包括涂覆到电池材料粉末110的表面上的化合物。形成的化合物的非限制性列表包括：
(a)AxOy型二元氧化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(b)AxByOz型三元氧化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；
(c)AwBxCyOz型四元氧化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；
(d)AxBy型二元卤化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是卤素，且x和y是化学计量系数；
(e)AxByCz型三元卤化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，C是卤素，且x、y和z是化学计量系数；
(f)AwBxCyDz型四元卤化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，D是卤素，且w、x、y和z是化学计量系数；
(g)AxNy型二元氮化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(h)AxByNz型三元氮化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；
(i)AwBxCyNz型四元氮化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；
(j)AxBy型二元硫属元素化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是硫属元素，且x和y是化学计量系数；
(k)AxByCz型三元硫属元素化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，C是硫属元素，且x、y和z是化学计量系数；
(l)AwBxCyDz型四元硫属元素化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，D是硫属元素，且w、x、y和z是化学计量系数；
(m)AxCy型二元碳化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(n)AxByOz型二元卤氧化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是卤素，且x、y和z是化学计量系数；
(o)AxAsy型二元砷化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(p)AxByAsz型三元砷化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；
(q)AwBxCyAsz型四元砷化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；
(r)Ax(PQ4)y型二元磷酸盐，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(s)AxBy(PO4)z型三元磷酸盐，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；和
(t)AwBxCy(PO4)z型四元磷酸盐，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数。
在反应是在包含金属有机物的非离子第一试剂122与包含氧化剂的第二试剂128之间进行的情况下，如在三甲基铝的水解中，从第一试剂122中除去有机部分并用金属-氧-金属键代替，直到金属-有机部分的键完全饱和。在反应是在包含离子溶液的第一试剂122和包含离子溶液的第二试剂128之间进行的情况下，如在包含Cd2+的溶液的第一试剂122和包含S2-离子的溶液的第二试剂之间的反应中，反应的高溶度积常数促进离子化合物沉淀在电池材料粒子110的表面上，在这种情况下为CdS，其中电池材料粒子110通过最小化表面能而促进异质膜形成。
在各种实施方式中，单层膜132的化合物包括以下聚合物的任何组合：聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。在一个或多个附加实例中，单层膜132的化合物包括至少一种或多种聚合物，该聚合物包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚脲、聚偶氮甲亚胺(polyazomethine)、含氟弹性体或这些的任何组合。当此类聚合物与包含锂盐如LiClO4、LiPF6或LiNO3等的电池材料粉末110组合时，可产生固体聚合物电解质薄膜。
在一个或多个附加的实施方式中，单层膜132的化合物由至少一种或多种金属锥(metalcone)聚合物组成。在这些实施方式中，通过包含金属有机物的第一试剂122与包含有机分子的第二试剂128之间的反应生成(一种或多种)金属锥。在这些实施方式中，第一试剂122可以包括包含一个或多个有机部分和一种或多种金属的金属有机物。一个或多个有机部分可包括一个或多个甲基、一个或多个乙基、一个或多个丙基、一个或多个丁基、一个或多个甲氧基、一个或多个乙氧基、一个或多个仲丁氧基、或一个或多个叔丁氧基，或一个或多个类似的有机基团中的至少一者。在一个或多个实例中，一种或多种金属可包括Al、Zn、Si、Ti、Zr、Hf、Mn和/或V。第二试剂128可包括有机分子，该有机分子包括乙二醇、甘油、赤藓糖醇、木糖醇、山梨醇、甘露醇、丁二醇、戊二醇、对苯二酚、己二醇、乳酸、三乙醇胺、对苯二胺、缩水甘油、己内酯、富马酸、氨基苯酚、乙二胺、4，4′-氧二苯胺、二亚乙基三胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、三(羟甲基)氨基甲烷、三聚氰胺和/或二氨基二苯醚。在一个或多个进一步的实施方式中，第二试剂128可以包括水。
在一个或多个实施方式中，第一试剂122或第二试剂128中至少一者的一种或多种组分可选自以下列表：对苯二胺、乙二胺、2，2′-(亚乙基二氧基)双(乙胺)、2，2-二氟丙烷-1，3-二胺、三聚氰胺、苯-1，3，5-三胺、对苯二甲酰二氯、琥珀酰氯、二甘醇酰氯、四氟琥珀酰氯、六氟戊二酰氯、苯-1，3，5-三羰基三氯、对苯二甲酸、琥珀酸、己二酸、二甘醇酸、2，2，3，3-四氟琥珀酸、柠檬酸、丙烷-1，2，3-三甲酸、均苯三甲酸、1，4苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、反式-1，4-亚环己基二异氰酸酯、1，2-双(2-异氰酸根合乙氧基)乙烷、2，2-二氟-1，3-二异氰酸根合丙烷、1，3，5-三异氰酸根合苯、1，4苯二异硫氰酸酯、1，4-丁烷二异硫氰酸酯、1，2-双(2-异硫氰酸根合乙氧基)乙烷、2，2-二氟-1，3-二异硫氰酸根合丙烷、1，3，5-三异硫氰酸根合苯、1，4-二溴苯、1，4-二碘丁烷、1，2-双(2-碘乙氧基)乙烷、八氟-1，4-二碘丁烷、3，3′，5，5′-四溴-1，1′-联苯、2，2′，7，7′-四溴-9，9′-螺二芴、1，2，5，6-四溴己烷、双酚A二缩水甘油醚、4，4′-亚甲基双(N，N-二缩水甘油苯胺)、丁二烯二环氧化物、1，4-双(环氧乙-2-基甲氧基)丁烷、乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇、2，2，3，3-四氟-1，4-丁二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、八[(3-氧化缩水甘油丙基)二甲基硅氧基]取代的PSS、双酚A双(氯甲酸酯)、1，4-亚苯基双(氯甲酸酯)、亚乙基双(氯甲酸酯)、1，4-丁二醇双(氯甲酸酯)、三(乙二醇)双(氯甲酸酯)、2，2，3，3-四氟丁烷-1，4-二基双(氯甲酸酯(carbonochloridate))、丙烷-1，2，3-三基三(氯甲酸酯)、双酚A、乙二醇、二乙二醇、2，2，3，3-四氟-1，4-丁二醇、2，2，3，3，4，4-六氟-1，5-戊二醇、异丙醇钛、甘油、季戊四醇、间苯三酚、葡糖、2-乙基-2-(羟甲基)丙烷-1，3-二醇、苯-1，4-二硫醇、1，4-亚苯基二甲硫醇、丁烷-1，4-二硫醇、2，2′-(亚乙基二氧基)二乙硫醇、2，2′-((2，2，3，3-四氟丁烷-1，4-二基)双(氧基))双(乙烷-1-硫醇)、三硫氰脲酸、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、二乙烯基苯、二环[2.2.1]庚-2，5-二烯、1，5-环辛二烯、(乙烯基磺酰基)乙烷、二(乙二醇)二乙烯基醚、2，2，3，3，4，4-六氟-1，5-双(乙烯基氧基)戊烷、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、1，4-二乙炔基苯、二炔丙基胺、4，7，10，16-五氧杂十九烷-1，18-二炔、3，3，4，4-四氟六-1，5-二炔、1，3，5-三乙炔基苯、2，2′-联呋喃、2，2′-联噻吩、N，N′-双呋喃-2-基甲基-丙二酰胺、双(呋喃-2-基甲氧基)二甲基硅烷、1，2-双(呋喃-2-基甲氧基)乙烷、2-(呋喃-2-基甲氧基甲基)呋喃、2，2′-(((2，2，3，3，4，4-六氟戊烷-1，5-二基)双(氧基))双(亚甲基))联呋喃、2，2′-(((2-乙基-2-((呋喃-2-基甲氧基)甲基)丙烷-1，3-二基)双(氧基))双(亚甲基))联呋喃、1，1′-(亚甲基二-4，1-亚苯基)双马来酰亚胺、N，N′-(1，4-亚苯基)二马来酰亚胺、双马来酰亚胺乙烷、二硫代双马来酰亚胺乙烷、1，8-双马来酰亚胺-二乙二醇、1，1′-(2，2-二氟丙烷-1，3-二基)双(1H-吡咯-2，5-二酮)、1，1′，1″-(苯-1，3，5-三基)三(1H-吡咯-2，5-二酮)、1，4-二叠氮基苯、1，4-二叠氮基丁烷、聚环氧乙烷双(叠氮化物)、1，2-双(2-叠氮基乙氧基)乙烷、1，4-二叠氮基-2，2，3，3-四氟丁烷、1-叠氮基-2，2-双(叠氮基甲基)丁烷、1，4-苯二硼酸、1，4-苯二硼酸双(频哪醇)酯、(E)-1-庚烷-1，2-二硼酸双(频哪醇)酯、1，3，5-苯三硼酸、三(频哪醇)酯、1，4-双(三丁基甲锡烷基)苯、2，5-双(三甲基甲锡烷基)噻吩、反式-1，2-双(三丁基甲锡烷基)乙烯、双(三甲基甲锡烷基)乙炔。
在一个或多个实例中，可以重复为生产单层膜132而执行的至少一些操作以形成由多个堆叠的单层构成的涂层。例如，在电池材料粒子110上已形成一层单层膜132后，可提供一定量的第一试剂122至反应容器102，并可在单层膜132上形成附加吸附部分层。然后可以将一定量的第二试剂128提供给反应容器102以在第一单层膜上产生第二单层膜。将第一试剂122提供给反应容器102然后将第二试剂128提供给反应容器102的后续操作可用于在电池材料粒子110上产生更多的单层膜。包括一个或多个单层膜的涂层的厚度可基于重复操作以产生具有所需厚度的涂层的次数。
在一个或多个实施方式中，通过在第一试剂122或第二试剂128中包括多于一种反应性物质，单层化学计量可被优化以包含多于两种原子物类的特定原子比。重复添加附加量的包括多于一种反应性物质的第一试剂122和第二试剂128产生由堆叠单层组成的最终膜，其中总膜化学计量可被优化以包含多于两种原子物类的特定比。在各种实施方式中，在电池材料粒子110上形成一个或多个单层膜之后，可以将与先前单层沉积循环中使用的第一试剂122和第二试剂128在化学上相同或在化学上不同的试剂溶液添加到反应容器102中。结果，在具有多个单层膜的电池材料粒子110上形成的至少一些单独的单层膜的组成可以彼此不同。在这样的实施方式中，膜的组成可以遍及膜的厚度变化。这种实施方式的一个实例是由堆叠单层组成的膜，其中每个单层沉积中的试剂溶液的组成和比例被优化，使得堆叠单层产生的最终膜内特定原子物类的浓度遍及膜的厚度而线性分级。这种实施方式的另一个实例是由超晶格结构组成的薄膜涂层。在这样的实施方式中，重复一对试剂溶液以产生一组具有一种组成的堆叠单层，随后是在化学上不同于第一对试剂溶液的第二对试剂溶液，其中重复第二对以产生与第一组堆叠单层不同组成的第二数量的堆叠单层。在这样的实施方式中，如果交替重复第一组和第二组堆叠单层，则所得膜组成可被描述为超晶格结构。
在一个或多个说明性实例中，在电池材料粒子110上形成单层膜132之后，可以将不同于第一试剂122的第一附加试剂加入到反应容器102中。在各种实例中，第一附加试剂可包括一种或多种附加溶剂和一种或多种附加反应性物质。第一附加试剂的一种或多种附加反应性物质可以不同于第一试剂122的一种或多种活性物质。在至少一些实例中，第一附加试剂的一种或多种附加溶剂可以不同于第一试剂122中包括的一种或多种溶剂。第一附加试剂可在单层膜132上形成附加吸附部分层。附加吸附部分层可包括第一附加试剂的被吸附至单层膜132的至少一种物质。附加吸附部分层不包含附加的完全成形的单层膜。此外，然后可以将第二附加试剂加入到反应容器102中。第二附加试剂可包括一种或多种附加溶剂和一种或多种附加反应性物质。在至少一些实施方式中，第二附加试剂的一种或多种附加反应性物质可以不同于第二试剂128的一种或多种活性物质。在至少一些实例中，第二附加试剂的一种或多种附加溶剂可以不同于第二试剂128中包括的一种或多种溶剂。第二附加试剂可与设置在单层膜132上的附加吸附部分层结合以形成附加单层膜。在一个或多个实例中，附加单层膜的一种或多种化合物可以不同于单层膜132的一种或多种化合物。
在一个或多个说明性实例中，涂层可具有约0.2nm至100nm的厚度。在至少一些实施方式中，单层膜132的各个层可具有约0.2nm至约1nm的厚度。在一个或多个附加实例中，单层膜132的各个层可具有不大于约100纳米(nm)的厚度。在一个或多个进一步的实例中，单层膜132的各个层可具有约1至约10nm的厚度。在更进一步的实例中，单层膜132的各个层可具有约10nm至约100nm的厚度。
在各种实施方式中，至少一部分溶剂116可以被再循环并用于附加的操作以在电池材料粒子上形成单层膜。在一个或多个实例中，在第二浆料形成之后可以以至少约90％的效率回收一部分溶剂。另外，可以向反应容器102中提供一种或多种新量的溶剂116以进行一个或多个附加的操作以进一步在电池材料粒子110上形成附加的单层膜或在不同批次的电池材料粉末108上形成附加单层膜。
可以将一种或多种附加组分添加到反应容器102中以在电池材料粒子上产生单层膜132。在各种实例中，可以在将第一试剂122或第二试剂128中的至少一者加入到反应容器102之前或之后加入附加组分。一种或多种附加组分可包括旨在使浆料130准备好沉积在箔集流体上以生成成形电池电极的导电粘合剂和/或胶粘粘合剂。在这些情况下，反应容器102也可用于混合电池材料粉末110和一种或多种附加组分。在一个或多个说明性实例中，一种或多种附加组分可包括包含导电碳的导电粘合剂。在一个或多个附加的说明性实例中，所述一种或多种附加组分可包括包含聚偏二氟乙烯(PVDF)的胶粘粘合剂。
在一种或多种附加的实施方式中，可以对浆料130进行一个或多个附加的加工操作138以产生具有至少一个单层膜132的电池材料粒子110。例如，浆料130可经受一次或多次热处理或干燥操作以从浆料130中除去液体。具有至少一个单层膜132的电池材料粒子110也可以在包括限定的气体组成的环境气氛存在下暴露于热处理。在各种实例中，构成环境的气体可包括O2、臭氧、N2或Ar中的至少一种。在一个或多个说明性实例中，具有至少一个单层膜132的电池材料粒子110可在气体存在下被加热至高达1000摄氏度的温度。在一个或多个附加实例中，具有至少一个单层膜132的电池材料粒子110可以在暴露于包含氧、氟、氩、氢或氮中的至少一种的等离子体的同时被加热。
系统100还可以包括处理系统140。处理系统140可以包括控制和监测系统142以及一个或多个分析系统144。控制和监测系统142可以控制包括在系统100中的装置的操作。一个或多个分析系统144可包括可分析获自反应容器102的样品的一个或多个分析设备。
在各种实例中，控制和监测系统142可以发送信号以控制包括在系统100中设备的一个或多个部件(piece)的操作。在各种实例中，控制和监测系统142可以向包括在系统100中设备的部件提供信号以引起材料通过系统100的流动，所述材料例如电池材料粉末108、溶剂116、第一试剂122、或者第二试剂128中的至少一者。控制和监测系统142还可以向包括在系统100中设备的一个或多个部件提供信号以控制材料流出反应容器102，例如经由出口134。此外，控制和监测系统142可以致使一种或多种反应条件存在于反应容器102中。为了说明，控制和监测系统142可以使反应容器102被加热以便在反应容器102中产生一个或多个温度范围。在一个或多个说明性实例中，加热夹套可至少部分地围绕反应容器102设置以加热反应容器102的内容物。在-个或多个附加实例中，控制和监测系统140可以使一个或多个压力范围存在于反应容器102中。在一个或多个说明性实例中，控制和监测系统142可以将反应容器102中的压力维持在约1atm。
在一个或多个进一步的实例中，控制和监测系统140可以从系统100的多个传感器接收输入并且基于传感器输入修改系统100的设备的一个或多个部件的操作。例如，系统100可以包括耦合到控制和监测系统142的探针146。探针146可以包括至少部分地设置在反应容器102的内容物148内的原位探针。探针146可以检测一种或多种非挥发性副产物的形成。一种或多种副产物可至少部分溶于溶剂116、第一试剂122或第二试剂128中的至少一者。在一个或多个说明性实例中，探针146可以包括红外光谱探针。在各种实例中，一个或多个附加探针可以被设置在反应容器中以检测一种或多种附加材料的存在，例如挥发性副产物。为了说明，原位过程监测工具，例如探针146，可以通过光谱技术例如红外光谱来监测内容物148内的非挥发性试剂或副产物的浓度。此外，原位过程监测工具可以通过光谱技术例如质谱法结合残留气体分析来监测内容物148上方反应容器102顶部空间内的挥发性副产物的浓度。在各种实例中，质谱探针可以在紫外电磁辐射光谱或可见电磁辐射光谱中的至少一种中是可操作的。
在各种实例中，试剂和非挥发性副产物可以包括吸附特定和可识别波长的光的部分。内容物148的光吸附曲线的变化可用于监测反应过程。这些变化可在试剂与粉末反应时发生，或因与有意添加到内容物148中的化学指示剂相互作用而发生或从反应容器102中取出反应溶液的等分试样而发生。类似地，对应于副产物的吸光度的增加也可以用于监测反应的进程。在一个或多个实例中，内容物148的光吸附曲线的变化可响应于第一试剂122、第二试剂128或电池材料粉末108中的至少两者之间的一个或多个反应而发生。
在一个或多个实例中，控制第一试剂122和/或第二试剂128中每一者的量以提供足以形成一个单层或更少但不超过一个单层的量。在一个或多个实施方式中，添加到反应容器102中用于形成一个单层或更少的第一试剂122或第二试剂128中每一者的量可以根据电池材料粉末108的比表面积来估计，其中对于给定质量的电池材料粉末108，电池材料粉末108的总表面积乘以给定吸附试剂单层的预期厚度乘以给定吸附试剂单层的体积摩尔密度得出生成一个完整的单层所需的估计摩尔数。在至少一些实例中，原位过程监测工具可以通过测量内容物148中未反应试剂的浓度来确定一个完整单层存在于电池材料粉末108的表面上的终点。在各种实例中，原位过程监测工具通过测量反应副产物的浓度来确定已形成一个完整单层的终点。原位过程监测工具可以基于对副产物和未反应试剂的渐近浓度的逼近来确定表示一个单层完全形成的终点。与试剂计量阀相结合的原位监测技术可被编程为基于未反应试剂和副产物的预定义阈值浓度的实现而自动重复第一试剂122和/或第二试剂128的添加量。这些自动化过程控制还可以提供“闭环”过程控制。用于分析来自原位监测工具的反馈的强化学习算法可用于涂覆系统的闭环计算机控制，以确保单层接单层(monolayer-by-monolayer)生长。
系统100还可以包括样品馈通管150。样品馈通(feedthrough)管150可用于取出内容物148的等分试样。内容物148的样品可以提供给一个或多个分析系统144。一个或多个分析系统144可以包括液相色谱系统或质谱系统中的至少一者，其可以分析经由样品馈通管150获得的内容物148的样品。在各种实例中，一个或多个分析系统144可以分析经由样品馈通管150获得的样品以确定由反应容器102中发生的反应形成的一种或多种产物的量和/或其形成。
尽管在图1的说明性实例中未示出，但系统100还可以包括液位传感器以监测反应容器中内容物148的液位。
反应容器102可包括搅拌装置152。搅拌装置152可包括在反应容器102内旋转以混合反应容器102的内容物148的机械装置。搅拌装置152可包括设置在内容物148内的叶片。在一个或多个实例中，可启动搅拌装置152以将电池材料粒子110与溶剂116混合。还可以启动搅拌装置152以将第一试剂122或第二试剂128中的至少一者与反应容器102的内容物148混合。在一个或多个说明性实例中，搅拌装置152可包括顶置式搅拌器。在一个或多个附加的说明性实例中，可使用声波搅拌装置来混合反应容器102的内容物148。
在一个或多个附加实例中，可以使用涂覆有至少一个单层膜132的电池材料粒子110进行一个或多个电池形成操作154。一个或多个电池形成操作154可以使用涂覆有至少一个单层膜132的电池材料粒子110来产生电池156-个或多个层。例如，一个或多个电池形成操作154可以产生电池156的阴极活性材料层。在一个或多个附加实例中，-个或多个电池形成操作154可以产生电池156的阳极活性材料层。在一个或多个进一步的实例中，一个或多个电池形成操作154可以产生固体电解质层。在各种实例中，电池156可以包括液体电解质，除了由涂覆有至少单层膜132的电池材料粒子110形成的一个或多个电池活性材料层之外，还具有一个或多个隔离件层。在一个或多个实例中，电池156可以被配置为在约1伏特(V)至约20V、约1伏特至约10伏特、约5伏特至约15伏特、约1伏特至约3.5伏特、约4.5伏特至约15伏特、或约5伏特至约10伏特的电压下操作。在一个或多个实例中，电池156可以被配置为在不大于约4V的电压下操作。
在各种实例中，至少一部分电池形成操作154可以在反应容器102中进行。例如，电池形成操作154可以包括使用具有单层膜132的电池材料粒子110形成阴极活性材料层或阳极活性材料层中的至少一者的一个或多个操作。在这些情况下，可以在制备阴极活性材料层或阳极活性材料层中的至少一者时产生一种或多种浆料。在各种实施例中，在产生具有单层膜132的电池材料粒子110之后，可以在反应容器102中产生至少一部分浆料。
图2图示了根据一个或多个示例性实施方式的使用溶液相沉积在电池材料粉末上形成膜的示例性方法200。方法200可包括在202处向反应容器提供包含多个电池材料粒子的电池材料粉末。电池材料粉末可包括阴极活性材料粉末。另外，电池材料粉末可以包括阳极活性材料粉末。进一步地，电池材料粉末可以包括固体电解质粉末。
多个电池材料粒子可以具有至少约0.01微米(μm)、至少约0.05微米、至少约0.1微米、至少约0.5微米、至少约1微米、至少约5微米、或至少约10微米的d50。多个电池材料粒子还可具有不大于约50微米、不大于约45微米、不大于约40微米、不大于约35微米、不大于约30微米、不大于约25微米、不大于约20微米、或不大于约15微米的d50。在一个或多个说明性实例中，多个电池材料粒子可具有不大于约50微米至至少约0.01微米的d50。在一个或多个附加说明性实例中，多个电池材料粒子可以具有约1微米至约25微米的d50。在一个或多个进一步的说明性实例中，多个电池材料粒子可以具有约0.5微米至约5微米的d50。在再其它说明性实例中，多个电池材料粒子可以具有约5微米至约15微米的d50。此外，多个电池材料粒子可以具有约15微米至约25微米的d50。另外，多个电池材料粒子可以具有约10微米至约20微米的d50。在一个或多个附加实例中，电池材料粉末可具有非正态粒度分布，例如双峰粒度分布。在各种实施方式中，电池材料粉末可具有相对宽的粒度分布，在正态(高斯)粒度分布的情况下具有至少5微米的半峰全宽。
在一个或多个进一步的实例中，电池材料粒子可以具有细长的几何形状。为了说明，电池材料粒子可具有至少约1.2∶1、至少约1.3∶1、至少约1.5∶1、至少约1.7∶1、至少约2∶1或至少约2.5∶1的平均纵横比。在一个或多个说明性实例中，电池材料粒子可具有约1.2∶1至约3∶1、约1.2∶1至约2.5∶1、约1.2∶1至约2∶1、约1.5∶1至约2.5∶1、或约2∶1至约3∶1的平均纵横比。
方法200还可以包括在204处向反应容器提供溶剂以产生包含溶剂和多个电池材料粒子的第一浆料。在一个或多个实例中，溶剂和电池材料粉末可以使用旋转搅拌装置混合。例如，可启动旋转搅拌装置将溶剂与电池材料粉末混合以产生第一浆料。此外，可启动旋转搅拌装置以将第一浆料与第一试剂混合以产生中间体电池材料粒子。进一步地，还可以启动旋转搅拌装置以将中间体电池材料粒子与第二试剂混合以产生第二浆料。
此外，在206处，方法200可包括向反应容器提供包含一种或多种溶剂和至少第一反应性物质的第一试剂。第一物质可与第一浆料反应产生中间体电池材料粒子。中间体电池材料粒子可以具有包含吸附到多个电池材料粒子表面的第一物质的吸附部分层。
此外，在208处，方法200可包括向反应容器提供包含一种或多种溶剂和至少第二反应性物质的第二试剂。第二物质可以与吸附部分层反应以产生第二浆料。第二浆料可包含涂覆有至少一个单层膜的多个电池材料粒子。单层膜可包括一种或多种聚合物材料。例如，单层膜可包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚脲、聚偶氮甲亚胺、含氟弹性体或这些的任何组合。此外，单层膜可包含一种或多种金属锥聚合物。
在一个或多个实例中，单层膜的体积电阻率小于电池材料粉末的体积电阻率。此外，电池材料粉末可以是固体电解质粉末，并且至少一个单层膜可以提供防止水与多个电池材料粒子相互作用的屏障。此外，电池材料粉末可以是电极活性材料粉末并且单层膜可以提供防止水与多个电池材料粒子相互作用的屏障。在各种实例中，在电池材料粒子上形成的至少一个单层膜可具有不大于约10-5cm2/s的体积水扩散率。在一个或多个说明性实例中，在电池材料粒子上形成的至少一个单层膜可具有约10-22cm2/s至约10-5cm2/s、约10- 22cm2/s至约10-15cm2/s、约10-15cm2/s至约10-7cm2/s、或从约10-5cm2/s至约10-15cm2/s的体积水扩散率以提供防止水与电池材料粒子相互作用的屏障。
在一个或多个附加实例中，电池材料粉末可以是阴极活性材料粉末并且至少单层膜可以提供防止氧气与多个电池材料粒子相互作用的屏障。在各种实例中，在电池材料粒子上形成的至少一个单层膜可具有不大于约10-5cm2/s的体积氧扩散率。在一个或多个说明性实例中，在电池材料粒子上形成的至少一个单层膜可具有约10-22cm2/s至约10-5cm2/s、约10-22cm2/s至约10-15cm2/s、约10-15cm2/s至约10-7cm2/s、或约10-5cm2/s至约10-15cm2/s的体积氧扩散率以提供防止氧气与电池材料粒子相互作用的屏障。
在一个或多个实例中，可以加热反应容器。例如，可以通过设置在反应容器周围的加热夹套对反应容器进行加热。在各种实例中，第一浆料、中间体电池材料粒子或第二浆料中的至少一者可在反应容器中加热。反应容器102中的温度可为至少约30℃、至少约50℃、至少约75℃、至少约100℃、至少约125℃、至少约150℃，或至少约175℃。另外，反应容器中的温度可以为不大于约300℃、不大于约275℃、不大于约250℃、不大于约225℃或不大于约200℃。在一个或多个说明性实例中，反应容器中的温度可为约30℃至约300℃。在一个或多个附加的说明性实例中，反应容器中的温度可为约30℃至约100℃。在一个或多个进一步的说明性实例中，反应容器中的温度可为约200℃至约300℃。在更进一步的说明性实例中，反应容器中的温度可为约100℃至约200℃。反应容器中的温度也可为约150℃至约250℃。
另外，反应容器内的压力可为约100千帕(kPa)至约110kPa。在一个或多个说明性实例中，反应容器内的压力可保持在约101kPa。
在各种实例中，第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压和25℃下具有约1帕斯卡(Pa)至约3000Pa的蒸气压。在一个或多个实例中，第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压下和在25℃下可具有约1Pa至约500Pa的蒸气压。在一个或多个附加的实例中，第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压下和在25℃下可具有约500Pa至约1500Pa的蒸气压。在一个或多个进一步的实例中，第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压下和在25℃下可具有约1000Pa至约2000Pa的蒸气压。在更进一步的实例中，第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压下和在25℃下可具有约1500Pa至约2500Pa的蒸气压。第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压下和在25℃下可具有约2000Pa至约3000Pa的蒸气压。另外，第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压下和在25℃下可具有约1Pa至约1000Pa的蒸气压。此外，第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压下和在25℃下可具有约1000Pa至约2000Pa的蒸气压。在各种实例中，第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压下和在25℃下可具有约2000Pa至约3000Pa的蒸气压。
此外，第一试剂或第二试剂中的至少一者具有至少约25℃、至少约30℃、至少约35℃、至少约40℃、至少约45℃或至少约50℃的分解温度。此外，第一试剂或第二试剂中的至少一者可包括包含含有金属和有机部分的材料的溶液。可以稀释溶液，使得溶液在与环境空气接触时不会点燃，而未稀释形式的溶液在与环境空气接触时确实点燃。
在形成第二浆料之后，可以进行一个或多个附加操作。为了说明，可对第二浆料应用一次或多次热处理以产生包括涂覆有至少一个单层膜的多个电池材料粒子的附加粉末。此外，电池的至少一个电极层或至少一个电解质层可由附加粉末形成。在一个或多个说明性实例中，阴极活性材料层可由衍生自第二浆料的附加粉末形成，所述第二浆料包括涂覆有至少一个单层膜的电池材料粒子。
示例性实施方式.
实施方式1.一种在电池材料粉末上进行薄膜涂覆的液相沉积方法，所述方法包括：(a)将待涂覆的电池材料粉末引入在其内进行涂覆的反应容器中；(b)将溶剂引入反应容器中以流化电池材料粉末，从而得到由溶剂和粉末组成的浆料；(c)将第一试剂加入到反应容器中以与浆料反应，从而得到包括第一试剂的吸附部分层的电池材料粉末；和(d)将第二试剂加入到反应容器中以与包括第一试剂的吸附单层的电池材料粉末反应，从而得到包括薄膜单层的经涂覆的电池材料粉末。
实施方式2.根据实施方式1的方法，其中单层具有不超过100纳米(nm)的厚度。
实施方式3.根据实施方式1或2的方法，其中重复步骤(c)和(d)以产生由沉积在浆料内的多个电池材料粉末上的多个堆叠的单层组成的薄膜涂层。
实施方式4.根据实施方式3的方法，其中所述薄膜涂层具有不超过100nm的厚度。
实施方式5.根据实施方式1-3中任一项的方法，还包括将所述溶剂与所述电池材料粉末混合或搅拌以流化多个电池材料粉末。
实施方式6.根据实施方式5的方法，其中混合或搅拌通过顶置式搅拌器进行。
实施方式7.根据实施方式1-6中任一项的方法，还包括加热浆料。
实施方式8.根据实施方式7的方法，其中所述加热通过加热夹套进行。
实施方式9.根据实施方式1-8中任一项的方法，其中所述电池材料粉末包括以下中的一种或多种：石墨、Si、Sn、Ge、Al、P、Zn、Ga、As、Cd、In、Sb、Pb、Bi、SiO、SnO2、Si、Sn、锂金属、LiNixMnyCozO2、LiNixCoyAlzO2、LiMnxNiyOz、LiMnO2、LiFePO4、LiMnPO4、LiNiPO4、LiCoPO4、LiV2O5、硫或LiCoO2，其中x、y和z是化学计量系数。
实施方式10.根据实施方式1-9中任一项的方法，其中所述电池材料粉末为固体电解质，其包括以下中的一种或多种：LiPON、LiwLaxMyO12(其中M为Nb、Ta或Zr)、LixMPySz(其中M为Ge或Sn)、LiwAlxMy(PO4)3(其中M为Ge或Ti)、LixTiyMz(PO4)3(其中M为Al、Cr、Ga、Fe、Sc、In、Lu、Y或La)或NaxZr2SiyPO12、LixPySz、GeS2、LixZnyGeO4，其中在所有情况下，x、y和z代表化学计量系数。
实施方式11.根据实施方式1-10中任一项的实施方式，其中所述溶剂包括选自包括以下中的至少一种的有机溶剂：异丙醇、乙醇、2-甲氧基乙醇、吡啶四氢呋喃(THF)、己烷、甲苯、二噁烷或乙醚。
实施方式12.根据实施方式1-11中任一项的方法，还包括在进行涂覆过程之前或之后将一种或多种附加组分添加到反应容器中。
实施方式13.根据实施方式12的方法，其中一种或多种附加组分包括导电粘合剂和/或胶粘粘合剂。
实施方式14.根据实施方式13的方法，其中导电粘合剂是导电碳。
实施方式15.根据实施方式13的方法，其中胶粘粘合剂是聚偏二氟乙烯(PVDF)。
实施方式16.根据实施方式1-15中任一项的方法，其中在进一步加工之前从浆料中除去经涂覆的电池材料粉末并干燥。
实施方式17.根据实施方式16的方法，还包括在包括限定的气体组成的环境气氛存在下将经涂覆的电池材料粉末暴露于热处理。
实施方式18.根据实施方式17的方法，其中气体包括O2、臭氧、N2或Ar的混合物。
实施方式19.根据实施方式18的方法，其中在存在气体的情况下将经涂覆的电池材料粉末加热至高达1000摄氏度的温度。
实施方式20.根据实施方式19的方法，其中在暴露于等离子体的同时加热经涂覆的电池材料粉末。
实施方式21.根据实施方式20的方法，其中等离子体包括氧、氩、氢、氟或氮。
实施方式22.根据实施方式1-21中任一项的方法，其中所述薄膜单层包含通过吸附的第一试剂和第二试剂的反应产生的化合物。
实施方式23.根据实施方式22的方法，其中化合物可以选自由以下组成的列表：(a)AxOy型二元氧化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(b)AxByOz型三元氧化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；(c)AwBxCyOz型四元氧化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；(d)AxBy型二元卤化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是卤素，且x和y是化学计量系数；(e)AxByCz型三元卤化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，C是卤素，且x、y和z是化学计量系数；(f)AwBxCyDz型四元卤化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，D是卤素，且w、x、y和z是化学计量系数；(g)AxNy型二元氮化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(h)AxByNz型三元氮化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；(i)AwBxCyNz型四元氮化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；(j)AxBy型二元硫属元素化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是硫属元素，且x和y是化学计量系数；(k)AxByCz型三元硫属元素化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，C是硫属元素，且x、y和z是化学计量系数；(l)AwBxCyDz型四元硫属元素化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，D是硫属元素，且w、x、y和z是化学计量系数；(m)AxCy型二元碳化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(n)AxByOz型二元卤氧化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是卤素，且x、y和z是化学计量系数；(o)AxAsy型二元砷化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(p)AxByAsz型三元砷化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；(q)AwBxCyAsz型四元砷化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；(r)Ax(PO4)y型二元磷酸盐，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(s)AxBy(PO4)z型三元磷酸盐，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；和(t)AwBxCy(PO4)z型四元磷酸盐，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数。
实施方式24.根据实施方式22的方法，其中所述化合物由以下一种或多种聚合物组成：聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
实施方式25.根据实施方式24的方法，其中一种或多种聚合物还含有包括LiClO4、LiPF6或LiNO3的锂盐。
实施方式26.根据实施方式22的方法，其中化合物由至少一种或多种金属锥聚合物组成。
实施方式27.根据实施方式26的方法，其中第一试剂可以包括金属有机物，所述金属有机物包含有机部分例如甲基、乙基、丙基、丁基、甲氧基、乙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基或类似物和金属，所述金属包括Al、Zn、Si、Ti、Zr、Hf、Mn和/或V，并且第二试剂可以包括有机分子，所述有机分子包括乙二醇、甘油、赤藓糖醇、木糖醇、山梨醇、甘露醇、丁二醇、戊二醇、季戊四醇、对苯二酚、间苯三酚、己二醇、乳酸、三乙醇胺、对苯二胺、缩水甘油、己内酯、富马酸、氨基苯酚、乙二胺、4，4′-氧二苯胺、二亚乙基三胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、三(羟甲基)氨基甲烷、三聚氰胺和/或二氨基二苯醚。
实施方式28.根据实施方式22的方法，其中化合物包括至少一种或多种聚合物，所述聚合物包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚脲、聚偶氮甲亚胺、含氟弹性体或这些的任何组合。
实施方式29.根据实施方式3的方法，其中涂层具有0.2nm至100纳米(nm)的厚度。
实施方式30.根据实施方式1-29中任一项的方法，其中反应容器包括一个或多个过程监测设备。
实施方式31.一种用于在电池材料粉末上涂覆薄膜的液相沉积方法，所述方法包括：(a)将溶剂与电池材料粉末混合，从而产生由溶剂和粉末组成的浆料；(b)将第一试剂与浆料混合，从而产生包括第一试剂的吸附部分层的电池材料粉末；和(c)将第二试剂与包括第一试剂的吸附单层的电池材料粉末混合，从而产生包括薄膜单层的经涂覆的电池材料粉末。
实施方式32.一种电池，其包括电极或电解质，所述电解质包含涂覆有通过权利要求1-29中任一项的方法产生的薄膜单层的粒子。
实施方式33.根据实施方式1-30中任一项的方法，其中在进行涂覆过程之后，将其中进行涂覆的溶剂更换为新的溶剂。
实施方式34.根据实施方式22的方法，其中第一或第二试剂选自以下列表：对苯二胺、乙二胺、2，2′-(亚乙基二氧基)双(乙胺)、2，2-二氟丙烷-1，3-二胺、三聚氰胺、苯-1，3，5-三胺、对苯二甲酰二氯、琥珀酰氯、二甘醇酰氯、四氟琥珀酰氯、六氟戊二酰氯、苯-1，3，5-三羰基三氯、对苯二甲酸、琥珀酸、己二酸、二甘醇酸、2，2，3，3-四氟琥珀酸、柠檬酸、丙烷-1，2，3-三甲酸、均苯三甲酸、1，4苯二异氰酸酯、六亚甲基二异氰酸酯、反式-1，4-亚环己基二异氰酸酯、1，2-双(2-异氰酸根合乙氧基)乙烷、2，2-二氟-1，3-二异氰酸根合丙烷、1，3，5-三异氰酸根合苯、1，4苯二异硫氰酸酯、1，4-丁烷二异硫氰酸酯、1，2-双(2-异硫氰酸根合乙氧基)乙烷、2，2-二氟-1，3-二异硫氰酸根合丙烷、1，3，5-三异硫氰酸根合苯、1，4-二溴苯、1，4-二碘丁烷、1，2-双(2-碘乙氧基)乙烷、八氟-1，4-二碘丁烷、3，3′，5，5′-四溴-1，1′-联苯、2，2′，7，7′-四溴-9，9′-螺二芴、1，2，5，6-四溴己烷、双酚A二缩水甘油醚、4，4′-亚甲基双(N，N-二缩水甘油苯胺)、丁二烯二环氧化物、1，4-双(环氧乙-2-基甲氧基)丁烷、乙二醇二缩水甘油醚、三乙二醇、2，2，3，3-四氟-1，4-丁二醇二缩水甘油醚、三羟甲基丙烷三缩水甘油醚、八[(3-氧化缩水甘油丙基)二甲基硅氧基]取代的PSS、双酚A双(氯甲酸酯)、1，4-亚苯基双(氯甲酸酯)、亚乙基双(氯甲酸酯)、1，4-丁二醇双(氯甲酸酯)、三(乙二醇)双(氯甲酸酯)、2，2，3，3-四氟丁烷-1，4-二基双(氯甲酸酯)、丙烷-1，2，3-三基三(氯甲酸酯)、双酚A、乙二醇、二乙二醇、2，2，3，3-四氟-1，4-丁二醇、2，2，3，3，4，4-六氟-1，5-戊二醇、异丙醇钛、甘油、季戊四醇、间苯三酚、葡糖、2-乙基-2-(羟甲基)丙烷-1，3-二醇、苯-1，4-二硫醇、1，4-亚苯基二甲硫醇、丁烷-1，4-二硫醇、2，2′-(亚乙基二氧基)二乙硫醇、2，2′-((2，2，3，3-四氟丁烷-1，4-二基)双(氧基))双(乙烷-1-硫醇)、三硫氰脲酸、季戊四醇四(3-巯基丙酸酯)、二乙烯基苯、二环[2.2.1]庚-2，5-二烯、1，5-环辛二烯、(乙烯基磺酰基)乙烷、二(乙二醇)二乙烯基醚、2，2，3，3，4，4-六氟-1，5-双(乙烯基氧基)戊烷、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、1，4-二乙炔基苯、二炔丙基胺、4，7，10，16-五氧杂十九烷-1，18-二炔、3，3，4，4-四氟六-1，5-二炔、1，3，5-三乙炔基苯、2，2′-联呋喃、2，2′-联噻吩、N，N′-双呋喃-2-基甲基-丙二酰胺、双(呋喃-2-基甲氧基)二甲基硅烷、1，2-双(呋喃-2-基甲氧基)乙烷、2-(呋喃-2-基甲氧基甲基)呋喃、2，2′-(((2，2，3，3，4，4-六氟戊烷-1，5-二基)双(氧基))双(亚甲基))联呋喃、2，2′-(((2-乙基-2-((呋喃-2-基甲氧基)甲基)丙烷-1，3-二基)双(氧基))双(亚甲基))联呋喃、1，1′-(亚甲基二-4，1-亚苯基)双马来酰亚胺、N，N′-(1，4-亚苯基)二马来酰亚胺、双马来酰亚胺乙烷、二硫代双马来酰亚胺乙烷、1，8-双马来酰亚胺-二乙二醇、1，1′-(2，2-二氟丙烷-1，3-二基)双(1H-吡咯-2，5-二酮)、1，1′，1″-(苯-1，3，5-三基)三(1H-吡咯-2，5-二酮)、1，4-二叠氮基苯、1，4-二叠氮基丁烷、聚环氧乙烷双(叠氮化物)、1，2-双(2-叠氮基乙氧基)乙烷、1，4-二叠氮基-2，2，3，3-四氟丁烷、1-叠氮基-2，2-双(叠氮基甲基)丁烷、1，4-苯二硼酸、1，4-苯二硼酸双(频哪醇)酯、(E)-1-庚烷-1，2-二硼酸双(频哪醇)酯、1，3，5-苯三硼酸、三(频哪醇)酯、1，4-双(三丁基甲锡烷基)苯、2，5-双(三甲基甲锡烷基)噻吩、反式-1，2-双(三丁基甲锡烷基)乙烯、双(三甲基甲锡烷基)乙炔.
实施方式35.一种包括在电池材料粉末上制备单层膜的液相沉积过程的方法，所述方法包括：向反应容器提供电池材料粉末，电池材料粉末包括多个电池材料粒子；向反应容器提供溶剂以产生由溶剂和多个电池材料粒子组成的第一浆料；向反应容器提供第一试剂，第一试剂包含至少第一物质，该第一物质与第一浆料反应以产生具有吸附部分层的中间体电池材料粒子，吸附部分层包含被吸附到多个电池材料粒子的表面的第一物质；向反应容器提供第二试剂，第二试剂包含至少第二物质，该第二物质与吸附部分层反应以产生第二浆料，第二浆料包括涂覆有单层膜的多个电池材料粒子。
实施方式36.根据实施方式35的方法，其中将旋转搅拌装置设置在所述反应容器内，并且所述方法包括：启动所述旋转搅拌装置以将所述溶剂与所述电池材料粉末混合以产生第一浆料；启动旋转搅拌装置以混合第一浆料与第一试剂以产生中间体电池材料粒子；和启动旋转搅拌装置以将中间体电池材料粒子与第二试剂混合以产生第二浆料
实施方式37.根据实施方式35或36的方法，其中多个电池材料粒子具有不大于约20微米至至少约0.01微米的d50。
实施方式38.根据实施方式35-37中任一项的方法，其中第一试剂或第二试剂中的至少一者在1个大气压和25℃下具有约1帕斯卡(Pa)至约3000Pa的蒸气压。
实施方式39.根据实施方式35-38中任一项的方法，其中第一试剂或第二试剂中的至少一者具有至少约50℃的分解温度。
实施方式40.根据实施方式35-39中任一项的方法，其中多个电池材料粒子具有非球面几何形状。
实施方式41.根据实施方式35-40中任一项的方法，包括在液相沉积过程期间用原位反应探针监测至少部分溶于溶剂的非挥发性副产物的形成。
实施方式42.根据实施方式35-41中任一项的方法，包括：对第二浆料应用一次或多次热处理以产生包含涂覆有单层膜的多个电池材料粒子的附加粉末；由附加粉末形成电池的至少一个电极层或至少一个电解质层。
实施方式43.根据实施方式35-42中任一项的方法，其中单层膜的体积电阻率小于电池材料粉末的体积电阻率。
实施方式44.根据实施方式35-43中任一项的方法，包括：在形成第二浆料之后以至少约90％的效率回收一部分溶剂。
实施方式45.根据实施方式35-44中任一项的方法，其中电池材料粉末是固体电解质粉末并且单层膜提供防止水与多个电池材料粒子相互作用的屏障。
实施方式46.根据实施方式35-45中任一项的方法，其中电池材料粉末是电极活性材料粉末并且单层膜提供防止水与多个电池材料粒子相互作用的屏障。
实施方式47.根据实施方式35-46中任一项的方法，其中电池材料粉末是阴极活性材料粉末并且单层膜提供防止氧气与多个电池材料粒子相互作用的屏障。
实施方式48.根据实施方式35-47中任一项的方法，其中第一试剂或第二试剂中的至少一者包括含有包含金属和有机部分的材料的溶液，该溶液被稀释使得该溶液在与环境空气接触时不会点燃，而未稀释形式的溶液在与环境空气接触时确实会点燃。
实施方式49.根据实施方式35-48中任一项的方法，其中在液相沉积过程中将第一浆料、中间体电池材料粒子或第二浆料中的至少一者在反应容器中加热至约30℃至约300℃的温度。
实施方式50.根据实施方式35-49中任一项的方法，其中反应容器内的压力为约1atm。
实施方式51.根据实施方式35-50中任一项的方法，其中单层膜包含通过吸附部分层与第二试剂的反应产生的化合物。
实施方式52.根据实施方式51的方法，其中化合物可选自由以下组成的列表：(a)AxOy型二元氧化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(b)AxByOz型三元氧化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；(c)AwBxCyOz型四元氧化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；(d)AxBy型二元卤化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是卤素，且x和y是化学计量系数；(e)AxByCz型三元卤化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，C是卤素，且x、y和z是化学计量系数；(f)AwBxCyDz型四元卤化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，D是卤素，且w、x、y和z是化学计量系数；(g)AxNy型二元氮化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(h)AxByNz型三元氮化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；(i)AwBxCyNz型四元氮化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；(j)AxBy型二元硫属元素化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是硫属元素，且x和y是化学计量系数；(k)AxByCz型三元硫属元素化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，C是硫属元素，且x、y和z是化学计量系数；(1)AwBxCyDz型四元硫属元素化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，D是硫属元素，且w、x、y和z是化学计量系数；(m)AxCy型二元碳化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(n)AxByOz型二元卤氧化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是卤素，且x、y和z是化学计量系数；(o)AxAsy型二元砷化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(p)AxByAsz型三元砷化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且X、y和z是化学计量系数；(q)AwBxCyAsz型四元砷化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；(r)Ax(PO4)y型二元磷酸盐，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；(s)AxBy(PO4)z型三元磷酸盐，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；和(t)AwBxCy(PO4)z型四元磷酸盐，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数。
实施方式53.根据实施方式51的方法，其中所述化合物由以下一种或多种聚合物组成：聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
实施方式54.根据实施方式53的方法，其中所述一种或多种聚合物还含有包括LiClO4、LiPF6或LiNO3的锂盐。
实施方式55.根据实施方式51的方法，其中该化合物由至少一种或多种金属锥聚合物组成。
实施方式56.根据实施方式55的方法，其中所述第一试剂包括含有有机部分和金属的金属有机物，所述有机部分包括甲基、乙基、丙基、丁基、甲氧基、乙氧基、仲丁氧基、叔丁氧基中的至少一种，以及金属包括Al、Zn、Si、Ti、Zr、Hf、Mn和/或V，并且第二试剂包含有机分子，所述有机分子包括乙二醇、甘油、赤藓糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇、丁二醇、戊二醇、季戊四醇、对苯二酚、间苯三酚、己二醇、乳酸、三乙醇胺、对苯二胺、缩水甘油、己内酯、富马酸、氨基苯酚、乙二胺、4，4′-氧二苯胺、二亚乙基三胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、三(羟甲基)氨基甲烷、三聚氰胺和/或二氨基二苯醚。
实施方式57.根据实施方式51的方法，其中所述化合物包括至少一种或多种聚合物，所述聚合物包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚脲、聚偶氮甲亚胺、含氟弹性体或这些的任何组合。
实施方式58.根据实施方式35-57中任一项的方法，其中电池材料粉末包括阴极活性材料粉末。
实施方式59.根据实施方式35-58中任一项的方法，其中电池材料粉末包括固体电解质粉末。
实施方式60.一种用于进行在电池材料粉末上产生单层膜的液相沉积过程的系统，包括：反应容器；设置在反应容器内的旋转搅拌装置；第一入口管，用于向反应容器提供电池材料粉末，电池材料粉末包括多个电池材料粒子；第二入口管，用于向反应容器提供溶剂，溶剂在反应容器中与电池材料粉末组合以产生第一浆料；第三入口管，用于向反应容器提供第一试剂，第一试剂包含至少第一物质，第一物质与第一浆料反应以产生具有吸附部分层的中间体电池材料粒子，吸附部分层包含被吸附到多个电池材料粒子表面的第一物质；第四入口管，用于向反应容器提供第二试剂，第二试剂包含至少第二物质，第二物质与吸附部分层反应以产生第二浆料，第二浆料包括涂覆有单层膜的多个电池材料粒子。
实施方式61.根据实施方式60的系统，包括设置在反应容器内和设置在反应容器中的液体内的原位反应探针，原位反应探针被配置成检测液相沉积过程期间非挥发性副产物的形成。
实施方式62.根据实施方式61的系统，其中原位反应探针包括红外光谱探针。
实施方式63.根据实施方式60的系统，包括机械泵，用于向反应容器提供第一试剂或第二试剂中的至少一者。
实施方式64.根据实施方式63的系统，其中所述机械泵包括正排量泵、蠕动泵、计量泵、离心泵、齿轮泵、旋片泵、隔膜泵或压力传输泵。
实施方式65.根据实施方式60的系统，包括用于加热反应容器的内容物的加热夹套。
实施方式66.一种电池，包括：阳极，包括一个或多个阳极活性材料层；阴极，包括一个或多个阴极活性材料层，所述一个或多个阴极活性材料层中的各个阴极活性材料层包括涂覆有单层膜的多个阴极活性材料粒子；和一个或多个固体电解质层，设置在一个或多个阳极活性材料层和一个或多个阴极活性材料层之间；其中电池被配置为在不大于约4伏特的电压下操作。
实施方式67.根据实施方式66的电池，其中单层膜包含一种或多种金属锥聚合物。
实施方式68.根据实施方式66或67的电池，其中多个阴极活性材料粒子具有不大于约20微米至至少约0.01微米的d50。
实施方式69.根据实施方式66-68中任一项的电池，其中多个阴极活性材料粒子具有非球面几何形状。
实施方式70.根据实施方式69的电池，其中多个阴极活性材料粒子具有至少1.3：1的平均纵横比。
实施方式71.根据实施方式66-70中任一项的电池，其中多个阴极活性材料粒子通过包括以下步骤的方法形成：向反应容器提供阴极活性材料粉末，该阴极活性材料粉末包括多个阴极活性材料粒子；向反应容器提供溶剂以产生由溶剂和多个阴极活性材料粒子组成的第一浆料；向反应容器提供第一试剂，第一试剂包含第一物质，该第一物质与第一浆料反应以产生具有吸附部分层的中间体阴极活性材料粒子，吸附部分层包含被吸附到多个阴极活性材料粒子表面的第一物质；向反应容器提供第二试剂，第二试剂包含与吸附部分层反应以产生第二浆料的第二物质，第二浆料包含涂覆有单层膜的多个阴极活性材料粒子。
在至少一些实施方式中，本公开的方法和系统是使用或借助于计算机系统来实现的。计算机系统可以涉及本方法操作的许多不同方面，包括但不限于控制阀门打开和关闭的时间；通过传感器读数检测液体体积，引导液体(例如试剂和缓冲液)流入反应室中；和调节泵。在一些方面，计算机系统被实现为使本文公开的方法和系统自动化。
实施例
将100g LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2阴极活性材料粉末加入到具有50mL THF的反应容器中并搅拌以形成浆料。阴极活性材料粉末具有10μm的D50和0.5m2/g的比表面积。因此，浆料中的总阴极活性材料表面积为～50m2。将足够量的第一试剂THF中的己二酸和第二试剂THF中的异丙醇钛以4∶1的摩尔比依次加入到浆料中，以形成一个己二酸钛单层；当通过原位红外光谱法测量的反应副产物异丙醇的浓度随时间的变化逼近渐近线时，确定单层终点。单层沉积重复10次，以得到均匀涂覆有10个己二酸钛单层的LiNi0.6Mn0.2Co0.2O2阴极活性材料粉末。
将100g Li7P3S11固体电解质粉末加入到具有50mL二噁烷的反应容器中并搅拌以形成浆料。固体电解质粉末具有1μm的D50和4m2/g的比表面积。因此，浆料中的总固体电解质表面积为～400m2。将足够量的第一试剂二噁烷中的对苯二甲酰氯和第二试剂二噁烷中的三乙二醇以1∶1的摩尔比依次加入浆料中，以形成聚(乙烷-1，2-二基双(氧基))双(乙烷-2，1-二基)对苯二甲酸酯单层；当通过提取的反应溶液等分试样的液相色谱法和质谱法测量的反应副产物HCl的浓度随时间的变化逼近渐近线时，确定单层终点。单层沉积重复10次，以得到均匀涂覆有10个聚(乙烷-1，2-二基双(氧基))双(乙烷-2，1-二基)对苯二甲酸酯单层的Li7P3S11固体电解质粉末。
Claims (34)
1.一种包括在电池材料粉末上产生单层膜的液相沉积过程的方法，所述方法包括：
向反应容器提供电池材料粉末，所述电池材料粉末包括多个电池材料粒子；
向所述反应容器提供溶剂以产生由所述溶剂和所述多个电池材料粒子组成的第一浆料；
向所述反应容器提供第一试剂，所述第一试剂包含至少第一物质，所述第一物质与所述第一浆料反应以产生包括具有吸附部分层的中间体电池材料粒子的中间体浆料，所述吸附部分层包括被吸附至所述多个电池材料粒子的表面的第一物质；
向所述反应容器提供第二试剂，所述第二试剂包含至少第二物质，所述第二物质与所述吸附部分层反应以产生第二浆料，所述第二浆料包括涂覆有单层膜的多个电池材料粒子。
2.根据权利要求1所述的方法，其中旋转搅拌装置被设置在所述反应容器内，并且所述方法包括：
启动所述旋转搅拌装置以将所述溶剂与所述电池材料粉混合以产生第一浆料；
启动所述旋转搅拌装置以将所述第一浆料与所述第一试剂混合以产生中间体电池材料粒子；和
启动所述旋转搅拌装置以将所述中间体电池材料粒子与所述第二试剂混合以产生第二浆料。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个电池材料粒子具有不大于约20微米至至少约0.01微米的d50。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一试剂或所述第二试剂中的至少一者在1个大气压和25℃下具有约1帕斯卡(Pa)至约3000Pa的蒸气压。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一试剂或所述第二试剂中的至少一者具有至少约50℃的分解温度。
6.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个电池材料粒子具有非球面几何形状。
7.根据权利要求1所述的方法，其包括在液相沉积过程期间用原位反应探针监测至少部分溶于所述溶剂的非挥发性副产物的形成。
8.根据权利要求1所述的方法，其包括：
对所述第二浆料应用一次或多次热处理以产生包括涂覆有单层膜的多个电池材料粒子的附加粉末；
由所述附加粉末形成电池的至少一个电极层或至少一个电解质层。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述单层膜的体积电阻率小于所述电池材料粉末的体积电阻率。
10.根据权利要求1所述的方法，其包括：
在形成所述第二浆料之后以至少约90％的效率回收一部分溶剂。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池材料粉末为固体电解质粉末，并且所述单层膜具有＜10-5cm2/s的体积水扩散率，从而提供防止水与所述多个电池材料粒子相互作用的屏障。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池材料粉末为电极活性材料粉末，并且所述单层膜具有＜10-5cm2/s的体积水扩散率，从而提供防止水与所述多个电池材料粒子相互作用的屏障。
13.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池材料粉末为阴极活性材料粉末，并且所述单层膜具有＜10-8cm2/s的体积氧扩散率，从而提供防止氧与所述多个电池材料粒子相互作用的屏障。
14.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一试剂或所述第二试剂中的至少一者包括含有包含金属和有机部分的材料的溶液，所述溶液被稀释使得所述溶液在与环境空气接触时不会点燃，而未稀释形式的所述溶液在与环境空气接触时确实会点燃。
15.根据权利要求1所述的方法，其中在液相沉积过程期间，将所述第一浆料、所述中间体电池材料粒子或所述第二浆料中的至少一者在所述反应容器中加热至约30℃至约300℃的温度。
16.根据权利要求1所述的方法，其中所述反应容器内的压力为约1atm。
17.根据权利要求1所述的方法，其中所述单层膜包含通过所述吸附部分层与所述第二试剂的反应产生的化合物。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述化合物选自由以下组成的列表：
(a)AxOy型二元氧化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(b)AxByOz型三元氧化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；
(c)AwBxCyOz型四元氧化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；
(d)AxBy型二元卤化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是卤素，且x和y是化学计量系数；
(e)AxByCz型三元卤化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，C是卤素，且x、y和z是化学计量系数；
(f)AwBxCyDz型四元卤化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，D是卤素，且w、x、y和z是化学计量系数；
(g)AxNy型二元氮化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(h)AxByNz型三元氮化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；
(i)AwBxCyNz型四元氮化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；
(j)AxBy型二元硫属元素化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是硫属元素，且x和y是化学计量系数；
(k)AxByCz型三元硫属元素化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，C是硫属元素，且x、y和z是化学计量系数；
(l)AwBxCyDz型四元硫属元素化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，D是硫属元素，且w、x、y和z是化学计量系数；
(m)AxCy型二元碳化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(n)AxByOz型二元卤氧化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，B是卤素，且x、y和z是化学计量系数；
(o)AxASy型二元砷化物，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(p)AxByAsz型三元砷化物，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；
(q)AwBxCyAsz型四元砷化物，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数；
(r)Ax(PO4)y型二元磷酸盐，其中A是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属，且x和y是化学计量系数；
(s)AxBy(PO4)z型三元磷酸盐，其中A和B是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且x、y和z是化学计量系数；和
(t)AwBxCy(PO4)z型四元磷酸盐，其中A、B和C是碱金属、碱土金属、过渡金属、半金属、金属或类金属的任何组合，且w、x、y和z是化学计量系数。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述化合物由以下一种或多种聚合物组成：聚环氧乙烷(PEO)、聚乙烯醇(PVA)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)。
20.根据权利要求19所述的方法，其中所述一种或多种聚合物还包括包含LiClO4、LiPF6或LiNO3的锂盐。
21.根据权利要求17所述的方法，其中所述化合物由至少一种或多种金属锥聚合物组成。
22.根据权利要求21所述的方法，其中所述第一试剂包括包含有机部分和金属的金属有机物，所述金属包括Al、Zn、Si、Ti、Zr、Hf、Mn和/或V，并且所述第二试剂包含一种或多种有机分子，所述有机分子包括以下中的至少一种：乙二醇、甘油、赤藓糖醇、木糖醇、山梨糖醇、甘露糖醇、丁二醇、戊二醇、季戊四醇、对苯二酚、间苯三酚、己二醇、乳酸、三乙醇胺、对苯二胺、缩水甘油、己内酯、富马酸、氨基苯酚、乙二胺、4，4′-氧二苯胺、二亚乙基三胺、乙二胺四乙酸(EDTA)、三(羟甲基)氨基甲烷、三聚氰胺和/或二氨基二苯醚。
23.根据权利要求22所述的方法，其中化合物包括至少一种或多种聚合物，所述聚合物包括聚酰胺、聚酰亚胺、聚脲、聚偶氮甲亚胺、含氟弹性体或这些的任何组合。
24.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池材料粉末包括阴极活性材料粉末。
25.根据权利要求1所述的方法，其中所述电池材料粉末包括固体电解质粉末。
26.一种用于进行在电池材料粉末上产生单层膜的液相沉积过程的系统，所述系统包括：
反应容器；
旋转搅拌装置，其设置在所述反应容器内；
第一入口管，其用于向所述反应容器提供电池材料粉末，所述电池材料粉末包括多个电池材料粒子；
第二入口管，其用于向所述反应容器提供溶剂，所述溶剂在所述反应容器中与所述电池材料粉末组合以产生第一浆料；
第三入口管，其用于向所述反应容器提供第一试剂，所述第一试剂包含第一物质，所述第一物质与所述第一浆料反应以产生中间体浆料，所述中间体浆料包含具有吸附部分层的中间体电池材料粒子，所述吸附部分层包含被吸附到所述多个电池材料粒子的表面的第一物质；
第四入口管，其用于向所述反应容器提供第二试剂，所述第二试剂包含第二物质，所述第二物质与所述吸附部分层反应以产生第二浆料，所述第二浆料包括涂覆有单层膜的多个电池材料粒子。
27.根据权利要求26所述的系统，包括设置在所述反应容器内且设置在所述反应容器中的液体内的原位反应探针，所述原位反应探针被配置为检测液相沉积过程期间非挥发性副产物的形成。
28.根据权利要求27所述的系统，其中所述原位反应探针包括可在紫外电磁辐射光谱或可见电磁辐射光谱中的至少一者中操作的红外光谱探针或光谱探针。
29.根据权利要求26所述的系统，包括用于向所述反应容器提供所述第一试剂或所述第二试剂中的至少一者的机械泵，其中所述机械泵包括正排量泵、蠕动泵、计量泵、离心泵、齿轮泵、旋片泵、隔膜泵或压力传输泵。
30.根据权利要求26所述的系统，包括用于加热所述反应容器的内容物的加热夹套。
31.一种电池，其包括：
阳极，其包括一个或多个阳极活性材料层；
阴极，其包括一个或多个阴极活性材料层，所述一个或多个阴极活性材料层的各个阴极活性材料层包括涂覆有单层膜的多个阴极活性材料粒子；和
一个或多个固体电解质层，其设置在所述一个或多个阳极活性材料层和所述一个或多个阴极活性材料层之间；
其中所述电池被配置为在不大于约4伏特的电压下操作。
32.根据权利要求31所述的电池，其中所述单层膜包含一种或多种金属锥聚合物。
33.根据权利要求31所述的电池，其中所述多个阴极活性材料粒子具有不大于约20微米至至少约0.01微米的d50。
34.根据权利要求33所述的电池，其中所述多个阴极活性材料粒子具有至少1.3∶1的平均纵横比。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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